43、交换机调度算法：从取号机制到输出排队的深入解析

交换机调度算法：从取号机制到输出排队的深入解析

1. 引言

在网络通信中，交换机的性能对于数据的高效传输至关重要。随着网络规模的不断扩大和数据流量的急剧增加，如何解决交换机中的数据传输瓶颈成为了关键问题。本文将详细介绍几种常见的交换机调度算法，包括取号交叉开关调度器、队首阻塞问题以及通过输出排队避免队首阻塞的方法。

2. 交叉开关的基本原理

2.1 传统总线的瓶颈

传统的单总线结构在处理多源多目的的数据传输时存在明显的瓶颈。多个源和目的会增加额外的电气负载，导致信号上升时间变慢，最终影响总线上数据的传输速度。此外，多个连接器和线路反射等电气效应也会对数据传输产生不利影响。

2.2 交叉开关的解决方案

为了解决传统总线的瓶颈问题，交叉开关应运而生。交叉开关本质上由一组 2N 条并行总线组成，其中每条源线卡和目的线卡各有一条总线。如果将源总线视为水平方向，目的总线视为垂直方向，这些总线就形成了一个交叉矩阵，即交叉开关。

交叉开关相比单总线具有潜在的 N 倍速度提升，因为在理想情况下，所有 N 条总线可以同时并行传输数据，而不是像单总线那样依次传输。然而，要实现这种速度提升，需要在每个时隙找到 N 个不相交的源 - 目的对，这也是本文要研究的主要调度问题。

2.3 转发引擎的选择

在 1995 年至 2002 年间设计的交叉开关中，另一个设计变化是使用专用集成电路（ASIC）作为转发引擎，而不是通用 CPU。这些转发引擎通常比通用 CPU 更快，因为它们是专门为处理互联网数据包而设计的，而且成本更低。然而，这种转发引擎也存在两个缺点：一是每个 ASIC