20、并行分组交换的高效设计与实现

并行分组交换的高效设计与实现

1. 引言

在网络通信领域，并行分组交换机（PPS）在过去七年里备受关注，它能够降低内存带宽需求，并提升交换机速度，超越单平面交换机的性能。PPS 由多个相同的低速分组交换机并行运行构成。到达的流量会被解复用（分散）到 k 个相同的交换机中，经过交换后到达正确的输出端口，最后再进行复用（合并）后离开 PPS。由于每个外部输入的线路速率为 R 的信元会分散到 k 条链路上，所以每条输入链路的运行速度至少为 R/k。若需要内部加速 S，则内部平面的运行速率为 r = SR/k。

PPS 的关键问题在于如何以较低的通信开销维持信元的顺序，从而使按顺序交付信元变得切实可行。然而，大多数复用算法由于通信复杂性高和需要维护大量状态信息，实际上并不实用。

为了解决这些问题，本文提出了一种高效的 PPS 架构，采用在单个调度器控制下的 CIOQ 交换平面。通过在输入处使用轮询解复用策略，以及在中央调度器使用增强最长队列优先（ELQF）调度算法，该方案显著降低了实现按顺序交付信元所需的通信开销。选择 CIOQ 交换机是因为它没有内存带宽瓶颈，并且能够以 2 倍的加速比模拟 OQ 交换机。

2. 以往工作的局限性

• 基于 OQ 内部交换平面的 PPS ：有研究表明，具有无缓冲解复用器和复用器以及 OQ 内部交换平面的 PPS 可以以 2 倍的加速比模拟单平面 OQ 交换机，并且在 3 倍加速比时能提供 QoS 保证。但这种 PPS 采用集中式信元调度算法，每个输入在每个仲裁周期都需要与集中式调度器通信，通信复杂度高，且集中式调度器根据全局在线信息为每个到达的信元选择交换平面，实