认识千兆以太网和路由交换机技术

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  　　2.2.1 交叉矩阵（Cross Bar） 这种结构容易设计，扩展性好，并且在其基本形式中可以提供较低的每端口成本。然而，它 有几个关键的局限性。
  
  　　交叉矩阵结构的3个主要的局限和其对网络的影响如表1所述。
  
  
  表1
  
  　　静态内存他和队头阻塞的问题的共同影响使其难以在逐端口的基础上转发基于优先级的业 务。 所以交叉矩阵结构提供可靠的QoS支持的能力有限，这与整个IP网络提高QoS能力的要求不符。
  
  　　2.2.2共享内存
  
  　　传统的共享内存结构是基于总线的。这种结构克服了交叉矩阵背板的局限性，并且它们在背 板容量小于10GbPS的交换机中十分普遍。在一个共享内存总线结构中，所有的端口通过一个共享 总统访问中央内存。采用仲裁机制来控制端口访问共享端口。这消除了交叉矩阵交换机具有的基 于端口的静态内存分配和队头阻塞的问题并以一种高效的方式使用系统内存。共享内存的问题是， 构造一个快的足以提供无阻塞的速度超过20Gbps性能的仲裁机构现在很难作到。例如：现在的芯片，技术的数据总线一般是64位，总统的时钟频率（并非芯片的内部时钟频率）为 100MHz，这 样的系统背板性能可达到64×100MHz＝6.4GbPs，按双向计算，系统背板性能为12.8GbPS。因 此， 受限于现在的内存促裁机制芯片，共享内存体系的扩展性比较差。
  
  　　2.2.3并行访问共享内存
  
  　　并行访问共享内存是一种共享内存结构设计：所有端口共享一个中央内存空间。然而，不象 传统的基于总统的共享内存结构，并行访问共享内存为每个模块上的每个端口提供一个专用的可 同时写入中央内存机构和从中读出的机制，这种机制无需要总线仲裁设备。并行访问共享内存能 够保证在所有端口上同时实现完全的线速性能。并行共享内存解决了基于总线的共享内存的扩展 性问题，它的每一个模块到中央内存的存取速度都可以达到10GbPS以上，而整个中央内存可以容 许超过30路的同时访问，这样一个系统的背板容量可以扩展到300GbPs以上。同时并行访问共享 内存也没有引人交叉矩阵背板带来的队头阻塞等问题。
  
  　　2.3 交换机的第三层包转发机制（胸中式与分布式）
  
  　　每个厂商的路由交换机的实现机制不同，在路由功能的实现上，主要有集中式和分布式两种 机制。下面进行详细论述。
  
  　　2.3.1 集中式第三层包转发
  
  　　集中式第三层包转发是指在交换机中有一个专门的硬件模块（路由模块）来对全交换机的 第三层包进行转发。交换机的每个接口模块如千兆以太同交换模块，都不具备第三层的处理功 能，需要把第三层的数据包从背饭送往路由模块来查询路由并转发。严格的讲，这种结构的交 换机更准确的名称是第三层交换机，而不是路由交换机。 集中式第三层包转发是早期的技术，它的缺点在于整个交换机的路由性能受限于其路由模 块的能力。另外，当一个IP包要进行路由时，它经常要从一个以太网接口模块通过背板总线送 往路由模块，在路由模块处理后，又经背板总统送往同一以太网接口模块，这样一种数据包传 送方式浪费了背板总规处理能力。并且路由模块的故障会导致整个交换机内的路由功能的失效。 实际中很多厂商交换机中的路由模块就是一个以插卡形式集成在交换机内的软件路由器。 因此在各厂商的产品中，采用集中式包转发的交换机的路由能力一般可达到15Mpps。
  
  　　2.3.2 分布式第三层包转发
  
  　　随着ASIC芯片技术的发展，具有路由功能的模块被集成到一块芯片上，于是厂商将路由芯 片设计到了路由交换机中的每一个接口模块上，这种技术就被称为分布式第三层包转发。它不需要一个专门的模块来为整个机箱服务做包的转发，第三层的包转发可以由每个接口模块上的 路由芯片独立完成。 分布式第三层包转发突破了集中式第三层包转发的性能瓶颈，但它的路由控制机制比集中 式要复杂，它需要在每一个端口保留路由表信息以进行快速的包转发。尽管在技术上更复杂， 由于在性能上远远超出集中式，分布式第三层包转发技术已经成为了现在路由交换机的主流技 术。
  
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