[发明专利]路由交换装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能宽带网络的路由交换设备，具体涉及路由交换装置及方法。

背景技术

当前，在各种宽带应用的不断驱动下，互连网络正朝着高速和多媒体综合传输的方向发展。作为构建高性能宽带网络的基础，路由交换设备必须能够支持巨大的带宽容量和多种业务的服务质量（QoS）保障。路由交换设备的核心是交换架构，交换架构的特性直接决定了路由交换设备的性能和服务支持能力。

早期的交换架构主要是输出队列交换或者共享存储交换结构，由于输出端口直接调度进入输出缓冲区的数据包而且不同输出端口之间的数据流相互隔离，因此具有调度算法简单而且易于提供服务质量支持的优点。然而付出的代价是为了同时容纳来自所有输入端口的数据包，输出队列的访问接口必须提供相当于端口线速率的N倍加速(N=输入端口数)。在端口的线速率飞速发展的今天，这显然已经成为难于实现的目标。为此，又提出了输入排队交换结构（IQ），带虚拟输出队列（VOQ）的IQ结构被证明能够提供100%的吞吐量而且不需要任何内部加速，但是要做到这一点，IQ交换结构需要全局的调度算法，随着线速率以及端口数目的增长，全局调度算法的复杂度使得线速转发决策变得越来越困难。

为了解决上述问题，目前最新的一种交换结构为混合输入-交叉缓冲排队（CICQ），如图1所示，该交换结构混合了输入线卡上的大容量的虚拟输出队列和交换矩阵交叉上的缓冲，由于交叉缓冲有效的实现了输入和输出调度的隔离，因此可以在N个输入调度器和N个输出调度器上采用非全局的调度算法。

尽管混合输入-交叉缓冲排队交换结构具有高效和低复杂度的特性，仍然存在以下一些难以克服的缺点：

（1）输入线卡和交换矩阵之间通信的问题。

在每一个交换时隙中，线卡必须知道对应交叉上的缓冲是否为空以便决定能够向交叉发送数据包，因此必须在线卡和交叉之间交换流控信息，而实际应用中线卡和交叉甚至不会在同一个机架上，典型的线卡和交叉之间信息往返延时会达到600ns，而在40G的线速率下，一个64字节数据包占用的时隙不过8ns而已，此时线卡和Crossbar之间流控的通信开销显然已经严重影响了延时性能。

（2）混合输入-交叉缓冲排队交换结构仍然需要至少2倍交换加速来模拟输出队列交换结构以实现对QoS更好的支持，对于最新交换网络中线速率高达40Gbps乃至100Gbps的端口速率而言，2倍交换加速给系统的复杂性带来了很大的影响。

由此可见，现有的混合输入-交叉缓冲排队交换结构通信延时大且需要交换加速。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决混合输入-交叉缓冲排队交换结构通信延时大且需要交换加速的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种路由交换装置，包括第一级流量均匀交换矩阵和第二级交叉缓冲交换矩阵，所述第一级流量均匀交换矩阵将从其各个输入端口输入的信元按流量均匀地发送到其各个输出端口；所述第二级交叉缓冲交换矩阵包括多个交叉单元，每个所述交叉单元上均设有缓存器，由所述第一级流量均匀交换矩阵输出的信元直接进入相应的所述缓存器，所述第二级交叉缓冲交换矩阵根据其各输出端口的调度从相应的缓存器中取出信元并发出。

在上述装置中，所述第一级流量均匀交换矩阵和所述第二级交叉缓冲交换矩阵均为N×N形式，N为端口数。

在上述装置中，所述第一级流量均匀交换矩阵采用定时轮转模式将从其各个输入端口输入的信元均匀发送到其各个输出端口。

在上述装置中，所述第二级交叉缓冲交换矩阵的输入端口根据信元携带的输出端口信息将信元存入对应的所述缓存器。

本发明还提供了一种路由交换方法，包括以下步骤：

步骤A10、各信元由第一级流量均匀交换矩阵中的各输入端口输入，并按流量均匀地从第一级流量均匀交换矩阵中的输出端口输出；

步骤A20、从第一级流量均匀交换矩阵输出的信元直接进入第二级交叉缓冲交换矩阵中的相应交叉单元，并缓存在相应交叉单元上的缓存器中；

步骤A30、第二级交叉缓冲交换矩阵根据其各输出端口的调度从相应的交叉单元的缓存器中取出信元并发出。

在上述方法中，所述第一级流量均匀交换矩阵和所述第二级交叉缓冲交换矩阵均为N×N形式，N为端口数。

在上述方法中，步骤A10包括以下步骤：

步骤A101、将数据处理时间分为N个定长时隙，每个时隙长度为发送一个定长信元的时间；