一种负载均衡分组交换结构及其构造方法技术

本发明专利技术提供了一种负载均衡分组交换结构及其构造方法，其中，所述构造方法包括：将基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构分成第一级交换模块和第二级交换模块；在第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组队列，在第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，在虚拟输出群组队列存储的分组发送到第一级交换前，将分组组合成预置长度的数据块，然后再分割成等长的数据片，同时添加自路由标签，传输后到达重排序缓存后，再把数据片重新组合成所述数据块。本发明专利技术所述种负载均衡分组交换结构及其构造方法，解决了负载均衡Ｂｉｒｋｈｏｆｆ－ｖｏｎ　Ｎｅｕｍａｎｎ交换结构的分组乱序的问题，提高了端到端的吞吐量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种负载均衡分组交换结构及其构造方法。
技术介绍
电信应用中，所谓的交换结构是一种网络设备，该设备实现数据单元的路径选择，并将数据单元发送到下一个目标地址。由于交换结构的内部容量是有限的，因此，当到达交换结构的流量不均衡时，会出现有些端口或者内部线路已经处于饱和状态，而有些端口或者内部线路却仍处于空闲状态的情况。为了避免上述不均衡状态的出现，一般采用负载均衡交换结构来均衡到达的流量。该结构使流量的分布在交换结构内部处于均衡状态，即交换结构的端口和各个内部线路的利用率相同。这样便可以最大限度的提高交换结构的吞吐量，降低交换结构内部的阻塞。负载均衡Birkhoff-von Neumann交换结构恰好能够解决交换结构内部阻塞的问题。如图1所示，负载均衡Birkhoff-von Neumann交换结构包含两级纵横式负载均衡(Load-balancing)交换、伯克霍夫-冯诺伊曼(Birkhoff-von Neumannswitch)交换和一个处于两级之间的虚拟输出队列VOQ(virtual output queue)。第一级交换完成负载均衡，第二级交换完成数据分组交换。由于交换结构两级的连接方式是确定和周期性的，所以不需要任何输入输出端口间的调度。连接模式的选择必须要求在每一个连续的N个时间间隙，每个输入端都要和每个输出端恰好连接一次。可见，上述的负载均衡交换结构解决了交换结构数据阻塞的问题。但是，在每个输入端口，由于业务流量是不相同和不均衡的，于是不同流所含有的数据分组的数量也是不同的，这就使得中间级虚拟输出队列VOQ的-->长度不同。又由于队列服务是独立于各自长度的，因此，上述负载均衡交换机构又出现了队列排队延迟，数据分组乱序的问题。而分组乱序传输可能导致TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议快速恢复，使得TCP滑动窗口减半，端到端的吞吐量也会减半。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种负载均衡分组交换结构及其构造方法，使得负载均衡Birkhoff-von Neumann交换结构能够解决分组乱序的问题，提高端到端的吞吐量。于是，本专利技术提供了一种负载均衡分组交换结构的构造方法，该方法包括：将基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构分成具有完成负载均衡功能的第一级交换模块和具有完成分组自路由转发功能的第二级交换模块；在所述第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组队列，在所述第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，所述虚拟输出群组队列，用于存储带有自路由地址信息的分组数据块，所述重排序缓存，用于将属于同一个输入群组的分组数据块按自路由地址信息排列，以便后续处理；所述虚拟输出群组队列存储的分组发送到第一级交换前，组合成预置长度的数据块，然后被分割成等长的数据片，同时在数据片上添加用于实现自路由的自路由标签；拥有自路由标签的数据片经第一级交换模块和第二级交换模块传输后到达目的输出端口的重排序缓存，根据数据片携带的自路由标签，把数据片重新组合成所述虚拟输出群组队列组合成的数据块。其中，在所述第一级交换模块和第二级交换模块之间设置中间线群组。其中，所述基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构采用分布式自路由。本专利技术还提供一种负载均衡分组交换结构，包括基于自路由集线器用于完成负载均衡功能的第一级交换模块和用于完成分组数据自路由转发功能的第-->二级交换模块，其中，在所述第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组队列，在所述第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，所述虚拟输出群组队列，用于存储带有自路由地址信息的分组数据块，所述重排序缓存，用于将属于同一个输入群组的分组数据块按自路由地址信息排列，以便后续处理，所述第一级交换和第二级交换之间为中间线群组连接。可见，通过将基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构分成第一级交换模块和第二级交换模块，在第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组队列，在第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，并在所述虚拟输出群组队列存储的分组发送到第一级交换前，将分组组合成预置长度的数据块，然后被分割成等长的数据片，同时在数据片上添加用于实现自路由的自路由标签，在重排序缓存中，根据数据片携带的自路由标签，再把数据片重新组合成所述虚拟输出群组队列组合成的数据块。通过上述结构的变化，可见，本专利技术提供的负载均衡分组交换结构取消了
技术介绍
中所述的第一级交换和第二级交换之间的虚拟输出队列VOQ这一中间级，使得本专利技术所述的负载均衡分组交换结构不存在排队延迟问题，进而避免了分组乱序。所以，本专利技术解决了负载均衡Birkhoff-von Neumann交换结构能够分组乱序的问题，提高端到端的吞吐量。附图说明图1为现有技术中负载均衡Birkhoff-von Neumann交换结构示意图；图2a为本专利技术实施例所述多路径自路由交换结构一般构造方法流程示意图；图2b为图2a所述多路径N＝128 G＝8 M＝16的多路径自路由交换结构构造方法流程示意图；图3为本专利技术实施例所述负载均衡分组交换结构模型示意图；图4为本专利技术实施例所述算法一示例图；图5为本专利技术实施例所述算法二示例图。具体实施方式-->下面，结合附图对本专利技术进行详细描述。本专利技术实施例采用基于自路由集线器的分组交换结构，而该交换结构主要是利用集线器和线组技术，在可路由多级互连网络的基础上来构造。如图2a所示，一个M×M可路由的多级互连网络构成一个基于自路由集线器的分组交换结构，一般的，设N＝2n，N＝M×G，M＝2m，G＝2g，先构造一个M×M的可路由网络(通常选择版图复杂性最优的分治网络)。然后将网络中各级2×2路由单元替换为2G-to-G自路由群组集线器，把网络中各级间的连线替换成G条平行的线束，这样就建立了一个拥有M个输出(输入)群组，每群组包含G个输出(输入)端口的N×N网络。2G-to-G集线器具有两组输入端口和两组输出端口的，两个输出组中地址小的称为0-输出组和地址大的称为1-输出组；同理，两个输入组称为0-输入组和1-输入组。同一个输出组中的端口是不用区分的，这是因为对于一个信号而言，交换到同一组中任何一个端口的效果都是等价的。如图2b所示，当线束大小G为8时，将线组和16-to-8集线器应用于图2a所示的16×16网络，就得到了一个128×128网络。逻辑上，2G-to-G集线器等同于2×2基本路由单元，因为它每个输入(输出)组中的G个端口的地址是相同的。一个2G-to-G集线器是指一个2G×2G的排序交换模块，它将2G个输入信号中地址最大的G个信号交换到具有最大输出地址的G个输出端口，并将其余的G个信号路由到具有最小输出地址的G个输出端口。如图3所示，基于上述构造的自路由集线器的分组交换结构，通过叠加2个基于自路由集线器的分组交换结构以及在第一级交换模块前添置虚拟输出群组队列(VOGQ：Virtual Output Group Queuing)，在第二级交换模块后面设置重排序缓存(RB：Re-sequencing Buffer)便可构造负载均衡的分组交换结构。实际上，第一级交换模块起到了负载均衡的作用，它负责将输入的网络流量均匀化后转送到第二级交换模块输入端。之后，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载均衡分组交换结构的构造方法，其特征在于，包括：　将基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构分成具有完成负载均衡功能的第一级交换模块和具有完成分组自路由转发功能的第二级交换模块；　在所述第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组 队列，在所述第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，所述虚拟输出群组队列，用于存储带有自路由地址信息的分组数据块，所述重排序缓存，用于将属于同一个输入群组的分组数据块按自路由地址信息排列，以便后续处理；　所述虚拟输出群组队列存储的分组发 送到第一级交换前，组合成预置长度的数据块，然后被分割成等长的数据片，同时在数据片上添加用于实现自路由的自路由标签；　拥有自路由标签的数据片经第一级交换模块和第二级交换模块传输后到达目的输出端口的重排序缓存，根据数据片携带的自路由标签， 把数据片重新组合成所述虚拟输出群组队列组合成的数据块。

【技术特征摘要】
1、一种负载均衡分组交换结构的构造方法，其特征在于，包括：将基于自路由集线器的负载均衡分组交换结构分成具有完成负载均衡功能的第一级交换模块和具有完成分组自路由转发功能的第二级交换模块；在所述第一级交换模块输入端前设置虚拟输出群组队列，在所述第二级交换模块输出端后设置重排序缓存，所述虚拟输出群组队列，用于存储带有自路由地址信息的分组数据块，所述重排序缓存，用于将属于同一个输入群组的分组数据块按自路由地址信息排列，以便后续处理；所述虚拟输出群组队列存储的分组发送到第一级交换前，组合成预置长度的数据块，然后被分割成等长的数据片，同时在数据片上添加用于实现自路由的自路由标签；拥有自路由标签的数据片经第一级交换模块和第二级交换模块传输后到达目的输出端口的重排序缓存，根据数据片携带的自路由标签，把...

【专利技术属性】
技术研发人员：李挥，何伟，李硕彦，黄佳庆，陈建，潘凯，张书鑫，伊鹏，汪斌强，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，上海北京大学微电子研究院，李挥，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]