大家好，今天農農來為大家解答以上問題。交換技術有哪些類型，交換技術有哪些很多人還不知道，現在讓我們一起來看看吧！
1、交換結構是路由器、交換機等數據產品中的核心部件，直接決定了整個系統的主要性能。
2、多年來，各相關廠商、科研院所提出了許多交換方案，以解決數據交換過程中的碰撞沖突與阻塞等問題。
3、從實現機制上分，大體上可分為兩類：時分交換結構、空分交換結構。
4、時分交換結構在時分交換結構中，交換單元不能同時交換一個以上的輸入端口數據。
5、從交換結構的角度看，每個輸入端口數據的處理是串行的。
6、共享總線交換結構共享總線交換結構采用時分背板總線進行數據交換，總線容量為單個端口容量的N倍以提供足夠帶寬。
7、每個輸入端口以一定的優先級，如仲裁或菊花鏈結構，向總線發送數據。
8、交換結構如圖1所示。
9、共享總線交換結構非常簡單，并且各結點之間具有相對的獨立性，但其可擴展性受背板總線速率所限，而當背板總線可用性不佳或一個端口進入超長傳輸時，可能導致整個交換體系的崩潰。
10、分層總線交換結構在一定程度上改善了共享總線交換結構的性能。
11、在分層總線下，局部交換通過局部總線，只有全局交換需要經過多條總線，如圖2所示。
12、共享內存交換結構共享內存結構被廣泛應用于中小型甚至某些特定的大型交換結構實現當中，如圖3所示。
13、復用器(MUX)對各輸入端口數據進行調度，解復用器(DEMUX)對共享內存中各隊列進行調度，共享內存存儲轉發數據，控制器協調讀寫操作并提供各隊列狀態信息。
14、共享內存交換結構簡單有效，交換可根據不同的設置被相應的優化。
15、但其交換性能取決于共享內存的存取速率，共享內存的讀寫帶寬與調度算法需要有2N倍端口速率，可擴展性較差，并且共享內存的可*性也直接影響了整個交換體系。
16、空分交換結構與時分交換結構相比，空分交換結構適用范圍更廣，可分為單級交換結構、多級交換結構、群集交換結構。
17、單級交換結構Crossbar是一種典型的單級交換結構，其實現方式有：集中方式(輸入比輸出多)、擴展方式(輸入比輸出少)、連接方式(輸入和輸出一樣多)，一般采用連接方式，由N×N交*矩陣構成，如圖4所示。
18、Crossbar是一種嚴格非阻塞交換結構，可通過輸入輸出之間交*點的閉合，同時提供多條數據通路。
19、交*點由調度器控制，調度器依據各輸入數據隊列的信息，經過調度算法得到輸入端口和輸出端口之間的一個匹配，并配置相應交*點。
20、調度器的調度效率決定了Crossbar的交換速率。
21、Crossbar交換結構優點在于所有輸入輸出之間都存在著獨立的交換通道，因此該結構本質上是非阻塞的，并能夠方便地實現組播。
22、但Crossbar的可擴展性較差，增加一個端口就可導致交*點的指數增長，并且數據流通過交換結構的傳輸延時不定，另外盡管輸入端口是非阻塞的，但如果兩個輸入數據流具有相同輸出端口，則輸出端口阻塞，因此排隊仲裁是必須的。
23、多級交換結構時分交換結構與Crossbar交換結構都是單級交換結構，實現較為簡單。
24、當考慮大型交換系統時，單級交換結構有兩個問題：為了解決以上問題，提出了多級交換結構。
25、多級交換結構通過多個小的交換單元互連構造出一個大型的、容量可擴展的交換網絡。
26、多級結構能夠容納非常多的輸入輸出端口，其內部控制比較復雜，但各小交換單元的實現可以采用現有的成熟技術。
27、多級交換結構之間的不同取決于各交換單元之間的互連形式，圖5列出了其中的幾種結構。
28、在多級交換結構中，級數越少，交換延遲也就越小，但交換通路也相應減少，這導致碰撞阻塞的更容易產生，因此多級交換結拓撲的確定有一個各項性能之間的折中。
29、另外，從直觀上看，相鄰兩列的交換單元為全連接是交換性能最好的一種，但全連接方式成本較為昂貴，互連線眾多，需要更多時間調度相對多的輸入端口，影響了處理速度，因此非全連接形交換有著更為經濟的應用。
30、Banyan網絡是得到廣泛研究的一種多級交換結構，它的特點在于可伸縮性、固定交換時延、數據傳輸的自路由性與有序性。
31、由于自路由性，其數據轉發過程非常簡單，數據信元能并行通過該結構，但如果超過一個信元在同一時刻到達一個交換單元的話，就會產生碰撞沖突，因此Banyan網絡會由于內部的信元阻塞導致相關信元丟失，對此存在著兩個解決方案，實際上兩個方法可以同時應用：以Banyan網絡為基礎，為了實現更好的性能，又提出了許多Banyan網絡的改進方案，如Batcher-Banyan網絡、L-level Banyan網絡、Banyan-Delta網絡、擴展Banyan網絡等，其中Benes網絡是較為突出的一種。
32、Benes網絡是一個重排非阻塞的Banyan網絡，交換級數為(log2N)-1級，采用方形交換單元(輸入輸出端口數相同)構造并進行多級互連，保證了在每個輸入輸出端口間都有N個可能的通路。
33、Benes網絡可以擴展至任意奇數級，如圖6所示。
34、Clos網絡是Benes網絡的推展。
35、Benes網絡采用方形交換單元，便于實現，而Clos網絡用非方形交換單元構造。
36、Clos網絡是一個三級全互連網絡，由5元組(M1, R1, R2, R3, N3)表示，如圖7所示。
37、如果R2>= M1+N3-1，它是一個嚴格非阻塞結構；如果R2>= Max(M1，N3)，則是一個重排非阻塞結構。
38、另外，還有一種非常重要的交換結構：多平面交換結構。
39、線卡中的一個數據流可同時通過各個平面，數據在輸出端進行重組。
40、多平面交換結構可以與多種交換結構結合，如Crossbar、Clos等，在大容量交換結構的實現中，被許多交換芯片制造商與設備制造商所采用，以期達到相當高的交換速率。
41、圖8為四平面交換結構。
42、群集交換結構從網絡拓撲上看，群集交換結構與多級交換結構相類似，也是通過一些小的交換結構構建一個大的交換結構。
43、不同的是，多級交換結構內部的交換單元不與輸入輸出端口相連，而群集交換結構通過各線卡上的交換單元堆疊成一個大的交換結構，如圖9所示。
44、圖中每個圓圈表示線卡上的交換單元。
45、群集交換結構中某些交換網絡結構可以歸類為K-ary N-cube形網絡(其中K為每條邊的結點數，N為維數)，如圖9中的環狀網絡(Ring)是6-ary 1-cube網絡；網狀網絡(Mesh)是4-ary 2-cube網絡，也稱為2D-Torus；而三維超立方體網絡(3D-Hypercube)是2-ary 3-cube形網絡。
46、衡量群集交換結構性能有以下一些因素：一個良好的群集交換結構，應該是一個小直徑、無限可擴展性、高對分帶寬、高性價比、多連通度、低延時、無阻塞、非死鎖的交換結構。
47、二維(網狀)、三維或更高維的超立方體等格形網絡結構是得到應用較多的群集交換結構，許多問題也類似，以下以此類結構為例對群集交換結構的特點進行論述。
48、一般說來，格形結構的可擴展性好、傳輸通量高，但由于各交換單元之間需要互連，多數交換端口用在互相連接當中，因此較為昂貴，并且交換結構分散控制拓撲復雜，因此會在技術上帶來一些問題，如死鎖問題。
49、死鎖一般發生在當一個發送數據信元期待一個不可能發生的事件的時候，如互為發送的雙方都期待對方的緩沖區釋放出空間以接收對方數據等情況。
50、死鎖可以由虛擬通道技術加以解決，或由傳輸等待超時發現并退出發生死鎖的一個或幾個數據傳輸來打破。
51、另外，由于群集交換結構的信元傳送需要經過多個交換單元，因此會有較單級結構更多的延時，這可以采用增加維數，減小直徑的方法，也可以通過加快各交換單元處理速度等方法。
52、隨著交換技術的進步，各交換單元的處理速率越來越快，直徑所帶來的延時在一定范圍內不是主要考慮因素，因此雖然大于三維的超立方體結構具有更小的直徑，但由于控制的復雜性、價格昂貴等原因，近年來逐漸轉向三維網絡，特別是對3D-Torus結構的研究與應用。
53、3D-Torus網絡用大小固定的交換單元互連而成為一個三維環繞的格形網，每個交換單元通過單向或雙向鏈路與它的六個相鄰節點相連，并具有一個雙向數據通路的連接線卡，路由選擇時要求在每個方向上分別經過若干轉接點。
54、圖10是3D-Torus網絡拓撲結構圖。
55、3D-Torus網絡具有以下特點：結語近年來，隨著Internet流量的迅猛增大，市場迫切需要采用一種可由小容量平滑過渡到大容量的數據交換結構，傳統的交換結構，如共享內存、Crossbar等，正越來越受到多級交換結構、群集交換結構的挑戰。
56、事實上，Juniper、Avici、Pluris等公司生產的某些大規模路由器都已經采用新的交換結構，因此本文希望通過對各類交換結構的論述，為交換結構在數據產品中的設計選用提供一些借鑒。
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本文到此結束，希望對大家有所幫助。