【正文】 ate a connection to a line card that is already busy and must wait for the receiving line card to bee free before transmitting. In this case, data destined for a different line card that is not busy is blocked by the frames at the head of the line. 中英文資料 6 Catalyst switches use a number of techniques to prevent headofline blocking。而對于在 OSI模型的第 3 層 或者更高層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策的交換機(jī)，它們將數(shù)據(jù)看作分組。盡管直通交換能夠在數(shù)據(jù)傳送的時候提供最低的延遲 ,但卻容易傳送以太網(wǎng)碰撞所產(chǎn)生的碎片、殘幀 (runt)或受損幀。交換矩陣 (switch fabric)是交換機(jī)通信信道的一個常用術(shù)語 ,它可以在交換機(jī)內(nèi)部傳送幀、承載轉(zhuǎn)發(fā)決策 信慮、和轉(zhuǎn)送管理信息。 圖 22 舉例說明幀進(jìn)入交換機(jī)時的循環(huán)服務(wù)過程。 圖 23 共享總線中的幀流 在中央仲裁器授予訪問權(quán)限之后 , 幀將被發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。 交叉矩陣交換 在共享總線體系結(jié)構(gòu)示例中，共享數(shù)據(jù)總線的速度決定了交換機(jī)的流量處理總?cè)萘?。通過到交叉交換矩陣的 16 個獨(dú)立的 8Gbit/s 連接， SFM 能夠向線路卡提供 128Gbit/s 的帶寬（ 256Gbit/s全雙工）。 為了防止丟棄幀 ,Catalyst 交換機(jī)通常采用下述兩種內(nèi)存管理方式： ? 端口緩沖內(nèi)存； ? 共享內(nèi)存。 圖 25 舉例說明端口緩沖內(nèi)存的情況。 在采用共享內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)的交換機(jī)中， Catalyst 4000 和 Catalyst 4500 系列交換機(jī)是比較新的一些產(chǎn)品。除最高端交換平臺和配置之外，所有交換產(chǎn)品都可能發(fā)生過度預(yù)定交換矩陣的情況。線端阻塞大多發(fā)生在多個高速數(shù)據(jù)源向相同目標(biāo)發(fā)送流 量灼的情況。流量發(fā)生器的端口 2 連接到交換機(jī)的端口 2，并且向交換機(jī)的端口 4 發(fā)送 100%速率的流量。在發(fā)生擁塞期間，大的輸出緩沖區(qū)（ 64KB到 512KB 共享內(nèi)存）允許對準(zhǔn)備發(fā)送的幀進(jìn)行排隊。為了獲得高速交換的解決方案，根據(jù)具體平臺的不同， Cisco Catalyst 交換機(jī)產(chǎn)品線注重使用共享總線、交叉交換矩陣和兩種技術(shù)的結(jié)合。決策的參考依據(jù)可以是第 2 層信息（源 /目標(biāo) MAC 地址）或其他一些信息（例如第 3 層 IP 信息和第 4 層端口信息）。對于已經(jīng)處于繁忙狀態(tài)的 線路卡，如果多個線路卡試圖與其建立連接，那么它們就必須等待接收線路卡處于空閑狀態(tài)。一旦發(fā)送線路卡獲得訪問權(quán)限 ,在能夠?yàn)榫€路中的下一個請求提供服務(wù)之前，中央仲裁器不得不等待接收線路卡完整地接收幀。如果所有模塊都連接到帶寬要求不高的終端用戶工作站，即使某個線路卡過度預(yù)定交換矩陣，那么也不會顯著影響性能。共享內(nèi)存緩沖區(qū)尺寸可能取決于平臺，但大多數(shù)情況下在 64 字節(jié)到 256 字節(jié)的范圍內(nèi)進(jìn)行分配。交換機(jī)以緩沖區(qū)的形式動態(tài)地分配共享內(nèi)存，為接收大量入口流量的端口分配足夠的緩沖區(qū)，并且不會為空閑端口分配不必要的緩沖區(qū) 。 Catalyst 5500 以太網(wǎng)線路卡端口的緩沖內(nèi)存就是非常靈活的，并且能夠創(chuàng)建各種尺寸的幀緩沖區(qū)，進(jìn)而充分利用可用的緩沖區(qū)內(nèi)存。基于上述原因，在傳送幀之前，必須對其進(jìn)行緩沖處理。 圖 24 交叉交換矩陣 在 Cisco Catalyst 5500 系列（ Cisco 公司最早采用交叉矩陣體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品之一）交換機(jī)產(chǎn)品中，總共實(shí)現(xiàn) 3 條獨(dú)立的 ，新型的 Catalyst 5500 系列線路卡具有必要的連接器針腳，她們能夠同時連接到這 3 條數(shù)據(jù)總線，進(jìn)而能夠充分利用 的總帶寬。在某些情況下，對于具有未知目標(biāo) MAC 地址的幀或者廣播幀，交換機(jī)將向除幀接收端口之外的所有端口發(fā)送幀。 1 的幀 交換機(jī)的入站端口接受源自主機(jī) 1 的整幀，并且將其存儲到接受緩沖區(qū)中。 共享總線交換 在共享總線的體系結(jié)構(gòu)中，交換機(jī)的所有線 路模塊都共享 1 個數(shù)據(jù)通路。 存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式 如果交換機(jī)工作在存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式 ,那么它將接收和檢查整幀 ,因此它是錯誤率最低的交換模式。 上述 3 種交換模式的區(qū)別在于交換機(jī)在制定轉(zhuǎn)發(fā)決策之前所接收和檢查的幀數(shù)目。最后，本章介紹如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)。中英文資料 1 中文 5030字 英文資料翻譯 LAN Switch Architecture This chapter introduces many of the concepts behind LAN switching mon to all switch vendors. The chapter begins by looking at how data are received by a switch, followed by mechanisms used to switch data as efficiently as possible, and concludes with forwarding data toward their destinations. These concepts are not specific to Cisco and are valid when examining the capabilities of any LAN switch. 1. Receiving Data— Switching Modes The first step in LAN switching is receiving the frame or packet, depending on the capabilities of the switch, from the transmitting device or host. Switches making forwarding decisions only at Layer 2 of the OSI model refer to data as frames, while switches making forwarding decisions at Layer 3 and above refer to data as packets. This chapter39。這些概念并非 Cisco 交換機(jī)所特有的，而是在查看局域網(wǎng)交換機(jī)功能的時候，對所有交換機(jī)產(chǎn)品都適用的。下面將詳細(xì)討論每種交換模式。 由于 采用速度更快的處理器和 ASIC（ ApplicationSpecific Integrated Circuit，專用集成電路），交換機(jī)不必支持直通交換機(jī)和碎片隔離交換，因此，所有新型的 Cisco Catalyst 交換機(jī)都采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換。中央仲裁器決定何時授予各線路卡訪問總線的請求。端口根據(jù)幀的 FCS（ Frame Check Sequence，幀檢驗(yàn)序列）進(jìn)行錯誤檢測。 ,其余端口丟棄該幀 根 據(jù)第 5 步驟中的決策，某個特定端口或者某些端口被告知發(fā)送幀，而其余端口則被告知丟棄或者清空幀。通過僅連接到 3 條數(shù)據(jù)總線中的 1 條數(shù)據(jù)總線，老式的 Cisco Catalyst 5500系列線路卡仍然能夠兼容 Cisco Catalyst 5500 系列。如果沒有有效的緩沖機(jī)制，那么當(dāng)出現(xiàn)流景過量或發(fā)牛擁塞的時候 ,幀被丟棄的可能性就非常高。對于采用 SAINT ASIC 的 Catalyst 5000 以太網(wǎng)卡，每個端口包含 192KB 的緩沖區(qū)內(nèi)存，其中 24KB 用于接收或者輸入緩沖區(qū)，而 168KB 用于發(fā)送或者輸出緩沖區(qū)。 圖 25 端口緩沖內(nèi)存 Catalyst 1200 系列交換機(jī)是一款早期的共享內(nèi)存交換機(jī)產(chǎn)品。 圖 26 舉例說明輸入幀在被交換引擎交換之前如何存儲到共享內(nèi)存（以 64 字節(jié)為單位）中。 圖 26 共享內(nèi)存體系結(jié)構(gòu) 根據(jù)具體的帶寬需求情況， Cisco 在各種平臺上提供了無阻塞和阻塞等兩種配置。這種情況與在銀行中進(jìn)行巾進(jìn)行存款的情形存在一定的相似性： l 名出納員向多個客戶提供服務(wù)，但接收服務(wù)的客戶正在辦理復(fù)雜的業(yè)務(wù)，那么其他客戶就必須等待。在這種情況下，發(fā)往其他非忙狀中英文資料 12 態(tài)線路卡的數(shù)據(jù)將會被線端的幀所阻塞。每種交換平臺都支持各種類型負(fù)責(zé)智能交換決策的ASIC。 7．總結(jié) 在優(yōu)化數(shù)據(jù)交換方面，盡管存在多種不 同的方法，但它們的核心概念卻是緊密相關(guān)的。每個端口都維護(hù) 1個小的入口緩沖區(qū)和 1 個大的出口緩沖區(qū)。流量發(fā)生器的端口 1 連接到交換機(jī)的端口 1，并且向交換機(jī)的端口 3 和端口 4 發(fā)送 50%速率的流量。 5. 擁塞和線端阻塞 對于等待傳送的流量，如呆它們阻礙或者阻塞了去往其他目標(biāo)的流量被傳送，那么就發(fā)生線端阻寨。例如，對于 8 端口吉比特以太網(wǎng)模塊，為了似的端口能夠達(dá)到無阻塞的狀態(tài)，那么就要求交換矩陣必須支持 8Gbit/s 的帶寬。分組采用 FIFO（ first in ， first out，先入先出）的處理方式。因?yàn)榇蠖鄶?shù)緩沖區(qū)都用語輸出隊列，所以 Catalyst 5000 家族交換機(jī)已經(jīng)減輕線端阻塞的問題。出現(xiàn)下述情況的時中英文資料 10 候，就需要使用緩沖： ? 入口和出站端口的速度不匹配； ? 多個輸入端口共同向單個輸出端口提供流景； ? 輸出端口發(fā)生半雙工碰撞； ? 上述幾種情況的組合。 在 Cisco Catalyst 6500 系列交換機(jī)中， SFM（ Switch Fabric Module，交換矩陣模塊）和SFM2（ Switch Fabric Module2，交換矩陣模塊 2）能夠支持交叉矩陣。 共享總線體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢之一在于每個端口（入站端口除外）都將自動接收幀的副本，也就易于實(shí)現(xiàn)組播和廣播流量，而無需復(fù)制各個端口的幀。 包含轉(zhuǎn)發(fā)決策所需要的信息報頭將被添加到幀中，然后線路卡請求在數(shù)據(jù)總線 上發(fā)送幀的訪問權(quán)限或者許可權(quán)限。共享總線體系結(jié)構(gòu)非常類似于機(jī)場票務(wù)柜臺前的多個隊列，但任何時候僅有 1個票務(wù)代理處理客戶請求。 圖 21 交換模式 2. 數(shù)據(jù)交換 無論交換機(jī)需要檢查幀的多少字節(jié)，幀最終都將由輸入或入站端口交換到單個或多個輸出和出站端口。這 6 個字節(jié)代表了幀的日標(biāo) MAC 地址 ,交換機(jī)利用這些信息足以做 出轉(zhuǎn)發(fā)決策。對于僅在 OSI 模型的第 2 層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策的交換機(jī)，它們將數(shù)據(jù)看作幀。s Frame Check Sequence (FCS) for errors. If the frame is defective (runt, fragment, invalid CRC, or Giant), the port discards the frame and increments the appropriate counter. Requesting access to the data bus