100G之云内交换篇——面向数据中心的统一交换架构

　　二、 传统的基于CIOQ的Crossbar交换架构

　　基于CIOQ的Crossbar交换架构在上世纪90年代出现。如图2所示，该架构包含一到多个并行工作的无缓存Crossbar芯片，每个Crossbar芯片通过交换网端口FP(Fabric Port)连接到所有输入端口对应的FA端口和所有输出端口对应的交FA端口;业务调度通常采用集中仲裁器，连到所有的输入输出FA芯片和Crossbar芯片;出口FA定时或实时地向仲裁器报告出口拥塞情况。一次典型的交换过程包含三个步骤：(1)输入端口发送业务前，入口FA先要向仲裁器请求发送(Request to transmit);(2)仲裁器根据输出端口队列拥塞情况，给入口FA发送允许发送(Request granted);(3)业务通过交换网转发到输出端口。

　　在入口方向，缓存采用VoQ(Virtual output Queuing：虚拟输出队列)方式给到不同目的输出端口、不同优先级的业务流分配相应的队列，对入口流量进行缓冲。在出口方向，也有一个缓存，用以吸收交换网过来的突发流量。因此称之为CIOQ(Combined Input Output Queuing：组合输入输出队列)。

　　图2 基于CIOQ的Crossbar交换架构

　　由于是集中调度，所以仲裁器的调度算法复杂度很高，性能扩展性较差，系统容量大时调度器容易形成瓶颈，难以做到精确调度。

　　由于是粗放型调度，所以在出口方向需要放一个比较大的缓存，并做进一步调度，以支持粒度更细的系统级QoS。为了充分利用出口缓存，需要提高系统加速比，加速比通常达到1.6～2，提高加速比意味着系统能支持的有效端口容量下降(加速比是指交换网端口速率与实际的网络端口速率的比值)。

　　有些产品交换架构在几何拓扑上将多个Crossbar连成与下文描述的CLOS架构相类似的形式，并采用静态路由方式，即业务流进入交换网前，根据源端口指定或基于Hash算法选择一条路径。所以，属于同一条流的所有报文将选择同一条路径进入交换网。显然，当系统中业务流较为单一时，被Hash算法选中的路径容易形成阻塞，而其它路径则较为空闲。类似道理，业务流从第二级交换到第三级时，也容易形成阻塞。这种架构不是严格意义上的无阻塞CLOS交换架构，其交换性能与基于CIOQ的Crossbar相当。

　　基于CIOQ的Crossbar同时满足了较大容量交换和较好的业务调度的需求，是一种比较完善的交换架构，交换容量可以从几百G到几T，通常支持10G接口但无法支持40G和100G接口。由于交换容量不是很大，交换网通常集成在主控板上，采用1+1主备或负荷分担工作方式。目前市场上基于10G平台的机架式高端交换机设备通常采用该架构，典型的比如H3C S9500，Cisco C6500。