Коммутационный блок
Коммутационный блок располагается в самом сердце маршрутизатора. Именно через коммутационный блок пакеты перемещаются от входного порта к выходному порту. Коммутационный блок может быть реализован несколькими способами, как показано на рис. 4.35.
□ Коммутация с использованием памяти. Простейшие ранние маршрутизаторы часто представляли собой традиционные компьютеры, в которых коммутация между входными и выходными портами осуществлялась под непосредственным управлением центрального процессора (игавшего роль маршрутного процессора). Входные и выходные порты функционировали как традиционные устройства ввода-вывода в операционной системе. Получив пакет, входной порт сначала сигнализирует маршрутному процессору прерыванием. Затем пакет копируется из входного порта в память процессора. После этого маршрутный процессор извлекает из заголовка пакета адрес получателя, ищет соответствующий выходной порт в таблице продвижения данных и копирует пакет в буфер выходного порта. Обратите внимание, если пропускная способность памяти позволяет записать или прочитать В пакетов в секунду, тогда суммарная пропускная способность коммутатора (полная скорость, с которой пакеты переносятся от входных портов к выходным портам) не может превышать В/2.
Многие современные маршрутизаторы также используют память для коммутации пакетов. Однако их главное отличие от ранних маршрутизаторов заключается в том, что поиск адреса получателя и хранение (коммутация) пакетов в соответствующей области памяти выполняется процессорами на карте входной линии.
Маршрутизаторы, коммутирующие пакеты через память, во многом напоминают мультипроцессоры с коллективным доступом к памяти. К таким маршрутизаторам относятся коммутаторы серии Catalyst 8500 компании Cisco и маршрутизаторы Bay Network Accelar 1200.
□ Коммутация с использованием шины. При таком подходе входные порты переносят пакеты напрямую в выходные порты по общей шине без вмешательства маршрутного процессора (обратите внимание, что в случае коммутации через память пакет также должен пересечь системную шину, соединяющуюся с памятью). Хотя маршрутный процессор не участвует в переносе пакета по шине, поскольку шина используется коллективно, в каждый момент времени по шине может двигаться только один пакет. Пакет, поступивший на входной порт в тот момент, когда шина занята переносом другого пакета, блокируется и устанавливается в очередь входного порта. Поскольку каждый пакет должен пересечь единственную шину, пропускная способность подобного маршрутизатора ограничивается скоростью шины.
Учитывая, что пропускная способность современной шины может превышать ги-габит в секунду, метод коммутации через шину часто оказывается достаточным для маршрутизаторов, работающих в корпоративных сетях. Основанный на использовании шины метод коммутации принят в ряде современных маршрутизаторов, включая Cisco 1900, коммутирующих пакеты по шине Packet Exchange Bus с пропускной способностью 1 Гбит/с. Система CoreBuilder компании 3Com соединяет порты, располагающиеся в различных коммутирующих модулях при помощи шины PacketChannel с пропускной способностью 2 Гбит/с.
□ Коммутация с использованием соединительной сети. Один из способов преодолеть ограничения пропускной способности одной общей шины заключается в использовании более сложной соединительной сети, подобной сети, связывающей процессоры в мультипроцессорных системах. Матричный коммутатор представляет собой соединительную сеть, состоящую из 2Л/Гшин, соединяющих N входных портов с JV выходными портами, как показано на рис. 4.35. Прибывающий на входной порт пакет перемещается по горизонтальной шине до пересечения с вертикальной шиной, ведущей к нужному выходному порту. Если ведущая к выходному порту вертикальная шина свободна, пакет переносится в выходной порт. Если в данный момент вертикальная шина уже используется для передачи пакета в тот же самый выходной порт из другого входного порта, тогда пакет блокируется и ставится в очередь входного порта.
В качестве соединительных сетей между входными и выходными портами также предлагалось использовать коммутационные блоки Delta и Omega. В коммутаторах семейства Cisco 12000 применяется соединительная сеть, обеспечивающая пропускную способность до 60 Гбит/с. одна из современных тенденций в устройстве соединительной сети заключается в том, что IP-дейтаграмма переменной длины фрагментируется на ячейки фиксированной длины, которые затем маркируются и коммутируются через соединительную сеть. На выходном порту из этих ячеек восстанавливается исходная дейтаграмма. Ячейки фиксированной длины и внутренняя маркировка существенно упрощают и ускоряют коммутацию пакета через соединительную сеть.