Abstract
在現今網路的普及化，所謂網路無國界，吾人透過網路可以很容易，很方便和全世界溝通，資料的傳送大大的增加下，對於高速網路的交換機需求，自然是越來越顯迫切。近年來交換機也大大的改變架構，以因應網路的需求，從輸入佇列縱橫式交換機到布可夫-范紐曼交換機，再經由改良後的百分之百輸出率”負載平衡之布可夫-范紐曼交換機”，最新的信件式順序交換機架構，不但有高輸出率也解決封包順序問題。如何實做實際封包交換機，並以模組化設計，以具有可擴充性的價值，是一個值得討論的議題。本篇論文討論如何實現MAC與PHY的電路部份，並討論應用到交換機上的一些相關技術與問題。近年來網路的普及速度與發展都相當快速，隨著需求與使用者的增加，高速網路交換機越來越顯需求。近年來的輸入佇列縱橫式交換機(Input-Buffered Corssbar Switch)逐漸受到多方的注目，此類型的交換機會在每個輸入端前放置暫存器(buffer)，且時間軸會被分成同步的許多時槽(Time slot)，在同一個時槽，依照排列矩陣(Permutation Matrix)，來決定輸出與輸入的連接設定，儲存在不同的輸入端的封包可以同一時槽被讀出到設定的輸出端。但此架構有前端阻礙問題(HOL，Head-of-Line Blocking)，因此輸出率低且封包延遲控制困難。布可夫-范紐曼交換機(Birhoff-von Neumann Switch)，亦為輸入佇列式交換機，其內部使用虛擬輸出佇列(VOQ，Virtual Output Queue)來解決前端阻礙問題，並使用頻寬分配來控制封包延遲，此交換機若要達到100%的輸出率(Throughput)，則必須要先知道每一個輸入-輸出端對的速率，方可由演算法算出其排列矩陣的設定，可是推導出的矩陣數目為O(N^2)，N為交換機的埠數，這使得交換機的擴充受到限制。負載平衡之布可夫-范紐曼交換機(Load Balanced Birkhoff-von Neumann Switch)是改良布可夫-范紐曼交換機的缺點。此交換機架構中包含了兩個接層(two-stage)，第一個階層負責負載平衡，第二個階層負責封包交換，第二個階層是原本的布可夫-范紐曼交換機，只不過將其排列矩陣的設定方式改為週期性的輸入-輸出連接，週期為輸入-輸出埠數N，因此每一個時槽所分配到的時間為N分之一，只要輸入第二階的流量是均勻分佈(Uniform Distribution)，則就能有百分之百的輸出率，而供應均勻流量的電路將由第一階層負載平衡所提供。