Abstract
近年來隨著網路的蓬勃發展，光纖的逐漸普及，對於高速網路交換機的需求顯得極為迫切。在目前電子式的交換機架構中多採用共享記憶體交換方式，需要記憶體高速的存取能力，因此隨著我們網路傳輸速度越來越快，該類型交換機已經無法符合我們的需求；近年來輸入佇列縱橫式交換機逐漸受到多方的注目；此類型的交換機會在每個輸入埠前放置暫存器，且時間軸會被劃分為同步的許多時槽；在同一個時槽中，依照排列矩陣來設定輸入– 輸出埠的連接設定，儲存在不同輸入埠暫存器的封包可以同時地被讀出，而被交換到其設定的輸出埠。這類輸入佇列式交換機在設計之初有著前端阻礙的問題，因此會有低輸出率以及封包延遲控制困難的毛病。布可夫– 范紐曼交換機亦為一輸入佇列式交換機，其內部使用虛擬輸出佇列來解決前端阻礙的問題，並使用頻寬分配來控制封包延遲。此交換機若要達到100%的使用率，則必須要先知道各輸入– 輸出埠對的速率，方可由演算法算出其排列矩陣的設定，而該演算法所推導出的矩陣數目為O(N2) ，其中N 為交換機的埠數，這將使得此型交換機的埠數擴充受到限制。負載平衡之布可夫– 范紐曼交換機亦為布可夫- 范紐曼交換機的改良型，該交換機包含兩個階層，其中第一個階層負責負載平衡，第二個階層負責封包交換；其中第二階層其實就是原來的布可夫– 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的輸入– 輸出連接，週期等於輸入、輸出的埠數N，因此每個輸入– 輸出埠組合會在每N 的時槽內獲得一次連接設定，也就是說每個輸入– 輸出埠在每個時槽內所獲得的時間分配為1/N 個時槽，也因此只要第二階層的輸入流量為均勻分佈，則可獲得100%的使用率，而提供均勻分佈流量的功能將由第一個階層所提供。相較於原來的布可夫 – 范紐曼交換機，該型交換機具有可擴充性佳，硬體複雜度低，以及可達到百分之百使用率…等優點，本篇論文在討論如何以模組化設計的概念來實做一個四乘四負載平衡之布可夫 - 范紐曼交換機。