测试任务视角下的交换机结构设计.doc

试析测试任务视角下的交换机结构设计【摘 要】在科技日新月异的今天，网络也得到了快速的发展，人们对网络的需求也越来越大。交换机质量的优劣、使用的便捷程度直接关系到该类科技的普及与使用程度。鉴于现有交换机在网络化测试应用性和实用性所存在的处理弊端，以及网络闭环时间传递信息方式上的缺陷，我们在总结了多个报道的方法后，重新归纳总结出了一套较为实用的交换机测试系统。设计了一套三位一体，三项共进的同步访问控制器，同时完善了测试网络链路延时的时间帧结构。【关键词】测试任务；交换机；结构设计一、交换机的结构设计internet网络通信的核心就是交换机，这种特性决定了其在网络通信中的地位及作用，交换机的性能能够直接影响整个网络性能。在入线和出线之间建立连接的是交换功能的存在，交换网络就是交换系统的基本组成部分，这就从本质上决定了交换网络在交换系统的核心地位。目前，能够满足网络通信顺畅的交换机机构基本都已经普及为大容量交换机结构，从功能上可以将这类结构分为数据通路及控制两个部分。所谓数据通路指通过一定的数据转换机制或协议将流过交换系统的数据包进行逐个处理的过程；所谓的控制是指通过一定的系统配置或管理在特定的算法控制下完成某项工作的过程。一般可以简化为如下：我们可以很明显的看到：交换机由线卡、调度器、交换背板及主控制器四大部分组成。交换机的高速互连是由高速光纤背板提供的，这种设备还将路由引擎和转发相分离，采取分布式执行数据的分组转发任务。在每一个线卡都会有一个转发处理模块，这个模块的功能是接收数据及完成数据分组转发，再由交换单元传输到特定的接口。一个大容量的交换机有64个线路端口，每个线卡包含一个接受与发送至端口，然后经过光电转换传入光纤交换板。交换板是由一个主控制器所控制的，调度器最终完成数据的调度。线卡和交换背板在逻辑上构成一个高速数据交换平台，而分组调度器和主控器构建对交换平台上层控制管理层。二、太网在交换中的检测运用太网交换机的目的就是将网络进行段落化划分，从而为端口上的各个网络节点提供独立的宽带服务，让使用同一交换机的不同设备的没有网络资源竞争，这样就可以有效避免各个使用用户之间产生的数据使用冲突。然而，太网在交换机中的使用并不是最终解决办法，主要问题的解决还得归结到交换机上来。如多个数据同一时间达到交换机的时候，就要求从目的端口将缓存按照一定的顺序输出，这样不同的交换机就决定了多路缓存数据的时间、实现方式以及网络的负载，但是其值仍然是不确定的。因此，使用交换设备割断链路所引起的时间延迟是无法体现出设备的延迟效应的。目前，闭环时间传递方法采用的频率较高，但是这种方法存在单向传输时延测量误差较大及时间传递交换过程想对复杂的缺点。由于这些缺点的存在是很不利于用户的使用的，因此提出了时间传递较快、时间检测便捷以及具有时钟再生功能的同步介质访问控制器，简称为smac。经过相关研究表明，主节点时钟和从节点时钟之间所达到的同步精确度在25ns以内，从节点时钟之间所达到的同步精确度在50ns以内。三、smac的交换机设计（一）什么是smac。以smac为核心的交换机具有多个此类端口，当在物理层数字接口检测时，smac端口会将结果发送到同步帧，以此来测量交换时间的延迟长度，同时将帧在当前交换设备之前传递过程中的路径时延相加，计算出新的路径时延。一般而言的smac交换机的结构若干成对的交换处理器组成的。这类交换机以smac为核心的交换机主要由交换逻辑、smac、存储区三大部分组成，每个smac都位于交换逻辑与物理层的中间，通过总线接口与交换逻辑连接，通过物理层数字接口与phy连接，同时每一个smac还通过总线接口与时间变量存储区相连。交换逻辑是符合网络协议的、实现帧在各个smac之间交换的逻辑单元，smac实现帧的收发以及与时间相关的处理和计算。时间变量存储区用于存储时间信息，如同步帧在smac上的接收时戳信息和路径时延信息等。（二）测量smac链路时延。时延测量是指依靠物理链路使每一对smac端口建立连接，再以本地钟为基准对每个smac链路做时延测量。在这个过程中的发起节点就是源节点，这个节点会产生测量帧，接受或应答测量帧节点就是目的节点。时延测量帧的产生与发送是通过时间传递服务单元完成的，测量帧所表示的发送时刻是由时戳标记单元在相应的接口检测并标记。测量帧的发送传递的机制是：以smac为核心的交换机中的时戳标记单元来检测测量帧，同时以本地时钟做基准记录并准时接收时刻。测量帧的接收的机制是：时间传递服务单元在测量帧作出头部交换指令后，直接将其作为应答帧发回，时戳标记单元就会自动标记应答帧发送时刻，同时还会计算出smac中的测量帧滞留时延，最后通过应答帧的运用返回到源节点。从这样的运行机制我们可以看出，链路时延就是通过帧的发送与接收时间及数据处理时间的返回通过时间服务单元中本地时钟的记录差来完成的。四、测试实验smac的组成部分有介质访问控制器、时戳标记单元、时间传递服务单元、时钟再生单元及本地时钟单元，各个单元之间是通过总线来连接在一起的。介质访问控制器的任务是执行介质存取及控制协议，帧的发送或接收就是依靠其实现的。时间传递服务单元存在的主要目的是协调与管理时间的传递流程，从而产生测量帧及同步帧，以达到计算时延和存储smac状态属性的目的。以smac为核心的交换机中时戳标记单元的主要功能是检测物理层数字接口的时间帧、并标记帧的收发时刻以及提取或插入时戳信息。时戳标记单元对时间帧的检测标志是帧类型，并以帧类型域的第一个字节开始时刻作为时戳。参考文献1陈国顺,宋新民.网络化测控技术m.北京:电子工业出版社,2006: 1-2.2huckeba h,rolfe d h. precise time synchronization using ieee1588 for lxi applicationsj.systems readiness technology conference,2006(9):129-135.3李凤保,古天祥,陈光禹.网络化测试