基于Clos网络的高阶路由器结构

作     者：施得君 李宏亮 胡舒凯 SHI De-jun;LI Hong-liang;HU Shu-kai

作者机构：战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院河南郑州450000 江南计算技术研究所江苏无锡214083 

出 版 物：《计算机工程与科学》 (Computer Engineering & Science)

年 卷 期：2023年第45卷第12期

页      面：2099-2112页

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFB0301000) 数学工程与先进计算国家重点实验室基金(2023B05) 

主　　题：高性能计算 互连网络 网络拓扑 高阶路由器 Clos网络 

摘      要：路由器为高性能互连网络的关键组成部分,利用高阶路由器可灵活构建网络直径低、路由路径丰富、容错性能高的拓扑结构。分层结构将整个路由器分成多个子交叉开关实现,子交叉开关规模较小,典型实现为子交叉开关的数量等于路由器端口数,每个子交叉开关对应一个输入/输出端口。分层结构每个子交叉开关的输入和输出都设有缓冲区,导致分层结构路由器内部有大量缓冲区,扩展性受限。网络结构将用于构建系统的网络拓扑实现在片内,如通过网格、全互连或胖树连接较小的交换机,并通过集成电路技术实现在一个路由器中,对外表现为一个高阶路由器。网络结构成本低,构建系统网络后除了要考虑系统网络拓扑的性能,还需要考虑路由器本身的路由问题。提出基于Clos网络的分层结构路由器,综合了传统分层结构高性能和网络结构低成本的优点,并提出2种Clos网络的调度算法,在均匀流量模式下接近100%带宽,RTL综合评估其实现最多减少面积25.9%。