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华中科技大学
硕士学位论文
大容量交换机结构设计及线卡实现
姓名:郑欣
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:罗志祥
20060510
摘要
和宽带通信技术的飞速发展,的信息流量和设备的数量以惊
人的速度增长,同时传输技术的长足发展使得传输容量大幅度提高。交换机和路由
的主要互连设备,因而对交换机和路由器提出了更高的要求。本论
文主要研究了大容量交换机的实现架构,以及交换结构和转发处理等关键技术。
在经历了单总线、多总线、共享存储等结构的演变后,基于交换结构的多转发
引擎结构成为目前高性能路由器中的主要体系结构。在此基础上,本文提出了通道
速率为 的 128×128 大容量交换机的体系结构,并且详细介绍了交换机线
卡的实现和交换背板的组成结构。
论文主要对Clos结构进行了研究,其中两级结构是通过折叠Clos结构的第三级而
构成的。根据设计要求,我们选择两级交换结构,完成了对128×128多级互连网络的
设计。光互连技术结合了光的传输能力和电的逻辑处理能力,非常适合于宽带、
高速通信网中骨干节点的交叉连接和交换,因此我们将采用光互连的方式设计交换
背板。
然后探讨了大容量交换机线卡物理平台的构建,详细介绍了物理平台的主要组
成部分,物理层芯片、FPGA 及线卡串行收发器的器件特性和相关配置。本文详细讨
论了交换机线卡 FPGA 的设计和具体实现,给出了关键模块的 FPGA 实现并进行了
时序仿真验证。最后对交换机线卡进行了电路调试和分析以及下一步工作的计划。

关键词:大容量交换机;多级互连;交换背板;线卡;转发引擎
I
Abstract
With the quickly development to and munication
technologies, devices and traffic is increasing dramatically in . The switch and
router are foremost interconnected devices. In this thesis we will research the architecture
of large-capacity switch, switching fabric and forwarding technology.
Nowadays, multi-bus and shared memory backplane are being replaced by much
faster switched backplane that allow multiple packets to be transferred simultaneously.
After that, the system-level architecture of a large-capacity switch with 128×128
serial data rates is proposed in this thesis. Next, the Implementation of
line-card posing modules of backplane on large-capacity switch are described.
This thesis has mainly studied the Clos structure, and two-stage structure can be
constructed by folding the third-stage module in the Clos structure. We have plished
the design of the 128×128 multistage work by the two-stage structure.
bined transmission capability of optics and logic processing capability of
electronics, optical interconnect technology is fully appropriate for switching nodes in
wide band and high speed backbone works. Consequently, we will
design the switching backplane by optical interconnect.
Then