路由集群的交换结构

多级交换是指通过多个独立的交换矩阵，组成一个多级多平面交换矩阵。由于多级交换大幅增强了系统扩展能力，目前路由器集群都是采用多级交换结构。

　　而多级交换结构内交换单元的互联方式不同，可分为Clos、Banyan、Butterfly和Benes等形式。同时，多级交换结构还可分为有阻塞和无阻塞两种，其中无阻塞交换又分为严格无阻塞、可重排无阻塞和广义无阻塞3种。而具体采用何种交换结构是路由集群技术争论的焦点，目前发布的路由集群主要采用了Benes和Clos两种方式。

　　1.Benes使用方形交换单元(输入输出端口数相同)。一个典型的3级BenesN×N交换结构可以在每个输入端和每个输出端之间形成n个可能的通路。Benes输出可以扩展至任意奇数级。

　　Benes属于可重排无阻塞网络，即只要某个连接的起点、终点是空闲的，任何时刻都可以在交换网络中直接或间接对已有的连接重新选路来建立一个连接。

　　Benes的主要优点是实现简单，缺点是建立连接时需要重新选路，会增加数据传输时延。

　　代表产品——思科CRS-1集群系统

　　2.Clos是Benes的延伸，由非方形交换单元组成。Clos交换结构在任一输入与输出之间存在多条可达路径。要保证严格的无阻塞，Clos必须满足以下条件，即m>=2n-1，其中m是第二级的交换单元数，n是第一级单元的入线数和第三级单元的出线数。典型的Clos结构有3级。

　　Clos属于严格无阻塞方式，只要连接的起点和终点是空闲的，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接；

　　Clos的优点在于网络结构清晰，传输时延较低。但是为了增加容量和降低阻塞，需大量上调m和n的数量，将导致技术成本和实现复杂度增加。Clos适合于在大型网络设计中使用，通过使用较小的交换结构简化网络层次，并可减少构建无阻塞交换结构所需要的交叉点，降低构建大型交换网络的成本。

　　代表产品——Juniper的TXMarix平台&华为NE5000E集群系统