Cấu trỳc chuyển mạch phõn chia theo thời gian TDS được nhỡn nhận như một cấu trỳc truyền thụng đơn chia sẻ tài nguyờn cho cỏc gúi tin vào/ra hệ thống. Thành phần chia sẻ tài nguyờn này cú thể là Bus, mạch vũng Ring hoặc bộ nhớ. Nhược điểm lớn nhất của kỹ thuật này là giới hạn dung lượng của cấu trỳc truyền thụng nội. Tuy nhiờn, cỏc cấu trỳc này cú thể dễ dàng mở rộng để hỗ trợcho cỏc điều hành kết nối đa hướng. Một số bộ định tuyến thuộc vựng mạng truy nhập sử dụng kiến trỳc này và thuộc về cỏc thế hệđầu và thế hệ hai của bộđịnh tuyến.
63
i, Chuyển mạch chia sẻphương tiện
Trong chuyển mạch chia sẻ phương tiện, cỏc gúi tin tại cổng vào được ghộp kờnh theo thời gian và chuyển trờn phương tiện (bus hoặc mạch vũng ring). Độ thụng qua của phương tiện chia sẻ này quyết định năng lực của toàn bộ chuyển mạch.
Để thực hiện chuyển mạch qua phương tiện sử dụng chung, trường chuyển mạch được điều khiển bởi khối logic điều khiển bus. Truy nhập phương tiện dựng chung được điều khiển theo một trong cỏc phương phỏp như điều khiển sử dụng thẻ, điều khiển phõn tỏn sử dụng bỏo hiệu giữa cỏc cổng đầu vào và đầu ra, điều khiển phõn tỏn đồng bộ sử dụng Bus ghộp kờnh chia thời gian.
Như chỉ ra trờn hỡnh 3.8 cỏc cổng đầu ra được gắn trực tiếp với bộ lọc địa chỉ AF và bộđệm FIFO (First in First Out). AF xỏc định địa chỉ của cỏc cổng đầu vào và lọc cỏc địa chỉcú đầu ra tương ứng trờn cổng đầu ra. Cỏc bộ lọc địa chỉ và cỏc bộđệm trờn cỏc cổng đầu ra hoạt động độc lập và cú thể thiết kế riờng biệt nhằm tăng hiệu quả xử lý gúi tin.
Hỡnh 3.8: Cấu trỳc trường chuyển mạch chia sẻphương tiện
Điểm bất lợi lớn nhất của kiến trỳc này là dung lượng trường chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ bộ nhớ. Trong thực tế, khi tất cả N gúi đầu vào đều cựng ra một cổng đầu ra. Cỏc bộđệm đầu ra khụng thểlưu toàn bộ N gúi tin trong một khe thời gian nếu trường chuyển mạch cú kớch thước lớn và tốc độ đầu vào quỏ cao. Việc thiếu bộ nhớ đệm sẽ gõy tắc nghẽn cục bộ tại đầu ra và cỏc gúi sẽ bị tổn thất trong khi đú cỏc bộ nhớ tại cỏc cổng khỏc cú thể cũn trống mà khụng được sử dụng.
ii, Chuyển mạch chia sẻ bộ nhớ.
Trong cấu trỳc chia sẻ bộ nhớnhư chỉ ra trờn hỡnh 3.9, cỏc gúi tin được ghộp theo thời gian thành một luồng dữ liệu đơn và chuyển tuần tự vào bộ nhớ chia sẻ. Địa chỉ
64
để cung cấp cho cỏc gúi tin ghi vào và đọc ra được điều khiển bởi module điều khiển theo cỏc thụng tin trong tiờu đề gúi tin.
Ưu điểm của kiểu trường chuyển mạch chia sẻ bộ nhớ này là cú thể tối ưu được bộ nhớ khi chia sẻ tài nguyờn. Kớch cỡ của bộ nhớ cú thểđặt phự hợp với yờu cầu để giữ tỉ lệ mất mỏt gúi tin dưới một giỏ trị chọn trước. Tuy nhiờn, nhược điểm chớnh cũng nảy sinh từ vấn đề lựa chọn kớch cỡ bộ nhớ này, khi bộ nhớ phải duy trỡ một khụng gian tối thiểu đồng thời phải mềm dẻo đểđỏp ứng sự bựng nổ của lưu lượng.
Hỡnh 3.9: Kiến trỳc trường chuyển mạch chia sẻ bộ nhớ
Bộ nhớ chia sẻ là bộ nhớ gồm hai cổng (kộp), cổng ghi cho cỏc giao diện đầu vào và cổng đọc cho cỏc giao diện đầu ra. Mặt khỏc, bộ nhớ chia sẻđược tổ chức thành N hàng đợi tỏch biệt tương ứng với N đầu ra, tuy nhiờn khụng gian bộ nhớ (S) khụng bắt buộc phải phõn hoạch hoàn toàn. Dưới gúc độ tổng quỏt, cỏc gúi tin đầu vào thuộc vào
N lớp sẽtương ứng với N hàng đợi đầu ra, khụng gian bộ nhớđược chia thành (N+1) vựng tương ứng với N cổng đầu ra được ký hiệu là sj với (j=1,2,....N) và một vựng nhớ
s0 sử dụng chung. Tựy thuộc vào phương phỏp phõn vựng sj ta cú 3 kiểu chia sẻ vựng nhớ.
Chia sẻ hoàn toàn giữa N cổng đầu vào: s0=S và sj =0 với j=1,....,N. Bộ nhớ khụng phõn hoạch thành cỏc vựng nhớ và cỏc gúi tin chuyển tới đầu ra cú thể được đệm tại bất kỳ vị trớ nào trong bộ nhớ. Bộđiều khiển chỉđịnh cỏc vựng nhớcho cỏc gúi tin đến và duy trỡ một danh sỏch liờn kết cỏc gúi tin cho mỗi hàng đợi đầu ra.
Phõn hoạch hoàn toàn giữa N đầu ra với s0=0: Kiểu chia sẻ này rất đơn giản trong quản lý: Từng phần bộ nhớđược chỉđịnh cho mỗi đầu ra, cỏc gúi tin được đọc từđỉnh hàng đợi bởi giao diện đầu ra. Nếu gúi tin tới hàng đợi đó đầy, gúi tin sẽ bị loại bỏ.
Phõn hoạch từng phần: Hai kiểu chia sẻ bộ nhớ trờn đõy hướng tới hai tiờu chớ ngược nhau: tiờu chớ chia sẻ và tiờu chớ cụng bằng. Vỡ vậy, nếu chọn một tiờu chớ thỡ tiờu chớ cũn lại sẽ là nhược điểm. Kiểu phõn hoạch từng phần là tổ hợp của hai kiểu
65
trờn với 0<s0<S, kiểu chia sẻ này duy trỡ một lượng bộ nhớ tối thiểu cho tất cả cỏc cổng đầu ra và vỡ vậy sẽ giảm bớt được nhược điểm của kiểu phõn hoạch hoàn toàn khi trường hợp tải đầu ra lớn.
Để cải thiện hiệu năng của trường chuyển mạch chia sẻ bộ nhớ, người ta thường sử dụng hàng đợi logic để trỏnh tranh chấp đầu ra hoặc cải thiện phương thức truy nhập bộ nhớ. Cỏc gúi tin trong cựng một luồng tin đầu vào đến trường chuyển mạch được tỏch ra thành cỏc dũng bit song song và đưa tới bộ nhớ chung. Cỏc gúi tin kết cuối trờn cựng một cổng đầu ra liờn kết với cỏc gúi khỏc qua hàng đợi logic, hàng đợi logic được hỡnh thành bởi hai con trỏ: con trỏđầu (Header) và con trỏ đuụi (Tailer). Con trỏ đầu sử dụng để chỉ tới gúi tin đầu tiờn của hàng đợi và con trỏ đuụi chỉ tới gúi cuối cựng của hàng hoặc vị trớ trống cho hàng đợi tiếp theo. Phương thức truy nhập bộ nhớ theo kiểu truy nhập ngẫu nhiờn được thay thế bởi sử dụng kiểu bộ nhớ chỉ nội dung CAM (Content Addressable Memory). Ngoài ra cũn cú cỏc giải phỏp ghộp hợp với chuyển mạch khụng gian hoặc sử dụng cỏc bộ nhớ song song.