【摘 要】
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随着信息技术的飞速发展，网络的拓扑结构越来越复杂，对数据的传输和处理速度要求也越来越高。尤其是在高容错性、高实时性、高带宽的航空电子网络和存储区域网络中，大容量交换扮
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随着信息技术的飞速发展，网络的拓扑结构越来越复杂，对数据的传输和处理速度要求也越来越高。尤其是在高容错性、高实时性、高带宽的航空电子网络和存储区域网络中，大容量交换扮演着越来越重要的角色。由于低延迟，高带宽，长距离传输，支持可选的传输介质，传输速度和拓扑结构等优势，光纤通道（Fibre Channel，FC）协议在航空电子网络和存储区域网络中得到了广泛的应用。但是，一方面，FC市场具有高度的封闭性，几乎完全被国外设备厂商所垄断；另一方面，市场上几乎所有的FC交换机均是小容量交换机。所以，对大容量FC交换机的研究非常重要。 本文主要研究大容量FC交换机的交换方案和具体的寄存器转换级（Register Transfer Level，RTL）设计。首先，本文对FC协议进行了简单的介绍，并解释了交换技术的基本概念和发展过程。然后，对常用的单级、多级交换结构和交换算法进行了详细的叙述，对它们的性能、优缺点进行了分析，并从高容错性、高实时性、高带宽的特点以及可实现性等问题出发，选择了缓存-缓存-缓存（Memory-Memory-Memory，MMM）结构的三级Clos架构作为交换机的总体设计架构，同时，采用基于令牌的pull调度方案对数据进行总体的调度控制。之后，在三级Clos架构各级的具体设计中，结合容量大小、调度复杂度等问题，为交换架构接入处理器（Fabric Access Processor，FAP）级、交换架构模块（Fabric Module，FM）级分别选择了Crossbar和共享缓存的交换方案。接着介绍了FAP的令牌机制，并为MMM结构的信元乱序选择了信元重组的方案，为高容错性设计了负载均衡的功能。在具体的模块化设计中，分析了性能、实现复杂度等问题，提出了详细的设计方案。随后，介绍了FM的交换调度方案，在滑动迭代轮询匹配（iSLIP）算法的基础上完成了存储转发的设计。 本文使用Modelsim仿真软件完成了大容量FC交换机的功能仿真。首先，本文对各个重要的功能模块进行了仿真，确保各个模块的工作正常。之后，通过模拟随机转发的情景，完成了交换机数据转发的测试。
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