Load-balanced switch
लोड-बैलेंस्ड स्विच एक स्विच आर्किटेक्चर है जो क्रॉसबार पर प्रत्येक पैकेट को दो बार भेजने की कीमत पर बिना किसी केंद्रीय मध्यस्थता के 100% थ्रूपुट की गारंटी देता है। भार-संतुलित स्विच व्यावहारिक केंद्रीय मध्यस्थता के बिंदु से आगे बढ़े हुए बड़े राउटरों के लिए अनुसंधान का विषय हैं। परिचय इंटरनेट राउटर आमतौर पर एक स्विच से जुड़े लाइन कार्ड का उपयोग करके बनाए जाते हैं। मध्यम कुल बैंडविड्थ का समर्थन करने वाले राउटर अपने स्विच के रूप में बस का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन उच्च बैंडविड्थ राउटर आमतौर पर किसी प्रकार के क्रॉसबार इंटरकनेक्शन का उपयोग करते हैं। एक क्रॉसबार में, प्रत्येक आउटपुट एक इनपुट से जुड़ता है, ताकि जानकारी एक साथ प्रत्येक आउटपुट के माध्यम से प्रवाहित हो सके। पैकेट स्विचिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रॉसबार को आम तौर पर प्रति सेकंड लाखों बार फिर से कॉन्फ़िगर किया जाता है। इन विन्यासों की अनुसूची एक केंद्रीय मध्यस्थ द्वारा निर्धारित की जाती है, उदाहरण के लिए एक वेवफ्रंट मध्यस्थ, लाइन कार्ड द्वारा एक दूसरे को जानकारी भेजने के अनुरोधों के जवाब में। पूर्ण मध्यस्थता के परिणामस्वरूप थ्रूपुट केवल प्रत्येक क्रॉसबार इनपुट या आउटपुट के अधिकतम थ्रूपुट द्वारा सीमित होगा। उदाहरण के लिए, यदि लाइन कार्ड ए और बी में आने वाले सभी यातायात लाइन कार्ड सी के लिए नियत हैं, तो अधिकतम यातायात जो कार्ड ए और बी एक साथ संसाधित कर सकते हैं, सी द्वारा सीमित है। सही मध्यस्थता को बड़ी मात्रा में गणना की आवश्यकता के लिए दिखाया गया है, जो क्रॉसबार पर बंदरगाहों की संख्या की तुलना में बहुत तेजी से बढ़ता है। व्यावहारिक प्रणालियाँ अपूर्ण मध्यस्थता अनुसंधान (जैसे आईएसएलआईपी) का उपयोग करती हैं जिनकी गणना उचित समय में की जा सकती है। एक भार-संतुलित स्विच एक भार संतुलन स्विच से संबंधित नहीं है, जो एक प्रकार के राउटर को संदर्भित करता है जिसका उपयोग कई सर्वरों में एक ही वेबसाइट पर अनुरोधों को फैलाने के लिए वेब सर्वरों के एक खेत के सामने के छोर के रूप में किया जाता है। बुनियादी वास्तुकला जैसा कि दाईं ओर के चित्र में दिखाया गया है, एक भार-संतुलित स्विच में एन इनपुट लाइन कार्ड होते हैं, जिनमें से प्रत्येक दर आर का होता है, प्रत्येक दर आर/एन के लिंक द्वारा एन बफर से जुड़ा होता है। वे बफर बदले में प्रत्येक एन आउटपुट लाइन कार्ड से जुड़े होते हैं, प्रत्येक दर आर, दर आर/एन के लिंक द्वारा। केंद्र में बफ़र्स को एन वर्चुअल आउटपुट कतारों में विभाजित किया गया है। प्रत्येक इनपुट लाइन कार्ड अपने पैकेटों को एन बफ़र्स में समान रूप से फैलाता है, कुछ ऐसा जो यह स्पष्ट रूप से बिना किसी विवाद के कर सकता है। प्रत्येक बफर इन पैकेटों को आर की संयुक्त दर पर एकल बफर-स्थानीय मेमोरी में लिखते हैं। साथ ही, प्रत्येक बफर प्रत्येक आउटपुट लाइन कार्ड को प्रत्येक वर्चुअल आउटपुट कतार के शीर्ष पर पैकेट भेजता है, फिर से प्रत्येक कार्ड को आर/एन दर पर। आउटपुट लाइन कार्ड स्पष्ट रूप से इन पैकेटों को बिना किसी विवाद के आगे बढ़ा सकता है। लोड-बैलेंस्ड स्विच में प्रत्येक बफर एक साझा-मेमोरी स्विच के रूप में कार्य करता है, और एक लोड-बैलेंस्ड स्विच अनिवार्य रूप से एक साझा-मेमोरी स्विच को बढ़ाने का एक तरीका है, जो दो बार आर/एन दर पर पैकेट्स को अग्रेषित करने से जुड़ी अतिरिक्त विलंबता की कीमत पर होता है। स्टैनफोर्ड समूह जो भार-संतुलित स्विचों की जांच कर रहा है, उन कार्यान्वयनों पर ध्यान केंद्रित कर रहा है जहां बफ़र्स की संख्या लाइन कार्ड की संख्या के बराबर है। प्रत्येक लाइन कार्ड पर एक बफर रखा जाता है, और दो इंटरकनेक्शन जाल वास्तव में एक ही जाल होते हैं, जो लाइन कार्ड की प्रत्येक जोड़ी के बीच दर 2R/N की आपूर्ति करते हैं। लेकिन बुनियादी भार-संतुलित स्विच वास्तुकला के लिए यह आवश्यक नहीं है कि बफर को लाइन कार्ड पर रखा जाए, या बफर और लाइन कार्ड की समान संख्या हो। लोड-बैलेंस्ड स्विच की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि, हालांकि लाइन कार्ड को बफर से जोड़ने वाले जाल को प्रत्येक लाइन कार्ड को प्रत्येक बफर से जोड़ने की आवश्यकता होती है, लेकिन यह आवश्यक नहीं है कि जाल एक गैर-अवरुद्ध क्रॉसबार के रूप में कार्य करे, और न ही यह कि कनेक्शन किसी भी यातायात पैटर्न के लिए उत्तरदायी हों। इस तरह का कनेक्शन केंद्रीय रूप से मध्यस्थ क्रॉसबार की तुलना में कहीं अधिक सरल है। पैकेटों को क्रम में रखते हुए यदि एक ही आउटपुट के लिए निर्धारित दो पैकेट एक लाइन कार्ड पर एक के बाद एक आते हैं, तो उन्हें दो अलग-अलग बफ़र्स में फैलाया जाएगा, जिनमें दो अलग-अलग ऑक्यूपेंसी हो सकती हैं, और इसलिए पैकेटों को उस समय तक फिर से क्रमबद्ध किया जा सकता है जब तक वे आउटपुट पर वितरित किए जाते हैं। हालांकि रीऑर्डरिंग कानूनी है, यह आमतौर पर अवांछनीय है क्योंकि टीसीपी रीऑर्डर्ड किए गए पैकेटों के साथ अच्छा प्रदर्शन नहीं करता है। अधिक विलंबता और बफरिंग जोड़कर, भार-संतुलित स्विच केवल स्थानीय जानकारी का उपयोग करके प्रवाह के भीतर पैकेट क्रम को बनाए रख सकता है। ऐसा ही एक एल्गोरिथ्म एफ. ओ. एफ. एफ. (फुल्ली ऑर्डर्ड फ्रेम्स फर्स्ट) है। एफ. ओ. एफ. एफ. में पैथोलॉजिकल ट्रैफिक पैटर्न की किसी भी भेद्यता को दूर करने और प्राथमिकताओं को लागू करने के लिए एक तंत्र प्रदान करने के अतिरिक्त लाभ हैं। कार्यान्वयन सिंगल चिप क्रॉसबार प्लस लोड-बैलेंसिंग आर्बिटर स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी टिनी तेरा परियोजना (अब्रिजियो देखें) ने एक स्विच वास्तुकला की शुरुआत की जिसमें स्विचिंग कपड़े (क्रॉसबार स्लाइस और आर्बिटर) के लिए कम से कम दो चिप डिजाइनों की आवश्यकता होती है। भार-संतुलन को शामिल करने के लिए मध्यस्थ को उन्नत करने और इन उपकरणों के संयोजन से विश्वसनीयता, लागत और थ्रूपुट लाभ हो सकते हैं। एकल वैश्विक राउटर चूंकि लोड-बैलेंस्ड स्विच में लाइन कार्ड को भौतिक रूप से एक दूसरे के पास होने की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए एक संभावित कार्यान्वयन एक पूरे महाद्वीप-या वैश्विक आकार के बैकबोन नेटवर्क का उपयोग इंटरकनेक्शन जाल के रूप में और कोर राउटर को "लाइन कार्ड" के रूप में करना है। इस तरह के कार्यान्वयन में सभी विलंबताओं को सबसे खराब स्थिति संचरण विलंबता से दोगुना कर दिया जाता है। लेकिन इसके कई दिलचस्प फायदे हैंः बड़े बैकबोन पैकेट नेटवर्क में आम तौर पर अपूर्ण क्षमता योजना, भीड़भाड़ और अन्य समस्याओं से निपटने के लिए भारी अधिक क्षमता (10 गुना या उससे अधिक) होती है। एक भार-संतुलित स्विच बैकबोन केवल 2x की अधिक क्षमता के साथ 100% थ्रूपुट प्रदान कर सकता है, जैसा कि पूरे सिस्टम में मापा जाता है। बड़े बैकबोन नेटवर्क के आधार आमतौर पर ऑप्टिकल चैनल होते हैं जिन्हें जल्दी से स्विच नहीं किया जा सकता है। ये भार-संतुलित स्विच के जाल के स्थिर-दर 2R/N चैनलों के लिए अच्छी तरह से मानचित्रित करते हैं। वैश्विक भीड़भाड़ की जानकारी के आधार पर रूट टेबल को बदलने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि कोई वैश्विक भीड़भाड़ नहीं है। नोड विफलता के मामले में पुनर्निर्धारण के लिए ऑप्टिकल चैनलों के विन्यास को बदलने की आवश्यकता होती है। लेकिन पुनः मार्ग को पूर्व संगणित किया जा सकता है (केवल सीमित संख्या में नोड्स हैं जो विफल हो सकते हैं), और पुनः मार्ग कोई भीड़ का कारण नहीं बनता है जिसके लिए आगे मार्ग तालिका में परिवर्तन की आवश्यकता होगी। संदर्भ बाहरी लिंक ऑप्टिमल लोड-बैलेंसिंग आई. केस्लेसी, सी. चांग, एन. मैककाउन और डी. ली स्केलिंग इंटरनेट राउटर ऑप्टिक्स आई. केस्लेसी, एस. चुआंग, के. यू, डी. मिलर, एम. होरोविट्ज़, ओ. सोलगार्ड और एन. मैककाउन कंप्यूटर नेटवर्किंग मीडिया एक्सेस कंट्रोल का उपयोग करते हुए