技术解析：SDN交换机如何实现

　　2. 背板设计

　　SDN交换机中，从设备入端口接收到的数据包将通过背板被发送到设备出端口。交换机的背板是数据帧在交换机内部传输的通信通道，携带有转发决策信息及中继管理信息。参考传统的网络交换设备，SDN交换机可采用的背板设计主要包括共享总线机制和交叉开关矩阵机制两种方式，相应的介绍和分析如下。

　　共享总线(Shared Bus)机制：交换机中所有的入端口和出端口都共享同一数据通路，并由一个集中的仲裁器负责决定何时以何种方式将总线的访问权赋予哪个交换机端口。根据不同的交换机配置，仲裁器可以用多种多样的方法保证总线访问的公平性。在共享总线的数据帧传输流程中，交换机设备入端口在接收到数据帧后，将发起对总线的访问请求，并等待请求被仲裁器批准后将数据帧发送到数据总线上。该数据帧会被总线上挂接的所有端口接收到，同时交换机将决定哪个出端口应该继续传递该数据帧。在接收到交换机的决定后，负责转发的设备出端口将继续传递数据帧，而其他端口则将该数据帧丢弃。共享总线的交换机制使得除了交换机的设备入端口外，其他挂接在总线上的端口都可以自动获得数据帧的副本而无需额外的复制操作，从而比较容易实现组播和广播。但是，共享总线的速度将会对整个交换机的流量造成很大影响，这主要是因为总线是共享的，所以端口必须要等到轮到它们使用总线时才能进行通信。

　　交叉开关矩阵(Crossbar)机制，又可以被称作 "纵横式交换矩阵"，其基本思路是支持在交换机端口之间提供多个可以同时使用的数据通路。它突破了共享总线机制中的带宽限制，在交换网络内部没有带宽瓶颈，不会因为带宽资源不够而产生阻塞。因此，在SDN交换机的设计与实现时，交叉开关矩阵可以被引入，以改进数据交换效率。

　　3. 缓冲机制

　　如果SDN交换机采用了基于共享总线的背板设计，那么数据帧必须要依次等待仲裁器裁决直至轮到它们对应的端口可以访问总线时才可以被发出；而即使是采用了基于交叉开关矩阵的背板设计，数据帧也有可能因为网络出现拥塞被延迟发出。因此，相关的数据帧就必须被SDN交换机所缓冲直至它被发出。如果SDN 交换机没有设计合理的缓冲机制，那么在出现流量超标或者网络拥塞时，数据帧就有可能被随时丢弃。

　　SDN交换机的缓冲机制用于解决数据包不能够被设备出端口及时转发的问题，而发生该情况的原因主要包括交换机的设备入端口和设备出端口速率不匹配、多个设备入端口向同一设备出端口发送数据、设备出端口处于半双工工作状态等。为了避免发生上述情况导致数据包被丢弃，当前有两种常用的缓冲机制可供SDN 交换机选择。

　　端口缓冲：为每个交换机上的以太网端口提供一定数量的高速内存用于缓冲数据帧的到来与转发。该方法存在的主要问题是当端口的缓冲被使用殆尽时，其后续接收到的数据帧将被丢弃，而支持缓冲规模的灵活调整将有助于缓解这一问题。

　　共享内存：为所有端口提供可以同时访问的共享内存空间用于端口缓冲。该方法将所有接收到的数据帧都保存在共享的内存池中，直到设备出端口准备将其转发到网络中。使用这种方法，交换机能够动态地分配共享内存，可以根据端口流量的大小设定相应的缓冲规模。