[發(fā)明專利]一種高速以太網(wǎng)交換芯片的存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910075688.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109861931B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮海強(qiáng);王劍峰;趙文琦;李小波;馬徐瀚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安微電子技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H04L12/933
• 分類號(hào): H04L12/933;H04L12/935;H04L12/861
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種高速以太網(wǎng)交換芯片的存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)，包括依次電連接的若干收發(fā)器模塊、GMAC模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊；若干GMAC模塊均與控制單元相交互；控制單元分別與轉(zhuǎn)發(fā)端口判定模塊、管理單元以及幀解析模塊相交互；幀解析模塊通過地址管理模塊和VLAN管理模塊與轉(zhuǎn)發(fā)端口判定模塊相交互；本發(fā)明克服了芯片存儲(chǔ)空間無限增大的需求，在不明顯增加芯片面積的情況下，解決了端口的阻塞引起整個(gè)芯片癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，降低了芯片成本，保證了交換數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明存儲(chǔ)冗余設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)有效解決了端口的阻塞引起整個(gè)芯片癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，保證了交換數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)發(fā)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)通信及網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種高速以太網(wǎng)交換芯片的存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)，尤其適用于以太網(wǎng)交換器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等領(lǐng)域。例如，數(shù)據(jù)服務(wù)中心、大型交換機(jī)等。

【背景技術(shù)】

目前在主流的以太網(wǎng)交換芯片中，采用的方法是所有交換端口共享一塊存儲(chǔ)空間。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸速率及交換數(shù)據(jù)量的提高，對(duì)高速以太網(wǎng)交換芯片存儲(chǔ)空間的管理提出了更高的要求，但當(dāng)某個(gè)端口的鏈路阻塞時(shí)，向該端口轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀會(huì)持續(xù)占據(jù)存儲(chǔ)空間而無法轉(zhuǎn)發(fā)出去，導(dǎo)致存儲(chǔ)資源占滿，最終引起交換芯片癱瘓；如果單純的增加交換器內(nèi)部存儲(chǔ)空間的容量，則會(huì)無限增大芯片面積，并且隨著數(shù)據(jù)交換的進(jìn)行，當(dāng)端口阻塞時(shí)整個(gè)存儲(chǔ)空間也會(huì)被占滿。

在“以太網(wǎng)交換技術(shù)研究及交換芯片的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)”中，交換芯片采用共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)。片上RAM大小為256K字節(jié)，寬度為64位，RAM劃分為數(shù)據(jù)緩存空間、端口隊(duì)列空間和地址表空間三部分，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)功能部件對(duì)這些存儲(chǔ)空間進(jìn)行管理。其中，數(shù)據(jù)幀緩存器將來自輸入端口的數(shù)據(jù)幀統(tǒng)一存儲(chǔ)到片上RAM內(nèi)，等待控制部件將其輸出到相應(yīng)的輸出端口，一個(gè)數(shù)據(jù)幀在緩存中可以不連續(xù)存放；端口描述符是用統(tǒng)一的格式對(duì)數(shù)據(jù)幀在緩存器中不連續(xù)存儲(chǔ)的位置信息進(jìn)行描述，存儲(chǔ)控制部件為每個(gè)輸出端口維護(hù)一個(gè)描述符表，表中存儲(chǔ)了要從此端口輸出的描述符；為了正確轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，需要建立MAC地址與交換芯片端口之間的映射關(guān)系，交換芯片用一個(gè)地址表存儲(chǔ)這些映射關(guān)系。此外，根據(jù)IEEE802.3X協(xié)議，結(jié)合數(shù)據(jù)幀緩存空間的管理還設(shè)計(jì)了流量控制機(jī)制，從而降低了交換芯片的丟幀率。但當(dāng)某個(gè)端口的鏈路阻塞時(shí)，向該端口轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀會(huì)持續(xù)占據(jù)存儲(chǔ)空間而無法轉(zhuǎn)發(fā)出去，導(dǎo)致存儲(chǔ)資源占滿，最終引起交換芯片癱瘓。

在“網(wǎng)絡(luò)高性能交換結(jié)構(gòu)及調(diào)度算法研究”中，針對(duì)N×N的交換結(jié)構(gòu)，N為輸入/輸出的端口數(shù)量。提出了一種新的的交叉點(diǎn)緩沖交換結(jié)構(gòu)——負(fù)載均衡交叉點(diǎn)緩沖交換(LB-CQ)，其基本的思想是：在簡(jiǎn)單交叉點(diǎn)緩沖交換矩陣的前面，添加一級(jí)負(fù)載均衡交換矩陣，負(fù)載均衡交換矩陣通過簡(jiǎn)單的端口輪轉(zhuǎn)匹配對(duì)輸入端口到達(dá)流量進(jìn)行負(fù)載均衡分配，可以將到達(dá)交換矩陣各輸入端口的非均衡流量通過負(fù)載均衡轉(zhuǎn)化為近似均衡的流量，從而在保留CQ交換矩陣調(diào)度算法簡(jiǎn)單、不需要流控、延時(shí)等QoS性能出色的基礎(chǔ)上，克服CQ交換矩陣非均衡流量下吞吐量性能不佳的缺點(diǎn)，該方案雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)存儲(chǔ)空間的充分使用，但沒有對(duì)其進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)端口上有巨型幀進(jìn)行傳輸時(shí)，很容易造成鏈路阻塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了有效解決當(dāng)以太網(wǎng)交換芯片某個(gè)端口阻塞時(shí)整個(gè)存儲(chǔ)空間會(huì)被占滿的問題，提出一種高速以太網(wǎng)交換芯片的存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)，該方法通過在交換器的每個(gè)端口設(shè)置專用存儲(chǔ)器，當(dāng)某個(gè)端口的鏈路阻塞時(shí)，該端口的數(shù)據(jù)會(huì)先在自己的專用存儲(chǔ)空間堆疊，不會(huì)影響共享存儲(chǔ)空間，避免了因某一個(gè)端口的阻塞引起整個(gè)交換芯片癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證了數(shù)據(jù)的正常轉(zhuǎn)發(fā)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種高速以太網(wǎng)交換芯片的存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)，包括依次電連接的若干收發(fā)器模塊、GMAC模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊；若干GMAC模塊均與控制單元相交互；控制單元分別與轉(zhuǎn)發(fā)端口判定模塊、管理單元以及幀解析模塊相交互；幀解析模塊通過地址管理模塊和VLAN管理模塊與轉(zhuǎn)發(fā)端口判定模塊相交互；

收發(fā)器模塊，對(duì)于n端口的交換芯片，其數(shù)量為n，與GMAC模塊的數(shù)量相同，用于傳輸線和GMAC模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸；