焦点娱乐-官网电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实验室成都6100【摘要】针对共享缓存式交换机能提供理想的吞吐量、延时性能和对于一定的丢内存较其他交换机小的特点，结合现有的共享缓存式以太网交换机芯片，对该交换机进行分析和总结，并提出了一种共享缓存式以太网交换机缓存结构。中图分类号缓存管理单元;共享缓存池;分片;描述符;输出队列;分级文献标识码TN91505BufferStructureZhengWanli，TuXiaodong，TianYonggangKeyLaboratoryBrodbandOpticalFiberTransmissionCommunicationNetworksUESTChina,MinistryAbstractShared-memorycommonstructureEthernetswitchesdelayperformanceFurthermore,givenlossrate,sharedlessbuffersthanotherswitchespaperanalyzesphysshared-memoryEthernetswitchesaccordingexistenceshared-memoryswitchournewstructureKeywordsmemorymanagementunit;commonbufferpool;cell;service共享缓存是交换机中比较常用的一种结构。在这种交换结构中，所有的输存模块，所有需要经过交换机的数据都在缓存中存储转发。该结构的优点是缓可以获得最佳的时延和吞吐率性能。在交换机芯片的硬件实现上，缓存的集中上比较方便。如果采用外部存储器作为交换机的共享缓存池，外部缓存可以采降低交换机的成本，适用于不同的规模设计。但因为缓存的集中管理和缓存的限制了交换机的规模。如果通过增加缓存的线宽来提高速度，又会增加芯片的种合理的缓存结构来管理有限和缓存空间和缓存带宽。缓存管理涉及的基本问题11分配和管理缓存的存储空间和带宽对于传输变长分组的以太网交换机，一般也采用分片存储的方式，而不采分片存储是将变长的数据包分成定长的分片Cell存储在缓存中，一个数据不同位置。如果一个分片没有被数据填满，则该分片的剩余空间也不能被其他收稿日期：200406作者简介：郑万立1981，男，硕士生，主要从事以太网交换机芯片方面的研究产生碎片。12缓存带宽的分配共享缓存式交换机实质上是时分复用的，缓存在一个时钟周期只能允许一最大限度地利用缓存的带宽。在Broadcom等主流交换机中都将缓存的数据总线;，各个端口之间以轮循方式使用时间片。这样不仅能做到各个端口之间浪费。13流量控制和分组调度流量控制算法用于处理网络经常出现的队列拥塞。分组调度算法主要是针设置的，决定某个时刻由哪个队列来输出数据。这两种算法在网络设备中有广Broadcom公司BCM5690交换机芯片的缓存结构BCM5690是一个千兆以太网交换机芯片，该芯片支持12个千兆以太网端口端口。21交换机的整体结构BCM5690的整体结构如图1所示，图中共享缓存管理单元MemoryManagem的核心，MMU除了管理缓存外还有一个总线仲裁器的作用，所有的数据都会CommonBufferPool，CBP中，输出时也是由MMU来调度输出顺序，MMUGigibitPortInterfaceControl，GPIC的输入和输出分配总线带宽HiGig千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆PCI千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网BCM5690的整体结构MMU和GPIC之间是通过32Gbps的片内总线中，MMU是通过S-Channel总线传输，在硬件实现上，也可以通过控制线传输。GPIC是物理层与缓存之间的过渡模块，并且在GPIC中完成所有查找过程包分类的一些功能，然后等待MMU分配总线时隙给GPIC，将数据包连同查找结输出的数据包也是在GPIC中组装再传输给物理层，另外，交换机的流量控制功能也是在MMU和GPIC之间协同完成的。MMUCBPIPICGPICGPICGPICGPICS-ChannelARLMMUCMICGPICGPICGPICGPIC从CP_BUS获取数据相关的量如队列长度，当这些量到达一定门限的时候，MMU通过S-Channel信息决定相关数据包如到达某个队列的数据包是接收还是丢弃。这样作可以节需要丢弃的数据包进入缓存22缓存管理模块的结构缓存管理模块的结构如图2所示缓存逻辑单元Bufferlogic缓存逻辑单元接收来自片内总线的数据包，再把它们存在CBP中，此时M其他模块的数据包。缓存逻辑单元也可以重新获得CBP中的数据包，再把它们传也能以线速把数据包同时发往其他模块。流控逻辑单元FlowLogic流量逻辑单元可以对设备的流量控制选项进行管理。它包含多个用来追踪器，这些寄存器在完成流量控制中起了重要的作用。每个端口的寄存器都设置门限时，MMU会采取适当的流量控制策略。调度逻辑单元ScheduleLogic根据缓存调度算法如WeightedRoundRobin决定对该数据包的处理方式队列。该模块包含缓存队列的所有信息。缓存逻辑单元的内部结构如图3所示，缓存逻辑单元的功能如表1所示。Dest_queueIngressMulti_infoInput_indexOutput_indDatain[0127]Ingress_rqst[011]Ingress[03]CBPin[0127]AddrinAddrout缓存逻辑单元的结构BCM5690将1MB的片内缓存CBP划分为8K个128B的分片。数据包到达信息，将数据包分成128B的分片，存入相应的队列。在实际的芯片中，数据包同时完成的，因为可以认为片内的数据总线是与CBP的数据线;由地址索引可以直接映射出CBP的物理地址，就可以做到数据的分地址释放单元输入地址产生单元输入调度单元空闲地址FIFO信息采集单元缓存逻辑单元调度逻辑单元流控逻辑单元输入地址产生单元从空闲地址先进先出FirstFirstout,FIFO队列中取出空闲传给Schedule单元，并将索引转化为物理地址作为接收数据存储空闲的分片的索引号接收需要输出的分片的索引，将索引放回空闲地址FIFO中，址读取缓存中的数据。空闲地址FIFO地址释放单元23缓存中的队列缓存队列是由调度逻辑单元建立和更新的。缓存队列中存储的业务队列Tra图4所示，XQ表项记录每个Cell的地址索引号及相关的控制信息。在XQ队列中续的，而在共享缓存中，同一数据包的分片是离散存储的。1224XQ表项的数据结构当数据离开MMU时，MMU会根据XQ表项中的Cell地址索引依次读取数据 后MMU会回收释放的分片地址，将这些地址重新记入空闲地址FIFO。离散存储 储空间的浪费——数据包的最后一个分片不一定会被数据完全填满，但是这样 分片存储、描述符作为队列单元的缓存管理方案 BCM5690的XQ队列是针对每个分片，需要有8K个XQ表项，这样出端服务等级 队列会占用较大的存储空间，而片内存储空间相当有限；2 BCM5690数据包的 成的，这涉及到二层表，三层表，VLAN表，多播表的镜像和查找引擎的复用， 本文结合BCM5690的结构提出了一种基于分片存储和描述符队列的缓存结数据结构与BCM5690有很大不同。 31 缓存管理方案的数据结构 缓存数据结构缓存管理方案的数据结构如图5所示。每一个队列由数据包描述符组成。每 不是一个分片。描述符中记录了该数据包的第一个分片的地址，每个分片除了记 缓存中的分片 起始地址指针 数据包大小 多播信息 描述符 数据 地址指针 数据 地址指针 数据 地址指针 数据 地址指针 COS 队列 Cell Index Multicast Info Ingress 数据传输线 地址传输线 查找模块 FIFO的地址，一个数据包的所有分片形成一个链表。该数据结构的优势在于：1 要记录太多的信息，相对来说比BCM5690的COS队列占用的空间少。2能够支 利用率。3 在COS队列中自然而然地实现数据包之间的分界，不需要专门的定 缓存的物理结构及流程32 地址传输线 整体物理结构缓存的整体物理结构如图6所示。方案中的数据包流程为：1 当数据包由数 据包本身存入CBP中，MMU负责分配空闲空间，并返回存储地址，而数据包的 中，产生一个数据包描述符。2 在以后的操作中，交换机都是对数据包描述符 输出的时候才会根据描述符和输出队列的信息调出。3 数据包描述符依次从入 模块中进行各种查找操作，将查找结果记录在描述符中。4 然后将描述符放入 描述符进行输出排队。5 最后由调度算法调出描述符，根据描述符找到数据包 数据传送给数据传输单元。同时，MMU回收已释放的分片地址，这些分片以后 使用。 该方案的运作过程与BCM5690有很大差别。它是先将数据包存入缓存，建 述符提供的控制信息这些信息包括从数据包帧头复制的信息和数据包在缓存 操作，然后将描述符入队。这样真正做到了数据包的“零拷贝” ，在数据包输包描述符的移动。描述符是数据包的唯一标识，如果描述符被删除比如由于加 生的丢弃，缓存中的数据包就没有意义，很快就会被新的数据包覆盖掉。其优 输被简化。2 数据和控制部分的功能划分明确，而且相对独立。3 所有的查找 物理实现的时候，L2、L3等地址表的复用，更新以及查找模块的复用结构清晰 本文研究工作得到中兴通信科研基金资助，在此表示感谢。 Broadbandpacket switching technlogies[M]New Publication John Wiley Sons,Inc, 2001 83-96 ATMshared-memory switching architectures[J] IEEE Netw WangPeifeng, et al Gigabit ethernet switches using sharedCommunications Magazine, 2003, 41: 76-84 MAC MAC MAC MAC MMU 查找模块 FIFOCBP
2022-2023学年江苏省淮安市重点中学高二（下）期中政治试卷-普通用卷
专题14二次函数的图象与性质（测试）-2023年中考一轮复习讲练测（浙江专用）（原卷版）-中考数学备考复习重点资料归纳汇总
【强化】2024年河南科技大学大学071000生物学《647生物化学》考研强化模拟5套卷
