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核心交换机设计中发展方向
hc360慧聪网通信行业频道 2004-10-09 11:41:49

    Crossbar背板由于为每个线卡提供独立的带宽连接,多个线卡可以并行收发数据,克服前二代背板分时处理数据的效率影响,因此大量地应用于现代高端交换机的设计中,组成非阻塞系统。根据Crossbar芯片内部的每一个交叉点是否拥有Buffer缓存,Crossbar芯片分为Bufferless Crossbar和Buffered Crossbar。

  Bufferless Crossbar(无缓存Crossbar)采用集中调度,由于每个交叉点没有Buffer,数据转发需要入口和出口线卡直接端到端连接,如果直接处理变长数据包,将因极其复杂的调度和部分线卡的某些VOQ(Virtual Output Queues)队列始终无法得到服务而产生严重的延迟或丢包,因此,商用的Bufferless Crossbar都只能处理固定长度的数据包(信元),当处理实际网络环境中长度不一的各种变长数据包时,Crossbar需要对这些数据包进行信元分割,信元通过Crossbar交换以后,在出口处进行重新的组装。包分割和组装带来了巨大的损耗,严重影响了Crossbar芯片的速率。为了提高Crossbar芯片的效率,避免无谓的损耗,最新的Crossbar芯片支持在每个交叉点加入小容量的Buffer,称为Buffered Crossbar(缓存Crossbar)。

  在Buffered Crossbar的工作机制里,调度是由每个交叉点的缓存独立决定的,形成“分布式调度”,每个VOQ队列都尽力发送数据,如图所示,2、3都同时发送数据到C(发送到交叉点的Buffer里),而1在发送给C的数据还没有被完全处理完之前已经发送数据给A,在交叉点没有空闲缓存时才通过背压流控方式间接地调整VOQ不再发送数据。调度变得非常简单,不需要判断每个线卡的VOQ,不需要配置整个系统的所有“输出输入线卡对”,不会带来Crossbar的调度损耗。



   LPM+HDR

  在传统的交换机工作模式中,对数据三层转发采用“一次路由、多次交换”的方式,即每种数据流的第一个数据包采用CPU软件实现路由,然后交换机把数据三层转发需要的相关信息表项下载到ASIC芯片,该数据流的后续数据包通过ASIC芯片进行精确匹配(每种流一个表项)。因此,在传统的交换机工作模式下,存在的缺点可以通过LPM+HDR技术得到很好解决。

  最长匹配(LPM)三层交换技术是面向提高非主机路由效率而设计的,LPM技术支持在没有第一次CPU参与路由的情况下,交换机把直连路由、静态路由等都直接自动下载到硬件路由转发表,并且支持一个网段目的IP地址使用一条硬件转发路由表项,而不明目的网段IP地址的数据包(例如病毒和攻击行为数据包)直接通过缺省路由转发。因此,LPM技术的优点是在处理非主机路由时不占用任何CPU资源,同时极大地节约存储空间,避免了存储空间溢出问题,即使在病毒和攻击网络环境下依然可以良好地运行。

  而主机直接路由(HDR)支持主机路由表在没有第一次CPU参与路由的情况下,在ARP协议运行过程中直接自动把主机路由表下载到硬件路由转发表,从而不占用CPU资源,避免了“一次路由、多次交换”的效率影响。

  采用LPM+HDR相结合的硬件路由方式极大地提高了交换机的路由效率,并且不需要CPU的参与以及尽量少的存储空间消耗,在大型网络、应用繁多、病毒和攻击网络下都可以正常地高效运行。

  
信息来源:网络世界 
 

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