共享缓存式以太网交换机缓存结构郑万立，涂晓东，田永刚(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。关键词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ATN915.05BufferStructureofShared-MemorySZhengWanli，TuXiaodong，TianYonggang(KeyLaboratoryofBrodbandOpticalFiberTransmissionandCommunicationNetworksUESTofChina,MinistryAbstractShared-memoryisacommonstructureofEthernetswitches.Ithroughputanddelayperformance.Furthermore,foragivenlossrate,asharedlessbuffersthanotherswitches.Thispaperanalyzesandsummarizesthephysshared-memoryEthernetswitchesaccordingtoexistenceshared-memoryswitchournewstructure.Keywordsmemorymanagementunit;commonbufferpool;cell;dclassofservice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。1缓存管理涉及的基本问题1.1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：20040706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；涂晓东(1970)，男，光网络、存储网络方面的研究；田永刚(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。1.2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分片)，各个端口之间以轮循方式使用时间片[2]。这样不仅能做到各个端口之间浪费。1.3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。2.1交换机的整体结构2BCM5690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，MMU(GigibitPortInterfaceControl，GPIC)的输入和输出分配总线带宽[3]。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千图1BCM5690的整体结构MMU和GPIC之间是通过32Gbps的片内总线相连。在BCM5690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获取数据包（入端）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[3]。2.2缓存管理模块的结构缓存管...