CN100553199C

CN100553199C - 基于pcie交换网的组播实现方法、***及设备

Info

Publication number: CN100553199C
Application number: CNB2007101614231A
Authority: CN
Inventors: 杨武; 李晶林
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: CN101123529A

Abstract

本发明公开了一种基于PCIE交换网的组播***，包括主控板、线卡板和PCIE交换器，所述线卡板还包括：控制单元，用于为待发送的报文添加特定标识信息；组播识别单元，与所述控制单元连接，用于判断待发送的报文是否为组播报文，如果是组播报文，则发送到组播复制单元，如果不是组播报文，则直接发送到发送接口单元；组播复制单元，与所述组播识别单元连接，用于组播报文的复制，并将复制的组播报文发送到发送接口单元；发送接口单元，用于将所述组播报文或非组播报文封装为PCIE报文发送到交换网。本发明对于PCIE交换网，简化了线卡板CPU软件处理复杂度，减少了线卡板CPU重复性工作，提高整个网络设备的转发性能。

Description

基于PCIE交换网的组播实现方法、***及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于PCIE交换网的组播实现方法、***及设备。

背景技术

PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express，***组件互连快速)总线是由Intel倡导开发的处理器***总线，是一种串行互连技术，目前已经被PCISIG接受并成为PCI、PCI-X的继承者，目标是完全取代PCI和PCI-X。随着PCI Express(简称PCIE)规范的发布，越来越多的厂家开始推出基于PCIExpress规范的芯片，一些厂家已经推出了基于PCI Express的交换器，基于PCIExpress交换器的通信设备(如路由器、交换机、网关等)也成为一种选择。

如图1所示，为一个典型的基于PCIE交换器的分布式***的架构，主控板和多个线卡板通过PCIE交换器进行PCIE总线通信。PCIE交换器提供多个PCIE接口连接到主控板和线卡板(接口板、业务板等)，主控板CPU(CentralProcess Unit，中央处理器)通过PCIE接口完成PCIE交换器的配置和线卡板的PCIE终端空间的配置，确保不同的线卡板可以通过PCIE交换网进行数据通信，线卡板报文处理引擎可以采用CPU、NP(Network Processor，网络处理器)或者ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)等。

以太网报文中的地址并不是对应实际的内存物理地址，因此以太网规范中定义了某些特定的地址为组播地址和广播地址，便于交换网进行复制，复制的报文到所有的线板都是相同的。根据PCIE规范，PCIE数据报文经过PCIE交换网采用地址路由的方式，路由的地址即为携带在PCIE报文中的地址。PCIE报文中的地址对应实际的内存物理地址，表1为PCIE数据报文格式，PCIE报文中携带了一个目标线卡板的物理地址信息，因此组播复制到不同线卡板的报文都是不同的，PCIE交换器无法完成报文复制的功能。

表1：

因此，现有技术中一个方案是利用源线卡板CPU进行报文复制。例如，对于一个支持5个线卡板的PCIE交换器，当线卡板1识别到组播报文时，把报文存储到CPU直接访问的内存中，CPU多次从内存中读取数据，分别通过不同的目标地址发送此报文到目标线卡板2、3、4、5。对于同一个数据报文，线卡板1的CPU需要重复发送多次，造成线卡板转发性能低，从而使整个网络设备转发性能降。当线卡板支持10个时，报文就需要发送9次，说明此方案支持的PCIE交换***越大时，在支持组播时，性能就会急剧下降。

发明内容

本发明实施例提供一种基于PCIE交换网的组播实现方法、***及设备，以解决现有技术中PCIE交换网组播传输效率低的缺陷。

本发明实施例提供了一种基于PCIE交换网的组播***，包括主控板、线卡板和PCIE交换器，所述主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信，所述线卡板还包括：

控制单元，用于为待发送的报文添加特定标识信息；

组播识别单元，与所述控制单元连接，用于判断待发送的报文是否为组播报文，如果是组播报文，则发送到组播复制单元，如果不是组播报文，则直接发送到发送接口单元；

组播复制单元，与所述组播识别单元连接，用于组播报文的复制，并将复制的组播报文发送到发送接口单元；

发送接口单元，用于将所述组播报文或非组播报文封装为PCIE报文发送到交换网。

所述组播复制单元具体包括：

报文缓存子单元，用于存储待发送的报文；

报文头分析子单元，与所述报文缓存子单元连接，用于提取所述报文头中的PCIE头地址；

净荷复制子单元，分别与所述报文缓存子单元和报文头分析子单元连接，用于从所述报文缓存子单元中读取报文净荷，并根据所述报文头分析子单元提供的复制份数复制报文净荷；

组帧子单元，分别与所述报文头分析子单元和净荷复制子单元连接，用于将所述PCIE头地址和报文净荷发送到所述发送接口单元。

所述特定标识信息还包括优先级信息。

所述组播复制单元还包括：

地址缓存子单元，与所述报文头分析子单元连接，用于存储所述PCIE头地址；

净荷缓存子单元，与所述净荷复制子单元连接，用于存储所述报文净荷。

所述报文头分析子单元还包括优先级识别功能，用于从待发送的组播报文中获取优先级信息，根据所述优先级对PCIE头地址和报文净荷进行复制、组帧转发。

所述发送接口单元具体包括：

封装子单元，用于将报文封装为PCIE报文发送到交换网；

优先级映射子单元，与所述封装子单元连接，用于将所述优先级映射到PCIE报文头的流量管理字段。

所述控制单元具体包括：

组播报文接收子单元，用于接收待发送组播报文；

特定标识添加子单元，与所述组播报文接收子单元连接，用于在所述组播报文中添加特定标识信息，所述特定标识信息包括组播报文标志、PCIE头地址、PCIE头地址数量和报文头长度。

本发明还提供了一种基于PCIE交换网的组播实现方法，应用于包括主控板、线卡板和PCIE交换器的通信***中，所述主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信，所述方法包括以下步骤：

所述线卡板判断待发送报文是否为组播报文，如果不是，则封装为PCIE帧直接发送到交换网；

如果是，所述线卡板则获取所述组播报文中的PCIE头地址，并根据所述PCIE头地址数量复制报文净荷；

所述线卡板将所述PCIE头地址和报文净荷封装为PCIE帧转发到交换网。

所述判断待发送报文是否为组播报文之前还包括：

所述线卡板中的控制单元在接收报文中添加特定标识信息，所述特定标识信息包括组播报文标志、PCIE头地址、PCIE头地址数量和报文头长度。

所述特定标识信息中还包括优先级信息；根据所述优先级将所述PCIE头地址和报文净荷组帧转发到交换网，并将所述优先级映射到PCIE报文头的流量管理字段。

本发明的实施例中，对于PCIE交换网，简化了线卡板CPU软件处理复杂度，减少了线卡板CPU重复性工作，提高整个网络设备的转发性能。

附图说明

图1是现有技术中基于PCIE交换器的分布式***结构图；

图2是本发明中一种线卡板结构示意图；

图3是本发明中组播复制单元结构示意图；

图4是本发明中PCIE交换装置结构图；

图5是本发明中组播报文复制过程示意图；

图6是本发明中基于PCIE交换网的组播实现方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行详细说明。

本发明提供了一种网络设备的组播实现方案，尤其涉及基于PCIE交换网的网络设备的组播技术，其核心思想为：在线卡板CPU和PCIE交换器之间增加组播复制功能，依据CPU发送报文中的特定标识，进行净荷报文复制，复制的PCIE报文中地址信息也来自CPU发送报文中的特定标识。

本发明提供的一种基于PCIE交换网的组播***，包括主控板、线卡板和PCIE交换器，主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信。其中，线卡板如图2所示，包括：控制单元，用于为待发送的报文添加特定标识信息；组播识别单元，与控制单元连接，用于判断待发送的报文是否为组播报文，如果是组播报文，则发送到组播复制单元，如果不是组播报文，则直接发送到发送接口单元；组播复制单元，与组播识别单元连接，用于组播报文的复制，并将复制的组播报文发送到发送接口单元；发送接口单元，用于将组播报文或非组播报文封装为PCIE报文发送到交换网；接收接口单元，用于接收来自交换网的PCIE报文，解封装后发送到控制单元。以上所有单元可以在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)上实现或者通过专用ASIC实现，或者集成在CPU芯片上，或者集成在PCIE交换芯片上。

线卡板的控制单元CPU接收到需要发送的报文后，查找转发表(例如分类表、单播报文转发表、组播报文转发表等)，在该报文的前面增加如表2所示的特定标识信息，包括：组播报文标志，1表示CPU发送的报文为组播报文，0表示CPU发送的报文为普通报文；报文头长度：表示除了净荷以外的报文长度，通过判断报文头长度来识别净荷的起始位置；优先级：表示报文需要调度的优先级；数量，表示地址头中包含的PCIE头地址的数量，即A0、A1、A2...的数量，识别净荷需要复制多少次，并识别报文头中PCIE头地址的数量和位置；PCIE头地址：表示对应表1的Address字段；保留：便于实现，只是为了凑足128bit或者64bit的整数倍数，或者为了扩充以后的功能。

为了提高总线的带宽利用率，优选PCIE头地址采用32bit方式(表2中为64bit方式)。例如按照表2定义的128bit对齐的实现方式中，当数量为4时，采用64bit地址时，CPU发送的报文头长度为48字节；而采用32bit地址时，CPU发送的报文头长度为32字节，可见采用32bit方式，有效带宽利用率更高。

表2：

控制单元通过SPI4(System Packet Interface Level 4，***包接口第4级)、XGMII(10 Gigabit Media Independent Interface，10Gbps介质独立接口)等接口发送到线卡板的组播识别单元，组播识别单元判断报文头的首位，完成对报文是否为组播报文的判断；如果报文非组播报文，转交发送接口单元处理；发送接口单元把报文封装为标准的PCIE报文，通过PCIE总线发送到交换网上；如果报文为组播报文，组播识别单元把报文转交组播复制单元处理，组播复制单元完成对报文的复制，转交给发送接口单元，发送接口单元把报文封装为标准的PCIE报文，通过PCIE总线发送到交换网上。PCIE交换网转发报文到线卡板的接收接口单元，接收接口单元把PCIE报文转化为控制单元的SPI4/XGMII等接口能识别的报文发送给控制单元。

其中，组播复制单元如图3所示，具体包括：报文缓存子单元，用于存储待发送的报文；报文头分析子单元，与报文缓存子单元连接，用于提取报文头中的PCIE头地址；净荷复制子单元，分别与报文缓存子单元和报文头分析子单元连接，用于从报文缓存子单元中读取报文净荷，并根据报文头分析子单元提供的复制份数复制报文净荷；组帧子单元，分别与报文头分析子单元和净荷复制子单元连接，用于将PCIE头地址和报文净荷发送到发送接口单元；组播复制单元还包括：地址缓存子单元，与报文头分析子单元连接，用于存储PCIE头地址；净荷缓存子单元，与净荷复制子单元连接，用于存储报文净荷。本实施例中的组帧子单元虽然只进行PCIE头地址和报文净荷的转发工作，帧封装工作通过发送接口单元完成，但实际上组帧子单元也可以增加PCIE头地址和报文净荷的封装功能。

具体工作过程为：组播复制单元接收到的报文先存储在报文缓存子单元中，报文头分析子单元读取报文缓存子单元中的报文头数据，并提取报文头中的PCIE头地址(参考表2，如A0，A1...)，存储到地址缓存子单元中，同时把报文的复制份数发送给净荷复制子单元，净荷复制子单元从报文缓存子单元中读取报文净荷，并依据复制份数，复制报文到净荷缓存子单元；组帧子单元把地址缓存子单元和净荷缓存子单元的数据，交由发送接口单元封装为标准的PCIE报文，转发到PCIE交换网。

另外，本发明中可以对组播报文进行优先级控制，以满足对网络服务质量要求较高需求的用户或者业务，例如，视频会议的服务质量可能要求比资料分发的服务质量要求更高、支付费用较多的用户得到的服务质量更好。为了满足组播业务中的服务质量，本发明进一步要求报文中携带优先级信息(如表2的优先级)，报文头分析子单元识别设置在报文中的优先级，并把优先级信息通知到净荷复制子单元，报文头分析子单元和净荷复制子单元依据报文的优先级把报文复制到地址缓存子单元和净荷缓存子单元的高低优先级别队列中；组帧子单元按照各种优先级(如严格优先级、权重优先级等)方式进行调度转发，使高优先级的报文优先得到转发，并把优先级信息提供给发送接口单元。发送接口单元在封装PCIE报文时，把这个优先级映射到PCIE报文头的TC(Traffic Class，流量等级)字段，从而入交换网的不同VC(VirtualChannel，虚通道)，实现分级分类处理不同线路板的不同的数据报文和业务报文，实现不同的QoS(Quality of Service，服务质量)。同时，进行组播报文的优先级控制，还可以避免大量组播报文产生时对单播报文的影响，可以使单播报文在优先级最高的队列中进行调度，从而避免拥塞，保证网络设备稳定可靠的运行。

相应地，PCIE交换装置则可以根据TC信息在内部对数据报文进行分等级分类调度处理，此时，PCIE交换装置内部的一种较佳结构可以参见图4所示，包括：分类管理单元，用于保存流量分类TC、虚拟通道VC以及线卡板信息三者的对应关系；通道管理单元，用于维护多个VC，根据所述分类管理单元中保存的对应关系以及任意一个线卡板发来的携带TC信息的数据报文，选择一个VC，将该数据报文送入所选择的VC中；数据转发单元，用于根据所述通道管理单元中各个VC的优先级，依次转发各个VC中的数据报文。

发送接口单元具体包括：封装子单元，用于将报文封装为PCIE报文发送到交换网；优先级映射子单元，与封装子单元连接，用于将优先级映射到PCIE报文头的流量管理字段。

控制单元具体包括：组播报文接收子单元，用于接收待发送组播报文；特定标识添加子单元，与组播报文接收子单元连接，用于在组播报文中添加特定标识，特定标识包括组播报文标志、PCIE头地址(A0，A1...)、PCIE头地址数量、报文头长度、优先级信息和保留字段。

如图5就是组播报文复制过程，CPU发送一个携带多个地址的报文，通过复制为多个PCIE报文发送到交换网，通过PCIE交换网转发到不同线卡的CPU。

本发明还提供了一种基于PCIE交换网的组播实现方法，应用于包括主控板、线卡板和PCIE交换器的通信***中，所述主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信，所述线卡板上增加了组播识别装置和组播复制装置，该装置可以在FPGA上实现或者通过专用ASIC实现，或者集成在CPU芯片上，或者集成在PCIE交换芯片上。该方法如图6所示，包括以下步骤：

步骤s101，控制单元在接收报文中添加特定标识信息，所述特定标识信息包括组播报文标志、PCIE头地址、PCIE头地址数量和报文头长度。

步骤s102，组播识别装置判断待发送报文是否为组播报文，如果不是，则转步骤s103，如果是，则转步骤s104。

步骤s103，组播识别装置将非组播报文封装为PCIE帧直接发送到交换网。

步骤s104，组播复制装置获取所述组播报文中的PCIE头地址，并根据所述PCIE头地址数量复制报文净荷。所述特定标识信息中还包括优先级信息；根据所述优先级将所述PCIE头地址和报文净荷组帧转发到交换网，并将所述优先级映射到PCIE报文头的流量管理字段。

步骤s 105，组播复制装置将所述PCIE头地址和报文净荷封装为PCIE帧转发到交换网。其中，组播复制装置具有上述实施例中发送接口单元的PCIE头地址和报文净荷的PCIE帧封装功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1、一种基于PCIE交换网的组播***，包括主控板、线卡板和PCIE交换器，所述主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信，其特征在于，所述线卡板还包括：

控制单元，用于为待发送的报文添加特定标识信息；

2、如权利要求1所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述组播复制单元具体包括：

报文缓存子单元，用于存储待发送的报文；

3、如权利要求2所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述组播复制单元还包括：

4、如权利要求2所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述特定标识信息还包括优先级信息。

5、如权利要求4所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述报文头分析子单元还包括优先级识别功能，用于从待发送的组播报文中获取优先级信息，根据所述优先级对PCIE头地址和报文净荷进行复制、组帧转发。

6、如权利要求5所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述发送接口单元具体包括：

封装子单元，用于将报文封装为PCIE报文发送到交换网；

7、如权利要求1所述基于PCIE交换网的组播***，其特征在于，所述控制单元具体包括：

组播报文接收子单元，用于接收待发送组播报文；

8、一种基于PCIE交换网的组播实现方法，应用于包括主控板、线卡板和PCIE交换器的通信***中，所述主控板和线卡板通过PCIE交换器进行通信，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

如果是，则所述线卡板获取所述组播报文中的PCIE头地址，并根据所述PCIE头地址数量复制报文净荷；

9、如权利要求8所述基于PCIE交换网的组播实现方法，其特征在于，所述判断待发送报文是否为组播报文之前还包括：

10、如权利要求9所述基于PCIE交换网的组播实现方法，其特征在于，所述特定标识信息中还包括优先级信息；根据所述优先级将所述PCIE头地址和报文净荷组帧转发到交换网，并将所述优先级映射到PCIE报文头的流量管理字段。