CN101136854A

CN101136854A - 一种实现数据包线速处理的方法和装置

Info

Publication number: CN101136854A
Application number: CNA2007100851973A
Authority: CN
Inventors: 江帆
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Sanechips Technology Co Ltd
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: CN101136854B

Abstract

本发明公开一种实现数据包线速处理的方法和装置，包括：根据一定调度策略调度当前多端口数据流输入请求中的端口获得响应权，对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行先进先出的缓存处理；对数据包的包首数据进行帧头分析，进行MAC地址查找，并对应端口ID进行标签提取，根据该标签获得该数据包的流ID，对该数据包进行VLAN标签的修改；对端口数据流输入数据包的非包首数据占用缓存空间的情况对数据包进行随机早期丢弃，数据包进行流量监管处理，数据流输入的速率进行限制；根据上述结果重新拼装各端口的数据流输入数据包中的数据后，传送到数据流数据存储器中存储。本发明实现了提高处理线速数据包输入时的性能，满足数据包实现线速处理的性能要求。

Description

一种实现数据包线速处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及以太网数据传输处理领域，具体地说，涉及一种实现以太网数据包线速处理的方法和装置。

背景技术

在以太网数据传输处理领域中，需要对接收到的数据包进行包处理和缓存，倾向于采用先处理后缓存的策略。在数据包缓存之前，主要进行流分类以及许可控制处理。当从各个端口提取数据流数据包时，如果发现是包首数据，则拷贝一份通过控制总线送往流分类单元进行相应的处理，提取包首过程严格按照先后次续，这样可以保证最先返回流ID结果的必然是第一个提取的包首。流分类单元接收数据包的包首字节数据后，首先进行帧头分析，然后进行MAC地址学习查找，基于端口ID进行标签提取，最后根据流标签进行流二叉树查找，获得数据包的流ID。

在收到数据流数据包尾时，需根据当前数据流的包信息(包长、数据流ID)进行许可控制操作以实现作流量监管。在做许可控制时，必须知道数据流的流ID，才能做出相应的决策处理诸如速率限制、随机早期丢弃等。因此，在输入控制单元收到包首且为包尾数据流时，在流分类获得相应的数据包流分类信息后方可进行许可控制。当数据包需要分次传输时，则在数据包结束时将根据数据流的相关信息即前面提及的数据流ID以及包长信息做许可控制。

因此，在对数据包采用先处理后缓存策略时，存储数据包前需要对数据包进行流分类查找以及根据流的许可控制以实现作流量监管。而且，对同一个数据包而言，是以串行的方式进行这两步的处理，流分类处理得到数据包所对应的流ID，而许可控制则是基于流的许可控制，数据包处理的时间将取决于流分类和许可控制的时间。尤其是在多端口、高带宽线速数据流输入时，虽然可以针对不同的端口输入启用独自的处理流程可以有效解决线速处理数据包，但这是以牺牲逻辑规模和功耗为前提的。因此，在线速输入数据流带宽比较大的情况下，兼顾设计的逻辑规模和功耗，实现数据包的线速处理便成了一个需要解决的重要性能问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种实现数据包线速处理的方法和装置，以解决在处理多端口、高带宽线速数据流输入数据包时，性能对制约整个数据包线速处理流程的瓶颈问题，同时也兼顾了逻辑规模和功耗问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种实现数据包线速处理的装置，应用于处理多端口、高带宽线速数据流输入数据包，其特征在于，包括：

输入端口调度单元，用于根据一定的调度策略调度当前多端口数据流输入请求中的端口获得响应权；

输入端口数据缓存单元，用于对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行FIFO(First In First Out，先进先出)的缓存处理；

流分类单元，用于对数据包的包首数据进行帧头分析，然后进行MAC地址查找，并基于对应端口ID进行标签提取，根据该标签获得该数据包的流ID；

包首数据修改单元，用于根据所述流分类单元的结果，对该数据包进行VLAN标签的修改；

输入端口数据缓存调度单元，用于调度所述输入端口数据缓存单元中存储的端口数据流输入数据包的非包首数据；

许可控制单元，用于对端口数据流输入数据包的非包首数据占用缓存空间的情况对数据包进行随机早期丢弃，对数据包进行流量监管处理，同时对数据流输入的速率进行限制；

切片控制单元，用于接收所述包首数据修改单元、许可控制单元和输入端口数据缓存调度单元的结果，重新拼装各端口的数据流输入数据包中的数据；

数据流数据存储器，用于存储所述切片控制单元输出的结果。

本发明所述的装置，其中，所述许可控制单元，进一步包括：应用的算法有随机早期丢弃算法和/或双漏桶限速算法。

本发明所述的装置，其中，所述输入端口调度单元中的调度策略，为带有优先级或权重的调度仲裁策略或为不带优先级和权重的简单轮循调度仲裁策略；

其中，所述输入端口调度单元，进一步包括：

基于数据包执行处理类型以及输入数据流数据端口的类型选择调度策略。

本发明所述的装置，其中，所述输入端口数据缓存单元，进一步包括：

对获得响应权的端口的数据流输入数据包的包首数据部分缓存在包首的先进先出缓存单元中；对获得响应权的不同端口的数据流输入数据包的非包首数据部分缓存在各自相应的非包首的先进先出缓存单元中。

本发明所述的装置，其中，进一步包括：

切片数据缓存单元，用于根据先进先出缓存所述切片控制单元输出的数据。

本发明所述的装置，其中，所述包首数据修改单元中的VLAN标签的修改，包括：添加、删除或替换。

本发明所述的装置，其中，所述流分类单元中的获得该数据包的流ID，为根据流二叉树查找获得该数据包的流ID。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种实现数据包线速处理的方法，应用于处理多端口、高带宽线速数据流输入数据包，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据一定的调度策略调度当前多端口数据流输入请求中的端口获得响应权，并对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行先进先出的缓存处理；

(2)对数据包的包首数据进行帧头分析，然后进行MAC地址查找，并基于对应端口ID进行标签提取，根据该标签获得该数据包的流ID，同时对该数据包进行VLAN标签的修改；

(3)对端口数据流输入数据包的非包首数据占用缓存空间的情况对数据包进行随机早期丢弃，对数据包进行流量监管处理，同时对数据流输入的速率进行限制；

(4)根据步骤(2)和(3)的结果重新拼装各端口的数据流输入数据包中的数据后，传送到数据流数据存储器中存储。

本发明所述的方法，其中，所述步骤(3)进一步包括：

应用的算法有随机早期丢弃算法和/或双漏桶限速算法。

本发明所述的方法，其中，步骤(1)中所述调度策略，为带有优先级或权重的调度仲裁策略或为不带优先级和权重的简单轮循调度仲裁策略；

其中，所述步骤(1)中进一步包括：基于数据包执行处理类型以及输入数据流数据端口的类型选择调度策略。

本发明所述的方法，其中，步骤(1)中所述对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行先进先出的缓存处理，包括：

本发明所述的方法，其中，所述步骤(4)包括：

根据步骤(2)和(3)的结果重新拼装各端口的数据流输入数据包中的数据后，对重新拼装的数据包的数据执行先进先出的缓存处理，传送到数据流数据存储器中存储。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)中所述VLAN标签的修改，包括：添加、删除或替换。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)中所述获得该数据包的流ID，为根据流二叉树查找获得该数据包的流ID。

本发明所述的内容在兼顾考虑逻辑规模和功耗的同时，提高处理线速数据包输入时的性能，满足数据包实现线速处理的性能要求。

本发明展示的是一种实现以太网数据包线速处理的方法和装置，在处理多端口数据流高带宽线速输入时，既最大限度地降低了电路的规模和功耗，又提升处理线速数据包的性能，达到了实现数据包线速处理的实时要求。

附图说明

图1是本发明实施例所述一种实现数据包线速处理的装置的原理结构图；

图2是本发明实施例所述的一种实现数据包线速处理的方法的流程图。

具体实施方式

本发明为了解决传统技术方案存在的弊端，通过以下具体实施例进一步阐述本发明所述的一种实现数据包线速处理的方法和装置，以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明一种实现数据包线速处理的装置的实施例，具体内容如下：

本发明实施例所述装置包括：输入端口调度单元101，输入端口数据缓存单元102，输入端口数据缓存调度单元103，流分类单元104，许可控制单元105，包首数据修改单元106，切片控制单元107，切片数据缓存单元108，数据流数据存储器109。

来自于4个GE输入端口的数据包请求，首先经过输入端口调度单元101调度，以选择端口输入请求中的某一GE口的包数据，被调度的数据包数据方可执行后续的操作；调度选中的数据包，缓存在输入端口数据缓存调度单元102；然后数据包的包首数据，经过流分类单元104，以决定该数据流执行何种包首修改操作以及VLAN标签的转换；在数据包的包尾时将数据包的长度、流ID信息送往许可控制单元105，该许可控制单元105根据输入流占用缓存空间的情况对数据包进行随机早期丢弃，对数据包进行流量监管处理，同时对输入流的速率进行限制。在包首数据修改单元106，将根据流分类单元的执行结果，以决定该数据包执行何种包首修改操作以及VLAN标签的转换，经过包首修改后的数据将向切片控制单元107发送切片请求；同时，输入端口数据缓存调度单元103调度存放在各端口对应的非包首数据缓存FIFO里的数据，被调度的数据将向切片控制单元107发送切片请求；切片控制单元107仲裁包首数据和非包首数据的切片请求，并将切片完成的数据送往数据流数据存储器中存储；受数据存储速率的制约，在切片完成后的数据来不及送往数据存储器中存储时，切片数据将由切片数据缓存单元108缓存；这里，切片数据缓存单元108由两个相同的FIFO组成，以执行乒乓操作。

其中，所述输入端口调度单元101，用于调度当前多端口输入请求中的某一端口获得响应权，获得响应权端口的数据流数据包执行相应的处理。当端口请求数量大于或等于2时，需要按照一定的调度策略对发出调度申请的所有端口进行仲裁，以选择为其中的某一端口的数据流服务。这里所指的调度策略主要分为两种，一种是带有优先级或权重的调度仲裁，另一种则是不带优先级和权重的简单轮循调度，调度策略的选择基于数据包执行处理类型以及输入数据流数据端口的类型。

所述输入端口数据缓存单元102，用来缓存端口请求后获得响应权的端口数据。这里，输入端口数据缓存单元采用FIFO来实现，基于先进先出的顺序缓存端口数据以保证数据流不被修改。为了便于实现，缓存FIFO规格的设计，能按照数据总线的位宽存储一次突发操作的最大数据量。与此同时，按照缓存数据是否包首的不同，FIFO又分为两类，一是缓存包首数据部分的公共FIFO，获得响应权的端口包首数据都将缓存在包首FIFO中；另一则是缓存非包首数据的FIFO，不同的端口有相应独立的非包首数据缓存FIFO，不同端口的非包首数据将缓存在各自相应的非包首数据缓存FIFO中。

所述流分类单元104，其功能是在收到数据包的包首字节后，首先进行帧头分析，然后进行MAC地址学习查找，基于端口ID进行标签提取，最后根据流标签进行流二叉树查找，获得数据包的流ID。

所述许可控制单元105，基于数据流以执行相应的许可控制功能；许可控制单元根据输入流占用缓存空间的情况对数据包进行随机早期丢弃，对数据包进行流量监管处理，同时对输入流的速率进行限制。许可控制单元主要应用的算法有随机早期丢弃算法和双漏桶限速算法。

所述包首数据修改单元106，其功能即是根据流分类单元104的结果对包首数据进行修改的单元，对数据包的修改主要进行VLAN标签的修改，包括添加、删除或者替换；针对包首数据进行何种操作，取决于对包首数据进行流分类的结果。流分类得到数据包的包首数据后，首先进行帧头分析，然后进行MAC地址学习查找，基于端口ID进行标签提取，最后根据流标签进行流二叉树查找，获得数据包的流ID；修改后的包首数据，向切片控制单元107发出切片请求，完成切片操作后的数据缓存在切片数据缓存单元108的FIFO中。

所述输入端口数据缓存调度单元103，用来调度存储非包首数据的非包首数据缓存FIFO中的某一FIFO向切片控制单元发出数据切片请求。在这里，切片即是该数据流数据的一次重新拼装过程。前已述及，对数据流的数据包需要进行VLAN标签的修改，包括添加、删除或者替换；而这部分操作在包首数据修改单元针对包首数据进行处理，完成相应操作后向切片控制单元发出切片请求。对于数据包的非包首数据，需要参考该数据包的包首修改操作，进行数据的重新拼装，以保证整个数据流数据包的有效数据字节不但不丢失，而且仍然保持相互之间的位置关系而不导致数据包的错乱。

所述切片控制单元107，即是完成数据流数据包的重新拼装过程。数据流的数据包分为包首数据和非包首数据，对包首数据需要在流分类结果的基础上进行VLAN的修改，包括添加、删除或者替换。特别是标签的添加或是删除，将会影响到数据包的非包首数据在新数据包中的位置，因此，需要对标签修改后的数据进行重新拼装。基于前面所述的结构，切片控制单元的数据有两个来源：一是数据包首数据经过包首修改单元修改后可以进行切片操作的数据，另一则是对应于各端口的缓存在非包首数据FIFO中的非包首数据。

所述切片数据缓存单元108，用来缓存切片控制单元的输出数据，也即各端口的数据流数据包在完成切片、数据拼装后，缓存新的数据包数据的FIFO；各端口的数据包在完成了一系列诸如VLAN标签替换、添加或删除以及由此引起的数据包重新拼装后，数据将送往数据包存储器中进行存储。在切片完成后的数据尚未来得及存储在数据流数据存储器109中时，切片数据将被临时缓存在该FIFO中。在这里，为了提高数据包处理的效率，我们采用了两片相同的切片数据缓存单元108进行乒乓操作，以达到实现数据包线速处理的目的。

如图2所示，为本发明实施例所述的一种实现数据包线速处理的方法的流程图。结合附图1，其流程描述如下：

步骤201、对输入端口GE0～GE3的数据按照简单轮循调度策略进行调度；进入步骤202；

步骤202、调度成功后，检查数据包数据是否有误，如果有误，则直接丢弃；反之，进入203；

步骤203、判断该数据包是否为包首，如果是包首数据，进入步骤204，如果是非包首数据，进入步骤205；

步骤204、该数据缓存在包首数据缓存FIFO4中；进入步骤206；

步骤205、分属GE0～GE3口的数据包分别缓存在对应非包首数据缓存FIFO0～FIFO3中；进入步骤211；

步骤206、包首数据送流分类单元进行相应处理，查看流分类查找是否通过；流分类查找失败，数据包丢弃；反之，流分类查找成功，进入步骤207；

步骤207、判断数据是否是数据包尾；如果是包尾，进入步骤208，反之进入步骤209；

步骤208、数据包尾，执行许可控制，不通过则丢弃；反之，进入步骤209；

步骤209、执行包头修改，修改后的包头数据向切片控制单元发切片请求；进入步骤210；

步骤210、切片完成数据缓存在切片FIFO中，并将缓存数据送存储器；

步骤211、存放非包首数据的数据缓存FIFO0～FIFO3调度，调度成功后，判断是否包尾，包尾则进入步骤212，否则进入步骤213；

步骤212、执行许可控制，不通过则丢弃；通过则进入步骤213；

步骤213、向切片控制单元发送切片请求；进入步骤210。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种实现数据包线速处理的装置，应用于处理多端口、高带宽线速数据流输入数据包，其特征在于，包括：

输入端口数据缓存单元，用于对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行先进先出的缓存处理；

数据流数据存储器，包首用于存储所述切片控制单元输出的结果。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述许可控制单元，进一步包括：应用的算法有随机早期丢弃算法和/或双漏桶限速算法。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入端口调度单元中的调度策略，为带有优先级或权重的调度仲裁策略或为不带优先级和权重的简单轮循调度仲裁策略。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述输入端口调度单元，进一步包括：

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入端口数据缓存单元，进一步包括：

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述包首数据修改单元中的VLAN标签的修改，包括：添加、删除或替换。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流分类单元中的获得该数据包的流ID，为根据流二叉树查找获得该数据包的流ID。

9.一种实现数据包线速处理的方法，应用于处理多端口、高带宽线速数据流输入数据包，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：

应用的算法有随机早期丢弃算法和/或双漏桶限速算法。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述调度策略，为带有优先级或权重的调度仲裁策略或为不带优先级和权重的简单轮循调度仲裁策略。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中进一步包括：基于数据包执行处理类型以及输入数据流数据端口的类型选择调度策略。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述对获得响应权的端口的数据流输入数据包执行先进先出的缓存处理，包括：

14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述VLAN标签的修改，包括：添加、删除或替换。

16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述获得该数据包的流ID，为根据流二叉树查找获得该数据包的流ID。