JP4406604B2 - Tcp/ip、rdma、及びipストレージアプリケーションのための高性能ipプロセッサ - Google Patents
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Description
2002年6月11日出願の米国特許仮出願出願番号第60/388,407号に対して優先権を請求する。2003年6月10日出願の「RDMAを使用する高性能IPプロセッサ」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、2003年6月10日出願の「RDMAを使用するTCP/IPプロセッサ及びエンジン」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、2003年6月10日出願の「RDMAを使用するIPストレージプロセッサ及びそのためのエンジン」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、2003年6月10日出願の「高性能IPプロセッサ用メモリシステム」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、2003年6月10日出願の「インターネットプロトコル及びRDMAを使用するデータ処理システム」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、2003年6月10日出願の「高性能IPプロセッサ」という名称の米国特許出願(出願番号未定)、及び2003年6月10日出願の「インターネットプロトコルを使用するデータ処理システム」という名称の米国特許出願(出願番号未定)は、上記の仮出願に関連する。
本発明は、一般的に、ストレージネットワーキング半導体に関し、より詳細には、インターネットプロトコル(IP)ベースのストレージネットワークを作り出すために使用される高性能ネットワークストレージプロセッサに関する。
従来的に、TCP/IPネットワーキングスタックは、ソフトウエアスタックとしてオペレーティングシステムカーネルの内部で実行されている。ソフトウエアTCP/IPスタックの実行は、上述のように、1Gbpsネットワークに情報提供する時に、1GHzプロセッサで使用可能な処理サイクルの50%よりも多くを費やす。オーバーヘッドは、チェックサム計算、メモリバッファコピー、パケット到着時のプロセッサ割り込み、セッションの確立、セッションの取外し、及び他の確実な移送サービスを含むソフトウエアTCP/IPスタックの様々な局面から生じる。ソフトウエアスタックのオーバーヘッドは、回線速度がより高い時は法外に大きくなる。より性能が低いホストプロセッサを使用する無線ネットワークのような回線速度がより低いネットワークでも同様の問題が発生する。ハードウエアの実施によってホストプロセッサからオーバーヘッドを取り除くことができる。
説明したプロセッサのアーキテクチャはまた、一体化されたセキュリティ機能を提供する。ストレージトラフィックが、ネットワーク上でサーバからSAN又は他のストレージシステム内のストレージアレイまで搬送される時、それは、直接取付けられたストレージシステムが処理する必要のない様々なセキュリティの脆弱性に露出される。このプロセッサは、ストリーム内でストレージトラフィックの暗号化と暗号解読を可能にするので、高回線速度を可能にし、同時にストレージデータトラフィックの機密性を提供する。
これは、TCP/IPの終了、高性能で待ち時間が短いIPストレージ機能、遠隔DMA(RDMA)機能、セキュリティ機能、及びプログラマブル分類及びポリシー処理機能などの恩典をもたらすために、様々な形式で実行することができる。以下は、これを実行することができるいくつかの実施形態である。
説明するアーキテクチャは、TCP/IPソフトウエアの1つ又は複数のホストサーバプロセッサ及び性能オーバーヘッドを緩和するハードウエアベースのTCP/IP機能を提供する高性能サーバ環境に組み込むことができる。IPプロセッサは、ハードウエアTCP/IPとの高性能ネットワーキングインタフェースを提供する、サーバチップセットに対する対照プロセッサとすることができる。サーバは、ブレードサーバ、アプライアンスサーバ、ファイルサーバ、シンサーバ、クラスター化サーバ、データベースサーバ、ゲームサーバ、グリッド計算サーバ、VOIPサーバ、無線ゲートウェイサーバ、セキュリティサーバ、ネットワーク取付ストレージサーバ、又は従来のサーバのような様々な形状因子にすることができる。本実施形態は、サーバマザーボード上に高性能ネットワークインタフェースの作成を可能にすると考えられる。
サーバ環境はまた、高性能TCP/IP及び/又はRDMA機能に加えて、説明したプロセッサの高性能IPストレージ処理性能に影響を及ぼすことがある。そのような実施形態では、プロセッサは、サーバプロセッサからのTCP/IPオフロードに加えて高性能ネットワークストレージI/O性能を提供する、サーバチップセットに対する対照プロセッサとすることができる。この実施形態は、マザーボード上に高性能IPベースのネットワークストレージI/Oの作成を可能にすると考えられる。換言すれば、それは、マザーボード上の「IP SAN」を使用可能にするであろう。
プロセッサはまた、ストレージシステム内のチップセットの対照として使用することができ、これは、ストレージネットワーキング環境でストレージデータサーバの機能を実行するストレージアレイ(又は、他の適切なストレージシステム又はサブシステム)コントローラとすることができる。IPベースSANにおいてネットワーキングするために、プロセッサは、ストレージアレイコントローラに対してIPネットワークストレージ機能を提供すると考えられる。その構成は、ストレージアレイにアクセスして別のストレージ中枢機能を提供するために、システム内に付加的な機能を持ったサーバ環境の構成と同等にすることができる。
IPプロセッサはまた、高速度TCP/IPネットワーキングを提供するサーバホストアダプタカードに組み込むことができる。同じアダプタカードはまた、IPベースストレージネットワークに対して、高速度ネットワークストレージ機能を提供することができる。アダプタカードは、従来のサーバで使用することができ、同様にブレードサーバ構成においてブレードとして使用することもできる。プロセッサはまた、IPベースストレージネットワーキング機能を提供するストレージアレイ(又は、別のストレージシステム又はサブシステム)のフロントエンド内のアダプタで使用することができる。
TCP/IPプロセッサは、TCP/IPオフロード機能を提供するプロセッサチップセットの内部に組み込むことができる。そのような構成は、ハイエンドサーバ、ワークステーション、又は高速ネットワークとインタフェースで接続する高性能パーソナルコンピュータに使用することができる。そのような実施形態はまた、IPストレージ又はRDMA機能、又は本発明の組合せを含むことができ、チップセットに組み込まれたIPベースストレージネットワーキング、及び/又はRDMA機能を有するTCP/IPを提供する。説明したアーキテクチャの複数の機能の使用は、機能要件、開発時間とコスト、及びシリコンダイのコストなどのトレードオフとして、上記又は他の実施形態の他の機能の使用と独立して行うことができる。
IPプロセッサはまた、高性能で待ち時間が少ないSAN切換システム(又は、別のシステム又はサブシステム)回線カードを作り出すために使用することができる。プロセッサは、回線カードへの/からのIPベースストレージトラフィックを終了させたり開始させたりするメインプロセッサとして使用することができる。このプロセッサは、ホストのように作動することができる切換システムのファブリックコントローラを使用して作動し、切換システム内に存在する転送情報ベースによって判断された適切な切替回線カードに対するIP宛先に基づいて、終了したストレージトラフィックを移送する。そのような切換システムは、純粋にIPベースネットワーキングをサポートすることができ、又は、マルチプロトコルサポートをサポートすることもでき、ファイバチャンネルのような他のデータセンターのSANファブリックに加えて、IPベースSANとインタフェースで接続することを可能にする。ゲートウェイコントローラシステムの内部には、LAN又はWANからIPストレージトラフィックを終了させ、ストレージトラフィックをSANに搬送するために新しいセッションを開始させる非常に類似の構成が存在することができ、上述のSANは、IPベースSANか、又は、より可能性があるのは、ファイバチャンネルのようなデータセンター内部の他のファブリックから構成されたSANである。プロセッサはまた、SANゲートウェイコントローラに組み込むことができる。
ストレージネットワークの菅理コストは急速に増加している。ネットワーク及びストレージ容量の大幅な成長を菅理する能力は、ストレージ領域の菅理機能をもたらす特別なアプライアンスを作り出すことを要求する。高性能IPベースSANに対して説明した菅理アプライアンスは、その機能を達成することができるように、TCP/IPパケット内部で移送されたストレージトラフィック上で高性能IPプロセッサを実行する。これらのシステムは、ポリシーベースの菅理及び実施機能を提供するために、深いパケットの検査を実行してIPトラフィック内のストレージペイロードを抽出するための高性能プロセッサを要求する。セキュリティを有するプログラマブル分類及びポリシーエンジンは、説明した高速TCP/IP及びIPストレージエンジンと共に、本特許に説明するこれらのアプライアンスと他の実施形態が、高回線速度かつ短い待ち時間で深いパケット検査及び分類を実行し、パケット毎のベースで必要なポリシーを適用することを可能にする。更に、これらの機能は、仮想化、ポリシーベース菅理、セキュリティ実施、アクセス制御、侵入検出、帯域幅菅理、トラフィックシェーピング、サービス品質、迷惑メール防止、ウイルス検出、暗号化、暗号解読、LUNマスキング、ゾーニング、リンク集約、及びストレージ領域ネットワークトラフィックに対してインバンドである類似のもののような、その機能を実行することができるストレージ菅理アプライアンスの作成を可能にする。同様のポリシーベースの菅理、及びセキュリティ作動又は機能性はまた、本特許に説明する他の実施形態の内部でサポートすることができる。
システム性能と、クラスター化データベースなどのようなアプリケーションに対する拡張容易性とを増強するために、クラスター化環境ではサーバシステムが使用される。高性能クラスターサーバ上で作動しているアプリケーションは、プロセス間通信に対して高速でデータを共有する能力を要求する。従来のソフトウエアTCP/IPネットワーク上のクラスタープロセッサ間でのこのプロセス間通信トラフィックの移送は、厳しい性能のオーバーヘッドを受ける。従って、ファイバチャンネルのような専用ファブリックがそのような構成では使用されてきた。しかし、通信プロセスメモリ間で直接のメモリアクセスを可能にするTCP/IPベースのファブリックは、ファイバチャンネルのような専用ファブリックに変換することなく、任意のTCP/IPネットワーク上で作動するアプリケーションによって使用される。説明したIPプロセッサは、その高性能TCP/IP処理機能とRDMA機能を使用してクラスターサーバ環境に組み込むことが可能であり、高性能で短い待ち時間の直接メモリという恩典をメモリデータ転送にもたらす。この実施形態はまた、グローバルなクラスター化を作り出すために使用することができ、同様にグリッドコンピュータ及びグリッドネットワーク内のデータ転送を可能にするために使用することができる。
プロセッサアーキテクチャは、部分的にソフトウエアで、また部分的にハードウエアで実施することができる。性能の必要性とコストの推測は、本発明のシステムアーキテクチャ全体のハードウエア及びソフトウエア分割に対するトレードオフを推し進める可能性がある。このアーキテクチャをハードウエア及びソフトウエア分割と共にチップセットの組み合わせとして、又は分割とは独立して実行することも可能である。例えば、セキュリティプロセッサと分類エンジンは、別々のチップ上にあり、同様の機能を提供することができる。これは、開発及び製造コストを含めて、シリコンコストの廉価なIPプロセッサをもたらすことができるが、いくつかの例では、システムも含めた要素を増加させ、設置面積とソリューション全体のコストを増大させる可能性がある。セキュリティ及び分類エンジンも別々のチップとすることができるであろう。本明細書で使用されるように、チップセットは、複数チップのチップセット、又は単一チップだけを含むチップセットを意味することができ、それはアプリケーションに依存する。
ストレージのコストと需要は、過去数年間に亘って速いペースで増加してきた。これは、近い将来に亘って同じ割合で成長することが見込まれる。eビジネスの出現に伴って、サーバ又はシステムの機能停止時間に関係なく、任意の時間の任意の場所でのデータ使用可能度が重要になっている。これは、大きな必要性を駆り立て、サーバ接続ストレージをネットワークに移動させ、ストレージの統合、データの利用可能性、及びデータ菅理の容易性をもたらしている。ストレージエリアネットワーク(SAN)は、現在では大部分がファイバチャンネル技術に基づいており、TCP/IP技術と比べてハードウエア志向のスタックを使用した短い待ち時間と高性能というような様々な恩典をもたらしている。
図12は、iSCSIプロトコル及び関連TCP/IP接続のために維持されたデータ構造を示す。各iSCSIセッション(ブロック1201)に属するデータは、基本的にイニシエータとターゲット接続のネクサスであり、適切な接続(ブロック1202)上で搬送される。従属コマンドは、同じ接続の待ち行列上でスケジュールに入れられ、コマンドの順序を維持する(ブロック1203)。しかし、関連のないコマンドは、別の移送接続に割り当てることができる。実施がセッション当たり1つの接続だけをサポートする場合、全てのコマンドを同じ接続の待ち行列に入れることが可能である。しかし、イニシエータとターゲットの間の回線中継をサポートするために、セッション当たり複数の接続が実現可能である。例えば、いくつかの実施形態では、イニシエータとターゲットは、互いに通信が可能であり、複数接続を受け入れるための交渉を通じて決めることになる。別の実施形態では、イニシエータとターゲットは、1つのセッション又は接続だけを通じて通信する。図13と図14は、TCP/IP及びiSCSIセッションデータベース、又は、セッション及び接続毎の伝送制御ブロックを示す。これらのエントリは、別々のテーブルとして搬送することができ、又は、次に図23、24、26、及び29に関連して見られるように、複合テーブルとして一緒に搬送することもできるが、TCP/IPだけ、RDMAを有するTCP/IP、IPストレージだけ、TCP/IPを有するIPストレージ、及びRDMAを有するIPストレージなど、選択された実施と実施された機能性とに依存する。TCP/IP及びストレージフロー制御を実施する様々なエンジンは、これらのフィールドの全部又はいくつか、又は、示されていないより多くのフィールドを使用して、TCP/IPに亘ってブロックデータ転送を方向付けする。データ転送過程の間に複数の状態を通じて接続が進行する時、適切なフィールドが更新される。図15は、オンチップセッションキャッシュ(ブロック1501及び1502)、及びデータ転送の連続した進行のために必要な状態情報を保持するオフチップセッションメモリ(ブロック1503、1504、1505、1506、及び1507)から成るメモリサブシステムに転送制御エントリを保存する一方法を示す。
図17のブロックに関して上述した機能は、以下により詳細に説明するように、開示されたプロセッサの様々な処理リソースによるインストリーム処理を使用して、パケットが最低限の待ち時間で入力から出力まで通過することができるパケットストリームアーキテクチャを実行可能にする。
以上の内容はまた、RDMA能力、又はRDMA機構、又はRDMA機能の一部と考えることができる。
2.ブロック3208に示す主要な段階を有するブロック3202のセキュリティパイプステージ。パケットは、入力待ち行列から分類エンジンまで動かされ、そこでセキュリティ処理のための迅速な判断が行われ、パケットがセキュリティ処理を通過する必要がある場合、セキュリティパイプステージに入る。パケットがクリアなテキストで受信されて認証を必要としない場合、セキュリティパイプステージは省略される。セキュリティパイプステージはまた、セキュリティエンジンがIPプロセッサと統合されていない場合は、省略することができる。パケットは、第1にこの接続に対するセキュリティアソシエーションがメモリから検索され、パケットが選択されたメッセージ認証アルゴリズムを使用して認証されるセキュリティエンジンの様々なステージを通過する。パケットは、次に、セッションのために確立されたセキュリティキーを使用して暗号解読される。パケットがクリアなテキストになった状態で、それは、入力待ち行列コントローラに対して再度待ち行列に入れられる。
3.ブロック3209に示す主要な段階を有するブロック3203の分類パイプステージ。スケジューラは、入力待ち行列からクリアなパケットを検索し、分類のためにパケットをスケジュールに入れる。分類エンジンは、第3層及びより高い層の分類のためにパケットから関連フィールドを抽出するような様々なタスクを実行し、TCP/IP/ストレージプロトコルなどを識別し、それらの分類タグを生成し、分類エンジンでプログラムされたポリシーに応じて、パケットを排除したりバイパスのためにパケットにタグ付けするようなアクションを取ることができる。分類エンジンはまた、実行を容易にするためのパケットヘッダ及びペイロードのマーク付けと共に、セッション又はこのエンジンが属するフローでパケットにタグ付けすることができる。分類エンジンのプログラムに依存して、列挙されたタスクのいくつかを実行することができ、又は実行されなくてもよく、他のタスクが実行されてもよい。分類が実行されると、パケットに分類タグが追加され、処理するためにスケジューラに対してパケットが待ち行列に入れられる。
4.ブロック3210に示す主要な段階を有するブロック3204のスケジュールパイプステージ。分類パケットが、分類エンジン待ち行列から検索され、処理のためにスケジューラ内に保存される。スケジューラは、パケットヘッダから発信元及び宛先フィールドのハッシュを実行し、分類子によって実行されない場合にパケットが属するフローを識別する。フローの識別が行われた状態で、パケットは、フローの従属性に基づいて実行リソース待ち行列に割り当てられる。新しいパケットを受け入れるためにリソースが利用可能になると、待ち行列の次のパケットが、そのリソースに対する実行のために割り当てられる。
5.ブロック3211に示す主要な段階を有するブロック3205の実行パイプステージ。パケットは、このパケットを実行するためにリソースが利用可能になると、実行パイプステージに入る。パケットは、パケットを実行するために想定されたパケットプロセッサ複合システムに転送される。プロセッサは、パケットに接続された分類タグを見て、パケットのために要求される処理段階を決める。これがIPベースのストレージパケットの場合、このセッションのためのセッションデータベースエントリが検索される。ローカルセッションキャッシュが既にセッションエントリを保持する場合は、データベースアクセスは要求されない。フローに基づいてパケット割当が行われた場合は、グローバルセッションメモリからセッションエントリを検索する必要はない。パケットプロセッサは、次に、TCPエンジン/ストレージエンジンを開始し、それらの作動を実行する。TCPエンジンは、チェックサム、シーケンス番号検査、必要なCRC作動を使用したフレーム指示検査、及びTCP状態更新を含む様々なTCP検査を実行する。次に、ストレージPDUが抽出され、実行のためにストレージエンジンに割り当てられる。ストレージエンジンは、PDU内のコマンドを変換し、この特定のケースでは、それをアクティブなセッションに対する読取応答として識別する。次に、それは、ペイロードの整合性とシーケンスの整合性を確認し、次に、セッションデータベースエントリ内のストレージフロー状態を更新する。宛先バッファのメモリ記述子はまた、セッションデータベースエントリから検索され、抽出されたPDUペイロードはストレージフロー/RDMAコントローラに対して、それらのホストインタフェースブロックはDMAに対して、データは最終のバッファ宛先に対して、待ち行列に入れられる。データは、メモリ記述子と実行するコマンド/作動と共に、フローコントローラに配信することができる。この場合、このアクティブ読取コマンドに対してデータを入れる。ストレージフローコントローラは、そのアクティブコマンドデータベースを更新する。実行エンジンは、パケットが既に退去しており、パケットプロセッサ複合システムがそのシステムの次のコマンドを受け取る準備ができていることをスケジューラに示す。
6.ブロック3212に示す主要な段階を有するブロック3206のDMAパイプステージ。ストレージフローコントローラがメモリ記述子、コマンド、及びフロー状態の適切な確認を行った状態で、このコントローラは、ホストメモリに対する転送のためにDMAエンジンにデータブロックを送る。DMAエンジンは、そのようなQOS機構がプログラムされるか又は実行されると、優先度ベースの待ち行列を実行することができる。データは、DMAを通じてホストメモリ位置に転送される。これがコマンドの最後の作動の場合、ホストドライバにコマンド実行の終了が表示される。これがコマンドに対する最後の作動であり、コマンドが終了待ち行列に対して待ち行列に入れられている場合、コマンドに対して割り当てられたリソースは、新しいコマンドを受け入れるために解放される。コマンド統計データは、性能分析、ポリシー菅理、他のネットワーク管理、又は統計目的のために要求される場合があるので、終了ステータスと共に収集して転送することができる。
1.ホストドライバは、コマンドをストレージフロー/RDMAコントローラのプロセッサコマンド待ち行列に入れる。
2.ホストは、作動のため及びリソースを予約するためにコマンドが正常にスケジュールに入れられたかを通知される。
3.ストレージフロー/RDMAコントローラは、ターゲットに対する接続が確立された場合、作動のためのコマンドをパケットスケジューラに対してスケジュールに入れる。そうでなければ、コントローラは、ターゲットセッション開始を開始し、セッションが確立された状態で、コマンドは、パケットスケジューラに対してスケジュールに入れられる。
4.スケジューラは、このコマンドを受け入れる準備が完了したSANパケットプロセッサの1つにコマンドを割り当てる。
5.プロセッサ複合システムは、セッションエントリのために、要求をセッションコントローラに送る。
6.セッションエントリが、パケットプロセッサ複合システムに供給される。
7.パケットプロセッサは、PDUとしてコマンドを運び、出力待ち行列に対してスケジュールに入れられるパケットを形成する。
8.コマンドPDUは、それをターゲットに送るネットワークメディアインタフェースに与えられる。
これは、イニシエータとターゲットの間で接続が確立された時に、主にイニシエータからターゲットまで大部分のコマンドが追従する高レベルのフローである。
1.入力パケットは、ネットワークメディアインタフェースブロックから受信される。
2.パケットスケジューラは、入力待ち行列からパケットを検索する。
3.パケットは、分類のためにスケジュールに入れられる。
4.分類されたパケットは、分類タグと共に分類子から戻る。
5.分類とフローベースのリソース割当とに基づいて、パケットは、パケット上で作動するパケットプロセッサ複合システムに割り当てられる。
6.パケットプロセッサ複合システムは、セッションキャッシュ内のセッションエントリを検索する(ローカルに存在しない場合)。
7.セッションキャッシュエントリが、パケットプロセッサ複合システムに戻される。
8.パケットプロセッサ複合システムは、TCP/IP作動/IPストレージ作動を実行し、ペイロード内の読取データを抽出する。MDL(メモリ記述子リスト)のような適切な宛先タグを有する読取データが、ホストインタフェース出力コントローラに提供される。
9.ホストDMAエンジンは、システムバッファメモリに読取データを転送する。
これらの段階のいくつかは、安全なパケットフローが表された図32により詳細に与えられ、一方、図40は、クリアテキスト読取パケットフローを表す。本特許に示すこのフロー及び他のフローは、本特許の教示により当業者が容易に実施することができる開示されたプロセッサの適切なリソースを使用することにより、ストレージ及び非ストレージデータ転送に適用可能である。
1.入力パケットが、ネットワークメディアインタフェースブロックから受信される。
2.パケットスケジューラは、入力待ち行列からパケットを検索する。
3.パケットは、分類のためにスケジュールに入れられる。
4.分類されたパケットは、分類タグと共に分類子から戻る。
a.分類とフローベースのリソース割当とに依存して、パケットは、パケット上で作動するパケットプロセッサ複合システムに割り当てられる。
5.パケットプロセッサ複合システムは、セッションキャッシュ内のセッションエントリを検索する(ローカルに存在しない場合)。
6.セッションキャッシュエントリが、パケットプロセッサ複合システムに戻される。
7.パケットプロセッサは、「R2T PDU」を判断し、ストレージフロー/RDMAコントローラへの要求で書込データを要求する。
8.フローコントローラは、ホストインタフェースに対してDMAを開始する。
9.ホストインタフェースは、DMAを実行し、ホスト入力待ち行列にデータを戻す。
10.パケットプロセッサ複合システムは、ホスト入力待ち行列からデータを受け取る。
11.パケットプロセッサ複合システムは、有効なPDUとパケットをデータの周りに形成し、適切なセッションエントリを更新し、出力待ち行列にパケットを転送する。
12.パケットは、データパケットを宛先に送信する出力ネットワークメディアインタフェースブロックに転送される。
1.コマンドが、ホストドライバによってスケジュールに入れられる。
2.ホストドライバは、コマンドがスケジュールに入れられ、ホストによって要求された全ての制御情報が通されることを通知される。
3.ストレージフロー/RDMAコントローラは、セッションが存在しないターゲットにコマンドを送る要求を検出し、従って、それは、その要求を制御プレーンプロセッサに通して移送セッションを確立する。
4.制御プレーンプロセッサは、出力待ち行列に「TCP SYN」パケットを送る。
5.SYNパケットは、ネットワークメディアインタフェースに送信され、そこから宛先に送信される。
6.宛先は、SYNパケットを受け取った後に、SYN−ACK応答を使用して応答し、そのパケットは、ネットワークメディアインタフェースから受け取り次第入力待ち行列に入れられる。
7.パケットが、パケットスケジューラによって検索される。
8.パケットが、分類エンジンに通される。
9.タグ付けされて分類されたパケットが、スケジューラに戻される。
10.スケジューラは、分類に基づいてこのパケットを制御プレーンプロセッサに転送する。
11.プロセッサは、次に、ACKパケットを使用して出力待ち行列に応答する。
12.パケットは、次に、最終の宛先に送信され、従って、セッション確立ハンドシェークを終了する。
13.セッションが確立された状態で、この状態は、ストレージフローコントローラに供給される。セッションエントリは、このように作り出され、次に、セッションメモリコントローラに通される(この部分は、図に示されていない)。
セッションを段階13のような確立状態にする前に、制御プレーンプロセッサは、ストレージプロトコルの完全なログイン段階を実行し、パラメータを交換し、それがストレージデータ転送接続の場合は、それらを特定接続のために記録するように要求されることがある。ログインが認証されてパラメータ変換が終了した状態で、セッションは、上述の段階13で示されたセッション確立状態に入る。
1.イニシエータからのSYN要求が、ネットワークメディアインタフェース上で受信される。
2.スケジューラは、入力待ち行列からSYNパケットを検索する。
3.スケジューラは、分類のためにこのパケットを分類エンジンに送る。
4.分類エンジンは、適切なタグを付けて分類されたパケットを戻す。
5.スケジューラは、SYNパケットとしての分類に基づいて、このパケットを制御プレーンプロセッサに転送する。
6.制御プレーンプロセッサは、SYN−ACK肯定応答パケットを使用して応答する。それはまた、イニシエータからの非送信請求データ転送のために適切なバッファスペースを割り当てるようにホストに要求する(この部分は、図示されていない)。
7.SYN−ACKパケットが、イニシエータに送られる。
8.イニシエータは、次に、ACKパケットを使用してSYN−ACKパケットに肯定応答し、3方向ハンドシェークを終了する。このパケットは、ネットワークメディアインタフェースで受信され、第2層処理の後で入力待ち行列に入れられる。
9.スケジューラは、このパケットを検索する。
10.パケットが、分類子に送られる。
11.分類されたパケットは、スケジューラに戻され、3方向ハンドシェークを終了するために、制御プロセッサに提供されるべくスケジュールに入れられる。
12.コントローラは、ACKパケットを取得する。
13.制御プレーンプロセッサは、この時点で確立状態での接続を有し、セッションキャッシュ内にエントリを作り出すストレージフローコントローラに送る。
14.ホストドライバは、終了したセッション作成を通知される。
セッション確立はまた、図49に示されていないが、ログイン段階を伴う場合がある。しかし、ログイン段階とパラメータ変換は、完全に構成されて確立された状態にセッションが入る前に起きる。これらのデータ転送とハンドシェークは、主として制御プロセッサによって行うことができる。これらの段階が行われた状態で、上述のフローの残りの段階を実行することができる。
1.ターゲットホストシステムは、図33に示すような書込要求の受信に応答して、書込データを受け入れるために適切なバッファを準備し、ストレージフローコントローラに準備完了したらそれを通知し、転送待機中要求をイニシエータに送る。
2.フローコントローラは、ホストドライバに対して、要求とDMAのためのバッファポインタとの受領を肯定応答する。
3.フローコントローラは、次に、実行されるR2Tコマンドをスケジューラに対してスケジュールに入れる。
4.スケジューラは、コマンドをこのコマンドを実行する準備が完了しているパケットプロセッサ複合システムの1つに出す。
5.パケットプロセッサは、セッションキャッシュコントローラからセッションエントリを要求する。
6.セッションエントリが、パケットプロセッサに戻される。
7.パケットプロセッサは、TCPパケットを形成し、R2Tコマンドをカプセル化し、出力待ち行列にそれを送る。
8.パケットは、次に、ネットワークメディアインタフェースに送られ、それは、次に、イニシエータにこのパケットを送る。転送が安全転送である必要がある場合は、セキュリティエンジンを伴うことができるであろう。
9.次に、図51に示すように、イニシエータは、書込データをターゲットに送ることによってR2Tに応答する。ネットワークメディアインタフェースは、パケットを受け取り、入力待ち行列にそれを入れる。
10.パケットスケジューラは、入力待ち行列からパケットを検索する。
11.パケットは、分類エンジンに対してスケジュールに入れられる。
12.分類エンジンは、分類タグと共に分類されたパケットをスケジューラに供給する。図示のフローは、暗号化されていないパケットのためであり、従って、セキュリティエンジンは実行されない。
13.スケジューラは、パケットプロセッサ待ち行列に対するフローベースのリソース割当待ち行列に基づいてパケットを割り当てる。パケットは、次に、パケットプロセッサがこのパケットの実行を待機中の時に、パケットプロセッサ復号システムに転送される。
14.パケットプロセッサは、セッションキャッシュエントリを要求する(それがそのローカルキャッシュにまだそれを有していない場合)。
15.セッションエントリが、要求するパケットプロセッサに戻される。
16.パケットプロセッサは、全てのTCP/IP機能を実行し、セッションエントリを更新し、ストレージエンジンは、以前のR2Tに応答して書込コマンドとしてPDUを抽出する。それは、ストレージセッションエントリを更新し、パケットをそれがホストバッファに転送されるようにホスト出力待ち行列にルーティングする。パケットは、ホスト割当の宛先バッファ内へのこのパケットのDMAの実行に使用することができるメモリ記述子又はメモリ記述子リストを使用してタグ付けすることができる。
17.ホストインタフェースブロックは、DMAを実行し、書込データコマンドのこのセグメントを終了する。
1.ネットワークメディアインタフェースブロックから入力パケットが受信される。
2.パケットスケジューラは、入力待ち行列からパケットを検索する。
3.分類のためにパケットがスケジュールに入れられる。
4.分類されたパケットが、分類タグを付けて分類子から戻る。
a.分類とフローベースのリソース割当とにより、パケットは、パケット上で作動するパケットプロセッサ複合システムに割り当てられる。
5.パケットプロセッサ複合システムは、セッションキャッシュ内のセッションエントリを検索する(ローカルに存在しない場合)。
6.セッションキャッシュエントリが、パケットプロセッサ複合システムに戻される。
7.パケットプロセッサは、読取コマンドPDUを判断し、フローコントローラに対する要求を用いて読取データを要求する。
8.フローコントローラは、ホストインタフェースに対してDMAを開始する。
9.ホストインタフェースは、DMAを実行し、ホスト入力待ち行列にデータを戻す。
10.パケットプロセッサ複合システムは、ホスト入力待ち行列からデータを受け取る。
11.パケットプロセッサ複合システムは、データの周囲に有効なPDUとパケットを形成し、適切なセッションエントリを更新し、出力待ち行列にパケットを転送する。
12.パケットは、宛先にデータパケットを送信する出力ネットワークメディアインタフェースブロックに転送される。
本発明のIPプロセッサは、限定する意味でなく以下に概説する製造工程を使用して、様々な実現可能な実施形態の選択されたものにおけるハードウエア製品に製造することができる。プロセッサは、特定ターゲット製造工程技術に対する機能性、タイミング、及び他の設計及び製造制約に対するRTLレベル、回路/回路図/ゲートレベル、レイアウトレベルなどのような様々なレベルのチップ設計抽象概念で設計及び検証することができる。適切な物理的/レイアウトレベルでのプロセッサ設計を用いて、ターゲット処理技術においてチップを製造するのに使用されるマスクセットを作り出すことができる。次に、マスクセットを用いて、選択された処理技術に対して使用される段階を通してプロセッサチップが構築される。プロセッサチップは、次に、製造されたプロセッサ製品の品質を保証するのに適切な場合は、試験/包装工程を通過することができる。
上述の事項は本発明の特定の実施形態に関連したものであるが、当業者は、本発明の原理及び精神から逸脱することなく、これらの実施形態に変更を行うことができることを認めるであろう。
1702 パケットスケジューラ
1703 分類エンジン
1705 セキュリティエンジン
1706 ストレージエリアネットワーク(SAN)パケットプロセッサ
1707 ホスト入力待ち行列
1709 ホスト出力待ち行列
1712 出力待ち行列
Claims (10)
- トランスミッションコントロールプロトコル(TCP)又はストリームコントロールトランスミッションプロトコル(SCTP)又はユーザデータグラムプロトコル(UDP)オペレーション、又はその任意の組合せをインターネットプロトコル(IP)上で提供するハードウエアプロセッサであって、前記オペレーションは、イニシエータから又はイニシエータへ、及びターゲットへ又はターゲットからネットワーク上でデータを転送するリモートダイレクトメモリアクセス(RDMA)機能を含み、スモールコンピュータシステムインタフェース(SCSI)コマンド層及びIPストレージドライバを有するホストプロセッサによって要求され、前記ハードウエアプロセッサは、
a.RDMA機構、
b.プロセッサ内の作動のためのホストプロセッサのコマンド層からのコマンドをスケジュールに入れるためのコマンドスケジューラ、
c.前記コマンドスケジューラを経由する既存セッションのための前記ホストプロセッサからのスケジュールされたコマンドを待ち行列に入れるための第1のコマンド待ち行列、
d.前記コマンドスケジューラを経由する現在存在しないセッションのための前記ホストプロセッサからのスケジュールされたコマンドを待ち行列に入れるための第2のコマンド待ち行列、
e.前記コマンドが移送されたセッションの状態を記録するための、また、該コマンドのRDMAを使用するものに対するRDMAの進行を記録するためのデータベース、
f.コマンド実行の状況を処理のために前記SCSI層に通信するためのプロセッサと前記SCSI層の間の通信パス、及び
g.コマンドを解釈し、前記ハードウエアプロセッサと前記ターゲット及び前記イニシエータの少なくとも1つとの間でデータを転送するためのRDMAオペレーションを実行するために協働するように連結した少なくとも1つの送信/受信エンジン及び少なくとも1つのコマンドエンジン、
を含むことを特徴とするプロセッサ。 - 少なくとも1つのデータプロセッサを複数のインターネットプロトコル(IP)プロセッサにインタフェースで接続するための複数のIPプロセッサに連結した少なくとも1つのデータプロセッサを含むマルチプロセッサシステムであって、
前記複数のIPプロセッサの各々は、リモートダイレクトメモリアクセス(RDMA)プロトコルと、トランスミッションコントロールプロトコル(TCP)、ストリームコントロールトランスミッションプロトコル(SCTP)、及びユーザデータグラムプロトコル(UDP)のうちの1つのプロトコルとを実行するよう構成され、データをIPネットワークのセット上に転送し、前記IPプロセッサの1つは前記少なくとも1つのプロセッサからのコマンドを受信するよう構成され、 前記複数のIPプロセッサの1つは、
a.RDMAを介してデータを転送するためのRDMA機構、
b.前記データを含む複数のIPパケットを処理するための少なくとも1つのパケットプロセッサ、
c.前記データの転送に使用されるセッションに関するTCP/IPセッション情報を保存するためのセッションメモリ、
d.前記データを保存するメモリに対するメモリアクセスを制御するための少なくとも1つのメモリコントローラ、
e.前記IPネットワークの少なくとも1つに連結し、リモートホストからの要求を受信するための少なくとも1つのメディアインタフェース、及び
f.前記少なくとも1つのデータプロセッサに連結するためのホストインタフェース、又は前記受信した要求に応答してファブリックを介してストレージシステムにアクセスするためのファブリックインタフェース、
g.前記コマンドの状態を記録し、前記コマンドのターミネーションに基づいて前記コマンドの状態を更新するよう構成されたコマンド状態テーブル、
を含む、
ことを特徴とするシステム。 - 前記IPプロセッサの1つは、
a.IPストレージセッション情報を保存するためのIPストレージセッションメモリ、
b.IPパケットを分類するための分類プロセッサ、及び、前記少なくとも1つのパケットプロセッサによって使用される分類タグと前記IPパケットとの対応付け、
c.前記データのフローを制御するためのフローコントローラ、
d.ポリシーを適用するためのポリシープロセッサ、
e.認証、暗号化、及び復号化のうちの1又は複数のセキュリティ作動を実行するためのセキュリティプロセッサ、
f.パケットを保存するためのパケットメモリ、
g.プレーン処理を制御するためのコントローラ、
h.パケットスケジューラ、
i.ピアプロセッサにインタフェース接続するための共用プロセッサインタフェース、又は
j.これらの任意の組合せ、
のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載のマルチプロセッサシステム。 - トランスミッションコントロールプロトコル(TCP)又はインターネットプロトコル(IP)ネットワーク上の他の接続指向プロトコルを使用しリモートダイレクトメモリアクセス(RDMA)を介してデータ転送が可能なハードウエアプロセッサを有するストレージエリアネットワークであって、
前記ハードウエアプロセッサはプログラム可能なように構成され、ポリシー処理エンジンを含み、前記ポリシー処理エンジンは、パケット基準毎、フロー基準毎、及びコマンド基準毎の1又は複数に基づくポリシーを適用するものであって、
前記ハードウエアプロセッサは、
ホストプロセッサから受信したデータ転送に対応するコマンドを実行し、前記受信したコマンドに基づいて前記ホストプロセッサのアドレスを決定し、前記コマンドの完了に際して前記決定されたアドレスにおいて前記ホストプロセッサのみに割り込みを行うようプログラム可能である
ことを特徴とするストレージエリアネットワーク。 - 前記少なくとも1つの送信/受信エンジンは、分離された送信エンジン及び分離された受信エンジンとして実装されることを特徴とする、請求項1に記載のハードウエアプロセッサ。
- 前記少なくとも1つの送信/受信エンジン及び少なくとも1つのコマンドエンジンは、送信、受信、及びコマンドエンジン機能を与える少なくとも1つの複合エンジンとして実装されることを特徴とする、請求項1に記載のハードウエアプロセッサ。
- 前記ハードウエアプロセッサは、イニシエータからターゲットは、あるいはターゲットからイニシエータへのデータ転送についてのiSCSIコマンドをiSCSIセッションのいて受信し、前記セッションの各々の状態を前記データベースにセッションエントリとして記録することを特徴とする、請求項1に記載のハードウエアプロセッサ。
- 前記複数のIPプロセッサの2以上のものが互いに結合されることを特徴とする、請求項2に記載のマルチプロセッサシステム。
- 前記ハードウエアプロセッサは深いパケット分類エンジンを更に含むことを特徴とする、請求項4に記載のストレージエリアネットワーク。
- 前記ハードウエアプロセッサは、サーバ、ホストバスアダプタ、スイッチ、スイッチラインカード、ゲートウェイ、ゲートウェイのラインカード、ストレージエリアネットワークアプライアンス、アプライアンスのラインカード、ストレージシステム、及びストレージシステムのラインカード、のうちの1又は複数において配置されることを特徴とする、請求項4に記載のストレージエリアネットワーク。
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