一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，通过队列管理模块对缓存管理模块进行划分，对缓存空间进行划分，利用入口控制模块控制监视入端口CoS队列的缓存使用情况，对接收的数据包进行流分类并根据分类结果放入不同的CoS队列，并且实现端口和队列的流控及拥塞处理，对动态管理实现了缓存的合理使用，通过双链表管理技术实现了出口队列的管理，本发明专利技术不需要二次缓存数据包，节省了存储资源，减小了交换延迟，通过流分类、流量监管和整形及拥塞管理，保证了服务质量。保证了服务质量。保证了服务质量。

【技术实现步骤摘要】
一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统


[0001]本专利技术属于计算机网络及计算机系统结构领域，涉及一种千兆以太网交换器缓存管理方法，具体涉及一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统。

技术介绍

[0002]近几年来，随着通信业务的飞速发展，以太网交换机作为网络通信的关键设备，发展非常迅速，各方面不断完善。纵观当前整个发展趋势，以太网交换机呈现了如下几个发展特点，更高的速度，更大的端口密度，更高的智能化。交换机的交换方式主要有三种，直通式、存储转发式和碎片隔离式。其中，存储转发交换机因可对进入的数据包进行错误检测，有效改善网络性能，更重要的是它可以支持不同速率端口间的协同工作而有了更广泛的应用。
[0003]存储转发式以太网交换器的性能主要取决于缓存管理单元，该单元完成了数据包的存储及发送控制，包括的主要功能有缓存空间的分配和释放及发送队列管理。目前主流的实现方式是将整个缓存空间作为一个整体，按照数据包请求顺序分配缓存空间存储数据包，当数据包完成发送，释放缓存空间。队列管理是指数据包在出口如何完成发送，包括了入队和出队管理，入队是指将数据包放入指定的队列，出队是指数据包从指定队列取出并发送。
[0004]基于共享缓存的交换机，缓存空间的使用可以基于数据包进行存储，也可以基于最小单元(CELL)进行存储。基于数据包的存储方式，优点是空间浪费小，但缺点是交换延迟大，如果存储一个巨型帧，需要等到该数据包完整存储在缓存中其它端口才可以开始可以处理。基于CELL的存储方式是每次只完成一个CELL的存储，各端口可以轮询存储，这样避免了一个端口长时间占用缓存，而导致不能服务其它端口，也保证了数据存储和交换控制两个平面并行处理，减小了交换延迟，但缺点是存在空间浪费。
[0005]基于整体的缓存空间管理，不能有效抑制单个端口的流量突发，这将导致该端口可能占用过多的缓存而且不能及时释放，导致其它端口无缓存空间可用。传统的队列管理是将数据取出之后，放到出口的队列中，出队时再从出口队列中读出数据并发送。这种方式的缺点是数据需要二次缓存，交换延迟也会变大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，以克服现有技术的不足。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，包括缓存管理模块，队列管理模块，入口控制模块，出口控制模块，QoS控制模块和寄存器模块；
[0009]缓存管理模块用于完成从MAC收发的数据包缓存地址的分配和释放，将待分配数据包传输至队列管理模块，同时丢弃待丢弃数据包释放缓存空间；
[0010]队列管理模块用于将缓存管理模块分配的数据包进行入队和出队分配；
[0011]入口控制模块用于控制监视入端口CoS队列的缓存使用情况；
[0012]出口控制模块用于统计出口缓存的使用实现出口流量控制；
[0013]QoS控制模块是对接收的数据包进行流分类并根据分类结果放入不同的CoS队列，并且实现端口和队列的流控及拥塞处理；
[0014]寄存器模块用于实现缓存管理单元的配置。
[0015]进一步的，待丢弃数据包包括找不到转发的端口、超出规定的长度、该端口不能接收的巨型帧或者其它控制给出丢弃标志则丢弃该数据包。
[0016]进一步的，缓存管理模块的数据缓存空间中存放的是待转发的数据包；当接收端口接收到好数据包时，缓存管理模块为其分配相应的空间，同时生成描述符信息，并发送至队列管理模块；如果该数据包为待丢弃数据包则丢弃该数据包并释放已经分配的存储空间。
[0017]进一步的，缓存管理模块的缓存以CELL为最小单位，每个CELL大小为128字节。
[0018]进一步的，队列管理模块的出口使用两层的链表结构形成一个输出阵列，第一层是发送队列链表，第二层是缓存标记链表。
[0019]进一步的，在接收存储数据包时，描述符管理模块将一个数据包的描述符写入某一端口的发送描述符队列，当交换控制器从发送端口描述符队列中读出该数据包的描述符，按照描述符中各个字段的内容，从数据缓存中读出该包的数据，从相应端口发送。
[0020]进一步的，队列管理模块包括缓存请求模块、描述符写请求控制模块、描述符读请求控制模块、描述符管理模块、描述符缓存模块、CELL写管理模块和数据包写管理模块；
[0021]缓存请求模块用于将缓存管理模块分配给数据包的地址进行记录；
[0022]描述符管理模块用于将缓存请求模块记录的信息写入相应的描述符队列中；
[0023]描述符写请求控制模块根据转发控制的相关结果，请求相应的发送端口进行写描述符队列操作；
[0024]描述符读请求控制模块用于判断发送传输端口是否可以进行数据转发，并给出描述符队列读请求；
[0025]描述符缓存模块用于存储描述符链表信息；
[0026]CELL写管理模块用于记录当前请求入队的CELL写操作状态，为端口下一个CELL写做准备。
[0027]数据包写管理模块用于记录当前请求入队的数据包写操作状态，为端口下一个数据包写做准备。
[0028]进一步的，入端口CoS队列的缓存如果超过阈值，则产生流量控制消息；如果对端处理流控报文，则对端会停止发送数据包。
[0029]进一步的，入口控制模块将缓存空间分为端口保证空间、共享空间和头空间，端口保证空间为端口提供最小保证可用空间；共享空间用于当最小保证空间不足时，为端口提供的共享缓存空间；头空间用于当最小保证空间与共享缓存空间不足时，提供一些额外的缓存能力。
[0030]进一步的，寄存器模块用于实现缓存管理单元的配置，包括了入口控制、出口控制及QoS控制各个模块中缓存空间、CoS队列及流量控制和整形功能的阈值。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0032]本专利技术一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，通过队列管理模块对缓存管理模块进行划分，对缓存空间进行划分，利用入口控制模块控制监视入端口CoS队列的缓存使用情况，对接收的数据包进行流分类并根据分类结果放入不同的CoS队列，并且实现端口和队列的流控及拥塞处理，对动态管理实现了缓存的合理使用，通过双链表管理技术实现了出口队列的管理，本专利技术不需要二次缓存数据包，节省了存储资源，减小了交换延迟，通过流分类、流量监管和整形及拥塞管理，保证了服务质量。
[0033]进一步的，将缓存空间分为端口保证空间、共享空间和头空间三部分，端口保证空间为每个端口保留了一块最小的缓存空间，其它端口不能占用，当其被使用完之后，端口才可以使用共享缓存，这样保证了各端口对缓存空间的合理使用，头空间是用来存储当共享缓存已使用完，交换机发送流控信号之后仍然可以接收到的一小部分数据，保证尽力无丢包。
[0034]进一步的，缓存管理单元实现了流量分类、流量监管和整形及拥塞管理等功能，实现了数据的高效无阻塞转发，保证了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，包括缓存管理模块(1)，队列管理模块(2)，入口控制模块(3)，出口控制模块(4)，QoS控制模块(5)和寄存器模块(6)；缓存管理模块(1)用于完成从MAC收发的数据包缓存地址的分配和释放，将待分配数据包传输至队列管理模块(2)，同时丢弃待丢弃数据包释放缓存空间；队列管理模块(2)用于将缓存管理模块(1)分配的数据包进行入队和出队分配；入口控制模块(3)用于控制监视入端口CoS队列的缓存使用情况；出口控制模块(4)用于统计出口缓存的使用实现出口流量控制；QoS控制模块(5)是对接收的数据包进行流分类并根据分类结果放入不同的CoS队列，并且实现端口和队列的流控及拥塞处理；寄存器模块(6)用于实现缓存管理单元的配置。2.根据权利要求1所述的一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，待丢弃数据包包括找不到转发的端口、超出规定的长度、该端口不能接收的巨型帧或者其它控制给出丢弃标志则丢弃该数据包。3.根据权利要求1所述的一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，缓存管理模块(1)的数据缓存空间中存放的是待转发的数据包；当接收端口接收到好数据包时，缓存管理模块(1)为其分配相应的空间，同时生成描述符信息，并发送至队列管理模块；如果该数据包为待丢弃数据包则丢弃该数据包并释放已经分配的存储空间。4.根据权利要求1所述的一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，缓存管理模块(1)的缓存以CELL为最小单位，每个CELL大小为128字节。5.根据权利要求1所述的一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，队列管理模块(2)的出口使用两层的链表结构形成一个输出阵列，第一层是发送队列链表，第二层是缓存标记链表。6.根据权利要求1所述的一种面向以太网交换器的高效缓存管理系统，其特征在于，在接收存储数据包时，描述符管理模块将一个数据包的描述符写入某一端口的发送描述符队列，当交换控制器从发...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文琦，史阳春，李龙飞，李小波，冯海强，王剑峰，杨靓，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：