剖析千兆路由交换机技术对第三层数据包的处理

www.net130.com     日期:2012-5-4    浏览次数:

千兆路由交换机技术对第三层数据包的处理,笔者坚持每天写一写笔记。把自己的心得体会记录下来,把更多的时间投入到自己的事业中来。千兆路由交换机技术,路由交换机的定义 传统意义上,只处理第二层数据转发的设备被称之为交换机,交换机只根据数据包中的目的和源MAC地址进行处理和转发,而不涉及第三层的数据包中的内容。
如进行以太网,FDDI,令牌杯交换的局域网千兆路由交换机技术。第三层的数据包的转发由路由器来完成,对于IP协议来说,路由器检查第三层数据包的目的和源IP地址,然后作出相应的处理或转发。在90年代中期以前,由于硬件芯片技术的限制,路由器和交换机是两个独立的网络设备。

路由器的内部系统结构很象一台专用计算机,有一个主CPU,如486或MIPS,有内存,在CPU上运行软件来进行包的转发和路由的计算及更新。所以路由器的性能比较差,往往成为一个网络的瓶颈。

为了解决基于软件的路由器在性能上的缺陷,在新的ASIC芯片技术的推动下,交换机中用来处理第二层数据包的芯片功能增强到能够进行第三层数据包的处理,这种具有路由功能的千兆路由交换机技术被称为路由交换机。

路由交换机的背板及其实现方式 背板是交换机的中央交换部件,用于千兆路由交换机技术的各个端口之间传送数据。背板的结构和容量决定了一个路由交换机的性能。现在的路由交换机背板主要有三种结构:交叉矩阵(Cross Bar);共享内存;并行访问共享内存。

下面分别详细论述。 2.2.1交叉矩阵(Cross Bar) 这种结构容易设计,扩展性好,并且在其基本形式中可以提供较低的每端口成本。然而,它有几个关键的局限性。 交叉矩阵结构的3个主要的局限和其对网络的影响如表1所述。表1

千兆以太网和千兆路由交换机技术 

千兆以太网和千兆路由交换机技术


 

静态内存他和队头阻塞的问题的共同影响使其难以在逐端口的基础上转发基于优先级的业务。所以交叉矩阵结构提供可靠的QoS支持的能力有限,这与整个IP网络提高QoS能力的要求不符。 2.2.2共享内存 传统的共享内存结构是基于总线的。

这种结构克服了交叉矩阵背板的局限性,并且它们在背板容量小于10GbPS的交换机中十分普遍。在一个共享内存总线结构中,所有的端口通过一个共享总统访问中央内存。采用仲裁机制来控制端口访问共享端口。这消除了交叉矩阵千兆路由交换机技术具有的基于端口的静态内存分配和队头阻塞的问题并以一种高效的方式使用系统内存。

共享内存的问题是,构造一个快的足以提供无阻塞的速度超过20Gbps性能的仲裁机构现在很难作到。例如:现在的芯片,技术的数据总线一般是64位,总统的时钟频率(并非芯片的内部时钟频率)为 100MHz,这样的系统背板性能可达到64×100MHz=6.4GbPs,按双向计算,系统背板性能为12.8GbPS。

因此,受限于现在的内存促裁机制芯片,共享内存体系的扩展性比较差。 2.2.3并行访问共享内存 并行访问共享内存是一种共享内存结构设计:所有端口共享一个中央内存空间。
然而,不象传统的基于总统的共享内存结构,并行访问共享内存为每个模块上的每个端口提供一个专用的可同时写入中央内存机构和从中读出的机制,这种机制无需要总线仲裁设备。

 

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