5000系列构架预览

2019-11-05 01:18:36

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供稿：网友

　　5000系列的构架有三个基本组成：总线仲裁器和EARL（bus arbiter and EARL）、接口（port interface）、NMP。总线仲裁器和EARL（所有端口都使用）提供了到数据交换总线的访问和控制包传输到目的地的功能。每个以太网端口包含了定制的ASIC和一个叫SAINT的智能10/100M以太网MAC控制器。其他的非以太网接口包含ASIC和另一个叫SAGE的不含智能的MAC控制器。
　　
　　交换机使用中心总线仲裁和地址识别逻辑，每个端口全部缓存每个收到的帧，然后向交换机的中心总线仲裁器发出请求，要求访问交换总线来转发帧。当收到“继续（go ahead）”的指令，端口通过背板转发帧，交换机的中心EARL决定目的端口并指明每个端口是flush还是适当的保存帧。
　　
　　5000系列使用存储转发模式，每个交换端口有自己的帧缓存内存，每个帧在转发前都保存在帧缓存中。
　　
　　每个帧通过交换总线被送到一个或多个目的端口，答应“不需要帧拷贝的”高速多播转发（？？？）。为了优化性能帧只通过背板一次，交换总线工作在1.2Gbps。
　　
　　使用总线仲裁器，总线支持三个级别的优先级，总线也答应每个端口执行一个本地flush并提供一个在输出端口堵塞时的包重发机制。5000构架为所有类型的流量(unicast, broadcast, and multicast)提供媒体速率性能（mediarate performance）。
　　
　　除了交换总线，背板上还有一个治理总线和一个索引总线。
　　
　　治理总线传输从NMP的配置信息到每个模块，也负责传输每个模块的统计信息到NMP。索引总线传输从中心EARL到端口的端口选择信息。这个信息决定了哪个端口转发包。
　　
　　supervisor II使用特性卡1，2转发速率可以达到1Mpps,supervisor III使用NetFlow特性卡转发速率可以达到2-3Mpps。NetFlow特性卡是一个supervisor的标准特性卡的升级卡，提供了硬件级的第三层交换。
　　
　　交换组成 Switch Components
　　
　　supervisor engine
　　
　　控制数据到背板的访问，区分端口优先级，保存桥接查询表（bridge lookup table)中的16K个活动MAC地址，监控系统状态。为所有模块发布配置信息，收集性能信息，升级软件。通过fastethernet,fddi,atm接口支持1000个vlan。
　　
　　Network Management PRocessor
　　
　　supervisor上的NMP使用系统软件完成系统配置和系统治理，包括向线路卡装载实时编码和系统诊断。为每vlan执行一个分开的生成树实
　　例。SNMP代理运行于NMP中。
　　
　　Master Communication Processor (MCP)
　　
　　supervisor上的MCP的主要作用是负责NMP和分布在5000的线路卡上的LCP间的通信。这个模块间的通信是通过串行总线的治理总线进行的。
　　
　　Line Module Communication Processor(LCP)
　　
　　模块上的模块通信处理器LCP负责处理由NMP从治理总线上传过来的信息，模块间的通信使用串行通信协议SCP。LCP在模块加电或重起时为模块运行诊断。
　　
　　switching bus
　　
　　5000的交换总线48bit宽，工作在25MHz,48x25就是1.2Gbps。总线访问supervisor上的仲裁表（arbitration scheme)，supervisor和所有的模块都访问交换总线。5500由三条这样的总线，supervisor II 把这三条总线绑成一个单独的数据总线。supervisor III 使用Phoenix ASIC。
　　
　　SAINT and SAGE ASICs
　　
　　SAINT and SAGE ASICs负责交换总线的封装和解封。每个fastehternet端口有自己的SAINT ASICs和192KB的帧缓存。ATM和FDDI MAC层不兼容802.3,他们的接口使用SAGE(非以太网）ASIC和1-2MB的附加缓存。
　　
　　SAINT ASIC Synergy Advanced Interface and Network Termination协同高级接口和网络终结
　　
　　执行以太网帧的封装，她是接口的一部分，包括了控制包从交换背板输入输出的DMA控制器，SAINT是高综合的，高性能的兼容10/100ASIC，内建支持以太网，4B/5B快速以太网和MII接口。答应全双工半双工以太网和两个请求优先级(第三个优先级是硬件启动的[hardware-initiated]，为了防止端口缓存溢出。硬件启动优先级是最高的优先级，当输入缓存使用率超过90%时使用。）。当帧从ISL trunk端口输出时SAINT也执行ISL的封装和解封。
　　
　　packet buffer
　　
　　packet buffer是在输入包被转发到交换总线之前用来储存输入包的外部包缓存，同样也使用在包从交换总线转发到网络上时。被分成了输入缓存和输出缓存，输出缓存比输入缓存大，以防止端口被包沉没。
　　
　　Ethernet Frame Encapsulation
　　
　　当一个帧储存到端口的缓存中，端口的ASIC用12字节来封装帧来标记vlan id，源端口，FCS,到达目的端口由相同的ASIC剥去封装信息。配置成ISL的端口在帧被传输到网上前剥去12字节的封装信息，增加一个30字节的header.
　　
　　
　　SAGE ASIC Synergy Advanced Gate Array Engine协同高级门阵列引擎
　　
　　与SAINT功能相同，但是没有SAINT的10/100以太网MAC层功能。在非以太网中使用，比如FDDI模块，ATM LANE模块，RSM，令牌环和supervisor上的NMP。
　　
　　Bodega ASIC
　　5000系列的48口以太网交换模块使用一个新的叫做Bodega ASIC，每个Bodega ASIC支持24个10M以太网端口。Bodega ASIC使用共享内存缓存，缓存空间基于包的大小动态分配。Bodega ASIC在交换的网络中有助于较少高性能的花费。
　　
　　SAMBA ASIC
　　SAMBA ASIC存在于supervisor和所有线路卡中，提供了端口到交换总线的仲裁，通过外部设备引脚达到双倍使用（Its dual usage is accomplished by strapping on external device pins.）。
　　
　　SAMBA ASIC有主模式和从模式。主模式是SAMBA位于supervisor，从模式是SAMBA位于线路卡或supervisor上的Fast Ethernet ports。主模式支持13个线路卡，从模式支持单个设备达到48端口。
　　
　　一个仲裁过程是从线路卡上的端口想要通过从SAMBA访问交换总线开始的。从SAMBA把访问请求转发到supervisor上的主SAMBA，在答应端口访问交换总线之前，从SAMBA要等待主SAMBA的答应。
　　
　　从SAMBA支持硬件级的广播/多播抑制能力。这个能力答应SAMBA监视从线路卡上的每个端口发出的广播包的数量。假如在一定的时间域内广播包的数量达到了门界值，SAMBA可以删除所有广播包。门界值和时间域由CPU初始化。
　　
　　EARL
　　
　　EARL是5000系列的一贯组成部分，用来学习网桥或CAM。EARL动态的学习源MAC地址并与vlan相关联，并把vlan和端口信息保存在RAM地址表中。也可以配置静态的EARL条目，EARL最多支持16K个地址。
　　
　　然后EARL使用学到的条目来执行查找操作使帧得到目的地址的vlan和端口信息。缺省地址保存时间是300秒，60-1200秒可调。
　　
　　Making the Forward or Filter Decision-LTL and CBL
　　
　　LTL (local target logic本地目标逻辑）在每个线路卡上帮助EARL查找每个帧的目的端口。EARL生成的索引值（index values)可以选择一个端口、多个端口或一个vlan的全部端口。LTL memory被分段来支持unicast, multicast, and flood cases.
　　
　　CBL (color blocking logic颜色堵塞逻辑）执行下面功能：
　　
　　1，假如进入一个端口的流量与配置到这个端口的vlan不同，则堵塞流量。
　　2，假如离开一个端口的流量与配置到这个端口的vlan不同，则堵塞流量。
　　3，帮助spanning tree堵塞端口防止环路。
　　
　　PHOENIX ASIC on Supervisor Engine III
　　
　　PHOENIX门阵列答应持续使用5000的所有模块，把交换模块的速度提升到3.6gbps。通过连接交换总线和提供总线间的智能包转发来完成。这个设计答应5000把三条1.2Gbps的总线结合起来达到3.6Gbps的带宽。
　　Supervisor Engine III上的PHOENIX ASIC是一个吉比特的网桥用来建立交叉构架（crossbar fabric）。当前的5000系列交换模块只能连接构架中的一条总线。
　　
　　
　　通过交换机的帧流 Frame Flow Through the Switch
　　
　　要理解由以上构件组成的5000系列的构架，我们要从以太网帧通过交换机的路径说起。当一个以太网帧到达一个端口，接口的DMA控制器在接收缓存中储存这个帧。端口接受、缓存全部帧，并检查FCS，增加一个包含端口号和vlan号的12字节的帧头，在把帧存储到帧缓存中并向交换构架请求访问之前要增加以太网MIB （Management Information Base治理信息库）和RMON (Remote Monitoring 远程监控）计数器。
　　在全部帧都被接受并且保存在帧缓存中之后，SAINT ASIC向总线仲裁器（bus arbiter) 发出一个请求，要求帧通过高速交换总线传输。supervisor 使用循环加权模式（round robin method）执行了总线仲裁和答应总线到线路卡的访问。然后线路卡上的本地仲裁器使用循环加权模式来许可每个端口对帧用适当的优先级来传输。
　　总线仲裁器向本地仲裁器发出一个许可，告诉SAINT ASIC在适当的时候开始传输帧。DMA控制器控制帧从缓存中通过高速交换背板传输，所有的端口都接收并在自己的缓存中保存这个帧。因为总线上的所有端口都接收帧，所以没有必要为广播和多播进行帧拷贝。
　　
　　帧流处理的最后一步由以下几种情况而不同：
　　
　　●单播和广播：
　　结合了LTL和CBL的EARL识别指定的端口或设置端口为目的端口，它通过控制总线指示目的端
　　口的SAINT ASIC来持续接收帧，并把他们按顺序传输。
　　
　　●广播和不熟悉目的地址：
　　假如EARL不知道目的地址，或者是一个广播或多播地址，那么帧被传输到与源端口处在相同
　　vlan中的所有端口。
　　
　　●本地端口：
　　假如EARL决定帧不用被传输到系

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