| 出版日期：2004-07-05 总期号：1327 本年期号：48 |
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为啥能跑这么快
晓毅 万兆在千兆的基础上提升了10倍的带宽，这个能力从哪里来？万兆标准出台，只能说明有了一个厂家共同遵守的规范，但是如何实现这每秒传输10G的数据，还需要硬件技术的大力支持。随着集成电路和半导体工业的飞速发展，这些都被天才的硬件工程师们成功地解决了。 由于万兆交换机要处理每秒10G的数据，而且万兆交换机目前都采用机箱式的结构，用以支持多块万兆接口模块，所以对背板接口带宽的要求非常高。支持2个万兆接口模块，每个模块带4个万兆以太网接口，这样的交换机中，背板接口带宽至少需要80Gbps，才能满足各个万兆端口同时工作的需要。传统的总线式交换方式容量有限，不再被万兆以太网交换机所采用，取而代之的是矩阵式交换。针对万兆交换机高数据处理能力的需求，万兆交换机采用分布式包处理体系结构。每个模块上都有负责包处理、包检索、缓存和队列的ASIC芯片。系统软件支持的ACL、QoS和多播等功能都必须通过硬件实现。 架构体系向Crossbar看齐 以前的交换机采用总线交换的数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线。主要优点是结构和技术比较简单，突出缺点是交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统。不适合做为万兆的交换架构体系。 采用矩阵结构实现无阻塞交换的Crossbar结构是一种新的交换架构体系。Crossbar交换结构的交换网，在内部没有带宽的瓶颈，不会因为带宽资源不够而产生阻塞。并且Crossbar交换结构具有良好的QoS保障机制和按端口按优先级的流控功能。Crossbar交换结构的大容量和强大的扩容能力正是万兆选择这种结构的原因，这种交换结构极大地提高了高端设备的容量和未来的扩展能力。 Crossbar交换网的扩展能力非常强，交换容量可以做得很大，基本不受硬件条件限制，足以满足当前和未来几年网络对交换容量的需求。 ASIC挑起万兆重担 在以往的网络中，交换机的中央处理单元有一些厂商的设备采用了NP(网络处理器)来作中央处理单元。而如今万兆对交换机性能几乎无止境的需求，迫使厂商和研究机构把目光投向了ASIC。但由于万兆应用在处理延迟和容量方面的要求，万兆交换机全部采用了ASIC芯片作为中央处理单元。对于特定的业务，能够同时提供极高转发性能和较低的成本的只有ASIC芯片。但由于ASIC有一个固有的特点，ASIC芯片一旦产出后，其原有的功能无法添加新功能，所以ASIC芯片如何实现各种多业务就是一个问题。现在的硬件技术制造出的高速可编程硬件FPGA解决了这个问题，它能够实现40G数据流的报文头的处理，从而提供了对多业务支持的可能性，它和ASIC组合的搭配，构建了万兆的基石。ASIC负责对业务流大容量转发，从而实现了多业务应用下高速接口的大容量接入。同时在交换机内部，通过专用ASIC把高速接口板之间的海量数据切割成特定长度的信元，从而实现高效、低延时、T比特级别的大容量数据交换。 万兆交换机采用了可扩展的全分布式交换架构，即除了主控板上的中央处理单元之外，每个接口板上也具备单独的中央处理单元，然后和交换网板连接，保证了大容量交换下对组播等业务的支持。在这种结构下，只需要增加交换网板的容量或者数量就可以迅速扩展整机的交换容量，在接口板上增加交换芯片就可以扩展每个接口板的端口容量，从而同时突破了性能和扩展性的瓶颈。 目前已经出现提供给万兆交换机使用的专用万兆芯片，采用了110纳米的工艺，集成了MAC等接口。支持802.3ae标准和802.1Q虚拟局域网，交换机的延迟能在满负荷的情况下降低至650到750纳秒。万兆芯片就是万兆交换机的心脏，有了它，就能持续稳定地传输万兆流量。利用万兆网络芯片构建的万兆交换机，可以降低成本和功率开销。万兆网络芯片的推出，将极大推动万兆的普及和价格下调。 |
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