CN101052013B - 一种网络设备内部管理通道实现的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种网络设备内部管理通道实现的系统，其中，主控板包括：主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并且接收受控板的反馈信息；PCIe交换单元，用于将管理报文信息转发到受控板，并将受控板反馈信息转发给主控板控制单元；受控板包括：PCIe隔离单元，用于接收主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给主控板；受控板控制单元，用于接收管理报文信息，并将反馈信息发送到PCIe隔离单元。本发明管理信息可以直接通过CPU内部的DMA传送，节省了CPU封装和解封装以太网报文时所耗费的带宽，大大减少了CPU的负担。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络设备内部管理通道实现的方法及系统。
背景技术
目前，大部分高端网络设备都由主控板、交换网板、线卡板、背板和电源组成，高端网络设备包括：高端路由器和以太网交换机等。主控板负责对交换网板和线卡板进行初始化、动态配置和路由管理等操作；交换网板负责对各线卡板的业务数据流进行转发；线卡板负责对不同业务的数据包进行处理，然后转发到交换网板，如ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)、POS(Packet Over SONET/SDH，基于SONET(Synchronous OpticalNetworking，同步光网络)/SDH(SynchronosDigitalHierarchy，同步数字系统)的数据包)、Ethernet(以太网)等；主控板、交换网板和线卡板之间的互连是通过背板实现的。
高端网络设备内部主控板、交换网板和线卡板间交互的数据按照功能可划分为数据平面和管理平面。数据平面上传输各种业务时，需要很大的带宽，以满足各种业务数据包的无阻塞转发。管理平面上传输各板间需要交互的管理、配置等信息，信息容量一般不是特别大，管理平面比数据平面需要的带宽要小一些。
高端网络设备内部的管理平面上，主控板到每个交换网板和线卡板都有一条管理通道，通过这条管理通道主控板对交换网板和线卡板完成初始化配置和路由管理等操作。如图1所示为典型的高端网络设备内部管理平面连接关系图。图1中系统为双主控系统，正常工作时主控板A处于主用状态，负责整个系统中m块线卡板和n块交换网板的管理；主控板B处于备用状态，随时备份主控板A的管理信息，主备切换后可以接替主控板A的管理工作。 图1中每一个双箭头连接线表示一条管理通道，每个主控板需要出m+n条管理通道。
高端网络设备的线卡板和交换网板的数量比较多，主控板需要提供很多条管理通道；同时，高端网络设备的管理、配置信息比较复杂，信息交互量也比较大，而这些管理、配置信息都由主控板处理，因此，需要主控板具有足够的处理这些管理信息的能力，因此，主控板上的CPU(Center Process Unit，中央处理单元)需要具有处理多通道管理信息的能力，且管理信息的发送和接收尽量少占用CPU带宽，把CPU的带宽尽量用在处理管理报文信息上；另外，实现管理通道的总线需要有足够带宽。
现在，大多数高端网络设备内部的管理通道都是通过GE(G bits Ethernet，1000M以太网接口)SerDes(Serial and Deserial，串行和解串信号)实现的。GE SerDes接口有收、发各一对差分信号，信号速率为1.25Gbps(比特每秒)，由于采用了8B/10B(将8bit数据编码成10bit数据的编码方法)编码，实际总线带宽是1Gbps。
参考图2，为现有技术中高端网络设备内部的管理通道实现示意图。主控板、线卡板和交换网板上的CPU都为自带GE MAC(MediaAccess Control，介质访问控制)的CPU，通过外接一片GE PHY(物理层接口芯片)，出一条GE SerDes，并且这些GE SerDes都连接到主控板上的GE交换芯片上。这样通过GE交换芯片，主控板可以和各线卡板和交换网板交互管理信息。由于是采用了GE SerDes作为管理通道，所以主控板和线卡板、交换网板交互的管理信息数据为以太网报文。
图3以主控板下发管理、配置信息报文到线卡板为例，说明主控板CPU处理管理报文信息的过程。
首先主控板CPU把管理信息封装为以太网报文，然后存储在CPU外挂的RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)中。在这个过程中，CPU需要把较长的管理信息分割为多段，把每段封装成一个以太网报文，然后存储在CPU外挂的RAM中。每个以太网报文除了原有的管理信息外，还增加了以太网报文头和校验的额外信息。
然后CPU通知内部的DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)控制器，把构造成以太网报文的管理信息通过GE交换芯片转发到线卡板上。线卡板上CPU的DMA控制器会把主控板发送过来的以太网报文存储在外部的RAM中，然后去掉以太网报文头和校验信息，把多段以太网报文组合为管理信息。
由于采用的是以太网报文方式交互管理信息，因此CPU需要耗费大量的带宽对管理信息进行封装以太网报文和解封装以太网报文的处理。由于高端网络设备主控板需要对多个线卡板和交换网板进行管理，主控板上的CPU需要和多个线卡板和交换网板进行以太网报文交互，占用大量的CPU带宽。另外，主控板上的CPU使用一条GE SerDes和GE交换芯片连接，各线卡板和交换网板回馈给主控板的管理报文信息通过GE交换芯片后，都要通过这条GE SerDes和主控板CPU连接。如果多个线卡板和交换网板同时回馈给主控板管理报文信息，可能会造成阻塞。高端网络设备的主控板通过一条GESerDes总线和各线卡板和交换网板通信，总线带宽为1Gbps，由于主控板需要交互的管理报文信息比较多，因此该总线不能完全满足管理报文交互容量的需要。
发明内容
本发明实施例提供一种网络设备内部管理通道实现的方法及系统，以解决现有技术中主控板中CPU资源占用过多、处理多个管理信息时发生拥塞的缺陷。
本发明提供了一种网络设备内部管理通道实现的系统，包括主控板和受控板，
所述主控板包括：
主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe(Pedpherd ComponentInterconnect Express，外围器件互连扩展)交换单元，并且接收受控板的反馈信息；
PCIe交换单元，用于将所述管理报文信息转发到受控板，并将受控板反 馈信息转发给所述主控板控制单元；
所述受控板包括：
PCIe隔离单元，用于接收所述主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给所述主控板；
其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥NTB实现；
受控板控制单元，用于接收所述管理报文信息，并将反馈信息发送到所述PCIe隔离单元。
所述主控板控制单元具体包括：
管理报文信息获取子单元，用于在内存中直接获取所述管理报文信息；
PCIe封装子单元，用于将所述管理报文信息进行PCIe封装后，发送到所述PCIe交换单元；
PCIe解封装子单元，用于对来自所述受控板的反馈信息进行解封装。
所述受控板控制单元具体包括：
PCIe解封装子单元，用于接收经过PCIe封装的报文，并进行解封装，获得管理报文信息；
管理报文信息存储子单元，用于将所述报文信息存储到内存中；
PCIe封装子单元，用于封装反馈信息，并发送到所述主控板。
所述受控板为线卡板和/或交换网板。
本发明还提供了一种主控板，包括：
主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并且接收受控板的反馈信息；
PCIe交换单元，用于将所述管理报文信息转发到受控板，并将受控板反馈信息转发给所述主控板控制单元；
其中，所述主控板控制单元具体包括：
管理报文信息获取子单元，用于内存中直接获取所述管理报文信息；
PCIe封装子单元，用于将所述管理报文信息进行PCIe封装后，发送到所述PCIe交换单元；
PCIe解封装子单元，用于对来自所述受控板的反馈信息进行解封装。
本发明还提供了一种受控板，包括：
PCIe隔离单元，用于接收主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给所述主控板；
其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥NTB实现；
受控板控制单元，用于接收所述管理报文信息，并将反馈信息发送到所述PCIe隔离单元。
所述受控板控制单元具体包括：
PCIe解封装子单元，用于接收经过PCIe封装的报文，并进行解封装，获得管理报文信息；
管理报文信息存储子单元，用于将所述报文信息存储到内存中；
PCIe封装子单元，用于封装反馈信息，并发送到所述主控板。
本发明还提供了一种网络设备内部管理通道实现的方法，包括以下步骤：
主控板的控制单元将管理报文信息发送到PCIe交换单元；
所述PCIe交换单元通过PCIe隔离单元将所述管理报文信息发送到受控板；
其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥NTB实现；
所述管理报文信息发送到受控板之后还包括，所述受控板通过PCIe隔离单元向所述主控板发送反馈信息。
其中，所述主控板根据所述反馈信息对受控板进行管理。
所述受控板为线卡板和/或交换网板。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
本发明的实施例中，使用PCI Express代替GE SerDes作为网络设备内部管理通道，管理信息可以直接通过CPU内部的DMA传送，不用像以太网一样需要CPU把管理信息封装成以太网报文，节省了CPU封装和解封装以太网报文时所耗费的带宽，大大减少了CPU的负担。
另外，连接主控板CPU的PCI Express链路配置为比连接线卡板和交换网板CPU的PCI Express链路带宽更大的链路，当多个线卡板和交换网板同时发送管理报文信息给主控板，不会造成主控板管理通道链路的拥塞。
附图说明
图1是现有技术中网络设备内部管理平面连接关系示意图；
图2是现有技术中网络设备内部的管理通道实现示意图；
图3是现有技术中主控板CPU处理管理报文信息的示意图；
图4是本发明一种网络设备内部管理通道实现的系统结构图；
图5是本发明主控板CPU处理管理报文信息的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种网络设备内部管理通道实现的系统，包括主控板和受控板。主控板包括：主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并且接收受控板的反馈信息，根据该反馈信息对该受控板进行管理；PCIe交换单元，用于将管理报文信息转发到受控板，并将受控板反馈信息转发给主控板控制单元。受控板包括：PCIe隔离单元，用于接收主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给主控板；受控板控制单元，用于接收管理报文信息，并将反馈信息发送到PCIe隔离单元。
其中，主控板控制单元具体包括：管理报文信息获取子单元，用于在内存中直接获取管理报文信息；PCIe封装子单元，用于将管理报文信息进行PCIe封装后，发送到PCIe交换单元；PCIe解封装子单元，用于对来自所述受控板的反馈信息进行解封装。受控板控制单元具体包括：PCIe解封装子单元，用于接收经过PCIe封装的报文，并进行解封装，获得管理报文信息；管理报文信息存储子单元，用于将报文信息存储到内存中；PCIe封装子单元，用于封装反馈信息，并发送到所述主控板。
其中，受控板可以包括线卡板或交换网板等。主控板控制单元和受控板控制单元可以由携带PCIe接口CPU实现；PCIe交换单元可以由PCIe交换芯片实现；PCIe封装子单元和PCIe解封装子单元可以由携带PCIe接口CPU中的PCIe控制器实现；PCIe隔离单元由PCI e的NTB(Non-Transparent Bridging，非透明桥)实现。
对于存在多线卡板和多交换网板的系统中，当PCIe交换单元与主控板控制单元之间链路的带宽大于等于系统中所有线卡板与交换网板带宽总和的情况，是本发明一种优选实施例，可提高本发明系统性能。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，如图4所示，为本发明一种网络设备内部管理通道实现的系统结构图，包括主控板、m块线卡板和n块交换网板。主控板上CPU出一条X4 PCIe链路连接到PCIe交换芯片上。各线卡板和交换网板上CPU出一条X1 PCIe链路，先连接到PCIe的NTB，然后从PCIe非透明桥出一条X1 PCIe连接到主控板上的PCIe交换芯片上。
每一个X1 PCIe接口有收、发各一对差分信号，信号速率为2.5Gbps，由于采用了8B/10B编码，实际总线带宽是2Gbps。如果配置为X4 PCIe接口，则该接口总线为4对收、发差分信号，实际总线带宽为8Gbps。
PCIe总线同PCI总线一样，为内存直接映射总线，两个CPU不能直接通过PCIe互连，因此在线卡板和交换网板上放置了一个PCIe非透明桥(Non-Transparent Bridging，NTB)，通过这个非透明桥来连接主控板和线卡板、交换网板的CPU。PCIe非透明桥两侧的时钟独立，使主控板与线卡板、交换网板的时钟不会相互干扰；两侧的地址相互独立，进行地址翻译，不会产生误操作。该非透明桥可以设置在线卡板、交换网板，或设置在主控板，或设置在背板，但为了设计的优化，通常设置在线卡板或交换网板上。
图5以主控板下发管理、配置信息报文到线卡板为例，说明主控板CPU处理管理报文信息的过程。
首先，主控板控制单元(例如，主控板CPU内的DMA控制器)直接把主控板要下发到线卡板的管理报文信息从内存通过PCIe控制器传输到PCIe交换芯片上，CPU不需要对控制报文进行额外的处理。PCIe控制器会对管理报文信息进行PCIe协议的封包处理，这些操作由硬件实现，在CPU内进行，不会占用CPU带宽。
然后PCIe交换芯片把管理报文信息转发到线卡板上，在线卡板上经过PCIe非透明桥后，管理报文信息进入到线卡板上CPU的PCIe控制器，由其对管理报文信息进行PCIe协议的解包处理，然后管理报文信息会直接进入到线卡板CPU外挂的内存中。整个管理报文信息的传送，只需要主控板CPU发起一个DMA操作就可以了，大大减少了管理信息交互时CPU消耗的带宽。
主控板CPU的PCIe接口配置为X4结构，总线带宽为8Gbps。各线卡板 和交换网板的PCIe接口配置为X1结构，总线带宽为2Gbps。连接主控板CPU的PCIe链路的带宽比连接线卡板和交换网板CPU的PCIe链路的带宽要大4倍。这样当多个线卡板和交换网板同时发送管理报文信息给主控板，不容易造成主控板管理通道链路的拥塞。
本发明还提供了一种网络设备内部管理通道实现的方法，包括以下步骤：
步骤s101，主控板的控制单元将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并接收来自受控板的反馈信息，根据该反馈信息修改受控板的相关配置参数，对该受控板进行管理操作。其中，受控板为线卡板和/或交换网板。PCIe交换单元与主控板控制单元之间链路的带宽大于等于系统中所有线卡板与交换网板带宽总和。
步骤s102，主控板的PCIe交换单元通过PCIe隔离单元将管理报文信息发送到受控板。受控板接收到该管理报文信息后，会根据该报文对受控板进行操作，并将反馈信息通过PCIe隔离单元发送给主控板。一般情况下PCIe隔离单元设置在受控板上，这样可以节省主控板的资源，减少主控板的设计复杂度，但是如果系统中受控板数量较少，也可以将PCIe隔离单元设置在主控板上。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种网络设备内部管理通道实现的系统，包括主控板和受控板，其特征在于，
所述主控板包括：
主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并且接收受控板的反馈信息；
PCIe交换单元，用于将所述管理报文信息转发到受控板，并将受控板反馈信息转发给所述主控板控制单元；
所述受控板包括：
PCIe隔离单元，用于接收所述主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给所述主控板；其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥NTB实现；
受控板控制单元，用于接收所述管理报文信息，并将反馈信息发送到所述PCIe隔离单元。
2.如权利要求1所述网络设备内部管理通道实现的系统，其特征在于，所述主控板控制单元具体包括：
管理报文信息获取子单元，用于在内存中直接获取所述管理报文信息；
PCIe封装子单元，用于将所述管理报文信息进行PCIe封装后，发送到所述PCIe交换单元；
PCIe解封装子单元，用于对来自所述受控板的反馈信息进行解封装。
3.如权利要求1所述网络设备内部管理通道实现的系统，其特征在于，所述受控板控制单元具体包括：
PCIe解封装子单元，用于接收经过PCIe封装的报文，并进行解封装，获得管理报文信息；
管理报文信息存储子单元，用于将所述报文信息存储到内存中；
PCIe封装子单元，用于封装反馈信息，并发送到所述主控板。
4.如权利要求1至3中任一项所述网络设备内部管理通道实现的系统，其特征在于，所述受控板为线卡板和/或交换网板。
5.一种主控板，其特征在于，包括：
主控板控制单元，用于将管理报文信息发送到PCIe交换单元，并且接收受控板的反馈信息；
PCIe交换单元，用于将所述管理报文信息转发到受控板，并将受控板反馈信息转发给所述主控板控制单元；
所述主控板控制单元具体包括：
管理报文信息获取子单元，用于在内存中直接获取所述管理报文信息；
PCIe封装子单元，用于将所述管理报文信息进行PCIe封装后，发送到所述PCIe交换单元；
PCIe解封装子单元，用于对来自所述受控板的反馈信息进行解封装。
6.一种受控板，其特征在于，包括：
PCIe隔离单元，用于接收主控板发来的管理报文信息，转发给受控板控制单元，并将反馈信息转发给所述主控板；其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥实现；
受控板控制单元，用于接收所述管理报文信息，进行相应操作，并将反馈信息发送到所述PCIe隔离单元。
7.如权利要求6所述受控板，其特征在于，所述受控板控制单元具体包括：
PCIe解封装子单元，用于接收经过PCIe封装的报文，并进行解封装，获得管理报文信息；
管理报文信息存储子单元，用于将所述报文信息存储到内存中；
PCIe封装子单元，用于封装反馈信息，并发送到所述主控板。
8.一种网络设备内部管理通道实现的方法，其特征在于，包括以下步骤：
主控板的控制单元将管理报文信息发送到PCIe交换单元；
所述PCIe交换单元通过PCIe隔离单元将所述管理报文信息发送到受控板；其中，所述PCIe隔离单元由PCIe的非透明桥实现；
所述管理报文信息发送到受控板之后还包括，所述受控板通过PCIe隔离单元向所述主控板发送反馈信息。
9.如权利要求8所述网络设备内部管理通道实现的方法，其特征在于，
所述主控板根据所述反馈信息对受控板进行管理。
10.如权利要求8所述网络设备内部管理通道实现的方法，其特征在于，所述受控板为线卡板和/或交换网板。
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