CN101222431A - 一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法 - Google Patents

一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法，其方法包括：在线卡的多个网络处理器和Host CPU之间的上送通道上设置一流量管理模块，线卡的多个网络处理器均将上送通道总线与该流量管理模块相连，多个网络处理器对接收的报文分类，提取上送的报文，发送给流量管理模块；流量管理模块对不同网络处理器上送报文进行分类和缓存，然后将上送报文区分优先级、排序，有序上送；Host CPU通过流量管理模块处理不同网络处理器上送报文，将处理后报文分别发送到UPC和通过流量管理模块发送给对应的网络处理器。本发明解决现有线卡设计方案中的不足，最终提高整机QoS质量。

Description

一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法
技术领域
本发明涉及在电信级路由器线卡设计领域，尤其涉及一种在网络处理器与Host CPU的报文上送路径中，实现强QoS(Quality of Service，服务质量)功能的线卡装置及其设计的方法。
背景技术
现代网络中Web浏览，E-mail等已经成为网络的基本应用，各种新兴业务的出现要求未来的网络核心设备需要具备将Internet访问，多媒体视频，3G R5/R6，3G分组域，NGN(下一代网络，Next Generation Network)业务大客户专线，数字点播等业务处理整合到一起的功能。
用户量持续增多，每个用户的接入带宽也逐步提升。用户群组的区分对网络核心处理设备在数据传输延迟，网络过载或拥塞的处理上都有更高的要求。QoS能确保重要业务数据不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。系统设备增强QoS功能是实现这些多业务和谐共存的基础，因此整机QoS显得尤为重要，是未来核心路由设备的发展方向。
路由器上的核心设备——线卡的一般结构，如图1所示。
上行网络处理器101，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文。
下行网络处理器102，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文。
Host CPU(主机中央处理单元)103，用于协议报文的处理及线卡内部各功能模块的通信和管理等。
交换接口模块104，用于并行数据和串行数据的转换，将要发送到交换网上的并行数据转换为串行数据，也将从交换网接收到的串行数据转换为并行数据。
图1所示，可以帮助我们理解现有线卡设计方案中哪些通道上考虑到了流量管理功能。通常现有线卡设计中所关注的流量管理模块只存在于总线标号111，113或116，117上，也就是说现有的线卡流量管理功能只集中在数据层面。而对总线标号114上的信息的流量管理功能的实现则表现的漠不关心，这也是网络拥塞的隐患，QoS功能有待提高。
具体的说，在路由器的控制层面，从网络处理器上送到Host CPU的报文也分为多种，常见的如各种协议报文。通常Host CPU对上送来的报文的最大处理能力是一定的，而上送到Host CPU的报文数量和速率则是跟网络当时的状态密切相关的，随机的网络的状态难免上送速率不稳定而造成上送通道的拥塞，影响QoS功能的质量。
同样，在具有10G及以上且支持多个接口数据处理能力的线卡中，每块线卡集成多片强处理能力的网络处理器是常见和有效的选择，但是随着数据吞吐速率的提高，多片强处理能力的网络处理器同时向Host CPU上送大量数据包时，拥塞的机率也增加了。上送通道拥塞的结果是线路上需要上送的报文被不加区分的丢弃，显然这会影响QoS功能的质量。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法，以解决现有线卡设计中，只注重数据层面的QoS功能的实现，而忽略控制层面的QoS功能这一问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种具有强服务质量功能的线卡设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述线卡的多个网络处理器和主机中央处理单元(Host CPU)之间的上送通道上设置一流量管理模块，所述线卡的多个网络处理器均将上送通道总线与该流量管理模块相连，所述线卡的多个网络处理器对接收的报文分类，提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；
所述流量管理模块对不同网络处理器上送的报文进行分类和缓存，然后将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送；
所述Host CPU通过所述流量管理模块处理不同网络处理器上送的报文，将处理后的报文分别发送到超级协议处理卡(UPC)和通过所述流量管理模块发送给对应的网络处理器。
本发明所述的方法，其中，所述流量管理模块中包含有报文缓冲存储器，用于缓存报文。
其中，所述流量管理模块，为现场可编程门阵列或专用流量管理的芯片。
所述网络处理器分为上行网络处理器和下行网络处理器，其中，所述上行网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；所述下行网络处理器，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；其中所述上、下行网络处理器可以是逻辑上独立的，而物理封装为一体的网络处理器。
本发明所述的方法，其中，所述流量管理模块将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送，进一步为所述流量管理模块将上送的报文区分优先级、排序并按Host CPU繁忙程度有序的上送或丢弃。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种具有强服务质量功能的线卡装置，应用于路由器中，其特征在于，由多个网络处理器、主机中央处理单元(Host CPU)、交换接口模块以及流量管理模块组成，其中，
所述网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧或交换侧发送过来的报文，提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；
所述Host CPU，用于对通过所述流量管理模块处理不同网络处理器上送的报文，将处理后的报文分别发送到超级协议处理卡(UPC)和通过所述流量管理模块发送给对应的网络处理器，还用于线卡内部各功能模块的通信和管理；
所述交换接口模块，用于与交换网连接的接口，将并行数据转换为串行数据，再将数据发送到交换网实现交换；它也将从交换网接收到的串行数据转换为并行数据，再将数据发送给所述网络处理器；
所述流量管理模块，用于对不同网络处理器上送的报文进行分类和缓存，然后将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送。
本发明所述的装置，其中，所述流量管理模块中包含有报文缓冲存储器，用于缓存报文。
其中，所述流量管理模块，为现场可编程门阵列或专用流量管理的芯片。
所述网络处理器分为上行网络处理器和下行网络处理器，其中，所述上行网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；所述下行网络处理器，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；其中所述上、下行网络处理器可以是逻辑上独立的，而物理封装为一体的网络处理器。
本发明所述的装置，其中，所述流量管理模块进一步用于将上送的报文区分优先级、排序并按Host CPU繁忙程度有序的上送或丢弃。
采用本发明所述线卡装置及其设计的方法相对于现有技术来说，解决现有线卡设计方案中的不足，最终提高整机QoS质量。
附图说明
图1是本发明现有技术中常见线卡结构图；
图2是本发明实施例中所述的一种具有强QoS功能的线卡装置的结构图；
图3是本发明实施例中所述的一种具有强QoS功能线卡设计方法中报文上送流程图。
具体实施方式
本发明在这里提供了一种具有强服务质量功能的线卡装置及其设计的方法，以解决现有线卡设计中，只注重数据层面的QoS功能的实现，而忽略控制层面的QoS功能这一问题。以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
下面结合附图2和3对本发明技术方案的实施进行详细说明。
图2是本发明中具有强QoS功能的线卡装置结构图，在网络处理器201、202和Host CPU(主机中央处理单元)203之间的上送通道上添加一个流量管理模块205(如图2)，多个网络处理器均将上送通道总线与该流量管理模块205相连，通过添加控制层面的流量管理模块205，进行统一调度，实现区分优先级的，有序的上送，实现加强线卡的QoS功能的目的。
如上所述，控制层面的流量管理模块205功能需要额外的模块来保证，当选择这个模块时还可以兼顾网络处理器与CPU之间的对接接口是否兼容，接口数量是否够用问题，目前胜任这一任务的器件就是应用非常灵活的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，但也可以使用顺应这一需求的专有流量管理的芯片。
图3所描述的上送流程为本发明所公开的具有强QoS功能的线卡设计方法中在管理层面上的报文处理流程图，其具体描述如下：
网络处理器201、202，把接收的报文分类，提取需要上送的报文，发送给流量管理模块205。
流量管理模块205，首先对网络处理器201、202发送过来的报文进行分类和缓存，根据设置对应的策略将上送报文区分优先级并进行排序(这里所述对应的策略为根据线卡的具体应用场合进行具体限定，本发明这里不做具体限定)，并按照Host CPU203的繁忙程度将报文上送Host CPU203进行处理或丢弃；
Host CPU203将处理后的上送的报文，根据策略(这里所述策略和流量管理模块205设置对应的策略相呼应)将处理后的报文信息传递给UPC(Ultra Protocol processing Card，超级协议处理卡)或者通过流量管理模块205，传递给对应的网络处理器201、202。
利用以上加强控制层面QoS功能的线卡设计方法，一种具有强QoS功能的线卡可以按图2所描绘的框架设计，该线卡装置具体包含以下各功能模块：
上行网络处理器201，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文。
下行网络处理器202，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文。
Host CPU部分203，用于对流量管理模块205传送的报文的处理及线卡内部各功能模块的通信和管理等。
交换接口模块204，其与网络处理器201、202相连，作为交换网连接的接口，通常会将并行数据转换为串行数据，再将数据发送到交换网实现交换；它也将从交换网接收到的串行数据转换为并行数据，再将数据发送给网络处理器。
流量管理模块205，用于实现控制层面的流量管理，其中应包含有足够容量的报文缓冲存储器(RAM)。
应用本发明实施例所述线卡装置及其设计的方法相对于现有技术来说，添加流量管理模块，采用流量管理技术，本发明其效果可以从以下几个方面来体现其对强QoS功能的线卡的加强作用：
1、在Host CPU处理能力有限、一定的情况下，通过控制层面的流量管理，保证优先级高的上送报文被及时的处理，提高QoS质量。
2、在一块线卡上集成有多个网络处理器的线卡结构中，可以避免多个网络处理器同时上送造成的冲突，多个网络处理器同时上送时，报文可以先由控制层面的流量管理模块缓存，提高QoS质量。
3、由于网络实际应用的随机性，当某一时刻的上送流量突然变大时，可以避免这种突变造成的丢弃报文现象，提高QoS质量。
4、在本发明的线卡结构中，对于需要上送的报文，网络处理器可以或只需将其分离，然后上送，由流量管理模块做详细分类，这样网络处理器可以有更多的资源去实现数据报文的处理和转发，提高QoS质量。
5、当网络处理器的上送接口和Host CPU的总线接口不兼容时，流量管理模块可以完成总线转换的功能，方便接口对接，简化硬件设计。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有强服务质量功能的线卡设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述线卡的多个网络处理器和主机中央处理单元Host CPU之间的上送通道上设置一流量管理模块，所述线卡的多个网络处理器均将上送通道总线与该流量管理模块相连，所述线卡的多个网络处理器对接收的报文分类，提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；
所述流量管理模块对不同网络处理器上送的报文进行分类和缓存，然后将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送；
所述Host CPU通过所述流量管理模块处理不同网络处理器上送的报文，将处理后的报文分别发送到超级协议处理卡和通过所述流量管理模块发送给对应的网络处理器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量管理模块中包含有报文缓冲存储器，用于缓存报文。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流量管理模块，为现场可编程门阵列或专用流量管理的芯片。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络处理器分为上行网络处理器和下行网络处理器，其中，所述上行网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；所述下行网络处理器，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；其中所述上、下行网络处理器可以是逻辑上独立的，而物理封装为一体的网络处理器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量管理模块将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送，进一步为所述流量管理模块将上送的报文区分优先级、排序并按Host CPU繁忙程度有序的上送或丢弃。
6.一种具有强服务质量功能的线卡装置，应用于路由器中，其特征在于，由多个网络处理器、主机中央处理单元Host CPU、交换接口模块以及流量管理模块组成，其中，
所述网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧或交换侧发送过来的报文，提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；
所述Host CPU，用于对通过所述流量管理模块处理不同网络处理器上送的报文，将处理后的报文分别发送到超级协议处理卡和通过所述流量管理模块发送给对应的网络处理器，还用于线卡内部各功能模块的通信和管理；
所述交换接口模块，用于与交换网连接的接口，将并行数据转换为串行数据，再将数据发送到交换网实现交换；它也将从交换网接收到的串行数据转换为并行数据，再将数据发送给所述网络处理器；
所述流量管理模块，用于对不同网络处理器上送的报文进行分类和缓存，然后将上送的报文区分优先级、排序，有序的上送。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述流量管理模块中包含有报文缓冲存储器，用于缓存报文。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述流量管理模块，为现场可编程门阵列或专用流量管理的芯片。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述网络处理器分为上行网络处理器和下行网络处理器，其中，所述上行网络处理器，用于分类、处理和转发由线路接口侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；所述下行网络处理器，用于分类、处理和转发由交换侧发送过来的报文，并提取上送的报文，发送给所述流量管理模块；其中所述上、下行网络处理器可以是逻辑上独立的，而物理封装为一体的网络处理器。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述流量管理模块进一步用于将上送的报文区分优先级、排序并按Host CPU繁忙程度有序的上送或丢弃。
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