CN104092632B - 一种网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络设备。所述网络设备包括：交换网单元和多个线卡板。发送侧线卡板将报文通过接收侧线卡板对应的队列发送给所述交换网单元；所述交换网单元将所述报文通过与所述接收侧线卡板连接的接口下行方向中所述发送侧线卡板对应的队列转发给所述接收侧线卡板；所述交换网单元在检测到接口下行方向存在拥塞队列时，发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板；所述拥塞队列对应的发送侧线卡板，根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控。通过本发明的技术方案实现了线卡板和交换网单元之间无阻塞、零丢包率转发报文，且成本低廉。

Description

一种网络设备

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。

背景技术

随着全球因特网用户和互联网站点数量的急剧增长，对网络带宽的需求也随之迅速增加，这就对网络设备的性能提出了更高的要求。目前，网络设备已由传统的基于总线和中央处理器的结构逐步过渡到基于交换结构的分布式架构，以此来提高各个接口单元之间的数据通信速度。

请参考图1所示的分布式架构，各个线卡板(也称为业务板)上的业务处理单元通过交换网单元进行数据通信。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种网络设备。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种网络设备，包括：交换网单元和多个线卡板，所述多个线卡板分别通过所述交换网单元上的接口与其他线卡板连接，且所述线卡板设置有相同数量的队列，每一个队列与其他线卡板一一对应，

发送侧线卡板将报文通过接收侧线卡板对应的队列发送给所述交换网单元；

所述交换网单元将所述报文通过与所述接收侧线卡板连接的接口下行方向中所述发送侧线卡板对应的队列转发给所述接收侧线卡板；

所述交换网单元在检测到接口下行方向存在拥塞队列时，发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板，根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控。

进一步地，所述流控帧是PFC帧，所述PFC帧的目的MAC地址是预设的MAC地址，源MAC地址是存在所述拥塞队列的接口的MAC地址，所述PFC帧中携带有所述拥塞队列的标识或存在所述拥塞队列的接口的标识。

进一步地，所述发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板包括：

通过所有接口发送PFC帧给连接的线卡板；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控包括：

所述线卡板根据所述PFC帧判断所述拥塞队列对应的发送侧线卡板是否为本线卡板，如果是，则对发送到所述源MAC地址对应的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控。

进一步地，所述发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板包括：

通过与所述拥塞队列对应的发送侧线卡板连接的接口发送PFC帧。

进一步地，所述对发送至存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控包括：减缓发送所述待发送报文。

进一步地，所述PFC帧中还携带有流控时间；

所述对发送至存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控包括：停止发送所述待发送报文。

进一步地，所述拥塞队列对应的发送侧线卡板在所述流控时间超时时，恢复发送所述待发送报文。

进一步地，所述交换网单元在所述拥塞队列恢复正常时，发送所述流控时间为零的PFC帧；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板根据所述流控时间为零的PFC帧恢复发送所述待发送报文。

进一步地，所述交换网单元检测到接口下行方向存在拥塞队列包括：

所述交换网单元在检测到接口下行方向的队列超出预设的缓存门限时，确认所述队列为拥塞队列。

进一步地，使用PFC帧中8个使能位字段E[0]至E[7]来表示所述拥塞队列的标识或存在所述拥塞队列的接口的标识。

由以上描述可以看出，本发明通过在线卡板的下行方向和交换网单元各个接口下行方向分别设置缓存队列，使得交换网单元在自身接口存在拥塞队列时可以通过发送流控帧通知线卡板对发送至存在拥塞队列的接口连接的线卡板的报文进行流控，从而实现线卡板和交换网单元之间无阻塞、零丢包率转发报文。同时，通过以太网流控帧来实现流控，相比专用芯片而言，大大降低了网络设备的成本。

附图说明

图1是一种分布式架构网络设备的结构示意图。

图2是一种设置有仲裁器的分布式架构网络设备的结构示意图。

图3是一种设置有仲裁器的分布式架构网络设备的报文转发流程示意图。

图4是本发明一种实施例中分布式架构网络设备的结构示意图。

图5是本发明一种实施例中网络设备上报文转发方法的流程示意图。

图6是本发明一种实施例中网络设备上报文转发路径的示意图。

图7是本发明一种实施例中PFC帧格式示意图。

具体实施方式

目前，为满足交换网单元无阻塞、零丢包率转发报文，设备制造商在分布式结构的基础上通常增加进行流量控制的仲裁器。请参考图2，一种设置有仲裁器的分布式架构网络设备的示意图，所述仲裁器可以由独立的芯片构成，也可以集成在交换网单元中。同时，为每一个线卡板增加交换网接入单元用以提供虚拟输出队列，实现对报文的缓存以及与仲裁器交互交换网单元的拥塞信息。

请参考图3，在设置有仲裁器的分布式架构网络设备中，仲裁器维护各个线卡板上的交换网接入单元的队列拥塞信息。交换网单元转发报文的过程主要包括：

1.当发送侧线卡板的交换网接入单元的虚拟输出队列中有待发送的报文时，该交换网接入单元向仲裁器请求交换网单元。

2.仲裁器根据其维护的接收侧线卡板的交换网接入单元的队列拥塞信息进行仲裁。

3.仲裁器将交换网单元授予发送侧线卡板的交换网接入单元使用。

4.发送侧线卡板的交换网接入单元通过上述交换网单元将报文发送到接收侧线卡板的交换网接入单元。

5.接收侧线卡板的交换网接入单元将自身的拥塞信息返回给仲裁器，以供仲裁器更新其维护的该线卡板的交换网接入单元的队列拥塞信息。

由以上过程可以看出，发送侧线卡板在获取到仲裁器授予的交换网单元之后，才能通过该交换网单元将报文发送给接收侧线卡板。当某一个接收侧线卡板的交换网接入单元队列拥塞时，发送侧线卡板的交换网接入单元的某个虚拟输出队列无法从仲裁器获取到可用的交换网单元，进而停止向队列拥塞的接收侧线卡板的交换网接入单元发送报文。

在这样的实现方案中，所述交换网接入单元和仲裁器通常采用专用的芯片来实现相关功能，成本较高。

针对上述方案存在的问题，本发明提供一种网络设备，该网络设备包括但不限于：路由器、三层交换机等具有分布式架构的网络设备。从硬件结构上看，所述网络设备至少包括有：交换网单元和线卡板。在同一台网络设备上，所述线卡板通常会有多个，所述交换网单元也可能会有多个，用于在线卡板之间转发报文。具体地，所述线卡板通常会通过所述交换网单元上的接口与其他线卡板连接，所述交换网单元上的接口支持标准的以太网帧格式。请参考图4，在图4所示的一种分布式架构网络设备的结构示意图中，假设该网络设备有8个线卡板：线卡板0至线卡板7，交换网单元上有8个接口：接口0至接口7，则所述线卡板0至线卡板7分别通过所述交换网单元上的接口0至接口7相连接。

在本发明中，线卡板和交换网单元可以采用以太网总线连接，为实现流控，分别在所述线卡板的下行方向和交换网单元的每个接口下行方向设置有发送报文的队列。以图4所示的连接方式为例，所述线卡板0至线卡板7的下行方向都设置有7个队列，每一个队列和其它线卡板一一对应。请参考表1所示的对应关系，线卡板0上的下行方向设置有7个队列：队列1至队列7，分别对应线卡板1至线卡板7。也就是说，对于线卡板0而言，其发送至线卡板1的报文进入队列1，发送至线卡板2的报文进入队列2。线卡板1上的下行方向也设置有7个队列：队列0、队列2至队列7，分别对应线卡板0、线卡板2至线卡板7。同样，线卡板2至线卡板7的下行方向也设置有7个队列，在此不再赘述。

线卡板0上的队列	接收侧线卡板
		队列1	线卡板1
队列2	线卡板2
		队列3	线卡板3
队列4	线卡板4
		队列5	线卡板5
队列6	线卡板6
		队列7	线卡板7

表1

交换网单元是一个全互联结构，即交换网单元上的每一个接口下行方向的流量可能会来自其它所有接口的上行方向。当网络流量配置不合理或者网络流量突发时，交换网单元的接口下行方向就可能会发生拥塞。所以，可以在所述交换网单元的每个接口下行方向中设置报文的缓存队列，与线卡板相对应可以在所述交换网单元的每一个接口下行方向设置7个队列。请参考表2所示的对应关系，对于接口7而言，其连接线卡板7，通过接口7转发到线卡板7的报文可能来自发送侧线卡板0至发送侧线卡板6，所以在接口7上下行方向设置7个队列：队列0至队列6，分别对应线卡板0至线卡板6。也就是说，交换网单元对于发送至线卡板7的报文，如果来自线卡板0，则将该报文排入接口7的队列0，如果来自线卡板1，则将该报文排入接口7的队列1。同样，在所述交换网单元的每个接口下行方向设置队列。

接口7上的队列	发送侧线卡板
		队列0	线卡板0
队列1	线卡板1
		队列2	线卡板2
队列3	线卡板3
		队列4	线卡板4
队列5	线卡板5
		队列6	线卡板6

表2

请参考图5，在设置了上述队列的网络设备上，其内部各个线卡板之间报文转发的过程包括：

步骤501，发送侧线卡板将报文通过接收侧线卡板对应的队列发送给所述交换网单元。

步骤502，所述交换网单元将所述报文通过与所述接收侧线卡板连接的接口下行方向中所述发送侧线卡板对应的队列转发给所述接收侧线卡板。

在本发明中，为了便于描述，定义报文发送方向的线卡板为发送侧线卡板，报文接收方向的线卡板为接收侧线卡板。在报文转发的过程中，发送侧线卡板将待发送的报文排入本线卡板上该报文的接收侧线卡板对应的队列，然后发送给交换网单元。交换网单元在接收到所述报文后，通过与该报文的接收侧线卡板相连接的接口发送给所述接收侧线卡板，具体地，所述交换网单元将所述报文排入所述接口下行方向中所述发送侧线卡板对应的队列。

下面以线卡板0为发送侧线卡板，线卡板7为接收侧线卡板为例进行说明，即，线卡板0发送报文至线卡板7。请参考图6，线卡板0将报文排入队列7发送给线卡板0与交换网单元连接的接口0，交换网单元将所述报文排入与线卡板7连接的接口7的下行方向中与线卡板0对应的队列0，然后发送给线卡板7。

需要说明的是，线卡板上通常会包括有多个业务处理单元，实际上在发送、接收报文的通常是线卡板上的各个业务处理单元，本领域技术人员可以根据已知技术获知业务处理单元的具体实现，而在本发明中，为了简洁均描述为线卡板发送、接收报文。

在上述报文转发的过程中，当交换网单元检测到其接口下行方向存在拥塞队列时，可以执行如下过程：

步骤503，交换网单元在检测到接口下行方向存在拥塞队列时，发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板。

步骤504，所述拥塞队列对应的发送侧线卡板根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控。

具体地，开发人员根据各个线卡板的处理性能，可以为所述交换网单元的每一个接口下行方向上的各个队列配置缓存门限，当某一个队列中缓存的报文超出其预设的缓存门限时，可以确认所述队列为拥塞队列。比如：交换网单元上接口7的下行方向中队列0的缓存大小为10个报文，缓存门限是5个报文，当该队列0中缓存有6个报文时，可以确认该队列0拥塞。此时，交换网单元发送流控帧给队列0对应的发送侧线卡板0，以通知发送侧线卡板0对其发送至线卡板7的报文进行流控。

为了在流控帧中携带拥塞队列的信息，本发明采用IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会)802.1Qbb中定义的PFC(Priority Flow Control，优先级流控)帧。PFC帧为标准的以太网帧格式，本发明在PFC帧内携带流控信息，然后通过其它数据使用的物理通道传送所述PFC，以此来实现流控。根据PFC帧格式，在使用PFC帧时，需要添加源MAC地址和目的MAC地址。为实现本发明，为了线卡板能够识别并快速处理PFC帧，可以将所述PFC帧的目的MAC地址设置为预设的MAC地址。对于交换网单元上的各个接口而言，可以分别为其设置一个对应的MAC地址，并将存在拥塞队列的接口的MAC地址作为所述PFC帧的源MAC地址。即，使得线卡板可以通过目的MAC地址识别出PFC帧，然后可以根据所述PFC帧的源MAC地址识别出拥塞的接口，并对发送至该接口的报文进行流控。需要说明的是，本发明涉及的是网络设备内部交换网单元和线卡板之间的报文流控，PFC帧也仅在该网络设备中交换网单元和线卡板之间传递，不会传递到互联网中，所以可以为交换网单元的接口设置任意的MAC地址，而不会产生MAC地址冲突。

在本发明中，发送侧线卡板的流控方式可以包括：减缓发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文或者停止发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文。当然，本领域技术人员可以依据已知技术采取其它的流控方式，本发明对流控方式不做限制。下面以停止发送所述报文为例进行说明。

进一步地，请参考图7所示的PFC帧格式，在PFC帧中，网络流量可以分为8个优先级，PFC帧为这8个优先级分别提供了使能位：E[0]、E[1]...E[7]，我们可以利用这8个使能位来标识交换网单元上的接口下行方向的队列或者是交换网单元上的接口。比如：对于交换网单元的接口7下行方向的队列0至队列6可以使用使能位E[0]、E[1]...E[6]来表示其拥塞信息。假设，E[N]＝0表示队列N正常，E[N]＝1表示队列N拥塞，则E[0]＝1就表示队列0拥塞，其中，N为小于等于7的自然数。PFC帧中还提供有供交换网单元添加流控时间的字段：Time(Class0)、Time(Class1)…Time(Class7)，对于队列0拥塞，可以在Time(Class0)中添加对应的流控时间。

交换网单元发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板可以包括下面两种实现方式：

一、交换网单元通过所有接口发送PFC帧给连接的线卡板。

在这种实现方式中，交换网单元在检测到接口的下行方向存在拥塞队列时，生成PFC帧，然后将PFC帧通过所有接口发送给连接的线卡板。也就是，连接到交换网单元上的所有线卡板都能够接收到该PFC帧。所述线卡板根据接收到的PFC帧判断交换网单元上所述拥塞队列对应的发送侧线卡板是否为本线卡板，如果是，则进行流控处理，如果不是，则忽略。

以交换网单元的接口7下行方向队列0拥塞为例，交换网单元生成PFC帧。该PFC帧的目的MAC地址是预设的MAC地址，源MAC地址为接口7的MAC地址，E[0]为1，E[1]至E[7]均为0，Time(Class0)为5ms。交换网单元将所述PFC帧通过接口0至接口7发送至线卡板0至线卡板7。线卡板0至线卡板7在接收到该PFC帧时，根据所述预设的MAC地址识别出PFC帧，进行优先处理，通过该PFC帧的源MAC地址判断出是交换网单元的接口7下行方向存在拥塞队列，然后根据E[0]为1判断出是接口7下行方向队列0拥塞。由于线卡板1至线卡板7不对应队列0，所以忽略该PFC帧，线卡板0进而根据Time(Class0)中的携带的流控时间，在5ms内停止发送至线卡板7的报文。

二、交换网单元通过与所述拥塞队列对应的发送侧线卡板连接的接口发送PFC帧。

在这种实现方式中，交换网单元在检测到接口的下行方向存在拥塞队列时，判断拥塞队列对应的发送侧线卡板，然后通过与所述拥塞队列对应的发送侧线卡板连接的接口发送PFC帧。所述拥塞队列对应的发送侧线卡板在接收到PFC帧后，可以根据该PFC帧中携带的拥塞队列的接口信息，然后根据流控时间停止发送至所述存在拥塞队列的接口的报文。

具体地，对于这种实现方式，开发人员可以用PFC帧中的8个使能位：E[0]、E[1]...E[7]来表示存在拥塞队列的接口，这样，发送侧线卡板就不需要识别所述PFC帧的源MAC地址。比如：用使能位E[0]表示交换网单元接口0的拥塞情况，依次类推，E[7]表示交换网单元接口7的拥塞情况。假设，交换网单元接口0下行方向存在拥塞队列，则E[0]＝1。然后使用字段Time(Class0)来携带对应的流控时间。

仍以交换网单元的接口7转发方向队列0拥塞为例，交换网单元生成PFC帧，该PFC帧的目的MAC地址是预设的MAC地址，由于已不需要通过源MAC地址来识别存在拥塞队列的接口，故所述源MAC地址也可以是使用一个预设的MAC地址，E[0]至E[6]为0，E[7]为1，Time(Class7)为5ms。交换网单元将该PFC帧通过接口0发送给线卡板0。线卡板0进而根据所述PFC帧在5ms内停止发送至线卡板7的报文。

进一步地，拥塞队列对应的发送侧线卡板在所述流控时间超时时，恢复报文的发送。以前述实现方式为例，线卡板0在停止发送至线卡板7的报文5ms后，恢复发送至线卡板7的报文。

更进一步地，交换网单元还可以在拥塞队列恢复正常时，通过发送流控时间为0的PFC帧，通知所述拥塞队列对应的发送侧线卡板恢复发送所述待发送报文。具体地，仍以接口7的队列0拥塞为例，交换网单元在所述接口7的队列0恢复正常时，比如：接口7的队列0中缓存的报文缓存数量为3个报文时，发送流控时间Time(Class0)为0，E[0]为0的PFC帧。该PFC帧的发送方式可以参照上述两种实现方式，本发明在此不再赘述。线卡板0接收到该PFC帧时，恢复发送至线卡板7的报文。

需要说明的是，对于网络设备上存在有多个交换网单元的情况本发明同样适用，以每个交换网单元有8个接口为例，每个交换网单元负责流控连接到其上的线卡板。同时，在交换网单元的接口数量大于8个时，可以通过扩展PFC帧的预留字段来携带拥塞队列或者拥塞接口的标识。本发明对此不做限制。同时，在本发明中，所述PFC帧的优先级最高，交换网单元和发送侧线卡板在接收到PFC帧后以最高优先级进行处理，以防止PFC帧时延导致队列拥塞、流控准确率差等问题。

由以上描述可以看出，本发明通过在线卡板的下行方向和交换网单元各个接口下行方向分别设置缓存队列，使得交换网单元在自身接口存在拥塞队列时可以通过发送流控帧通知线卡板对发送至存在拥塞队列的接口连接的线卡板的报文进行流控，从而实现线卡板和交换网单元之间无阻塞、零丢包率转发报文。同时，通过以太网流控帧来实现流控，相比专用芯片而言，大大降低了网络设备的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种网络设备，包括：交换网单元和多个线卡板，其特征在于，所述多个线卡板分别通过所述交换网单元上的接口与其他线卡板连接，且所述线卡板设置有相同数量的队列，每一个队列与其他线卡板一一对应，

发送侧线卡板将报文通过接收侧线卡板对应的队列发送给所述交换网单元；

所述交换网单元将所述报文通过与所述接收侧线卡板连接的接口下行方向中所述发送侧线卡板对应的队列转发给所述接收侧线卡板；

所述交换网单元在检测到接口下行方向存在拥塞队列时，发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板，根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控；

所述流控帧是优先级流控PFC帧，所述PFC帧的目的介质访问控制MAC地址是预设的MAC地址，源MAC地址是存在所述拥塞队列的接口的MAC地址，所述PFC帧中携带有所述拥塞队列的标识或存在所述拥塞队列的接口的标识；

使用PFC帧中8个使能位字段E[0]至E[7]来表示所述拥塞队列的标识或存在所述拥塞队列的接口的标识。

2.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板包括：

通过所有接口发送PFC帧给连接的线卡板；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板根据所述流控帧对发送到存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的报文进行流控包括：

所述线卡板根据所述PFC帧判断所述拥塞队列对应的发送侧线卡板是否为本线卡板，如果是，则对发送到所述源MAC地址对应的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控。

3.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述发送流控帧给所述拥塞队列对应的发送侧线卡板包括：

通过与所述拥塞队列对应的发送侧线卡板连接的接口发送PFC帧。

4.根据权利要求2所述的网络设备，其特征在于，

所述对发送至存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控包括：减缓发送所述待发送报文。

5.根据权利要求2所述的网络设备，其特征在于，

所述PFC帧中还携带有流控时间；

所述对发送至存在拥塞队列的接口连接的接收侧线卡板的待发送报文进行流控包括：停止发送所述待发送报文。

6.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于，

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板在所述流控时间超时时，恢复发送所述待发送报文。

7.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于，

所述交换网单元在所述拥塞队列恢复正常时，发送所述流控时间为零的PFC帧；

所述拥塞队列对应的发送侧线卡板根据所述流控时间为零的PFC帧恢复发送所述待发送报文。

8.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，

所述交换网单元检测到接口下行方向存在拥塞队列包括：

所述交换网单元在检测到接口下行方向的队列超出预设的缓存门限时，确认所述队列为拥塞队列。