CN1365216A - 交换数据库高速缓冲存储器管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种网络交换机包括:多个端口;一个数据包交换引擎,用于根据所述数据包中携带的地址将接收到的数据包传输到相应的输出端口;和一个交换数据库,为所述数据包提供交换信息。所述交换数据库包括一个低速主数据库和一个高速缓冲存储器,和一个控制器,根据预先设定的控制策略在所述数据库和所述高速缓冲存储器之间传输交换数据。

Description

交换数据库高速缓冲存储器管理系统
该发明涉及数据包交换网络，特别是涉及一种高速缓冲存储器管理系统，主要用于一个局域网的交换机的高速缓冲存储器管理系统中，例如支持虚拟局域网(VLAN)的以太网的交换机上。
当一个数据包到达一个局域网的交换机时，这个交换机必须能根据MAC(媒介存取控制)地址迅速地将输入的数据包输出到相应的输出端口。例如扎尔林克V.N.公司提供了这种交换机DS226，它提供了一种高密度端口数目、低成本、高性能防阻塞的以太网交换芯片。一个单一的芯片可以以10/100Mbps的速度提供24个端口，以1000Mbps的速度提供2个端口，和1个10/100Mbps的CPU管理接口用于管理和解除管理的交换请求。其中千兆位端口也能支持10/100M和2G的堆叠连接方式。
当一个输入数据包到达一个端口时，所述交换机必须在数据库中查找MAC(媒介存取控制)目的地的地址，以确定将输入数据包所应送达到的端口。已有技术的多层交换系统需要一个很大的交换数据库以作出数据包转发选择。
很大的交互数据库会有相当复杂的硬件设备。
本发明的一个目的就是减小大规模交换数据库的复杂性，以使其适用于桥接器、路由器和其他的交换设备中。
依据本发明，提供一种网络交换机，所述交换机包括多个端口，一个能够依据数据包中携带的目的地地址将输入数据包输出至相应的输出端口的包转发器，和一个提供转换信息给所述包转发器的转换数据库。所述交换数据库包含一个低速的主数据库，一个高速缓冲存储器，和一个依照预定控制策略在主数据库和所述高速缓冲存储器之间传送交换数据的控制器。
本发明允许最常存储的地址，主要是MAC地址，储存在高速缓冲存储器中。用高速的搜索硬件，这些地址能很快被定位。当一个输入数据包到达所述交换机时，所述交换机首先在高速缓冲存储器中查找目的地地址，只有当交换机在这个高速缓冲存储器中没有找到要找的地址时，它才在主低速交换数据库中查找。
大部分的交换信息被存储于低速的数据库中。通过智能地控制高速数据库中存储的数据，交换机的功能可以得到明显的改进。
以下将参照附图仅以举例的方式对该项发明进行详细描述，其中：
图1是一个典型的数据包交换的框图；
图2是一个基于本发明的智能高速缓冲存储系统的框图。
图1显示了一种典型的适用于以太网数据交换的交换机。该交换机包括一个帧转发器10与端口12相连，用于从网路中传输和接收数据包。所述数据包主要是在本地局域网上传输的以太网帧。所述帧转发器10的任务是根据在所述帧中所携带的目的地地址，将输入数据帧传输到适当的输出端口。这个地址是物理地址，也就是MAC(媒介存取控制)地址。它是唯一的识别标识网络中的每一个节点的硬件地址。
当一个输入帧到达交换机时，搜索引擎14负责根据帧中携带的MAC地址，为输入帧识别并找出相应的输出端口。
为了确保一个无阻塞交换，需要两个存储区16，18。由64位存储器总线20，22连接至FDB(文件数据缓冲区)接口24。所述交换数据库(图1中未示出)是置于外部的SRAM(静态存储器)。
这种交换数据库存储着网络中所有MAC地址的端口信息。对于大型网络而言，MAC地址的数量可能很大，就需要高度复杂的系统。
图2显示了更多的有关搜索引擎14的细节。如图2所示，搜索引擎14与一个相对低速的外部主交换数据库30和一个较小的高速缓冲存储器32相连，所述主交换数据库可以是相对低速的。这是一种支持全线速数据包转发的高性能的数据库。
该搜索引擎通过一个分级指令系统处理器(HISC)与主数据库36和中央处理器(CPU)34相连。
为了使该系统有效运作，必须输入一种交换策略，以有效利用有效资源。理想情况下，最经常访问的入口应一直在高速缓冲存储器32中生效。
该数据库交换系统允许任何数据库获悉、删除或更改新的入口。这在低级硬件或高级软件控制下是可行的。任何入口也可以基于请求而进行修改。例如，如果一个主机转换了端口，那么过滤项目就必须在部分或所有的数据库中进行修改。
当高速数据库32中的资源开始变少时，高速缓冲存储器替代原则选择数据库中要删除、转移或交换的入口，以便于新的入口可以插入到高速数据库32中。
有一种较早的策略提供了一种处理入口的机制，这些入口在一预定的时间段内没有在数据库系统内被使用过，该机制会在部分数据库或所有的数据库内标志或删除部分或所有未使用的入口。
输入的数据包根据在高速或低速数据库上寻找到的信息被传输。搜索引擎14首先在高速数据库中搜索，如果没有找到入口，再在低速数据库30中搜索。如果需要继续数据包传输命令，该数据包的传输策略应与这项要求相一致。入口使用信号能够被传输到取代机构以作出替换决定。
如果输入的数据包在任何一个数据库中都找不到入口，数据包也能够被传输到一个端口组，这个端口组包括众多端口的部分或是全部端口。找不到目的地的数据包可以用上述相同的指令规则传送数据。
根据以上描述的高速缓冲存储数据交换系统，只有很少的数据库交换信息需要存储在高速缓冲存储器32中，而高速缓冲存储器32需要高速的搜索硬件设备。大部分的交换信息被存储于低高速缓冲存储器、大规模、低速交换数据库中。上述这种高速缓冲存储数据库系统的内容可以依据来自高级的管理软/硬件和低级的硬件学习仪器的要求而创建、更改、删除。基于运行时间的通信模式和管理员想要执行的命令，该智能高速缓冲存储管理系统在一系列控制交换的指令下，在高速交换数据库和低速交换数据库之间交换数据库入口。
例如，在一种桥式数据库过滤实施方式中，如果长时间不使用入口，高速缓冲存储数据库可以将所述过滤入口从高速过滤入口搜索引擎转移到低速过滤入口搜索引擎。经常要使用的过滤入口则依据响应时间位于高速数据过滤引擎中。经常需要用到的过滤入口存储在高速数据过滤搜索引擎中，以缩短响应时间。
所述高速缓冲数据存储系统可以应用于桥式过滤数据库、三层路由/交换数据库、网络交换数据库或其他的多层交换数据库中。
该发明可以以复杂程度较低的硬件设备来执行大规模的数据交换。所述智能高速缓冲存储管理系统可以以混合硬件、软件或固件方案来实施。
通过在网络处理方面的改进，该智能高速缓冲存储管理系统可以应用在以高性能的协处理器运行的固件中。
尽管上面示出本发明并且对其进行了详细描述，但可以理解上述的描述仅仅是以举例说明的方式进行的，并不意于构成任何限制，本发明的实质和保护范围通过所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种网络交换机，所述网络交换机包括多个端口；一个数据包交换引擎，用于根据所述数据包中携带的地址将接收到的数据包传输到相应的输出端口；和一个交换数据库，为所述数据包引擎提供交换信息，所述交换数据库包括一个低速主数据库和一个高速缓冲存储器，一个控制器，根据预先设定的控制策略在所述数据库和所述高速缓冲存储器之间传输交换数据。
2.根据权利要求1中所述的网络交换机，其中所述高速缓冲存储器包括一个应用于硬件设备的高速搜索引擎。
3.根据权利要求1中所述的网络交换机，其中所述高速缓冲存储器是一个分级指令微处理器。
4.根据权利要求3中所述的网络交换机，其中所述高速缓冲存储器置于一个快速路径中，用于支持数据包以全线速进行传输。
5.一种在网络交换机中传输数据包的方法，其包括以下步骤：提供一个存储目的地地址信息的交换数据库，所述交换数据库被分为一个主低速数据库和一个高速缓冲存储器；搜索引擎首先在所述高速缓冲存储器中为输入数据包搜索地址，如果在所述高速缓冲存储器中没有找到需要的地址，紧接着会在所述低速数据库中查找，并依据预先设定的策略决定控制数据在高速缓冲存储器和低速数据库之间的传输。
6.根据权利要求5中所述的方法，其中当所述高速缓冲存储器中的资源变少时，数据入口将被删除或转移到所述的低速数据库中。
7.根据权利要求6中所述的方法，其中在预先设定的一段时间内，没有被使用过的数据入口将被标识出删除记号。
8.根据权利要求7中所述的方法，其中一旦对输入的数据包中的信息找不到相应的入口，所述输入数据包将被弃掉或者转送到指定的端口组中，该端口组包括所述网络交换机的全部或部分端口。
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