CN1669269A - 层叠多个数据交换机 - Google Patents

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CN1669269A
CN1669269A CNA028295498A CN02829549A CN1669269A CN 1669269 A CN1669269 A CN 1669269A CN A028295498 A CNA028295498 A CN A028295498A CN 02829549 A CN02829549 A CN 02829549A CN 1669269 A CN1669269 A CN 1669269A
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什里达尔·穆巴拉克·米什拉
普拉默·库马尔·潘迪
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Abstract

利用其用于接收和传输分组的端口，使如以太网交换机1、2、3、5等多个数据交换机彼此相连。给定的一个交换机5作为主交换机进行操作，其向其他交换机1、2、3传递指令，作为命令分组，并接收来自其他交换机1、2、3的响应，作为响应分组。成对地连接从交换机1、2、3。命令分组通过网络，直到其到达执行其的从交换机1、2、3，以及响应10分组通过网络，到达主交换机5。

Description

层叠多个数据交换机
相关申请
本申请是具有相同优先权日期的五个专利申请组。申请PCT/SG02/----涉及一种具有可配置用作八个FE(快速以太网)端口或用作GE(吉比特以太网端口)的入口端口的交换机。申请PCT/SG02/----涉及一种适合于用在该交换机中的解析器。申请PCT/SG02/----涉及一种适合于使用解析器的输出来与规则进行比较的流引擎。申请PCT/SG02/----涉及使用规则与分组的比较结果来监控带宽消耗。本申请涉及按照层叠排列的交换机的组合。申请组中的每一个的主题具有除了与其他四个申请中所描述的技术进行组合之外的其他应用，但仍将该组中的其他申请的公开在此一并作为参考。
技术领域
本发明涉及用于层叠多个数据交换机(如以太网交换机)的方法，以及涉及按照层叠排列的多个数据交换机。
背景技术
如以太网交换机等数据交换机在其端口对之间传递数据分组。数据交换机的端口数是有限的，因此，经常需要“层叠”多个数据交换机，即好像其构成了具有更多端口的单一交换机那样进行操作。
传统上，通过将交换机之一指定为主交换机来实现层叠。主交换机的CPU通过其他交换机(“从交换机”)的专用输入向这些交换机发送控制信号，以对其进行控制。除了每个交换机需要专用输入以外，需要总线连接所有交换机，以便在主交换机和每个从交换机之间传递信号。
发明内容
本发明的目的在于提供用于层叠多个数据交换机的新且有用的方法，以及已经层叠的交换机阵列。
概括地，本发明提出了使用其用于接收和传输分组的端口使多个交换机彼此相连。给定的一个交换机(主交换机)向一个或多个其他交换机(从交换机)传递指令，并接收来自从交换机的响应，作为通过交换机网络的数据分组。
优选地，成对地连接从交换机。主交换机发布去往从交换机的指令，作为通过网络的可识别命令分组，直到其到达执行其的从交换机。来自从交换机的响应为通过网络到达主交换机的响应分组的形式。
附图说明
现在，将参照附图，仅作为示例，对本发明的优选特征进行描述，其中：
图1示出了作为本发明第一实施例的交换机的第一网络；
图2示出了作为本发明第二实施例的交换机的第二网络；以及
图3示出了作为本发明第三实施例的交换机的第三网络。
具体实施方式
参照图1，示出了芯片网络，作为本发明的第一实施例。所述网络包括三个从交换机1、2、3和具有CPU 7的主交换机5。交换机1、2、3、5中的每一个均具有多个端口，至少两个端口为吉比特端口9。具体地，交换机1和5具有2个吉比特端口和48个FE(快速以太网)端口，而交换机2和3具有4个入口/出口吉比特端口和32个FE端口。每个端口均由入口接口和出口接口构成。从交换机1、2、3通常具有其自身的CPU(未示出)，被称为虚拟CPU(VCPU)。
交换机1、2、3、5的大多数端口通常与设备相连，但交换机也彼此成对地相连，每个交换机的两个吉比特端口与两个其他交换机的各个吉比特端口相连。应当注意，交换机2、3具有位于一个的吉比特出口端口和另一个的吉比特出口端口之间的额外连接。这被称为对两个端口进行“中继连接”，从而有效地给出了一个具有更高带宽的端口。
图2示出了作为本发明的第二实施例的芯片的网络。在这种情况下，由其CPU(主CPU 13)控制的主交换机11具有8个吉比特端口，其利用其全部端口，将主交换机与四个从交换机15、16、17、18相连。
多种其他拓扑也是可能的。例如，图3示出了作为本发明的另一实施例的交换机的网络，其与图2所示的网络的不同之处仅在于：出现了另一交换机19与从交换机15相连，而且交换机15现在为具有32个FE端口和4个吉比特端口的32/4G交换机。
多种拓扑均具有成对连接从交换机的特征，或者作为返回到主交换机的至少一个环路(如图1所示)，或者作为简单终止的、从交换机的多达四个的链路(如图3中的交换机15、19的链路所示)。
在这些实施例中，由发布作为由交换机识别的特定命令数据分组的主交换机对网络进行操作。例如，这可能是因为其在数据分组的源部分中携带有从交换机能够识别的特定MAC地址。在执行了命令之后，从交换机可以通过向主交换机回传响应分组来进行响应(例如，如果该命令要求其)。
应当注意，在图1和2中，存在主交换机并未与之直接相连的数据交换机。这意味着命令分组和响应分组经由命令/响应处理中并未直接涉及的、而是根据其正常操作简单地传递分组的从交换机，通过主交换机和从交换机之间的网络。
例如，如以下详细所述，优选地，主交换机最初并不知道其他交换机及其拓扑。在网络的初始化阶段中，主交换机使用可以被称为识别命令分组的命令分组类型来执行拓扑检测例程。
主交换机11通过其所有被指定用于控制其他交换机的输出端口(即，在图2和3的情况下，为其所有出口端口)，传输识别命令分组，要求从交换机识别其自身。以图3为例，图3中的从交换机15第一次接收到这种识别命令分组时，其通过直接向主交换机11传递响应分组来进行响应，主交换机11对其进行识别和解译，从而主交换机11知道它的存在。然而，在从交换机15第二次接收到这种识别命令分组的情况下，从交换机15将其传递给成对的下一芯片19，芯片19产生要传递给从交换机15的响应分组，并由从交换机15将其传递给主交换机11，主交换机11对响应分组进行解译，并知晓从交换机19的存在。然后，主芯片11产生第三识别命令分组，并将其传递给芯片15，芯片15将其传递给从交换机19，此时，从交换机19不再产生答复(或不同的答复)。根据答复的不存在(或根据不同的答复)，主芯片11推断出没有其他从交换机与交换机19相连。
一旦建立起网络的拓扑，主芯片可以为每个芯片分配ID，并且其他命令分组携带此ID，从而识别应当由哪个从芯片来执行。
现在，将更为详细地描述用于控制交换机的算法。这些算法确保交换机网络表些出以下特征：
·单一的CPU控制对多个交换机的管理。
·一个或两个用于层叠的单一吉比特链路(可以聚集层叠链路)
·层叠必须确保以下分组/业务种类的传递：
1、正常以太网分组(包括巨型帧(Jumbo frame))
2、BPDU、GVRP&其他专用链路约束组播分组
3、ICMP&其他外部组播分组(全尺寸分组)
4、特定CPU专用控制分组(寄存器读/写等)
5、VLAN(每端口/标记)
6、对任意交换机的端口镜像&端口监控
·层叠的拓扑应当是可识别的，为CPU所知，而且应当能够借助于LED与拓扑物理相关。拓扑发现应当能够动态检测拓扑的任何变化。
·层叠管理业务不应当与NIC、服务器以及其他非因芬奈昂交换机相干扰。(无泄漏)
·层叠协议必须在STP之前运行。(对于层叠，允许环路。将回环链路标记为弹回的，CPU消息和正常业务都不能流经弹回链路。STP优先使能/禁用弹回链路。)
·每个从CPU中的虚拟CPU(VCPU)执行层叠软件。
·对端口逻辑/分组解析以及队列管理器的最小改变。层叠的所有智能必须集中在VCPU/CPU上。因此，只能使用正常以太网分组来交换管理信息和层叠建立。
为此，本发明的实施例以如下特征进行操作：
1、每个从机需要芯片ID，所述芯片ID由主CPU在拓扑发现期间进行分配。主机具有芯片ID 0。
2、必须在能够执行生成树之前，执行拓扑发现。
3、主CPU可得到层叠MAC地址(SMA)，以便向任意从机发送消息。
4、主CPU还能够使用从机的MAC地址。此消息在层叠中并非目标的每个单元中承受较少的等待时间。主CPU必须确保将适当的VLAN标签分配给这种分组，从而在任何从芯片中均不丢弃该分组。
5、SMA用于拓扑发现和初始配置建立。在初始建立之后，主CPU可以切换为直接寻址，以减少等待时间。
6、每次层叠端口的链路状态改变时，将执行拓扑发现。
表1列出了所有主要的层叠步骤和/或例程。
步骤 描述 何时执行
主机解析 选举1个主CPU 拓扑改变时
拓扑发现 选举出的主机确定拓扑，并为从设备的所有VCPU分配芯片ID/MAC地址
远程寄存器读/写 主机发布针对远程寄存器的读/写。从设备的VCPU解译命令，执行操作，并将回复发送回主机。 在主机需要时
BPDU和特定组播 BPDU和特定组播由从VCPU连同报头一起进行封装，并发送给主机。 从机接收BPDU/特定组播。
MAC表同步 VCPU向主CPU发送“已知”和“陈旧”消息。 从机中的MAC表发生变化。
中断处理 VCPU向主机发送中断信息。 从设备的VCPU接收使能中断。
监控 从设备封装要由远程设备进行监控的分组，并将其发送到远程。 从设备的VCPU接收要监控的分组。
表1：层叠步骤/例程
1、主机解析和拓扑发现
拓扑发现需要特定的层叠分组，并需要分组解析模块和队列管理器中的特定处理。
DA＝层叠MAC地址(SMA)＝0xAB-00-01-02-03-04
Opcode＝SetID/SetIDAck/ResetID/ResetIDAck
MsgID＝消息索引。
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
 SA[2]  SA[3]  SA[4]  SA[5] TYPE[0] TYPE[1] Dest    OPCODEchip    ＝ID/Src  SetIDchipID
 MsgID[0]  MsgID[1]  Rsv[0]  Rsv[1]  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
具有DA＝SMA的分组需要PR和QM中的特定处理。
1、当PR检测到具有层叠MAC地址(SMA)的分组时，其应用以下算法以确定目的地。
If spid＝＝VCPU，
检查CMAC_dest_reg以找出目的地。
Else
向VCPU端口发送分组。
End if；
2、当发送具有DA＝SMA的分组时，PR为QM设置特定比特。
3、PR如通常那样学习具有DA＝SMA的分组的SA。
4、PR为SMA分组设置最高优先级(7＝＝CoS＝4)。
5、PR检查cmac_rx寄存器的关键比特，以确定分组是否封装有BPDU分组，并因而必须被标签为对QM关键。
6、针对SMA分组，要向QM发送固定链路聚合比特(0)。
7、如果层叠链路是聚合的，则QM使用hw_link_register，以确定SMA分组的最终目的地。
8、如果设置了特定比特，QM在QM队列条目中设置etag＝0。
a、主CPU必须解析根主机
根解析使用特定的opcode＝MasterResolution，将其从一个从机传递到另一个从机。主机可以使用ResetID消息来复位任意从机的ID。
b、从机发现-主CPU执行以下算法-
Slave_id＝1；
For每个层叠链路(将聚合链路计算为单一链路)。
SetMsgLoop：发送dest_chip_ID＝Slave_ID且Src_chip_ID＝0的SetID消息；
等待SetIDAck消息。
If接收到SetIDAck消息，
登记从机；
Slave_ID++；
goto SendMsgLoop。
//Else if接收到SetID消息(环路出现)或者if超时发生，
//沿下一方向开始处理层叠链路。
End for；
当其接收到SetID消息时，从VCPU执行以下程序-
If me.ID未设置，
发送SetIDAck消息，其中
{DA＝SMA，
SA＝自身的MAC地址，
Dest_chip_ID＝SetID消息的Src_chip_ID
Src_chip_ID＝SetID消息的Dest_chip_ID}
Else
向可选层叠端口转发消息(如果在上行链路端口上接收到SetID消息，向下行链路端口转发，反之亦然)。
End if；
2、远程寄存器读/写
主机可以通过使用DA＝SMA或DA＝远程从机的MAC地址来读/写从机的寄存器。
1、不能向相同的从机发送新命令，直到针对前一消息接收到确认或超时发生。
2、每个写消息的最大可写数据＝28B。
3、每个读消息的最大可读数据＝32B。
4、当发布读操作码时，CPU可以使用轮询或状态方法。轮询通常用于中断检查。VCPU不需要响应轮询消息，除非在正在读取的寄存器中发生了变化。
5、主CPU可用ClearWhenSet操作码来确认寄存器中的单独中断比特。如果来自消息的数据中的第j个比特和寄存器的第j个比特＝＝1，则复位寄存器中的第j个比特。
读/写
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]     TYPE[1]     Destchip       OPCODEID/Src     ＝读/写chip ID
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1]  No.Dwords  轮询/状态 Rsv rsv
Addr[0] Addr[1] Addr[2] Addr[3]  PAD/Data[0]  PAD/Data[1]     PAD/Data[2]  PAD/Data[3]
 …  …  …  …  …  …     …  …
 …  …  …  …  …  …     …  …
 …  …  …  …  …  …     PAD/Data[26]  PAD/Data[27]
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
ReadAck
 SMA[0]  SMA[1]  SMA[2]  SMA[3]  SMA[4]  SMA[5]  SA[0]  SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]     TYPE[1]  Destchip        OPCODEID/Src      ＝读/写chip ID
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1]  No.Dwords rsv rsv Rsv
 Byte[0]  Byte[1]  …  …  …  …  …  …
 …  …  …  …  …  …  …  …
 …  …  …  …  …  …  …  …
 …  …  …  …  …  …  Byte[30]  Byte[31]
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
ClearWhenSet
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]   TYPE[1]   Destchip       OPCODEID/Src     ＝读/写chip ID
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1]  No.Dwords  轮询/状态 rsv rsv
 Addr[0]  Addr[1]  Addr[2]  Addr[3]  Data[0]  Data[1]   …  …
 …  …  …  …  …  …   …  …
 …  …  …  …  …  …   …  …
 …  …  …  …  …  …   Data[26]  Data[27]
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
3、处理BPDU(特定组播)
·在每个从机中；将BPDU转发给本地VCPU。本地VCPU必须将BPDU分组和从eDRAM获得的分组报头封装为有效以太网分组，并将其发送给主CPU。所使用的Opcode＝ENCAPforward。此分组的格式如下所示-
ENCAPforward
 SMA[0]  SMA[1]  SMA[2]  SMA[3]  SMA[4]  SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]     TYPE[1] Dest chip       OPCODE＝ID/Src chipID              ENCAP
 MsgID[0]  MsgID[1]  Rsv  Rsv  PH[0]   PH[1]   PH[2]  PH[3]
 PH[4]  PH[5]  PH[6]  PH[7]  EncPkt[0]  EncPkt[1]  EncPkt[2]  EncPkt[3]
 EncPkt[4]  …  …  …  …  …  EncPkt[n-1]  EncPkt[n]
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
分组报头(PH)
15                   14           13             12    11             10   9   8 … 0
Spid(5:0) In_tagged  RuleID(9:0)
Rsv  Crcerr  Pkt_len(13:0)
I_snapped  Vlan_id(11:0) Pri(2:0)
Rsv(15:0)
·从机可以利用DA＝SMA或DA＝CPU的MAC地址来发送已封装分组。
·CPU执行生成树协议，形成BPDU，并以opcode＝ENCAPreturn，在已封装帧中向VCPU发送此BPDU。由于整个芯片的行为如同单一的交换机，并未考虑层叠内的链路成本。帧格式为-
ENCAPreturn
SMA[0] SMA[1] SAM[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]     TYPE[1] Dest chip     OPCODE＝ID/Src chip   ENCAP返ID            回
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1] 目的地端口 Rsv rsv rsv
Rsv Rsv Rsv Rsv EncPkt[0] EncPkt[1] EncPkt[2] EncPkt[3]
EncPkt[4] … … … … … EncPkt[n-1] EncPkt[n]
CRC[0] CRC[1] CRC[2] CRC[3]
·从VCPU必须使用正常的BPDU处理方法，以便向ENCAPreturn分组中所指定的目的地端口发送BPDU。
4、MAC表同步
·还向层叠端口发送能够引起MAC表变化的所有分组。
·CPU还能够利用“已知”和“陈旧”消息来同步所有MAC表。当新MAC地址已知或过期发生时，分组解析模块必须中断本地VCPU。
通过发送以下分组，对此与主CPU进行通信-
已知的
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[1]   TYPE[1] Dest   OPCODEchip    ＝已知ID/Src的chipID
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1] MA[0] MA[1] MA[2] MA[3]
MA[4] MA[5] SPID PAD PAD PAD PAD PAD
PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD
PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD
CRC[0] CRC[1] CRC[2] CRC[3]
陈旧的
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0] TYPE[1] Dest    OPCODEchip    ＝陈旧ID/Src的chipID
MsgID[0] MsgID[1] Rsv[0] Rsv[1] MA[0] MA[1] MA[2] MA[3]
MA[4] MA[5] PAD PAD PAD PAD PAD PAD
PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD
PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD PAD
CRC[0] CRC[1] CRC[2] CRC[3]
5、中断处理
·在发生使能中断时，VCPU向CPU发送中断状态登记。
·从机可以向主机发送与“中断”消息同步的定时器，以降低主机上的中断负荷。
中断
SMA[0] SMA[1] SMA[2] SMA[3] SMA[4] SMA[5] SA[0] SA[1]
SA[2] SA[3] SA[4] SA[5] TYPE[0]     TYPE[1]  Dest chipID/Src      OPCODE＝chip ID     中断
MsgID[0]MsgID[1]Rsv[0]Rsv[1]  IntStatusReg[0]  IntStatusReg[1]  IntStatusReg[2]  IntStatusReg[3]
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD  PAD
 CRC[0]  CRC[1]  CRC[2]  CRC[3]
6、监控
·如果监控端口与源/目的地端口在相同的设备上，用于处理分组的算法与独立设备上相同。
·如果监控端口位于远程设备上，将本地CPU上的“远程端口”登记设置为VCPU。VCPU必须对分组进行封装，并发送给CPU。CPU使用BPDU型封装向远程设备发送分组。如果同时监控分组的源和目的地端口，并且其在不同的设备上，则CPU应当接收相同的分组两次。
7、简单单播/组播分组
如同在一组交换机上那样，对待单播/组播消息，因此对正常的单播/组播分组未施加特殊处理。
用于上述实施例的操作码列表如下：
 操作码名称 消息方向 解释  代码
 MasterResolution 主机→从机 如果两个层叠连接在一起，则需要发生  0x00
 ENCAPforward 从机→主机 到主CPU的BPDU  0x01
 ENCAPreturn 主机→从机 主CPU发送针对远程端口的BPDU  0x02
 读 主机→从机 主CPU发布对从机的读请求  0x03
 写 主机→从机 主CPU发布对从机的写请求  0x04
 ReadAck 从机→主机 从VCPU返回数据  0x05
 WriteAck 从机→主机 从VCPU发布写确认  0x06
 错误 从机→主机 在处理具有给定ID的消息时，发生错误  0x07
 SetID 主机→从机 主CPU请求不具有芯片ID的第一从机，以向其分配ID  0x08
 SetIDAck 从机→主机 从机到主机  0x09
 ResetID 主机→从机 主CPU请求从机重新分配芯片ID  0x0A
 ResetIDAck 主机→从机 从机到主机  0x0B
 中断 从机→主机 从机向主机发送中断登记。  0x0C
 已知的 从机→主机 从机向主机发送已知消息。  0x0D
 陈旧的 从机→主机 从机向主机发送已知消息。  0x0E

Claims (4)

1、一种数据交换机网络，每个数据交换机具有多个适用于接收和传输分组的端口，并排列用于根据分组中的地址信息，在其端口之间内部地传送数据分组，
由形成在交换机对的一些端口间的连接将数据交换机连接成阵列，
数据交换机之一是用于向其他交换机发布命令作为控制数据分组的主交换机，
其他数据交换机是用于识别控制数据分组并根据包含在其中的命令进行操作的从数据交换机。
2、一种操作多个数据交换机的方法，每个数据交换机具有多个适用于接收和传输分组的端口，并排列用于根据分组中的地址信息，在其端口之间内部地传送数据分组，所述方法包括：
所述交换机中的主数据交换机使用其端口中的至少一些，向所述交换机中的从数据交换机发布命令分组；
从数据交换机使用其端口中的一些，接收命令分组，识别命令分组，并执行所指定的命令。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于从数据交换机识别传输到其的命令分组是否倾向于使得在该交换机处执行命令，如果所述确定是肯定的，则执行该命令，以及如果所述确定是否定的，则向与之相连的任何其他从交换机传递命令分组。
4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于包括：初始化阶段，其中主芯片建立网络的拓扑，并将ID分配给从交换机；以及操作阶段，其中在网络内的交换机之间传递包括ID的分组。
CNA028295498A 2002-09-06 2002-09-06 层叠多个数据交换机 Pending CN1669269A (zh)

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PCT/SG2002/000213 WO2004023722A1 (en) 2002-09-06 2002-09-06 Stacking a plurality of data switches

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Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA028295498A Pending CN1669269A (zh) 2002-09-06 2002-09-06 层叠多个数据交换机

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WO (1) WO2004023722A1 (zh)

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