-.z.Broad以太網交換芯片培訓(broad56504/56300)1、交換芯片架構交換芯片由GE/*E接口（MAC/PHY）模塊、CPU接口模塊、輸入輸出匹配/修改模塊、MMU模塊、L2轉發(fā)模塊、L3轉發(fā)模塊、安全模塊、流分類模塊等模塊組成，其結構如圖1所示：圖1交換芯片的組成56504包含24個GE端口，4個10G端口，10G端口既可以用于堆疊，也可以用于上聯/級聯。56504交換芯片與CPU的接口稱為CMIC接口。交換芯片與CPU通過PCI總線連接。其他類型交換芯片與CPU的接口可以是：SPI+MII、I2C+MII、系統(tǒng)總線+MII、SMI+MII等。交換芯片的包處理流程如圖2所示：圖2交換芯片的包處理流程簡圖包由端口進入交換芯片之后，首先進行字段匹配，為流分類做準備；然后經過一個安全引擎進行包過濾；符合安全的包進行L2交換或者L3路由，并經過流分類處理器對匹配的包做相關動作（比如丟棄、限速、修改VLAN等）；對于可以轉發(fā)的包根據802.1P或DSCP放到不同隊列的buffer中，調度器根據優(yōu)先級或者WRR等算法進行隊列調度，在端口發(fā)出該包之前執(zhí)行流分類修改動作，最終從相應端口發(fā)送出去。2、L2轉發(fā)流程2.1L2轉發(fā)原理對于交換芯片來說，L2轉發(fā)是一個最基本的功能。L2功能主要包括ingress過濾、MAC學習和老化、根據MAC+VLAN轉發(fā)、廣播與洪泛、生成樹控制等基本功能。L2轉發(fā)的具體流程如圖3所示：從端口進入交換芯片的包首先檢查TAG，對于tagged包，判斷是否是802.1p的包，（802.1p的包vid為0），對于untagged的包和802.1p的包，根據系統(tǒng)配置加上tag（這些配置包括：基于MAC的vlan、基于子網的vlan、基于協(xié)議的vlan和基于端口的vlan）。經過這一步以后，到交換芯片部的包都變成802.1Q的tagged包了（vid為1－4094，4095保留），如果設置了ingress過濾，就會檢查本端口是否在該vid對應的VLAN中，對于本端口不在該vid對應的VLAN中的包就丟棄。對于沒有設置ingress過濾，或者設置ingress過濾但本端口在該vid對應的VLAN中的包進行STP端口狀態(tài)檢查，對于BPDU以外的包，只有端口處于forwarding狀態(tài)，才允許包進入。然后進行原MAC地址檢查，以原MAC＋VID的哈希為索引查找L2TABLE，如果沒有找到，就把這個表項（原MAC＋VID）以及對應的端口寫到L2TABLE中，這個過程稱為MAC地址學習。當然地址學習的方法有很多種，可以是硬件學習，也可以是軟件學習，可以根據PORT表中的CMI字段的配置來進行。圖3L2轉發(fā)流程下一步進行目的MAC地址檢查：目的MAC地址為廣播地址（0*ffffffff）的包，在vlan廣播出去；目的MAC地址為組播地址的包，進行組播流程的處理；對于單播包，查找L2TABLE，如果沒有找到，就在vlan進行洪泛；如果找到，檢查表項中的L3bit是否設置，如果設置了L3bit，就進行L3流程的轉發(fā)；否則就轉發(fā)到L2TABLE表項中的端口去，在egress方向，也有egress過濾設置（默認是使能的），如果egress端口不在vlan中也是不能轉發(fā)的。至此，L2轉發(fā)流程完成了。與地址學習相反的過程是地址老化。地址老化的機制是：ASIC部有個定時器，稱為agetimer，命令行可以對這個寄存器進行設置，每次查找L2TABLE時（包括原地址查找和目的地址查找，可以配置），如果命中，就會設置hit標志。當老化時間到后，ASIC把hit標志清除，當下一個老化時間到后，ASIC把hit為0的地址設置為無效，這就是為什么實際地址老化的時間為1～2倍agingTime的原因。2.2L2轉發(fā)相關的表項2.2.1port表圖4port表Port表是一個非常重要的表，有很多與端口相關的控制都在這里設置。每個端口對應一個表項，按端口號進行索引。下面介紹一下重要的設置：1)PVID：設置PORT_VID2)缺省優(yōu)先級：設置PORT_PRI3)流分類使能：設置FILTER_ENABLE4)VLAN轉換使能：設置VT_ENABLE和VT_MISS_DROP5)Ingress過濾使能：設置EN_IFILTER6)信任COS還是信任DSCP：對于IPV4：TRUST_DSCP_V4=0:信任COS；TRUST_DSCP_V4=1:信任DSCP，對于IPV6：同樣設置TRUST_DSCP_V6。7)Ingress方向mirror使能：設置MIRROR8)MAC地址學習方式：設置CML9)IP組播是否使用VLAN信息：設置IPMC_DO_VLAN10)L3轉發(fā)使能：設置V4L3_ENABLE和V6L3_ENABLE11)是否丟棄BPDU：設置DROP_BPDU12)控制是否轉發(fā)帶tag和不帶tag的包：設置PORT_DIS_TAG和PORT_DIS_UNTAG13)Pause幀控制：設置PASS_CONTROL_FRAMES14)基于子網的VLAN使能：設置SUBNET_BASED_VID_ENABLE15)基于MAC的VLAN使能：設置MAC_BASED_VID_ENABLE16)設置堆疊口：HIGIG_PACKET17)設置NNI口：NNI_PORT18)修改優(yōu)先級使能：MAP_TAG_PACKET_PRIORITY19)堆疊口modid設置：MY_MODID20)Outtpid設置：OUTER_TPID21)基于MAC和基于子網的VLAN優(yōu)先級設置：VLAN_PRECEDENCE22)是否允許單臂橋功能：PORT_BRIDGE23)IP組播位圖設置：IGNORE_IPMC_L2_BITMAP和IGNORE_IPMC_L3_BITMAPegressport表圖5egressport表EGR_PORT是一組寄存器，每個端口一個，用于EGRESS方向的控制，有幾個重要設置介紹如下：1)設置egress端口類型：PORT_TYPE＝0，UNI端口；PORT_TYPE＝1，NNI端口2)設置egress過濾：EN_EFILTER＝12.2.3L圖6L2地址表

56504的L2地址表大小為16K，5630*的L2地址表大小為8K，地址表使用MAC+VID的hash值作為索引查表。實際上56504的L2地址表hash值為4K，每個hash值對應4條地址，這樣最多可以保存4條hash沖突的地址。地址表中每個表項都保存了MAC_ADDR和VLAN_ID。MAC學習的時候使用原MAC+VID的hash查表，把表中的MAC+VID與包中的MAC+VID進行比較，如果完全相等，表示找到了。然后看端口（TGID_PORT）是否相等，如果不相等表示地址發(fā)生了遷移，對于動態(tài)學習的地址需要更新port；如果相等表示命中，更新hit標志。其他幾個重要的功能介紹如下：1)設置靜態(tài)地址：STATIC_BIT＝12)設置L3轉發(fā)標志：L3＝13)設置本地址的包都轉發(fā)到CPU去：CPU=14)設置本地址匹配的包丟棄：SRC_DISCARD=1、DST_DISCARD=15)設置本地址匹配的包對*些端口阻塞：MAC_BLOCK_INDE*6)設置本地址匹配的包鏡像：MIRROR＝17)設置組播索引：L2MC_PTR8)地址有效標志：VALID＝1VLAN表Vlan表分為ingress和egress兩個部分，分別對應入口控制和出口控制。圖7ingressvlan表

IngressVlan表中主要包含了端口列表，用于ingressfilter功能。PFM是用于控制組播洪泛的開關。PFM＝0，組播在vlan洪泛；PFM＝1，注冊的組播按組播表轉發(fā)，未注冊的組播在vlan洪泛；PFM＝2，注冊的組播按組播表轉發(fā)，未注冊的組播丟棄。STG用于標識本vlan所屬的生成樹組。圖8egressvlan表Egressvlan表中除了PFM和STG外，還包含了出口方向的端口位圖，以及哪些端口以untag的方式發(fā)送本vlan的包。3、L3轉發(fā)流程圖9L3轉發(fā)流程如果查目的MAC地址表的時候發(fā)現L3bit置位了，就進入到L3轉發(fā)流程。與L2交L3交換可以實現跨VLAN轉發(fā)，而且它的轉發(fā)依據不是根據目的MAC地址，而是根據目的IP。L3轉發(fā)的流程是：首先對L3頭部進行校驗，校驗和錯的包直接丟棄；然后進行原IP地址查找，如果主機路由表中沒有找到，會上報給CPU，CPU會進行相應的處理，并更新接口表；下一步進行目的IP地址查找，如果主機路由表中沒有找到，就會在子網路由表中進行查找，在子網路由表中進行最長子網匹配的查找算法，如果在子網路由表中還沒有找到，也送給CPU進行處理，如果在主機路由表或子網路由表中找到了，就會得到下一跳的指針。如果ECMP使能的話，會得到ECMP的指針和ECMP的個數，從而根據hash算法得到一個下一跳指針。下一條表項中包含了下一跳的MAC地址和接口表的索引。在包轉發(fā)出去的時候，用下一跳的MAC地址替換掉包的目的MAC地址。用接口表中的MAC地址和VLAN替換掉包的原MAC地址和VLAN。與L3有關的幾個重要的表：圖10L3單播主機路由表圖11L3子網路由表圖12ECMP表圖13EGRESS下一跳表圖14接口表圖15INGRESS下一跳表4、

L2組播轉發(fā)流程在L2轉發(fā)流程中，查找目的MAC＋VID的時候，如果表項的目的MAC是一個組播地址，該表項有一個組播指針指向組播表，組播表中有一個端口位圖，表示哪些端口屬于該組播組。組播組中的端口位圖與VLAN中的端口位圖相與的結果是實際轉發(fā)的端口位圖。靜態(tài)配置的或協(xié)議動態(tài)添加的組播地址通過SSP寫到MAC地址表中，組播成員通過SSP寫到組播表中。L2組播表的結構如下：圖16L2組播表5、

L3組播轉發(fā)流程

L3組播支持有源樹和共享樹。所謂有源樹是指根據源IP地址和組地址來確定一個組播組，而共享樹是指僅根據組地址來確定一個組播組。芯片也支持反向路徑檢查（ReversePathForwardingcheck），所謂反向路徑檢查是指通過檢查源IP地址確定源端口，從而不要向源端口轉發(fā)的技術。

L3組播的轉發(fā)流程是，先查L2表，對于組播地址而且是L3bit置位的，查L3表。L3表給出IPMC_INDE*。根據這個索引查L3_IPMC表，L3_IPMC表給出L2_BITMAP和L3_BITMAP。對于L2_BITMAP，按照L2組播流程轉發(fā)；對于L3_BITMAP，根據IPMC_INDE*和BITMAP得到IPMC_GROUP的VLAN_INDE*，最后根據VLAN_INDE*查找IPMC_VLAN表，IPMC_VLAN表包含了VLAN的位圖，芯片在進行L3組播的時候，對VLAN的位圖中的每個成員進行組播復制。圖17L3組播表圖18L3組播復制L3單播和組播的轉發(fā)流程綜合起來，如下圖所示：圖19L3單播和組播的轉發(fā)流程IPMC轉發(fā)相關的表的結構如下：圖20L3TABLEL3TABLE表項大小8K（5650*）/2K（5630*）。圖21IPMCTABLEIPMCTABLE表項大小1K。圖22IPMC_GROUPTABLEIPMC_GROUPTABLE表項大小1K。圖23IPMC_VLANTABLEIPMC_VLANTABLE表項大小2K。6、流分類處理流程在5650*/5630*中，流分類是通過CFP實現的，CFP是ContentAwareFilterProcessor的縮寫。所謂ContentAware就是對packet的容進行智能匹配的技術。5650*/5630*中的流分類分為5個階段，流程如圖：圖24CFP流程這5個部分分別是智能協(xié)議識別選擇器、CAM查找引擎、策略引擎、meter和統(tǒng)計引擎、動作裁決引擎。在ingress端口，智能協(xié)議識別選擇器對進來的包的前128bit按照協(xié)議字段進行選擇和標記，CAM查找引擎按照用戶給的key匹配協(xié)議選擇器的容，如果找到了，就執(zhí)行策略引擎的動作，并可以實驗meter和統(tǒng)計引擎進行限速、標記顏色和統(tǒng)計。5650*有16個CAM查找引擎，5630*有8個CAM查找引擎，它們可以