[发明专利]一种数据分组交换系统和方法

说明书

本发明提出一种数据分组交换方法和系统，包括构建由多个子交换模块构成的交换系统，交换系统的子交换模块按照行列规则排布，且每行子交换模块均设有输入分发模块，交换系统中每一列的子交换模块两两相连；待交换的数据分组通过输入分发模块进入交换系统，根据数据分组携带的目的地址，将数据分组分发到输入分发模块所在行的子交换模块并将其作为初始交换模块，初始交换模块将数据分组存储到单独的一个队列中等待端口仲裁授权；数据分组被授权后，根据目的地址将数据分组分发给交换系统中某一行的子交换模块并将其作为目的子交换模块，目的子交换模块将数据分组存储到另一个单独的队列，等待输出端口仲裁之后输出数据分组。

技术领域

本发明属于计算机网络领域，并特别涉及一种数据分组交换系统和方法。

背景技术

目前数据交换网络中具有交换数据量大，承载业务种类复杂的特点，其中多播功能在诸如分布式计算，机器学习等多种业务中被广泛使用。现有的多播方案主要从网络传输协议和机制层面对多播功能进行优化。

在专利“处理多播报文的方法和交换接入装置”(CN 102594650 A)公开了一种在传输机制方面针对多播报文的处理方法及其处理装置。该发明首先根据多播报文的多播地址在多播路由表中查找对应的多播目的地址；根据多播目的地址在单播路由表单播目的地址；再根据单播目的地址查找对应的可用链路；最后在可用链路中选择发送链路，将多播报文复制多份，按照单播报文的发送方式进行发送。该专利降低了多播报文处理难度，可以与单播报文共用单播路由表；但该专利在多播报文复制时增加了对网络芯片中存储器的资源开销，同时增加了与单播报文仲裁时的冲突几率。

在专利“交换网络芯片的信元处理方法及装置”(CN 102281192 A)中公开了一种交换网络芯片对多播数据分组(网络中的数据包)处理的方法和装置，数据分组一般由服务器的网卡端产生，数据分组一般由分组头部和分组载荷组成，分组头部包含原地址，目的地址，传输协议等关键信息，分组载荷主要包含需要传输具体数据内容。该专利中交换网络芯片接收数据分组，并提取数据分组的目的端口表示和输入链路号；交换网络芯片查找多播路由表确定第一比特位图；根据第一比特位图进行负载均衡处理得到第二比特位图，根据第二比特位图将多播分组复制转发到输出端口。该发明可以根据端口负载情况对多播分组的输出端口进行调整，交换网络芯片能够适应不同的工作模式。但是其对于多播分组在复制转发过程中可能由于输出端口无法全部同时使用而造成多播分组阻塞后续分组的问题。

在专利“改善多播业务HOL阻塞的队列管理方法”(CN 111131089 A)中公开了一种改善多播分组造成的队头阻塞问题的队列管理办法。该专利中实现了二级多播发送队列，优先读取第二级多播发送队列调度信息，若第二级调度信息中目的端口全部空闲，则复制转发该多播分组，否则读取第一级调度信息，若第一级调度信息中的目的端口为部分空闲，则转发该多播分组到空闲端口，并记录未转发的目的端口到第二级调度信息中，等待下次调度。该发明可以缓解由于多播分组无法转发到所有目的端口导致的队头阻塞问题，但是其需要2次仲裁，增加了交换时延和逻辑复杂性，同时需要额外的缓存资源来存储第二级调度信息和未及时转发的多播分组，增加了资源开销。

发现现有技术中对多播分组的处理主要是两条技术路线：从传输机制上对多播分组的路由策略进行优化，以及在调度机制上对多播分组的复制转发过程进行优化。现有交换芯片架构通常在缓存多播分组和单播分组时会统一存储到队列中，而从传输机制上的优化会导致多播分组复制传输时对单播分组阻塞；同时，现有交换芯片架构通常采用集中式的仲裁和分发方式，所有输入端口的队列头部分组都会竞争输出端口仲裁，而调度机制的优化则会导致调度和仲裁的逻辑更加复杂，同时会占用更多的缓存资源。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有多播分组处理过程中对多播分组的阻塞影响，同时通过分散式两级仲裁的方式降低仲裁逻辑的复杂度，提出了一种多播分组交换方法及系统。

针对现有技术的不足，本发明提出一种数据分组交换方法，其中包括：