[发明专利]避免交换芯片组播包队头阻塞的方法及系统

说明书

本发明公开一种避免交换芯片组播包队头阻塞的方法及系统，该方法包括：在交换芯片输入端口内部依据接收到的数据包的路由目的端口建立N+2个VOQ并共享Tag节点缓存，其中，包括N个单播队列和2个组播队列(组播队列1、组播队列2)；将新接收的组播包加入组播队列1，在组播队列1头部组播包的一个或多个目的端口发生堵塞之前，组播队列2始终为空，当组播队列1头部组播包的一个或多个目的端口发生堵塞时，将该发生堵塞的组播包从组播队列1中移出并放入组播队列2；调度处理逻辑按照调度算法从N+2个VOQ中选择满足调度条件且优先级最高的队列进行调度。本发明有效解决了组播包的队头阻塞问题，同时不影响队列节点缓存的共享使用。

技术领域

本发明属于交换芯片技术领域，尤其涉及一种避免交换芯片组播包队头阻塞的方法及系统。

背景技术

队头阻塞(Head-of-line blocking或缩写为HOL blocking)在计算机网络的范畴中是一种性能受限的现象。它的原因是一列的第一个数据包(队头)受阻而导致整列数据包受阻。

一个交换芯片有可能由缓存式输入端口、交换架构以及缓存式的输出端口所组成。如果在输入端口处使用了先进先出(FIFO)的策略，那么就只有最先进入的数据包可以被处理。而此时如果最先进入的数据包由于目标输出端口正忙而无法被处理的话，那么更晚到达的数据包就没有办法被处理(即便是更晚到达的数据包的目标输出端口并没有处于忙碌的状态)。输出正忙的情况有：

·存在输出的竞态关系；

·或者更常见的情况是输出缓存已满，从而导致了阻塞现象(例如多个输入的数据传输速率超过了输出的传输速率)；

如果没有队头阻塞的话，新到达的数据包就有可能绕开被阻碍的数据包而被导向它们各自的(没有处于阻塞状态的)目标输出端口了。这种现象有可能在缓存式输入的系统中对性能造成极大的影响。

解决这个问题的应用最广泛的方法是使用虚拟输出队列(Virtual OutputQueue，VOQ)机制，即以目的端口作为区分建立多条队列，这样去往某一目的端口的队列出现了队头阻塞时不会影响去往其它目的端口的队列的正常调度，避免了混放时去往不同输出端口的流量被阻塞。

在交换芯片中，通过采用虚拟输出队列机制可以有效解决单播包队头阻塞问题。除了单播包，交换芯片中还存在组播包(一个数据包对应多个目的端口)，组播包的队列构建通常有四种方案：方案一是在交换输入端口中为所有组播包统一建立一条组播VOQ；方案二为解决多播队头阻塞，在每个输入口建立2^N-1个VOQ(对于有N个输出口的交换芯片)；方案三为解决多播队头阻塞，同时克服需要建立过多队列的缺点，将组播队列拆分融入与各目的端口对应的单播VOQ。与方案三不同，为解决多播队头阻塞，同时克服需要建立过多队列的缺点，方案四采用两级crossbar调度方案。

上述四个方案各有优缺点。方案一的优点是处理简单，资源(缓存)消耗小，队列调度处理逻辑简单，但是无法有效解决组播包的队头阻塞问题；方案二的优点是能解决组播包的队头阻塞问题，但是当交换芯片端口N较大时(比如N等于32)，在每个输入口需要建立的VOQ数量过大，难以实现；方案三的优点是能解决组播包的队头阻塞问题，但是处理相对复杂，且会造成队列节点缓存无法共享，导致交换芯片缓存使用量显著增大，成本与功耗显著增加；方案四的优点是能解决组播包的队头阻塞问题，但是需要两级crossbar调度，同方案三一样也存在队列节点缓存无法共享的问题，队列调度逻辑复杂，资源(缓存资源及逻辑资源)消耗多。众所周知，目前芯片上的缓存资源十分珍贵，应尽量提高缓存的利用率，避免大容量片上缓存的使用，以降低芯片功耗与成本。