以太网交换芯片资料

以太网交换芯片

本文以broadcom56504/56300交换芯片为重点，介绍一下交换芯片的工作原理。

1、交换芯片架构

交换芯片由GE/XE接口（MAC/PHY）模块、CPU接口模块、输入输出匹配/修改模块、MMU模块、L2转发模块、L3转发模块、安全模块、流分类模块等模块组成，其结构如图1所示：

图1 交换芯片的组成

56504包含24个GE端口，4个10G端口，10G端口既可以用于堆叠，也可以用于上联/级联。56504交换芯片与CPU的接口称为CMIC接口。交换芯片与CPU通过PCI总线连接。其他类型交换芯片与CPU的接口可以是：SPI+MII、I2C+MII、系统总线+MII、SMI+MII

等。交换芯片的包处理流程，如图2所示：

图2 交换芯片的包处理流程简图

包由端口进入交换芯片之后，首先进行包头字段匹配，为流分类做准备；然后经过一个安全引擎进行包过滤；符合安全的包进行L2交换或者L3路由，并经过流分类处理器对匹配的包做相关动作（比如丢弃、限速、修改VLAN等）；对于可以转发的包根据802.1P或DSCP放到不同队列的buffer中，调度器根据优先级或者WRR等算法进行队列调度，在端口发出该包之前执行流分类修改动作，最终从相应端口发送出去。

2、 L2转发流程

2.1 L2转发原理

对于交换芯片来说，L2转发是一个最基本的功能。L2功能主要包括ingress过滤、MAC 学习和老化、根据MAC+VLAN转发、广播与洪泛、生成树控制等基本功能。

L2转发的具体流程如图3所示：

从端口进入交换芯片的包首先检查TAG，对于tagged包，判断是否是802.1p的包，（802.1p的包vid为0），对于untagged的包和802.1p的包，根据系统配置加上tag（这些配置包括：基于MAC的vlan、基于子网的vlan、基于协议的vlan和基于端口的vlan）。经过这一步以后，到交换芯片内部的包都变成802.1Q的tagged包了（vid为1－4094，4095保留），如果设置了ingress过滤，就会检查本端口是否在该vid对应的VLAN中，对于本端口不在该vid对应的VLAN中的包就丢弃。对于没有设置ingress过滤，或者设置ingress过滤但本端口在该vid对应的VLAN中的包进行STP端口状态检查，对于BPDU以外的包，只有端口处于forwarding状态，才允许包进入。然后进行原MAC地址检查，以原MAC＋VID 的哈希为索引查找L2 TABLE，如果没有找到，就把这个表项（原MAC＋VID）以及对应的

端口写到L2 TABLE中，这个过程称为MAC地址学习。当然地址学习的方法有很多种，可

以是硬件学习，也可以是软件学习，可以根据PORT表中的CMI字段的配置来进行。

图3 L2转发流程

下一步进行目的MAC地址检查：目的MAC地址为广播地址（0xffffffff）的包，在vlan 内广播出去；目的MAC地址为组播地址的包，进行组播流程的处理；对于单播包，查找L2 TABLE，如果没有找到，就在vlan内进行洪泛；如果找到，检查表项中的L3 bit是否设置，如果设置了L3 bit，就进行L3流程的转发；否则就转发到L2 TABLE表项中的端口去，在egress方向，也有egress过滤设置（默认是使能的），如果egress端口不在vlan中也是不能转发的。至此，L2转发流程完成了。

与地址学习相反的过程是地址老化。地址老化的机制是：ASIC内部有个定时器，称为age timer，命令行可以对这个寄存器进行设置，每次查找L2 TABLE时（包括原地址查找和目的地址查找，可以配置），如果命中，就会设置hit标志。当老化时间到后，ASIC把hit 标志清除，当下一个老化时间到后，ASIC把hit为0的地址设置为无效，这就是为什么实际地址老化的时间为1～2倍agingTime的原因。

2.2 L2转发相关的表项

2.2.1 port表

图4 port表

Port表是一个非常重要的表，有很多与端口相关的控制都在这里设置。每个端口对应一个表项，按端口号进行索引。下面介绍一下重要的设置：

1) PVID：设置PORT_VID

2) 缺省优先级：设置PORT_PRI

3) 流分类使能：设置FILTER_ENABLE

4) VLAN转换使能：设置VT_ENABLE和VT_MISS_DROP

5) Ingress过滤使能：设置EN_IFILTER

6) 信任COS还是信任DSCP：对于IPV4：TRUST_DSCP_V4=0:信任COS；TRUST_DSCP_V4=1:信任DSCP，对于IPV6：同样设置TRUST_DSCP_V6。

7) Ingress方向mirror使能：设置MIRROR

8) MAC地址学习方式：设置CML

9) IP组播是否使用VLAN信息：设置IPMC_DO_VLAN

10) L3转发使能：设置V4L3_ENABLE和V6L3_ENABLE

11) 是否丢弃BPDU：设置DROP_BPDU

12) 控制是否转发带tag和不带tag的包：设置PORT_DIS_TAG和PORT_DIS_UNTAG

13) Pause帧控制：设置PASS_CONTROL_FRAMES

14) 基于子网的VLAN使能：设置SUBNET_BASED_VID_ENABLE

15) 基于MAC的VLAN使能：设置MAC_BASED_VID_ENABLE

16) 设置堆叠口：HIGIG_PACKET

17) 设置NNI口：NNI_PORT

18) 修改优先级使能：MAP_TAG_PACKET_PRIORITY

19) 堆叠口modid设置：MY_MODID

20) Out tpid设置：OUTER_TPID

21) 基于MAC和基于子网的VLAN优先级设置：VLAN_PRECEDENCE

22) 是否允许单臂桥功能：PORT_BRIDGE

23) IP组播位图设置：IGNORE_IPMC_L2_BITMAP和IGNORE_IPMC_L3_BITMAP 2.2.2 egress port表

图5 egress port表

EGR_PORT是一组寄存器，每个端口一个，用于EGRESS方向的控制，有几个重要设置介绍如下：

1) 设置egress端口类型：PORT_TYPE＝0，UNI端口；PORT_TYPE＝1，NNI端口

2) 设置egress过滤：EN_EFILTER＝1

2.2.3 L2地址表