基于Feature架構(gòu)設(shè)計(jì)的百兆以太網(wǎng)交換機(jī)項(xiàng)目

經(jīng)過第一代的交換機(jī)項(xiàng)目后，博主也算對交換機(jī)有了更深的認(rèn)識，但是第一代的Feature過于單一，架構(gòu)簡單，和市場化的交換機(jī)功能完全脫節(jié)。而在學(xué)習(xí)Switch Core的過程中，也沒有找到什么完善的中文學(xué)習(xí)資料，所以博主準(zhǔn)備進(jìn)一步完善以太網(wǎng)交換機(jī)的項(xiàng)目，希望憑微薄之力，為想學(xué)習(xí)的同學(xué)們多整理一些資料。

第二代交換機(jī)有更豐富的feature，更貼近真正使用的功能，除rtl代碼，詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔外，還會包括驗(yàn)證環(huán)境、驗(yàn)證代碼，最后項(xiàng)目完成后，會全部開源供大家學(xué)習(xí)，順利的話，希望還能上FPGA進(jìn)行原型驗(yàn)證。

為了便于稱呼，我們將對第二代交換機(jī)項(xiàng)目取名為Atom，也意為之后一切項(xiàng)目的開始。

Atom Feature

考慮到對CPU暫時不熟悉，所以Atom沒有設(shè)置控制端口，也沒有獨(dú)立的CPU承擔(dān)固件功能。Atom定位于百兆Switch Core，將支持以下feature：

數(shù)據(jù)交換能力達(dá)到400Mbps，即4 Port x 100Mbps

支持2K MAC地址的存儲與查詢（包括MAC地址、Multicast table、VLAN table）

支持SM3或SHA-1的HASH算法

支持2MB的數(shù)據(jù)緩存區(qū)

支持基于端口的VLAN、基于tag的VLAN、基于流量類型的VLAN

支持全雙工10/100 Mbps的MII接口

發(fā)送端、接收端MAC支持可配置的SM2/AES數(shù)據(jù)流加解密

支持802.3x Flow Control

支持QoS，基于Port優(yōu)先級或基于幀優(yōu)先級進(jìn)行仲裁輸出

支持多播、組播包的發(fā)送

支持基于QCN的擁塞管理

支持DPI深度包檢測，進(jìn)行流量類型區(qū)分，防火墻功能

支持Flush功能：全局Flush或者優(yōu)先級Flush

支持風(fēng)暴控制

支持基于L2層的流量篩選

支持Packet重標(biāo)記

支持流量統(tǒng)計(jì)

支持流量重定向

Atom架構(gòu)

Atom仍將支持4Port，接口也保留雙工的10M/100MHz的MII，通過4個MAC接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，支持SPI接口訪問寄存器模塊，對第一代交換機(jī)的MAC table進(jìn)行擴(kuò)展，還支持了Multicast table、VLAN table等。

Atom共分為9個模塊：

MAC：分為RMAC和TMAC，包括L2 pause frame功能以及Switch Core v1的基本功能，支持SM2/AES加解密（可選）暫不實(shí)現(xiàn)完整的 MACsec IP；

PF（Packet Filter）：負(fù)責(zé)入口處的L2、L3 Packet過濾，帶有DPI（深度包檢測功能）；

PM（Packet Modifier）：負(fù)責(zé)出口處Packet header內(nèi)容的修改；

DB（Data Buffer）：Atom的Packet緩存區(qū)，內(nèi)部按優(yōu)先級分為多條鏈表，所有Packet都緩存于此；

ENG（Switch Engine）：負(fù)責(zé)管理Packet的自學(xué)習(xí)、老化、查詢等操作，并根據(jù)查詢結(jié)果進(jìn)一步返回給ENG；

TKM（Token Manager）：采用令牌桶算法，管理令牌數(shù)量；

QCN（Quantized Congestion Notification）：實(shí)現(xiàn)QCN算法，進(jìn)行擁塞控制；

TBM（Table Manager）：實(shí)現(xiàn)SM-3/SHA-1的Hash算法，處理Hash沖突，負(fù)責(zé)管理多個Table；

CSR（Control and Status Register）：通過SPI讀寫Atom所有控制、統(tǒng)計(jì)寄存器，并將寄存器連接到各模塊；

由于本人和團(tuán)隊(duì)都是第一次獨(dú)立進(jìn)行規(guī)?；捻?xiàng)目設(shè)計(jì)，難免缺乏經(jīng)驗(yàn)，在架構(gòu)和設(shè)計(jì)方面若有不足之處，可以及時與我們溝通討論，我們一定認(rèn)真聽取建議?。?！

編輯：黃飛