[发明专利]交换数据库高速缓冲存储器管理系统

说明书

该发明涉及数据包交换网络，特别是涉及一种高速缓冲存储器管理系统，主要用于一个局域网的交换机的高速缓冲存储器管理系统中，例如支持虚拟局域网(VLAN)的以太网的交换机上。

当一个数据包到达一个局域网的交换机时，这个交换机必须能根据MAC(媒介存取控制)地址迅速地将输入的数据包输出到相应的输出端口。例如扎尔林克V.N.公司提供了这种交换机DS226，它提供了一种高密度端口数目、低成本、高性能防阻塞的以太网交换芯片。一个单一的芯片可以以10/100Mbps的速度提供24个端口，以1000Mbps的速度提供2个端口，和1个10/100Mbps的CPU管理接口用于管理和解除管理的交换请求。其中千兆位端口也能支持10/100M和2G的堆叠连接方式。

当一个输入数据包到达一个端口时，所述交换机必须在数据库中查找MAC(媒介存取控制)目的地的地址，以确定将输入数据包所应送达到的端口。已有技术的多层交换系统需要一个很大的交换数据库以作出数据包转发选择。

很大的交互数据库会有相当复杂的硬件设备。

本发明的一个目的就是减小大规模交换数据库的复杂性，以使其适用于桥接器、路由器和其他的交换设备中。

依据本发明，提供一种网络交换机，所述交换机包括多个端口，一个能够依据数据包中携带的目的地地址将输入数据包输出至相应的输出端口的包转发器，和一个提供转换信息给所述包转发器的转换数据库。所述交换数据库包含一个低速的主数据库，一个高速缓冲存储器，和一个依照预定控制策略在主数据库和所述高速缓冲存储器之间传送交换数据的控制器。

本发明允许最常存储的地址，主要是MAC地址，储存在高速缓冲存储器中。用高速的搜索硬件，这些地址能很快被定位。当一个输入数据包到达所述交换机时，所述交换机首先在高速缓冲存储器中查找目的地地址，只有当交换机在这个高速缓冲存储器中没有找到要找的地址时，它才在主低速交换数据库中查找。

大部分的交换信息被存储于低速的数据库中。通过智能地控制高速数据库中存储的数据，交换机的功能可以得到明显的改进。

以下将参照附图仅以举例的方式对该项发明进行详细描述，其中：

图1是一个典型的数据包交换的框图；

图2是一个基于本发明的智能高速缓冲存储系统的框图。

图1显示了一种典型的适用于以太网数据交换的交换机。该交换机包括一个帧转发器10与端口12相连，用于从网路中传输和接收数据包。所述数据包主要是在本地局域网上传输的以太网帧。所述帧转发器10的任务是根据在所述帧中所携带的目的地地址，将输入数据帧传输到适当的输出端口。这个地址是物理地址，也就是MAC(媒介存取控制)地址。它是唯一的识别标识网络中的每一个节点的硬件地址。

当一个输入帧到达交换机时，搜索引擎14负责根据帧中携带的MAC地址，为输入帧识别并找出相应的输出端口。

为了确保一个无阻塞交换，需要两个存储区16，18。由64位存储器总线20，22连接至FDB(文件数据缓冲区)接口24。所述交换数据库(图1中未示出)是置于外部的SRAM(静态存储器)。

这种交换数据库存储着网络中所有MAC地址的端口信息。对于大型网络而言，MAC地址的数量可能很大，就需要高度复杂的系统。

图2显示了更多的有关搜索引擎14的细节。如图2所示，搜索引擎14与一个相对低速的外部主交换数据库30和一个较小的高速缓冲存储器32相连，所述主交换数据库可以是相对低速的。这是一种支持全线速数据包转发的高性能的数据库。

该搜索引擎通过一个分级指令系统处理器(HISC)与主数据库36和中央处理器(CPU)34相连。

为了使该系统有效运作，必须输入一种交换策略，以有效利用有效资源。理想情况下，最经常访问的入口应一直在高速缓冲存储器32中生效。

该数据库交换系统允许任何数据库获悉、删除或更改新的入口。这在低级硬件或高级软件控制下是可行的。任何入口也可以基于请求而进行修改。例如，如果一个主机转换了端口，那么过滤项目就必须在部分或所有的数据库中进行修改。

当高速数据库32中的资源开始变少时，高速缓冲存储器替代原则选择数据库中要删除、转移或交换的入口，以便于新的入口可以插入到高速数据库32中。

有一种较早的策略提供了一种处理入口的机制，这些入口在一预定的时间段内没有在数据库系统内被使用过，该机制会在部分数据库或所有的数据库内标志或删除部分或所有未使用的入口。