Thiết kế bộ đệm cho các thiết bị chuyển mạch crossbar lớp 2 sử dụng kiểu bộ nhớ chia sẻ

Bài viết giáo thiệu thuật toán mô tả thiết kế bộ nhớ chia sẻ trên nền tảng công nghệ FPGA cải tiến từ các công bố trước đây, đồng thời cũng đưa ra một số kết quả đánh giá sử dụng FPGA của Xilinx. Kết quả đánh giá cho thấy thuật toán cải tiến đáp ứng được trong ứng dụng thiết kế thiết bị chuyển mạnh lớp 2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ đệm cho các thiết bị chuyển mạch crossbar lớp 2 sử dụng kiểu bộ nhớ chia sẻCông nghệ thông tin THIẾT KẾ BỘ ĐỆM CHO CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH CROSSBAR LỚP 2 SỬ DỤNG KIỂU BỘ NHỚ CHIA SẺ Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Thị Mỹ Linh, Trần Đức Huy, Thái Trung Kiên*, Hoàng Đình Thắng Tóm tắt: Bài báo giáo thiệu thuật toán mô tả thiết kế bộ nhớ chia sẻ trên nền tảng công nghệ FPGA cải tiến từ các công bố trước đây, đồng thời cũng đưa ra một số kết quả đánh giá sử dụng FPGA của Xilinx. Kết quả đánh giá cho thấy thuật toán cải tiến đáp ứng được trong ứng dụng thiết kế thiết bị chuyển mạnh lớp 2. Đây là kết quả ban đầu của dự án nghiên cứu “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển mạch (Switch) có tính năng an toàn, bảo mật thông tin trên nền tảng FPGA và mã nguồn mở”.Từ khóa: Share-memory; Switch; FPGA. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mô hình chuyển mạch lớp 2 được sử dụng ngày nay dựa trên cấu trúc Crossbar,theo [1] cấu trúc thiết bị được mô tả như trên hình 1. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Hình 1. Kiến trúc chuyển mạch lớp 2. Trong kiến trúc này bộ đệm cho các gói tin được tổ chức trên cả đầu vào, đầu ravà cho từng điểm giao (crossbar). Từ kiến trúc như vậy thiết bị chuyển mạch cómột số kiểu bộ đệm như sau: - Kiến trúc bộ đệm đầu vào (kiểu 1). - Kiến trúc bộ đệm đầu ra (kiểu 2). - Kiến trúc bộ đệm kết hợp (kiểu 3). Theo [2] kiến trúc bộ đệm kiểu 1 có thông lượng hệ thống chỉ bằng 58,6%thông lượng có thể đạt được của hệ thống. Kiến trúc kiểu 2 sẽ dẫn đến dung lượngbộ đệm rất lớn và khó có thể tổ chức các thiết bị có thông thượng lớn do giới hạn182 N. V. Thành, …, H. Đ. Thắng, “Thiết kế bộ đệm cho các thiết bị … kiểu bộ nhớ chia sẻ.”Nghiên cứu khoa học công nghệcủa các công nghệ bộ nhớ. Như vậy người ta sử dụng kiểu 3, và chia sẻ các bộ đệmcho tất cả các đầu vào và đầu ra. Theo [3], [4], [5] cấu trúc bộ nhớ chia sẻ cho các thiết bị chuyển mạch lớp 2được đưa ra như hình 2. Trong hình 2, thiết bị bao gồm các phần như sau: - Bộ đệm dữ liệu đầu vào. - Bộ đệm dữ liệu đầu ra. - Bộ đệm dữ liệu chia sẻ. - Bộ thuật toán quản lý dữ liệu. Bộ nhớ chia sẻ 1 2 N Thuật toán quản lý bộ nhớ Bộ đệm đầu ra Bộ đệm đầu vào 1 1 2 2 Gói đến Gói đi N N Hình 2. Kiến trúc chung bộ nhớ chia sẻ.Cấu trúc hình 2 hoạt động trên cơ sở một số giả thiết như sau:- Các gói tin được đưa đến và đi có tốc độ như nhau trên tất cả các cổng.- Các gói tin có kích thước không thay đổi.- Các gói tin được lưu trữ trên các ô nhớ bằng đúng kích thước của chúng. Các gói tin trong hệ thống mạng không có kích thước giống nhau, tốc độ củacác gói tin đến từ các cổng cũng không giống nhau. Như vậy để có thể thực hiệncác cấu trúc này cần phải được cải tiến. Trên thực tế hãng Cisco đã sử dụng cấutrúc này cho nhiều thiết bị [6], tuy nhiên các kết quả nghiên cứu và ứng dụng củahọ đều không được công bố. Một trong các thiết kế cho các thiết bị chuyển mạchđược tham khảo từ [7], kiến trúc này sử dụng cho các thiết bị chuyển mạch trongmạng ATM và có kích thước gói cố định 64 byte. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BỘ NHỚ CHIA SẺ Kiến trúc bộ nhớ chia sẻ cho các thiết bị chuyển mạch lớp 2 trong thiết kế củađược đưa ra trên hình 3. Kiến trúc này thực hiện với thiết bị chuyển mạch lớp 2, với một số yêu cầunhư sau:Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 11 - 2018 183 Công nghệ thông tin - Bộ nhớ chia sẻ được phân thành các ô nhớ, mỗi ô nhớ có kích thước 64 byte. - Các gói tin được phân chia thành các đoạn, mỗi đoạn 64 byte. - Các gói tin có thể được ghi ở các ô nhớ không liên tiếp nhau. Như vậy, kiến trúc này khác với các kiến trúc đã được công bố ở các điểm sau: - Các gói tin có độ dài thay đổi. - Các gói tin bị phân mảnh thành các đoạn 64 byte. - Các gói tin có trọng số khác nhau để đảm bảo thực hiện QoS. Để giải quyết các vấn đề thực tế, ở đây đưa thêm các thành phần so với kiến ...