网络设备硬核技术内幕 交换机篇 3 从御剑术到冲灵剑法

上回提到，正如李逍遥学会了御剑术，可以同时操控数十甚至几百柄剑那样，交换机可以同时处理数十到数百个以太网接口的数据包转发。

显然，通用计算机的IO扩展能力无法扩展如此之多的网络接口，也无法实时处理如此多的数据包。工程师们开发了专用的芯片(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)来实现以太网交换机的功能。

以太网交换机的ASIC，包括以下部分：

1. 端口Serdes收发器：它负责将以太网数据包调制编码为高速串行信号，把接收到的高速串行型号解调解码为以太网数据包；
2. MAC处理核：它负责载波侦听、读写缓冲器收发以太网数据包，检查数据包的合法性，处理流控帧等；
3. 报文处理流水线：它负责查找MAC表等数据包处理功能；
4. 报文缓冲区：交换机收到的报文在这个地方暂存，对于数据拥塞的情况，也可以临时暂存拥塞造成的滞留数据包，一定程度避免拥塞丢包；
5. MAC地址表：它由一种叫做“内容寻址内存”(content addressable memory, CAM)的技术实现。CAM可以在O(1)的时间内，根据内容找到表项。

当交换机的端口收到数据包，MAC处理核会将数据包储存到缓冲区，随即，报文处理流水线根据数据包的目的MAC查找MAC地址表，如果发现了这条地址表，就将报文从地址表的出接口发送出去，并删除缓冲区中的这个数据包。否则，报文处理流水线会发出指令，让MAC处理核向每个端口发送这个数据包。

与此同时，报文处理流水线还会根据这个数据包的源MAC刷新MAC地址表，将源MAC与源端口关联。这样，就完成了MAC表项的学习过程。

这一切都是由专用的电路实现的。由于采用专用集成电路设计，每颗ASIC可以集成数十个MAC核及其收发Serdes。

交换机ASIC目前常见的供应商有Broadcom，Marvell，Microsemi，台湾擎发通讯、中国苏州盛科网络等。此外，还有一些交换机厂商自行研制交换机ASIC，但只有CISCO的UADP系列得到了市场的认可。这是后话。

却说那华山派弟子令狐冲掌握了基于ASIC的交换机技术后，发现掌握数十柄宝剑虽然畅快，但数量却受到ASIC限制。令狐冲与小师妹岳灵珊常一同修炼剑法，彼此心意相通已久，只是还没有捅破窗户纸。

有天，二人正于室外练剑，突然风雨大作，二人浑身被大雨淋透，为避雨急忙奔入山洞……

为了祖国的花朵，划掉。

有天，二人正于瀑布中玩耍，突然心有灵犀，异口同声曰：既然一人修炼御剑术，可御四十八飞剑(48*GE)，如二人合体，可否御九十六剑？

二人遂找一无人之处，试图合体，但由于没有经验，不得其门而入……

二人先击掌而笑，已经给新的剑术起名曰“冲灵剑法”，突又抱头大哭。

御剑术只可御48柄飞剑，并无其他剑可供合体对接，这该如何是好？

单片交换机ASIC的资源是有限的。一般地，它只能实现24-48个以太网接口的交换。怎么样可以扩展到更多的以太网端口呢？

欲知令狐冲如何与岳灵珊合体练成冲灵剑法，请看下回分解——