專利名稱：基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代計算環(huán)境中，為了提高服務(wù)器的使用效率，普遍在同一臺服務(wù)器中使用多個虛擬機服務(wù)器，使服務(wù)器利用率從10%-15%提高到85%，大大降低的服務(wù)器數(shù)量，顯著降低了成本。例如，SWsoft的Virtuozzo允許多達80臺虛擬服務(wù)器在一臺雙向服務(wù)器上運行。目前規(guī)?；木W(wǎng)絡(luò)接口都通過網(wǎng)絡(luò)交換機和集線器實現(xiàn)，服務(wù)器中網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量有限。但是目前的常規(guī)服務(wù)器提供2個千兆位網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)量眾多的虛擬機在同一臺服務(wù)器中運行，需要確保每個虛擬服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接的帶寬和性能，共享2個千兆以太網(wǎng)接口難以保證各服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。大型服務(wù)器中目前采用2個IOG以太網(wǎng)接口，因為大型服務(wù)器中虛擬機應(yīng)用數(shù)量相比常規(guī)服務(wù)器更加巨大，共享方式的網(wǎng)絡(luò)接口仍然難以保證每個虛擬服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，而且效率不高。以上虛擬服務(wù)器共享網(wǎng)絡(luò)一般是基于虛擬機軟件實現(xiàn)的，虛擬機監(jiān)控器為上層虛擬機提供虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，基于軟件仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)備共享對系統(tǒng)整體性能產(chǎn)生負面影響，軟件仿真的虛擬網(wǎng)卡傳輸性能只有真實硬件的十幾分之一，類虛擬化下的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能較仿真設(shè)備稍好，也只達實際硬件性能的1/3，而且要犧牲大量CPU資源，不適合數(shù)量眾多時的虛擬機使用。增加網(wǎng)絡(luò)接口卡可以增加性能，但服務(wù)器中PCI-E插槽數(shù)量有限，而服務(wù)器中虛擬機數(shù)量眾多，僅依靠增加有限數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)接口卡不能解決系統(tǒng)擴展需求。

實用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)。一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于其包括至少2個PCIe接口，所述PCIe接口通過至少2個PCIe交換機與至少2片現(xiàn)場可編程門陣列連接，所述現(xiàn)場可編程門陣列與以太網(wǎng)物理層芯片連接，所述以太網(wǎng)物理層芯片與網(wǎng)絡(luò)接口陳列連接。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于每片現(xiàn)場可編程門陣列包括至少2個PCIe端點設(shè)備，每個PCIe端點設(shè)備連接至少2個邏輯設(shè)備。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于每個PCIe端點設(shè)備連接最多8個邏輯設(shè)備。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場可編程門陣列還包括虛擬機互聯(lián)聚簇交換層以及以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊，所述PCIe端點設(shè)備通過虛擬機互聯(lián)聚簇交換層與以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊連接。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于PCIe交換機與PCIe端點設(shè)備連接，以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊與以太網(wǎng)物理層芯片連接。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于PCIe接口通過PCIe交換機分別與不同現(xiàn)場可編程門陣列的PCIe端點設(shè)備連接，形成交叉拓撲結(jié)構(gòu)。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的邏輯設(shè)備內(nèi)包括中斷和DMA傳輸控制模塊、TX共享緩沖區(qū)指針寄存器、RX共享緩沖區(qū)指針寄存器、IP和以太網(wǎng)地址寄存器，并通過TX FIFO與RX FIFO與虛擬機互聯(lián)聚簇交換層連接。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的虛擬機互聯(lián)聚簇交換層由交換節(jié)點相互交叉連接，每個交換節(jié)點分別與其它各個交換節(jié)點連接。所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的交換節(jié)點包括相互連接的FIFO接口、路由控制單元、EMAC控制和接口以及交換FIFO控制和接口。本實用新型的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，利用了 PCI-E高性能特性、FPGA可編程性、PCI-E域交叉連接拓撲結(jié)構(gòu)和虛擬機互聯(lián)聚簇交換層，支持突破常規(guī)網(wǎng)絡(luò)性能的高性能互連，不同主機間虛擬機連接允許的最高帶寬超過了目前大型機系統(tǒng)標配的IOG以太網(wǎng)性能。同時也能適應(yīng)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互接，充分考慮了虛擬機硬件虛擬的實現(xiàn)需求，支持Intel Vt-d硬件虛擬技術(shù)，適應(yīng)多虛擬機系統(tǒng)的互連應(yīng)用。

圖I是本實用新型的網(wǎng)絡(luò)接口擴展連接系統(tǒng)框圖；圖2是本實用新型的網(wǎng)絡(luò)邏輯設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的交換節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型的虛擬機互聯(lián)聚簇交換層的交換結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的交換節(jié)點互連邏輯示意圖。圖中，I—PCIe Host A 接口 ；2—PCIe Host B 接口 ；3—PCIe Switch A ;4—PCIeSwitch B ；5—FPGA A ；6—FPGA B ;7—PCIe端點設(shè)備；8—邏輯設(shè)備；9一虛擬機互聯(lián)聚簇交換層；10—EMAC ； 11—Phy ;12—網(wǎng)絡(luò)接口陳列；13—中斷和DMA傳輸控制模塊；14 一 TX共享緩沖區(qū)指針寄存器；15—RX共享緩沖區(qū)指針寄存器；16 — IP和以太網(wǎng)地址寄存器；17—PCIe core ； 18—PCIe core 接口模塊；19—TX FIFO ;20—RX FIFO ;21—FIFO 接口 ；22—路由控制單元；23—EMAC控制和接口 ；24—交換FIFO控制和接口 ；25—交換節(jié)點。
具體實施方式
下面對本實用新型進行詳細說明。本實用新型的系統(tǒng)，一般使用服務(wù)器中帶寬性能最高的PCIe接口槽作為擴展接口。使用服務(wù)器內(nèi)的PCIe X16擴展口，PCIe X16性能和連接數(shù)量計算方法如下
PCIe規(guī)范 ISS速率編碼方式 PCIeXie鏈路理論傳輸帶IGbpsR
Gbps/s帶 : GWs 寬絡(luò)最大r
Gbps/s展數(shù)重
權(quán)利要求1.一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于其包括至少2個PCIe接口，所述PCIe接口通過至少2個PCIe交換機與至少2片現(xiàn)場可編程門陣列連接，所述現(xiàn)場可編程門陣列與以太網(wǎng)物理層芯片連接，所述以太網(wǎng)物理層芯片與網(wǎng)絡(luò)接口陳列連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于每片現(xiàn)場可編程門陣列包括至少2個PCIe端點設(shè)備，每個PCIe端點設(shè)備連接至少2個邏輯設(shè)備。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于每個PCIe端點設(shè)備連接最多8個邏輯設(shè)備。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系 統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場可編程門陣列還包括虛擬機互聯(lián)聚簇交換層以及以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊，所述PCIe端點設(shè)備通過虛擬機互聯(lián)聚簇交換層與以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于PCIe交換機與PCIe端點設(shè)備連接，以太網(wǎng)媒體訪問控制模塊與以太網(wǎng)物理層芯片連接。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于PCIe接口通過PCIe交換機分別與不同現(xiàn)場可編程門陣列的PCIe端點設(shè)備連接，形成交叉拓撲結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求2所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的邏輯設(shè)備內(nèi)包括中斷和DMA傳輸控制模塊、TX共享緩沖區(qū)指針寄存器、RX共享緩沖區(qū)指針寄存器、IP和以太網(wǎng)地址寄存器，并通過TX FIFO與RX FIFO與虛擬機互聯(lián)聚簇交換層連接。
8.如權(quán)利要求4所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的虛擬機互聯(lián)聚簇交換層由交換節(jié)點相互交叉連接，每個交換節(jié)點分別與其它各個交換節(jié)點連接。
9.如權(quán)利要求8所述的一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于所述的交換節(jié)點包括相互連接的FIFO接口、路由控制單元、EMAC控制和接口以及交換FIFO控制和接口。
專利摘要本實用新型提供了一種基于PCIe總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴展連接和虛擬機互連優(yōu)化系統(tǒng)，包括至少2個PCIe接口，所述PCIe接口通過至少2個PCIe交換機與至少2片現(xiàn)場可編程門陣列連接，所述現(xiàn)場可編程門陣列與以太網(wǎng)物理層芯片連接，所述以太網(wǎng)物理層芯片與網(wǎng)絡(luò)接口陳列連接。本實用新型利用了PCI-E高性能特性、FPGA可編程性、PCI-E域交叉連接拓撲結(jié)構(gòu)和虛擬機互聯(lián)聚簇交換層，支持突破常規(guī)網(wǎng)絡(luò)性能的高性能互連，不同主機間虛擬機連接允許的最高帶寬超過了目前大型機系統(tǒng)標配的10G以太網(wǎng)性能。同時也能適應(yīng)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互接，充分考慮了虛擬機硬件虛擬的實現(xiàn)需求，支持IntelVt-d硬件虛擬技術(shù)，適應(yīng)多虛擬機系統(tǒng)的互連應(yīng)用。
文檔編號H04L12/46GK202535384SQ201220089980
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者柳軍勝 申請人:杭州海萊電子科技有限公司