典型交换机的硬件结构

　　典型的交换机硬件包含的内容，比如交换机专用集成电路（ASIC）、端口子系统、物理层子系统（PHY）、CPU、复杂可编程逻辑设备（CPLD）和事件处理器。典型数据中心交换机的内部结构如图1所示

                     图1：典型的数据中心交换机内部结构图

一、组件：

交换机ASIC —— Application Specific Integrated Circuit——专用集成电路/专业芯片。

交换机ASIC是交换机上重要的硬件组件。它是一种快速处理数据包的专用集成电路芯片，能够以每秒最高达12.8Tbps的速率交换数据包。交换机可以通过其他处理单元（例如FPGA 或x86 CPU）来增强交换机ASIC，但性能只会增加一点点。交换机ASIC内部有多个组件：存储器，通常是CAM、TCAM或SRAM ，用于存储需要由ASIC快速访问的信息 ; 一个解析流水线，由一个解析器和一个deparser组成，它从数据包中定位、提取、保存感兴趣的数据，并在数据包发送出去之前重建数据包 ; 匹配-动作（Match-Action ）单元，它们指定ASIC应如何根据数据包内的数据、配置的数据包处理逻辑和ASIC存储器内的数据来处理数据包。

PHY。PHY（物理层子系统）负责将链路层设备（例如ASIC）连接到物理介质（例如光纤），并将链路上的模拟信号转换为数字化的以太网帧。在某些交换机设计中，PHY可以在ASIC内构建。在高速传输数据时，电信号干扰非常严重，会导致交换机内部数据包损坏。因此，需要复杂的降噪技术，如PHY tuning 。 PHY tuning控制各种参数，例如预加重（pre-emphasis）、可变功率设置或用到的前向纠错算法（FEC）的类型。

端口子系统。端口子系统负责读取端口配置，检测已安装端口的类型，初始化端口以及为端口提供与PHY交互的接口。数据中心交换机包含多个Quad Small Form-Factor Pluggable（QSFP）端口。 QSFP端口是一种紧凑的热插拔收发器，用于将交换机硬件与线缆连接，数据速率最高可达100Gb/s。 QSFP端口的类型和数量由交换机规范和ASIC决定。
FBOSS通过分配动态通道映射和适应端口更改事件来与端口子系统交互。动态通道映射是指将每个QSFP中的多个通道映射到适当的端口虚拟ID。这允许更改端口配置，而无需重新启动交换机。

CPU板。在交换机中存在一个运行微服务器的CPU板。CPU板非常类似于商业服务器，包含商业x86 CPU、RAM和存储介质。除了这些标准部件外，CPU板还通过专门的PCI-E总线与交换机ASIC互连，可实现对ASIC的快速调用。X86 CPU的存在使得能够为交换机安装商用Linux进而提供常见的操作系统功能。与服务器级CPU相比，交换机内的CPU通常性能要低一些。但是，FBOSS设计之初就假设交换机中的CPU与服务器级CPU一样强大，因此交换机可以运行尽可能多的所需服务。

其它板管理器。交换机将各种繁杂功能从CPU和ASIC卸载到其它各种组件，以提高整体系统性能。这些组件中的两个例子是复杂可编程逻辑器件（CPLD）和基板管理控制器（BMC）。CPLD负责状态监控、LED控制、风扇控制和前面板端口管理。BMC是一种专用的片上系统，具有自己的CPU、存储器、存储器和连接传感器/CPLD的接口。 BMC管理着电源和风扇。它还提供系统管理功能，例如远程电源控制、LAN上串口、带外监控和错误日志，以及用户将操作系统安装到设备之前的一个迷你操作系统环境。 BMC由OpenBMC等定制软件控制。

二、事件处理程序

事件处理程序使交换机能够将内部状态更改通知到任何外部实体。交换机事件处理程序的机制与任何其他基于硬件的事件处理程序非常相似，因此处理程序可以同步或异步方式处理。我们讨论两个特定于交换机的事件处理程序：链路事件处理程序和慢速路径数据包处理程序。

文章来源：开放网络操作系统介绍(3)、Facebook FBOSS