专利名称：基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于网络技术领域，具体是一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统。
背景技术：
在现代计算环境中，为了提高服务器的使用效率，普遍在同一台服务器中使用多个虚拟机服务器，使服务器利用率从10%-15%提高到85%，大大降低的服务器数量，显著降低了成本。例如，SWsoft的Virtuozzo允许多达80台虚拟服务器在一台双向服务器上运行。目前规模化的网络接口都通过网络交换机和集线器实现，服务器中网络接口数量有限。但是目前的常规服务器提供2个千兆位网络接口，数量众多的虚拟机在同一台服务器中运行，需要确保每个虚拟服务器的网络连接的带宽和性能，共享2个千兆以太网接口难以保证各服务器的网络带宽需求。大型服务器中目前采用2个IOG以太网接口，因为大型服务器中虚拟机应用数量相比常规服务器更加巨大，共享方式的网络接口仍然难以保证每个虚拟服务器网络带宽需求，而且效率不高。以上虚拟服务器共享网络一般是基于虚拟机软件实现的，虚拟机监控器为上层虚拟机提供虚拟网络设备，基于软件仿真网络设备的设备共享对系统整体性能产生负面影响，软件仿真的虚拟网卡传输性能只有真实硬件的十几分之一，类虚拟化下的虚拟网络设备性能较仿真设备稍好，也只达实际硬件性能的1/3，而且要牺牲大量CPU资源，不适合数量众多时的虚拟机使用。增加网络接口卡可以增加性能，但服务器中PCI-E插槽数量有限，而服务器中虚拟机数量众多，仅依靠增加有限数量的网络接口卡不能解决系统扩展需求。
实用新型内容为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统。一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于其包括至少2个PCIe接口，所述PCIe接口通过至少2个PCIe交换机与至少2片现场可编程门阵列连接，所述现场可编程门阵列与以太网物理层芯片连接，所述以太网物理层芯片与网络接口陈列连接。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于每片现场可编程门阵列包括至少2个PCIe端点设备，每个PCIe端点设备连接至少2个逻辑设备。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于每个PCIe端点设备连接最多8个逻辑设备。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述现场可编程门阵列还包括虚拟机互联聚簇交换层以及以太网媒体访问控制模块，所述PCIe端点设备通过虚拟机互联聚簇交换层与以太网媒体访问控制模块连接。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于PCIe交换机与PCIe端点设备连接，以太网媒体访问控制模块与以太网物理层芯片连接。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于PCIe接口通过PCIe交换机分别与不同现场可编程门阵列的PCIe端点设备连接，形成交叉拓扑结构。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的逻辑设备内包括中断和DMA传输控制模块、TX共享缓冲区指针寄存器、RX共享缓冲区指针寄存器、IP和以太网地址寄存器，并通过TX FIFO与RX FIFO与虚拟机互联聚簇交换层连接。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的虚拟机互联聚簇交换层由交换节点相互交叉连接，每个交换节点分别与其它各个交换节点连接。所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的交换节点包括相互连接的FIFO接口、路由控制单元、EMAC控制和接口以及交换FIFO控制和接口。本实用新型的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，利用了 PCI-E高性能特性、FPGA可编程性、PCI-E域交叉连接拓扑结构和虚拟机互联聚簇交换层，支持突破常规网络性能的高性能互连，不同主机间虚拟机连接允许的最高带宽超过了目前大型机系统标配的IOG以太网性能。同时也能适应传统网络互接，充分考虑了虚拟机硬件虚拟的实现需求，支持Intel Vt-d硬件虚拟技术，适应多虚拟机系统的互连应用。
图I是本实用新型的网络接口扩展连接系统框图；图2是本实用新型的网络逻辑设备结构示意图；图3是本实用新型的交换节点结构示意图；图4是本实用新型的虚拟机互联聚簇交换层的交换结构示意图；图5是本实用新型的交换节点互连逻辑示意图。图中，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端点设备；8—逻辑设备；9一虚拟机互联聚簇交换层；10—EMAC ； 11—Phy ;12—网络接口陈列；13—中断和DMA传输控制模块；14 一 TX共享缓冲区指针寄存器；15—RX共享缓冲区指针寄存器；16 — IP和以太网地址寄存器；17—PCIe core ； 18—PCIe core 接口模块；19—TX FIFO ;20—RX FIFO ;21—FIFO 接口 ；22—路由控制单元；23—EMAC控制和接口 ；24—交换FIFO控制和接口 ；25—交换节点。
具体实施方式
下面对本实用新型进行详细说明。本实用新型的系统，一般使用服务器中带宽性能最高的PCIe接口槽作为扩展接口。使用服务器内的PCIe X16扩展口，PCIe X16性能和连接数量计算方法如下
PCIe规范 ISS速率编码方式 PCIeXie链路理论传输带IGbpsR
Gbps/s带 : GWs 宽络最大r
Gbps/s展数重
权利要求1.一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于其包括至少2个PCIe接口，所述PCIe接口通过至少2个PCIe交换机与至少2片现场可编程门阵列连接，所述现场可编程门阵列与以太网物理层芯片连接，所述以太网物理层芯片与网络接口陈列连接。
2.如权利要求I所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于每片现场可编程门阵列包括至少2个PCIe端点设备，每个PCIe端点设备连接至少2个逻辑设备。
3.如权利要求2所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于每个PCIe端点设备连接最多8个逻辑设备。
4.如权利要求2所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系 统，其特征在于所述现场可编程门阵列还包括虚拟机互联聚簇交换层以及以太网媒体访问控制模块，所述PCIe端点设备通过虚拟机互联聚簇交换层与以太网媒体访问控制模块连接。
5.如权利要求4所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于PCIe交换机与PCIe端点设备连接，以太网媒体访问控制模块与以太网物理层芯片连接。
6.如权利要求5所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于PCIe接口通过PCIe交换机分别与不同现场可编程门阵列的PCIe端点设备连接，形成交叉拓扑结构。
7.如权利要求2所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的逻辑设备内包括中断和DMA传输控制模块、TX共享缓冲区指针寄存器、RX共享缓冲区指针寄存器、IP和以太网地址寄存器，并通过TX FIFO与RX FIFO与虚拟机互联聚簇交换层连接。
8.如权利要求4所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的虚拟机互联聚簇交换层由交换节点相互交叉连接，每个交换节点分别与其它各个交换节点连接。
9.如权利要求8所述的一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，其特征在于所述的交换节点包括相互连接的FIFO接口、路由控制单元、EMAC控制和接口以及交换FIFO控制和接口。
专利摘要本实用新型提供了一种基于PCIe总线的网络设备扩展连接和虚拟机互连优化系统，包括至少2个PCIe接口，所述PCIe接口通过至少2个PCIe交换机与至少2片现场可编程门阵列连接，所述现场可编程门阵列与以太网物理层芯片连接，所述以太网物理层芯片与网络接口陈列连接。本实用新型利用了PCI-E高性能特性、FPGA可编程性、PCI-E域交叉连接拓扑结构和虚拟机互联聚簇交换层，支持突破常规网络性能的高性能互连，不同主机间虚拟机连接允许的最高带宽超过了目前大型机系统标配的10G以太网性能。同时也能适应传统网络互接，充分考虑了虚拟机硬件虚拟的实现需求，支持IntelVt-d硬件虚拟技术，适应多虚拟机系统的互连应用。
文档编号H04L12/46GK202535384SQ201220089980
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者柳军胜 申请人:杭州海莱电子科技有限公司