1. # BCM包处理原理


L2转发流程



  1. # L2转发流程

对于交换芯片来说，L2转发是一个最基本的功能。

2.1 L2功能主要包括：

ingress过滤、

MAC学习和老化、

根据MAC+VLAN转发、

广播与洪泛、

生成树控制等基本功能。

2.2 L2转发的具体流程如图3所示：


图3 L2转发流程

2.3 L2转发流程

从端口进入交换芯片的包首先检查TAG，对于tagged包，判断是否是802.1p的包，（802.1p的包vid为0），对于untagged的包和802.1p的包，根据系统配置加上tag（这些配置包括：基于MAC的vlan、基于子网的vlan、基于协议的vlan和基于端口的vlan）。经过这一步以后，到交换芯片内部的包都变成802.1Q的tagged包了（vid为1－4094，4095保留），

如果设置了ingress过滤，就会检查本端口是否在该vid对应的VLAN中，对于本端口不在该vid对应的VLAN中的包就丢弃。对于没有设置ingress过滤，或者设置ingress过滤但本端口在该vid对应的VLAN中的包进行STP端口状态检查，对于BPDU以外的包，只有端口处于forwarding状态，才允许包进入。

然后进行原MAC地址检查，以原MAC＋VID的哈希为索引查找L2 TABLE，

如果没有找到，就把这个表项（原MAC＋VID）以及对应的端口写到L2 TABLE中，这个过程称为MAC地址学习。当然地址学习的方法有很多种，可以是硬件学习，也可以是软件学习，可以根据PORT表中的CMI字段的配置来进行。

下一步进行目的MAC地址检查：目的MAC地址为广播地址（0xffffffff）的包，在vlan内广播出去；目的MAC地址为组播地址的包，进行组播流程的处理；对于单播包，查找L2 TABLE，如果没有找到，就在vlan内进行洪泛；

如果找到，检查表项中的L3 bit是否设置，

如果设置了L3 bit，就进行L3流程的转发；

否则就转发到L2 TABLE表项中的端口去，在egress方向，也有egress过滤设置（默认是使能的），如果egress端口不在vlan中也是不能转发的。

至此，L2转发流程完成了。

与地址学习相反的过程是地址老化。地址老化的机制是：ASIC内部有个定时器，称为age timer，命令行可以对这个寄存器进行设置，每次查找L2 TABLE时（包括原地址查找和目的地址查找，可以配置），如果命中，就会设置hit标志。当老化时间到后，ASIC把hit标志清除，当下一个老化时间到后，ASIC把hit为0的地址设置为无效，这就是为什么实际地址老化的时间为1～2倍agingTime的原因。

2.4 L2转发相关的表项

2.4.1 port表


图4 port表

Port表是一个非常重要的表，有很多与端口相关的控制都在这里设置。每个端口对应一个表项，按端口号进行索引。

下面介绍一下重要的设置：

1) PVID ：设置PORT_VID

2) 缺省优先级 ：设置PORT_PRI

3) 流分类使能 ：设置FILTER_ENABLE

4) VLAN转换使能 ：设置VT_ENABLE和VT_MISS_DROP

5) Ingress过滤使能：设置EN_IFILTER

6) 信任COS还是信任DSCP ：对于IPV4：TRUST_DSCP_V4=0:信任COS；

TRUST_DSCP_V4=1 : 信任DSCP，对于IPV6：同样设置TRUST_DSCP_V6。

7) Ingress方向mirror使能：设置MIRROR

8) MAC地址学习方式 ：设置CML

9) IP组播是否使用VLAN信息：设置IPMC_DO_VLAN

10) L3转发使能 ：设置V4L3_ENABLE和V6L3_ENABLE

11) 是否丢弃BPDU ：设置DROP_BPDU

12) 控制是否转发带tag和不带tag的包：设置PORT_DIS_TAG和PORT_DIS_UNTAG

13) Pause帧控制 ：设置PASS_CONTROL_FRAMES

14) 基于子网的VLAN使能 ：设置SUBNET_BASED_VID_ENABLE

15) 基于MAC的VLAN使能 ：设置MAC_BASED_VID_ENABLE

16) 设置堆叠口 ：HIGIG_PACKET

17) 设置NNI口 ：NNI_PORT

18) 修改优先级使能 ：MAP_TAG_PACKET_PRIORITY

19) 堆叠口modid设置 ：MY_MODID

20) Out tpid设置 ：OUTER_TPID

21) 基于MAC和基于子网的VLAN优先级设置：VLAN_PRECEDENCE

22) 是否允许单臂桥功能 ：PORT_BRIDGE

23) IP组播位图设置 ：IGNORE_IPMC_L2_BITMAP和IGNORE_IPMC_L3_BITMAP

2.4.2 L2地址表


图6 L2地址表

56504的L2地址表大小为16K，5630X的L2地址表大小为8K，地址表使用MAC+VID的hash值作为索引查表。实际上56504的L2地址表hash值为4K，每个hash值对应4条地址，这样最多可以保存4条hash冲突的地址。地址表中每个表项都保存了MAC_ADDR和VLAN_ID。MAC学习的时候使用原MAC+VID的hash查表，把表中的MAC+VID与包中的MAC+VID进行比较，如果完全相等，表示找到了。然后看端口（TGID_PORT）是否相等，如果不相等表示地址发生了迁移，

对于动态学习的地址需要更新port；如果相等表示命中，更新hit标志。其他几个重要的功能介绍如下：

1) 设置静态地址 ：STATIC_BIT＝1

2) 设置L3转发标志 ：L3＝1

3) 设置本地址的包都转发到CPU去：CPU=1

4) 设置本地址匹配的包丢弃：SRC_DISCARD=1、DST_DISCARD=1

5) 设置本地址匹配的包对某些端口阻塞：MAC_BLOCK_INDEX

6) 设置本地址匹配的包镜像：MIRROR＝1

7) 设置组播索引：L2MC_PTR

8) 地址有效标志：VALID＝1

2.4.3 VLAN表

Vlan表分为ingress和egress两个部分，分别对应入口控制和出口控制。


图7 ingress vlan表

Ingress Vlan表中主要包含了端口列表，用于ingress filter功能。PFM是用于控制组播洪泛的开关。PFM＝0，组播在vlan内洪泛；PFM＝1，注册的组播按组播表转发，未注册的组播在vlan内洪泛；PFM＝2，注册的组播按组播表转发，未注册的组播丢弃。STG用于标识本vlan所属的生成树组。


图8 egress vlan表

Egress vlan表中除了PFM和STG外，还包含了出口方向的端口位图，以及哪些端口以untag的方式发送本vlan的包。

2.4.4 egress port表


图5 egress port表

EGR_PORT是一组寄存器，每个端口一个，用于EGRESS方向的控制，有几个重要设置介绍如下：

1) 设置egress端口类型：PORT_TYPE＝0，UNI端口；PORT_TYPE＝1，NNI端口

2) 设置egress过滤：EN_EFILTER＝1



  1. # L3转发流程


图9 L3转发流程

如果查目的MAC地址表的时候发现L3bit置位了，就进入到L3转发流程。与L2交换相比，L3交换可以实现跨VLAN转发，而且它的转发依据不是根据目的MAC地址，而是根据目的IP。

  1. 涉及到的表：

主机路由表

子网路由表

EGRESS下一跳表 终端设备信息 修改目的信息的依据

接口表 交换设备信息 修改源的信息的依据

INGRESS下一跳表 找到物理端口

  1. L3转发的流程

第一步: 对L3头部进行校验，校验和错的包直接丢弃；

第二步: 进行原IP地址查找

如果主机路由表中没有找到，会上报给CPU，CPU会进行相应的处理，并更新L3表；（先以源地址查找是想确认下是否有站点漂移的现象和更新L3表。An example of a station movement is when a connection from port 1 is moved to port 2 but the SIP remains the same.
Unless the software updates the L3 table, packets that are destined to that DIP are forwarded to port 1.）


第三步：进行目的IP地址查找，

如果主机路由表中没有找到，就会在子网路由表中进行查找，在子网路由表中进行最长子网匹配的查找算法，如果在子网路由表中还没有找到，则送给CPU进行处理，

如果主机路由表或子网路由表中找到了，

就会得到INGRESS/EGRESS下一跳的指针NEXT_HOP_INDEX(ING_L3_NEXT_HOP和EGR_L3_NEXT_HOP)。


注:经过查看sdk可以发现路由表和EGRESS下一跳表在一个结构体中定义的。

如果ECMP使能的话，会得到ECMP的指针和ECMP的个数，从而根据hash算法得到一个下一跳指针。下一条表项中包含了下一跳的MAC地址和接口表的索引。

最后在包转发出去的时候，

用EGRESS下一跳表 查到 目的MAC地址 替换掉包的目的MAC地址。

用EGRESS下一跳表 查到 接口表。

用 接口表 查到 接口MAC地址和VLAN替换掉包的原MAC地址和VLAN。

用INGRESS下一跳表 查到 出端口。

注意：通过代码分析，我们的56151并没有用到EGRESS/INGRESS

L3有关的几个重要的表介绍

  1. 3层主机路由表

v4单播：1024

v4组播：512

v6单播：512

v6组播: 256

  1. 3层LPM路由表

v4单播: 512

v6单播: 256

包含最长前缀匹配IPv4和IPv6子网路由，包括ECMP/ ECMP路由



  1. 接口表

a virtual interface corresponding to a particular routed VLAN

与特殊路由VLAN相对应的虚拟接口

and has an associated IP address and MAC address

并且关联IP地址和MAC地址

作用：包含交换机的接口mac地址，包在转发时替换愿mac地址

  1. EGRESS 下一跳表

作用：包含出接口下一跳的mac地址

包在转发时替换目的mac地址

相当于arp表

  1. INGRESS下一跳表

作用：包含目的端口

L3有关的几个重要的表详细信息

图10 L3单播主机路由表



图11 L3子网路由表



图14 接口表


图13 EGRESS 下一跳表


图15 INGRESS 下一跳表


图12 ECMP表


MPLS相关表



  1. # 特殊数据包上CPU设置

摘抄：BCM53115的CFP共支持256条规则。这些规则依次保存在物理的TCAM Entry（Ternary Content-Aware Memory）中，索引号0~255。

设置方法一： 已经封装好的特殊包上cpu接口

参考igmp：bcm_switch_control_set(ulUnit,bcmSwitchIgmpPktToCpu,FALSE);

设置方法二：利用策略上cpu

参考ptp：STATUS bcm_ssp_specified_dstmac_packet_tocpu(bcm_mac_t date,bcm_mac_t mask);

fdb表初始化默认规则修改：

参考ptp：STATUS bcm_ssp_ptpd_pdelay_packet_tocpu(void)

BCM芯片FP原理及相关SDK数据结构介绍

http://www.dnsnat.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1205&fromuid=1

BCM交换芯片策略路由功能

http://www.dnsnat.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1204&fromuid=1



  1. # 代码分析

UNK可以说是UNP的内核形态，以下可以做UNP框架的参考：

根据以上框架可以确定开发的重点为SSP的开发。SSP是通过SDK封装的应用接口库。所以还需学习SDK提供的API函数。

BCM5615提供的SDK中包含的L3 API



L3 Ingress Interface APIs


L3 Egress Table APIs


L3 VRF


L3 VRRP


L3 NAT

SDK具体可参考：《56XX-PG632-RDS_API_decrypted.pdf》

SSP代码可参考：[bcmRoute.c][bcmRouteHw.c]

UNP库的使用

UNP注册函数

STATUS mvRouteHwapiInit()

{

STATUS rc = UNP_OK;

UNP_hwApiModuleReg_t routeHwApiModuleReg;

routeHwApiModuleReg.funcPortGet = NULL;

routeHwApiModuleReg.funcPortSet = NULL;

routeHwApiModuleReg.funcSwitchGet = NULL;

routeHwApiModuleReg.funcSwitchSet = mvRouteSwitchValueSet;

routeHwApiModuleReg.funcStructGet = NULL;

routeHwApiModuleReg.funcStructSet = mvRouteSwitchStructSet;

routeHwApiModuleReg.funcStructDel = NULL;

rc = UNP_hwapiModuleFuncReg(&routeHwApiModuleReg, UNP_MID_ROUTEMANAGE);

return rc;

}

使用注册函数

UNP_CHECK_ERROR(UNP_hwSwitchValueSet(UNP_HW_VRRPACCESS_ENABLE, ulVrrpEnable));



  1. # MPLS相关

    内核支持

MPLS can be built as a kernel module, or it can be built in a kernel.

To build MPLS first you need to run:

$ make menuconfig

and enable MPLS compiling from:

Network setup -> Networking options -> MPLS (Experimental)

If you’re running Debian based system, nice HOW-TO on compiling and installing custom kernel

can be found here:

https://help.ubuntu.com/community/Kernel/Compile

quagga支持

quagga已经有mpls的分支版本

–enable-mpls=linux –enable-ldpd

broadcom支持

Theory of Operation：没有提到

Network Switching Software Development Kit Release 6.3.2：

有相关api说明，并提到StrataXGS III provides MPLS functionality

临时总结：

其实路由表等不一定非要下硬件，只是下硬件后转发快了。

所以可以总结，控制信息有哪些， 路由信息有哪些。

哪些需要上cpu，哪些不需要上。

quagga保存的所有信息，和需要接收的所有信息。

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