CN101193041A - 网络数据传输的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络数据传输的方法，该方法包括：A.发送端将需要进行组合的每一MAC短帧分解为共同公共部份及需组合部份；B.根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；C.将所述公共部份、合帧控制部份与每一MAC短帧的需组合部份组合成一个合帧；D.将所述合帧发送出去。本发明还公开了一种网络数据传输的装置及系统。实施本发明，将多个MAC短帧组合成一个长的合帧进行传输，可以提高网络的传输速率；并通过引入时间阈值和合帧的短帧个数阈值，有效控制延时和抖动。

Description

网络数据传输的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种网络数据传输的方法、装置及系统。

背景技术

因特网(Internet)技术的迅猛发展和普及为流媒体业务的发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正变得日益流行。特别是宽带网络的发展，为推广高品质的流媒体业务提供了网络基础。基于宽带的音视频点播和交互类流媒体服务成为了目前应用最广泛的特色业务，流媒体业务为最终用户提供丰富多彩的流媒体内容。流媒体技术广泛用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务的方方面面。

前面讲到的流媒体可以在传统以太网上面传送；如图1所示，示出了传统的IEEE802.3协议中传送结构的层次模型图。

在发送方向上，高层(如应用层)将需要传送的信息封装成IP报文，下发给可选的逻辑链路控制(LLC)层，LLC层将其进行封装后下发给媒体接入控制(MAC)层，MAC层将其封装成MAC帧后下发给物理(PHY)层，最后发送端的PHY层将MAC帧转换成比特流，并发送到通信宿端(接收端)。从而完成整个发送过程。

在接收方向上，首先，接收端PHY层接收通信源端(发送端)的比特流，提取MAC帧上传给MAC层，MAC层提取可选的LLC帧上传给LLC层，最后LLC层提取IP报文上传给高层。

其中，MAC层的封装的MAC帧的格式可参见图2及图3所示，其中，图2示出了有IEEE802.3中一般的MAC帧结构；图3示出了现有IEEE802.3中带有虚拟局域网(VLAN)标识的MAC帧结构。其中包括用于同步的“前导码”域(PREA)、用于表示帧开始的“帧开始定界符”域(SFD)、用于指示接收方的“目的地址”域(DA)、用于指示发送方的“源地址”域(SA)、用于表示帧类型及长度的“类型/长度”域(TYPE)、用于携带需传送的信息的“净荷/填充”域及“帧校验序列”域。如果带有VLAN标识的MAC帧结构，则还包括“VLAN指示字”域及“VLAN TAG”域。

如图4及图5所示，分别示出了MAC层及带VLAN标识的MAC层封装净荷开销比例举例列表。

对于不带VLAN标识的以太网，在MAC层的封装共有38个开销字节，所述开销字节包括：12字节的帧间隙(IFG)、7字节的前导码(PREA)、1字节帧开始定界符(SFD)、6字节的目的地址(DA)、6字节的源地址(SA)、2字节的类型长度域及4字节的帧校验值(FCS)。

而对于带VLAN标识的以太网，在MAC层上的封装还要包括4个字节的VLAN标识开销(2个字节的“VLAN指示字域”及2个字节的“VLAN TAG域”)，故其共有42个开销字节。

从图4及图5所示，现有的MAC层协议，如IEEE802.3所定义的以太网协议，对于短帧的传输效率很差。例如，对于总帧长为64字节的最小报文，用不带VLAN标识的MAC封装的形式，其传输效率只有54.76％，而用带VLAN标识的MAC封装的形式，其传输效率也只有50％。而随着帧的长度的增大，其传输效率也随之增大；如总帧长为2048字节长的报文，其传输效率分别达到98.16％和97.97％。

另外，在共享介质或单工(即接受域发送采用相同传输介质)的情况下，由于使用媒介进行发送数据前，需要通过某种协商或仲裁以避免冲突，帧间隙会更大，帧的传输效率会更差。

所以在现有的传统的MAC层协议(如IEEE802.3)所定义的以太网协议存在有如下不足之处：

其对于短帧的传输效率很差，即使对于目的地址相同的短帧也没有办法来提高其传输效率。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种网络数据传输的方法、装置及系统，以提高传输MAC短帧数据时的网络传输效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：提供一种网络数据传输的方法，该方法包括如下步骤：

A、发送端将需要进行组合的每一MAC短帧分解为共同公共部份及需组合部份；

B、根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

C、将所述公共部份、合帧控制部份与每一MAC短帧的需组合部份组合成一个合帧；

D、将所述合帧发送出去。

相应的，本发明还提供一种网络数据传输的方法，包括如下步骤：

a、接收来自发送端的合帧；

b、将所接收的合帧分拆出合帧公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

c、将所分拆出的合帧公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

相应的，本发明还提供一种网络数据发送装置，包括：

短帧分解单元，用于将所需要组合的每一MAC短帧分解成公共部份及需组合部份；

控制部份生成单元，用于根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

组合单元，用于将所述短帧分解单元分解出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份及控制部份生成单元所生成的合帧控制部份组合成一个合帧；

发送单元，用于将所述组合单元生成的所述合帧发送出去。

相应的，本发明还提供一种网络数据接收装置，包括：

接收单元，用于接收来自发送端的合帧；

分拆单元，用于将接收单元所接收的合帧，分拆出公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

重组单元，用于将分拆单元所分拆出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

相应的，本发明还提供一种网络数据传输系统，其包括发送端与接收端，所述发送端包括短帧分解单元、组合单元、控制部份生成单元及发送单元，所述接收端包括接收单元、分拆单元及重组单元，其中，

短帧分解单元，用于将需要组合的每一MAC短帧分解成公共部份及需组合部份；

控制部份生成单元，用于根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

组合单元，用于将所述短帧分解单元分解出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份及控制部份生成单元所生成的合帧控制部份组合成一个合帧；

发送单元，用于将所述组合单元生成的所述合帧发送出去；

接收单元，用于接收来自发送端的合帧；

分拆单元，用于将接收单元所接收的合帧，分拆出公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

重组单元，用于将分拆单元所分拆出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

实施本发明，具有如下有益效果：

将多个具有相同目的地址的MAC短帧组合成一个长的合帧进行传输，提高了网络的吞吐率及网络传输效率，增加了网络带宽利用率。例如，采用合帧技术将4个128字节长的短帧一起传输，MAC层的传输效率可从70％提高到90％。

附图说明

图1是现有的IEEE802.3协议传送的层次模型图；

图2是现有IEEE802.3中的一种MAC帧结构示意图；

图3是现有IEEE802.3中的一种带有VLAN标识的MAC帧结构示意图；

图4是现有的MAC层封装净荷开销比例举例列表；

图5是现有的带VLAN标识的MAC层封装净荷开销比例举例列表；

图6是本发明中的合帧传送的层次模型图；

图7是本发明中一种MAC合帧结构示意图；

图8是本发明中一种带VLAN标识的MAC合帧结构示意图；

图9是本发明中发送端生成合帧并发送的流程示意图；

图10是本发明中接收端接收合帧并拆分的流程示意图；

图11是本发明用于提高网络传输效率的系统的一个实施例的结构示意图；

图12是图11中第一缓存区的运行原理示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，在网络的MAC层中增加一个合帧子层，对于目的地址相同的多个短帧，可以选择将它们组合成一个合帧进行传输，其中，对于多个短帧中的相同的PHY层开销和部份MAC层开销只需传输一次，对于多个短帧中的不同的部份MAC层开销及净荷，组合在一个合帧中传输。在接收端将该合帧分拆还原成原来的多个短帧，从而提高传输效率。

如图6所示，是本发明中的合帧传送的层次模型图；在本发明中，不改变高层、LLC层和MAC层之间的接口定义，充分保留各层的功能模块和实现步骤。而是在MAC层和PHY层之间增加一个合帧子层(PMAC)，可以划归属于MAC层的一部份。

其工作原理大致如下：

在发送方向上，高层(如应用层)将需要传送的信息封装成IP报文，下发给可选的逻辑链路控制(LLC)层，LLC层将其进行封装后下发给媒体接入控制(MAC)层，MAC层将其封装成MAC帧后下发合帧子层(PMAC)；PMAC子层把相同目的地址帧组合后，下发给物理(PHY)层，最后发送端的PHY层将MAC帧转换成比特流，并发送到通信宿端(接收端)。从而完成整个发送过程。

在接收方向上，首先，接收端PHY层接收通信源端(发送端)的比特流，提取MAC帧上传给PMAC层，PMAC层分解合帧，把重组的单帧上传给MAC层，MAC层提取可选的LLC帧上传给LLC层，最后LLC层提取IP报文上传给高层。

对于IEEE802.3传统的MTU(Maximum Transmission Unit，最大传输单元)值限制，合帧结构并不受此限制，因为接收端会相应重组合帧。合帧的最大长度受合帧中的短帧个数N的限制，最多可以有255个短帧组合在一起传输。

如图7所示，是本发明中一种MAC合帧结构示意图；较图2中的现有的MAC帧结构，其增加了如下的域：

为有效区别单帧和合帧，增加一个用于判断的域值(合帧类型域)。

为明确每个合帧由多少短帧组成，增加一个用来指示该合帧中短帧个数的域值(短帧个数域)。

为指示每个短帧的长度，对于每个短帧相应增加一个偏移量OFFSET值来进行标示。

为避免线路出现误码时，接收端错误理解短帧个数和偏移量值，特为合帧公共头部增加一个帧校验序列值。

具体的帧结构说明如下：

前导码、帧开始定界符、目的地址和源地址的定义与原先的IEEE802.3帧的定义一样，没有任何修改，此四者为MAC短帧的公共部份。

合帧类型域共有16比特，用于标识本MAC帧是合帧，例如可以采用“0x8888”作为该域的值，当然亦可以选择其他的值。合帧类型标识的优先级高于VLAN的类型标识，即要首先判断是否是合帧，然后再判断是否是带VLAN TAG的帧。

短帧个数域共有8比特，表示本合帧包含的短帧总数，最小值为1，最大值为255个，0值无效。

短帧的偏移量域共有16*(N-1)个比特，细分为N-1个短帧偏移量子域，每个短帧偏移量子域有16比特，分别指示该合帧中每个短帧的需组合部份的起始位置相对于前一短帧的需组合部份起始位置的字节数偏移量。第0个短帧因为紧随公共帧头校验序列FCS-16的后面，偏移量固定为0，为节省开销，此处略去偏移量OFFSET_0的定义子域，发送端不传输，接收端采用缺省值0。此处，短帧的需组合部份是指原短帧除公共部份之外的部份，其起始位置为该短帧的需组合部份在该合帧中的起始位置。

第1个短帧的偏移量OFFSET_1子域指示的1个短帧的的需组合部份起始位置相对于第0个短帧的需组合部份起始位置的字节数偏移量。

第2个短帧的偏移量OFFSET_2子域指示的2个短帧的需组合部份起始位置相对于第1个短帧的需组合部份起始位置的字节数偏移量。

如此类推，第N-1个短帧的偏移量OFFSET_N-1子域指示的N个短帧的需组合部份起始位置相对于第N-1个短帧的需组合部份起始位置的字节数偏移量。

公共帧头校验序列(FCS)域共有16比特，用于对目的地址域、源地址域、合帧中的短帧个数域和短帧的偏移量域一起进行校验，在本发明的一个实施例中，FCS序列采用公用的多项式：

P16(x)＝x¹⁶+x¹⁵+x²+1

参与计算字节数为2*N+13个字节，最小值是15个字节，最大值是523个字节。

在其他的实施例中，该FCS序列可以选择其他的多项式，甚至可以选择纠错码(如CRC纠错码)，不在此一一列举。

上述合帧类型域、短帧个数域、各短帧的偏移量域及公共帧头校验序列域构成了该合帧的合帧控制部份。

接下来的是各个短帧的需组合部份，也即每个短帧除去短帧公共部份的部份。

第0个短帧的需组合部份，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域，OFFSET值固定为0，紧随公共帧头校验序列的后面，其总长度与第1个短帧的偏移量OFFSET_1相对应。

第1个短帧的需组合部份，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域，OFFSET值为第1个短帧的偏移量OFFSET_1，紧随第0个短帧的帧校验序列的后面，其总长度与第2个短帧的偏移量OFFSET_2相对应。

依此类推。。。。。。

第N-1个短帧的需组合部份，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域，OFFSET值为第N-1个短帧的偏移量OFFSET_N-1，紧随第N-2个短帧的帧校验序列的后面，其总长度由合帧的结束点确定。

如图8所示，是本发明中一种带VLAN标识的MAC合帧结构示意图；与图7中相比，带VLAN域的合帧格式各域值定义相同，只是每个短帧的需组合部份增加了2个域值，VLAN指示字节和VLAN TAG域。为叙述方便，后文中以不带VLAN域的合帧进行说明。

上面仅示出了两种MAC合帧的格式，其中各域排列的顺序不限于此，另外，也可在此基础上作一些变动，例如，可以在“短帧个数域的域值中，增加1比特，以指示接收端收到本合帧后，是否要进行拆帧或不拆帧。不拆帧的好处是，在整个网络的中间节点，合帧可以不进行拆分处理，降低了设备的要求和成本；或者在合帧中每个短帧的需组合部份中，可以去掉填充、帧校验序列两个域值，而由接收端重新分别产生。也可以在每个短帧的偏移量OFFSET_X中增加指示位，以指示相应的短帧的其余部份是否包含了填充、帧校验序列两个域值。在此不进行一一举例说明。

如图9所示，是本发明中发送端生成合帧并发送的流程示意图；

在步骤S40中，发送端高层根据不同的应用层协议来选择不同的传送层和网络层协议，最后封装为IP报文下发给数据链路层。

在步骤S42中，如果需要进行合帧处理，则发送端数据链路层会把网络层IP报文进一步封装成MAC协议帧，下发给PMAC子层。如果不需要进行合帧处理，发送端数据链路层会把网络层IP报文进一步封装层MAC协议帧，直接下发给物理层。

如果需要进行合帧处理，则在PMAC子层进行合帧处理(步骤S46)：

在步骤S460中，首先确定当前需要组合的MAC短帧，及每一MAC短帧公共部份及需组合部份。将MAC短帧的公共部份添加进合帧的相应位置；例如，合帧中的目的地址和源地址可直接由第0个MAC短帧的目的地址和源地址复制而来；而前导码、帧开始定界符域由物理层添加。

在步骤S462中，然后在合帧中添加合帧控制域部份，包括：合帧类型标识(0x8888)，合帧的短帧个数、以及各短帧的偏移量和公共帧头校验序列。下面我们以短帧个数为3的合帧为例进行说明。假设该3个短帧均为不带VLANTAG域的IEEE802.3帧，其中，第一个短帧的长度为64字节，第二个短帧的长度为128字节，第三个短帧的长度为256字节。则短帧个数域设置为3，第0个短帧的偏移量OFFSET_0固定为0，无需设置，第1个短帧的偏移量OFFSET_1设为52字节，指示的1个短帧的起始位置相对于第0个短帧起始位置的字节数偏移量，而第0个短帧的剩余部份总长为52字节，总长度64字节减掉12字节的目的地址和源地址的开销。同理可得第2个短帧的偏移量OFFSET_2设为116字节。然后根据FCS-16多项式，对已有的各个开销域值进行FCS计算，得出16比特计算值，并将公共帧头校验序列设置为16比特计算值。

在步骤S464中，然后依次添加各个短帧的需组合部份，即各个短帧除公共部份的剩余部份，其中第0个短帧的需组合部份共52字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域。第1个短帧需组合部份共116字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域。第2个短帧需组合部份共244字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域。

然后发送端PMAC子层把封装好的合帧下发给物理层。

在步骤S48中，发送端物理层将MAC帧转换成比特流发送到通信宿端。

这样，即完成了合帧的生成及发送过程。

如图10所示，是本发明中接收端接收合帧并拆分的流程示意图；

在步骤S50中，接收端来自通信源端(发送端)的比特流，并提取其中的MAC帧；

在步骤S52中，判断该提取的MAC帧是否为合帧，具体为判断该MAC帧中的合帧类型域值是否为预定值(0x8888)，如果是，则表明接收的是合帧，则将其发送给PMAC子层，流程转至步骤S54；否则将该MAC帧上传给数据链路层，流程转至步骤S56；

在步骤S54中，PMAC子层对该合帧进行分拆重组处理，具体如下：

PMAC子层接收端具体步骤包括：

在步骤S540中，PMAC子层先接收并处理公共部份，即，主要是把目的地址和源地址这两个地址存起来，然后分别复制给各个短帧的地址域就行了。前导码、帧开始定界符域由物理层处理。

在步骤S542中，然后接收并处理合帧控制部份：即合帧类型标识(0x8888)、合帧的短帧个数、各短帧的偏移量及公共帧头校验序列。将合帧类型标识存储起来，上报系统。此处同样以合帧中包括3个不带VLAN TAG域的IEEE802.3帧为例进行说明，其中，第一个短帧的长度为64字节，第二个短帧的长度为128字节，第三个短帧的长度为256字节。收到短帧个数域为3，表明由本合帧由3个短帧构成，共有2个短帧偏移量OFFSET域(OFFSET_1和OFFSET_2)，第0个短帧的偏移量OFFSET_0固定为0，无需处理，收到第1个短帧的偏移量OFFSET_1设为52字节，指示的1个短帧的起始位置相对于第0个短帧起始位置的字节数偏移量，表明第0个短帧的剩余部份总长为52字节。收到第2个短帧的偏移量OFFSET_2设为116字节，指示的2个短帧的起始位置相对于第1个短帧结束位置的字节数偏移量，表明第1个短帧的剩余部份总长为116字节，第3个短帧从第2短帧的结束位置到整个合帧的结束位置，自然获取，无需进一步计算偏移量OFFSET。然后根据FCS-16多项式，对已有的各个开销域值进行FCS计算，得出16比特计算值，与收到的公共帧头校验序列域进行比较，如完全一致则合帧头传送正常，并保留此合帧。如不一样，则合帧头出错，则丢掉此合帧，并上报错误。

在步骤S544中，然后依次提取各短帧的需组合部份，即各短帧除去公共部份的剩余部份，第0个短帧的需组合部份共52字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域；第1个短帧的需组合部份共116字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域；第3个短帧的需组合部份共244字节长，包含类型/长度、净荷及填充、帧校验序列等3个子域。将该提取的各短帧的需组合部份加上步骤S540中所存储的公共部份(即12字节的目的地址和源地址及由物理层生成的前导码、帧开始定界符)，即形成了3个完整的MAC帧(分别为64/128/256字节长)。

并将各重组成的各短帧上传给数据链路层。

在步骤S56中，数据链路层对接收到的MAC帧进行处理，提取其中的报文上传给网络层；

在步骤S58中，高层对所接收的报文进行处理，提取其中的净荷给上层用户。至此完成整个接收过程。

上述描述了，本发明中，在发送端将多个短帧组合成合帧，及在接收端将合帧分拆成多个短帧的基本原理。虽然合帧中的短帧个数越多，传输效率越大，但过多的短帧和在一起会加大第0个短帧的延时。为解决此问题，我们可以根据不同的业务特性，分别设置一个不同的时间阈值，如果进行合帧的时间超过了该预设的时间阈值，就直接传送单个短帧或已经组合好的合帧，不再继续等待新的短帧进行组合，新的短帧等待下一次单独传输或和别的短帧组合在一起进行传输。对于延时要求和严格的业务，时间阈值应设的小些，对于延时要求不太严格的业务，时间阈值应设置的大些，具体的阈值设置要结合具体业务进行。

考虑到某些业务对延时和抖动要求特别高，我们还可以设置一个合帧的短帧个数阈值，如4个、8个、12个等等，如果合帧的短帧个数已经等于或大于短帧个数阈值，这时即使时间未超过时间阈值，也就直接发送已经组合好的合帧，不再继续等待新的短帧进行组合。当然，如果第一缓存区没有空闲空间，也会结束合帧，立即发送合帧。

所以，在本发明中设定结束合帧的条件：时间阈值或短帧个数阈值或第一缓存区空闲空间，这三个条件组合关系为“或”，即只要有一个条件满足，合帧就会直接发送，不再等待。

上述描述了本发明的用于提高网络传输效率的方法的原理，下面将结合附图来说明实现本发明的方法所运行的系统的结构。在实际应用中，可以采用共享缓存区(Buffer)的方式来实现合帧。这样可以减少实现代价。

下面通过图11及图12来说明本发明的一个具体实施例。

其中，图11示出了本发明用于提高网络传输效率的系统的一个实施例的结构示意图；图12示出了图11中第一缓存区的运行原理图；

如图11所示，本发明的用于提高网络传输效率的系统，其包括发送端与接收端，所述发送端包括第一缓存区、与该第一缓存区相连接的第一判断单元、短帧分解单元、组合单元、第二判断单元及发送单元，所述接收端包括第二缓存区、与该第二缓存区相连接的接收单元、分拆单元、重组单元及上报单元，其中，

第一判断单元，用于判断所接收的MAC短帧是否满足合帧条件，并在判断结果为是时，将所述MAC短帧发送给所述短帧分解单元；所述合帧条件为：所述MAC短帧的长度是否小于或等于一预定值，且所述第一缓存区尚存在空闲空间。

短帧分解单元，用于将所接收的需要组合的每一MAC短帧分解成公共部份及需组合部份；

控制部份生成单元，用于根据MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份信息；

组合单元，用于将短帧分解单元分解出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份及控制部份生成单元所生成的合帧控制部份组合成一个合帧；

第一缓存区，用于存放所述短帧分解单元、控制部份生成单元及组合单元产生的处理结果，此部份会在图12中进行详细说明；

第二判断单元，连接在所述组合单元与发送单元之间，用于判断组合单元组合的合帧是否满足结束合帧条件，并在判断结果为是时，将所述合帧传送给所述发送单元；所述结束合帧条件为：所述合帧的组合时间超过预设定的时间阈值或其短帧个数超过预设定的个数阈值或第一缓存区无空闲空间。

发送单元，用于将所述满足结束合帧条件的由组合单元生成的所述合帧发送出去；

接收单元，用于接收来自发送端的合帧；

分拆单元，用于将接收单元所接收的合帧，分拆出公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

校验序列生成单元，将合帧公共部份的目的地址域、源地址域及合帧控制部份中的短帧个数域及各短帧的偏移量进行计算获得一公共帧关校验序列；

第三判断单元，将所计算的公共帧头校验序列与从合帧控制部份中直接取出的公共帧头校验序列进行比较，如果二者不相同，则丢弃此合帧；

重组单元，用于将分拆单元所分拆出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧；

上报单元，用于将重组单元重组的MAC短帧上报给接收单元的高层；

第二缓存区，用于存放所述接收单元、分拆单元及重组单元的处理结果。

如图12所示，是图11中第一缓存区的运行原理示意图。在进行合帧前，需要对第一缓存区进行设置，如下：

(1)设定3个参数：可参与合帧的子帧的最大长度(Lmaxcf)、第一缓存区中可以同时进行组合的最大合帧数目(Nmaxpacking)、第一缓存中用于合帧的缓空间总量(TSF)，其中，Lmaxcf和TSF的单位均为字节，且TSF大于Nmaxpacking×Lmaxcf；在实际应用中，可参与合帧的子帧的最大长度Lmaxcf由用户配置，例如，在一个例子中为256字节，而在另一个例子中为512字节，当然亦可采用其他的数值。

(2)将缓存空间分为M个单元，每个单元大小为Lmaxcf，所以TSF＝M×Lmaxcf；

(3)设定：当前系统缓存空间中空闲单元数目(Nfu)，其初始值为M。合帧的一个条件是：(a)子帧(MAC短帧)不大于所述预定值(即Lmaxcf)；(b)第一缓存区中尚有空闲空间(即Nfu大于零)；(c)系统中正在同时进行组合的合帧数目不大于Nmaxpacking(对新的合帧)；

(4)系统设一个存储器表(PID)，用于存放正在进行组合的合帧标识ID(可以是目的地址或目的地址的哈希值Hash表示)，其初始值为空。当一个子帧到来时，如满足(3a)且(3b)的条件，就查找PID，以确定该子帧是否有对应的正在组合的合帧，(a)如有，则将该子帧加入到该合帧中，并判断(5)的结束合帧的条件是否满足，如满足则本合帧结束等待，发送合帧；如(5)不满足，则本合帧继续等待，Nfu减1，并将本子帧对应的空闲地址存入到本合帧的子帧地址集合中；(b)如没有且(3c)满足，则表示本帧将是新的合帧的第一个子帧，需要在PID中记录这个合帧的ID或目的地址，Nfu减1；如没有但(3c)不满足，则本帧不进行合帧，直接发送；

(5)正在组合的合帧的结束合帧条件是：所述合帧的组合时间超过预设定的时间阈值或其短帧个数超过预设定的个数阈值或第一缓存区无空闲空间(即Nfu为零)。

一个合帧结束合帧并发送后，其所占有的缓存空间的所有单元(设其数目为tncf)将被释放，将Nfu的数值加上tncf；同时PID中的相应合帧标识ID也被删除。

实施本发明，具有如下的有益效果：

1、将多个MAC短帧组合成一个长的合帧进行传输，可以提高网络的吞吐率，例如，从上文中的表一中可以看出，采用合帧技术将4个128字节长的短帧一起传输，MAC层的传输效率从70％提高到90％，带宽利用率大大增加，可带来巨大的经济效益；

2、合帧增加报文长度，可有效除掉GE、10GE因短帧而增加了扩充位，大大提高报文的传输效率；对于共享介质，可以减少仲裁判断的次数，减少传输延时。

3、通过引入时间阈值和合帧的短帧个数阈值，有效控制延时和抖动。

4、兼容已有IEEE802.3协议，可以选择单帧或者合帧传输，平滑过渡，特别有助于新协议的引入。

5、在具体实现方面，原有的MAC设计和PHY层设计都不需改动，只需在MAC层和PHY层之间增加一个合帧处理的小模块，符合重用设计的思想，引入新功能的代价非常小，容易实现。

Claims (20)

1.一种网络数据传输方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A、发送端将需要进行组合的每一MAC短帧分解为其同公其部份及需组合部份；

B、根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

C、将所述公共部份、合帧控制部份与每一MAC短帧的需组合部份组合成一个合帧；

D、将所述合帧发送出去。

2.如权利要求1所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述短帧的共同公共部份包括前导码域、帧开始定界符域、目的地址域及源地址域；所述每一MAC短帧的需组合部份包括：类型/长度域、净荷域及帧校验序列域；所述合帧控制部份包括：合帧类型域、短帧个数域、每一短帧的偏移量域。

3.如权利要求2所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述合帧控制部份还包括公共帧头校验序列域；所述公共帧头校验序列域值是采用公用的多项式或纠错码计算而来。

4.如权利要求2所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：

A0、将具有相同目的地址的MAC短帧确定为需要组合的MAC短帧，并当所述MAC短帧满足合帧条件时，对所述MAC短帧进行分解；所述合帧条件为：所述MAC短帧的长度小于或等于一预定值，且用于合帧的缓存区尚存在空闲空间。

5.如权利要求4所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤A0中进一步包括：

在所述缓存区中分别用一个标识号来标示存储于所述缓存区中的各个正在进行组合的合帧，所述标识号为该合帧的目的地址或目的地址的哈希值。

6.如权利要求5所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、根据所述标识号，查询用于合帧的缓存区中是否存在与所述MAC短帧具有相同目的地址的正在组合的合帧，当查询结果为无时，则在所述缓存区中产生一个空合帧，并将该MAC短帧的公共部份、合帧控制部份及需组合部份添加在该空合帧的相应位置。

7.如权利要求5所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C2、根据所述标识号，查询用于合帧的缓存区中是否存在与所述MAC短帧具有相同目的地址的正在组合的合帧，当查询结果为有时，将所述MAC短帧的需组合部份添加到所述合帧的相应位置。

8.如权利要求1-7任一项所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

当满足结束合帧的条件时，结束该合帧的组合，并将该合帧发送出去；所述满足结束合帧的条件为：所述合帧的组合时间超过预设定的时间阈值或所述合帧中的MAC短帧个数超过预设定的个数阈值或第一缓存区无空闲空间。

9.如权利要求1至7任一项所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述每一MAC短帧的需组合部份进一步包括：VLAN指示字节域及VLAN TAG域。

10.一种网络数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、接收来自发送端的合帧；

b、将所接收的合帧分拆出合帧公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

c、将所分拆出的合帧公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

11.如权利要求10所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

接收端从所接收的合帧中获得合帧公共部份和合帧控制部份，并根据所述合帧控制部份中的各短帧的偏移量，获得每一MAC短帧的需组合部份。

12.如权利要求11所述的网络数据传输方法，其特征在于，所述步骤c之前进一步包括：

将合帧公共部份的目的地址域、源地址域及合帧控制部份中的短帧个数域及各短帧的偏移量进行计算获得一公共帧关校验序列；

将所计算的公共帧头校验序列与从合帧控制部份中直接取出的公共帧头校验序列进行比较，当二者不相同时，丢弃此合帧。

13.一种网络数据发送装置，其特征在于，包括：

短帧分解单元，用于将所需要组合的每一MAC短帧分解成公共部份及需组合部份；

控制部份生成单元，用于根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

组合单元，用于将所述短帧分解单元分解出的公其部份与每一MAC短帧的需组合部份及控制部份生成单元所生成的合帧控制部份组合成一个合帧；

发送单元，用于将所述组合单元生成的所述合帧发送出去。

14.如权利要求13所述的网络数据发送装置，其特征在于，进一步包括：

第一缓存区，用于存放所述短帧分解单元、组合单元或控制部份生成单元产生的处理结果。

15.如权利要求13或14所述的网络数据发送装置，其特征在于，进一步包括：

第一判断单元，与所述短帧分解单元相连接，用于判断所接收的MAC短帧是否满足合帧条件，并在判断结果为是时，将所述MAC短帧发送给所述短帧分解单元；所述合帧条件为：所述MAC短帧的长度小于或等于一预定值，且所述第一缓存区尚存在空闲空间。

16.如权利要求13或14所述的网络数据发送装置，其特征在于，进一步包括：

第二判断单元，连接在所述组合单元与发送单元之间，用于判断所述组合单元组合的合帧是否满足结束合帧条件，并在判断结果为是时，将所述合帧传送给所述发送单元；所述结束合帧条件为：所述合帧的组合时间超过预设定的时间阈值或所述合帧中的短帧个数超过预设定的个数阈值或第一缓存区无空闲空间。

17.一种网络数据接收装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收来自发送端的合帧；

分拆单元，用于将接收单元所接收的合帧，分拆出公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

重组单元，用于将分拆单元所分拆出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

18.如权利要求17所述的网络数据接收装置，其特征在于，进一步包括有第二缓存区，用于存放所述接收单元、分拆单元及重组单元的处理结果。

19.如权利要求17或18所述的网络数据接收装置，其特征在于，进一步包括：

校验序列生成单元，根据所述合帧公共部份中的目的地址域、源地址域和合帧控制部份中的短帧个数域、各短帧的偏移量，计算获得公共帧关校验序列；

第三判断单元，将计算出的所述公共帧头校验序列与从合帧控制部份中直接取出的公共帧头校验序列进行比较，当二者不相同时，丢弃此合帧。

20.一种网络数据传输系统，其包括发送端与接收端，其特征在于，所述发送端包括短帧分解单元、组合单元、控制部份生成单元及发送单元，所述接收端包括接收单元、分拆单元及重组单元，其中，

短帧分解单元，用于将需要组合的每一MAC短帧分解成公共部份及需组合部份；

控制部份生成单元，用于根据所述MAC短帧的共同公共部份及每一MAC短帧需组合部份生成用于指示合帧信息及各短帧的位置信息的合帧控制部份；

组合单元，用于将所述短帧分解单元分解出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份及控制部份生成单元所生成的合帧控制部份组合成一个合帧；

发送单元，用于将所述组合单元生成的所述合帧发送出去；

接收单元，用于接收来自发送端的合帧；

分拆单元，用于将接收单元所接收的合帧，分拆出公共部份、合帧控制部份及每一MAC短帧的需组合部份；

重组单元，用于将分拆单元所分拆出的公共部份与每一MAC短帧的需组合部份分别重新组合，还原成原始的各MAC短帧。

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