CN100461734C - 具有局域网/广域网端口切换功能的通信设备及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信设备中LAN/WAN端口切换的实现方法，用于根据应用所需将物理端口作为WAN端口或作为LAN端口使用，包括：将用作WAN端口的物理端口和用作LAN端口的物理端口划分在不同的逻辑域中，处理器端口属于所有的逻辑域；设置用作WAN端口的各个物理端口只与处理器端口互通；将用作LAN端口的物理端口设置为802.1Q VLAN模式，并将处理器端口添加到每个VLAN中。应用本发明的通信设备具有WAN端口的自由扩展能力，能节省处理器的MAC控制器资源并有效降低通信设备的开发成本，实现了通信设备上路由和交换的融合；同时在扩展WAN端口下接入交换机时能避免本设备LAN端口支持的VLAN数目不够的问题，方便组网。

Description

具有局域网/广域网端口切换功能的通信设备及实现方法

技术领域

本发明涉及提供链路层和网络层功能的通信设备，尤其涉及一种通信设备上LAN(Local Area Network，局域网)/WAN(Wide Area Network，广域网)端口切换的实现方法及应用该方法的通信设备。

背景技术

随着数据、语音和视频业务在IP(Internet Protocol，网际协议)网上的融合趋势，对低端集成多业务接入功能的路由器等通信设备提出了更高的要求。这些通信设备在提供LAN交换功能的同时，还需要提供可扩展的多个WAN端口。

对低端多业务功能的路由设备而言，典型的组网方式要求路由设备提供4至8个LAN端口和2至4个WAN端口，以满足本地二层交换和到Internet(互联网)的多个WAN端口备份的需求。

现有技术中，包括LAN端口和WAN端口的路由设备可以具有如图1所示的结构，处理器连接两个MAC控制器，其中第一个MAC控制器连接交换芯片，交换芯片出9个物理端口LAN0至LAN8；第二个MAC控制器连接物理芯片，物理芯片出WAN端口WAN1。如果需要增加WAN端口，则处理器可以增加第三个MAC控制器和第二个物理芯片，增加的MAC控制器连接第二个物理芯片出WAN端口WAN2。

在低端路由设备中，LAN端口支持的VLAN(Virtual LAN，虚拟局域网)数目一般比较少，如果组网中需要下连支持全部4095个VLAN的交换机，用LAN端口连接会造成交换机上行到路由设备的VLAN数目不够。此时，需要将交换机连接至WAN端口，以实现多VLAN的汇聚终结，这样在所需WAN端口数量增加的同时减少了对VLAN端口数量的要求。另外，低端路由设备通常采用集成MAC控制器的处理器，用上述方法增加WAN端口往往需要升级处理器以提供更多的MAC控制器，这会大大提高低端通信设备的成本。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中路由设备具有空闲LAN端口时需要WAN端口造成的成本增加问题。

本发明所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，用于根据应用所需将物理端口作为WAN端口或作为LAN端口使用，包括以下步骤：

将用作WAN端口的物理端口和用作LAN端口的物理端口划分在不同的逻辑域中，处理器端口属于所有的逻辑域；

设置用作WAN端口的各个物理端口只与处理器端口互通；

将用作LAN端口的物理端口设置为802.1Q VLAN模式，并将处理器端口添加到每个VLAN中。

优选地，所述方法还包括：设置用作WAN端口的物理端口转发至处理器端口的报文具有最高优先级。

优选地，所述方法还包括：将用作LAN端口的物理端口转发至处理器端口的协议报文设置为次高优先级。

优选地，所述方法还包括：将VLAN逻辑接口转发至处理器端口的报文设置为次高优先级。

优选地，所述方法还包括：为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口设置专用的缓冲区。

优选地，所述设置用作WAN端口的各个物理端口只与处理器端口互通具体为：

将用作WAN端口的物理端口和处理器端口设置为基于端口的VLAN模式；

在每个用作WAN端口的物理端口的VLAN TABLE表中设置该物理端口只与处理器端口互通。

本发明公开了一种具有LAN到WAN端口切换功能的通信设备，包括处理器端口和至少两个物理端口，还包括逻辑域单元、WAN端口单元和LAN端口单元，其中：

逻辑域单元用来将用作WAN的物理端口和用作LAN的物理端口隔离在不同的逻辑域中，以及将处理器端口包括在每个逻辑域中；

WAN端口单元用来使每个用作WAN的物理端口只与处理器端口互通；

LAN端口单元用来将用作LAN端口的物理端口置为802.1Q VLAN模式，并将处理器端口添加到每个VLAN中。

优选地，所述通信设备还包括优先级单元，用来设置转发至处理器端口的报文优先级，包括将用作WAN端口的物理端口转发至处理器端口的报文设置为最高优先级。

优选地，所述优先级单元设置报文优先级还包括：将用作LAN端口的物理端口转发至处理器端口的协议报文设置为次高优先级，以及将VLAN逻辑接口转发至处理器端口的报文设置为次高优先级。

优选地，所述通信设备还包括缓冲单元，用来在处理器端口为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口提供专用的缓冲区。

本发明将用作WAN端口的物理端口和用作LAN端口的物理端口在不同的逻辑域中进行二层隔离，令每个用作WAN端口的物理端口只和处理器端口互通，使用作WAN端口的物理端口之间、用作WAN端口与用作LAN端口的物理端口之间通过处理器端口在三层连通；用作LAN端口的物理端口工作与802.1Q VLAN模式，同样通过处理器端口进行三层转发。这样，用户可以根据应用所需将物理端口作为WAN端口或者作为LAN端口使用，在基本不增加设备成本的基础上实现WAN端口的扩展能力，同时能够避免通信设备LAN端口支持的VLAN数目不够的问题。

附图说明

图1为现有技术中包括LAN端口和WAN端口的通信设备的结构示例图；

图2为本发明中具有LAN/WAN端口切换功能的通信设备的物理结构示意图；

图3为本发明所述通信设备中LAN/WAN端口切换的实现方法的流程图；

图4为本发明所述具有LAN/WAN端口切换功能的通信设备的逻辑结构示意图。

具体实施方式

考虑到增加端口数量会增加设备的体积和成本，如果路由设备上的物理端口既可以作为LAN端口、又可以作为WAN端口，而由用户根据组网需要进行设置，则可以同时解决设备成本和接入交换机VALN数量不够的问题。

本发明中，具有LAN/WAN端口切换功能的通信设备的物理结构可以如图2所示，处理器连接MAC控制器，MAC控制器连接交换芯片，交换芯片出9个物理端口，均可以作为LAN端口或者WAN端口。也可以采用集成MAC功能的处理器来直接连接交换芯片。通常将交换芯片到处理器的连接视为逻辑上的一个端口，称之为处理器端口，这样交换芯片可以将需要上送处理器的报文以处理器端口为出端口来进行转发。当然，图2中的通信设备还可以包括与处理器连接或集成的其他MAC控制器、以及与其连接的物理芯片，提供专用的WAN端口。

通信设备中的每个WAN端口均具有独立且唯一的MAC地址，在一个WAN端口上可以建立多个逻辑子接口并为每个逻辑子接口配置IP地址，承载三层业务。在转发方面，WAN端口主要处理基于路由的三层或更高层的IP、MPLS(Multi Protocol Label Switching，多协议标签交换)等业务，报文基于IP地址进行三层转发。

对于LAN端口，一般一个通信设备上的所有LAN端口共用一个MAC地址，也可以为每个LAN端口分配一个MAC地址以满足特殊的应用需要，例如运行生成树协议。LAN端口上通常不能配置IP地址，也不能创建逻辑子接口。在转发方面，LAN端口以基于MAC表项的二层高速转发为主，如果LAN端口工作于VALN模式，则为每个VLAN配置VLAN逻辑接口，并基于VLAN逻辑接口对二层报文进行终结，进行三层转发。

由于WAN端口和LAN端口具有不同的工作机制，当通信设备中的物理端口可以作为LAN端口或WAN端口时，需要在用作WAN端口与用作LAN端口的物理端口之间进行二层隔离。再者，通常一个通信设备上的各个WAN端口不会处于同一个IP子网中，因此应使各个用作WAN端口的物理端口只有通过处理器端口才能与该设备上的其他WAN端口和LAN端口通信。

本发明所述LAN/WAN端口切换实现方法的流程如图3所示。

步骤S310：将用作LAN端口的物理端口和用作WAN端口的物理端口划分为不同的逻辑域，并且将处理器端口包括在每个逻辑域中。

逻辑域用来进行二层隔离，不同的逻辑域在二层互不连通。通信设备中的每个端口只能访问自己所属逻辑域内的地址表项，同时每个端口学习到的MAC地址也只能记录到其所属逻辑域内的地址表项中。逻辑域的实现可以采用现有技术中已有的方式，如DBNum域的实现。

本步骤中只需保证用作LAN端口与用作WAN端口的物理端口不在同一个逻辑域中即可，用作LAN端口的物理端口也可以属于不同的逻辑域，对用作WAN端口的物理端口也同样如此。

步骤S320：将用作WAN端口的各个物理端口设置为只与处理器端口相互连通。

通信设备提供的端口管理功能一般都可以完成本步骤中的设置，本发明中推荐的一种较为通用的设置为：将用作WAN端口的物理端口和处理器端口设置为基于端口的VLAN模式；基于端口的VLAN模式下的每个端口都用一个VLAN TABLE表寄存器记录能够与本端口进行数据转发的端口号，只需将每个端口的VLAN TABLE表中设置为只能与处理器端口进行报文转发即可。

步骤S330：将用作LAN端口的物理端口设置为802.1Q VLAN模式，并且把处理器端口添加到每个VLAN中。

802.1Q VLAN模式支持物理端口所连接的交换机进行VLAN组网，并且具有各种标准VLAN的功能，能够进一步增加通信设备的组网灵活性。

在完成步骤S310至S330后，用作WAN端口的物理端口所接收的报文可以被上送处理器，包括带有标签和未带标签的VLAN报文；用作LAN端口与用作WAN端口的物理端口之间、用作WAN端口的物理端口之间严格二层隔离，其间的报文转发必须通过出处理器进行三层路由；用作LAN端口的物理端口之间可进行正常的二层互通，具有基于802.1Q VLAN模式的二层功能；工作于802.1Q VLAN模式的用作LAN端口的物理端口在不同的VLAN之间转发报文也需要通过处理器端口进行三层路由。

可见，通信设备的物理端口可以由用户根据需要用作WAN端口或用作LAN端口，实现了物理端口的LAN/WAN切换。

在本发明的实现方法中，在同一个交换芯片上的用作LAN端口和用作WAN端口的物理端口共用处理器端口进行三层转发，当三层流量非常大时可能有很多的数据报文和协议报文需要经过MAC控制器到达处理器，为了保证用作WAN端口和用作LAN端口的物理端口上的QoS(Quality of Service，服务质量)，可以执行步骤S340至S370。

步骤S340：将用作WAN端口的物理端口转发至处理器端口的报文设为最高优先级。这一设置可以在通信设备初始化时进行，根据通信设备所采用的芯片ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)的具体情况，基于用作WAN端口的物理端口的端口号或者为该端口分配的MAC地址等方式来设置。本步骤可以保证WAN至LAN的三层流量和WAN至WAN的三层流量得到优先处理。

步骤S350：将用作LAN端口的物理端口转发至处理器端口的协议报文设置为次高优先级。由通信设备LAN端口接收的二层协议报文需要上送处理器，本步骤可以确保协议报文与处理器的正常交互。

步骤S360：将VLAN逻辑接口转发至处理器端口的报文设置为次高优先级。可以为802.1Q VLAN配置逻辑接口，通过该逻辑接口进行该VLAN的三层转发。在设备运行过程中添加VLAN逻辑接口时，可以将以该VLAN逻辑接口对应分配的MAC地址为目的MAC的报文优先级设置为次高，相应地在删除该VLAN逻辑接口时恢复为默认的优先级。这样可以保证LAN至WAN方向的三层流量。

步骤S370：为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口设置专用的缓冲区。

在处理器连接的MAC控制器中包括存储器，为通过该MAC控制器所连接的物理端口的流量提供缓冲。为了避免一些端口的流量太大消耗过多的缓冲空间，影响其他端口的报文转发，可以为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口设置专用的缓冲区，以保证每个WAN端口的QoS。用作LAN端口的物理端口可以共用一个缓冲区，也可以为其中的数个或者每个LAN端口设置专用的缓冲区。

需要说明的是，步骤S340至S370之间并无顺序关系，用户可以根据实际应用的需要单独或共同采用。另外，执行步骤S340至S370需要交换芯片能够识别转发至处理器端口的报文来自哪个物理端口，同时也能够将来自处理器端口的报文转发到相应的物理端口，这可以通过在报文中添加Tag(标签)或者Trailer(尾部)来实现，由于现有的交换芯片一般都具有这样的功能，此处不再赘述。

以图2所示的通信设备为例，不失一般性，设需要将其中的两个物理端口WAN1、WAN2作为WAN端口使用，其余端口LAN0、LAN1至LAN6作为LAN端口使用，并且所有的LAN端口属于同一个802.1Q VLAN，则本发明所述实现方法的一种具体示例如下：

将WAN1、WAN2端口和处理器端口设置成基于端口的VLAN模式，将LAN0至LAN6端口设置为802.1Q VLAN模式；

设置基于端口的VLAN的VLAN TABLE表，假定LAN0至LAN6的端口号为0至6，WAN1和WAN2的端口号分别为7和8，处理器端口的端口号为9，端口的VLAN TABLE表寄存器中第n位对应于端口号n，以该位的值为1表示该端口与n号端口互通，该位为0表示该端口与n号端口不进行报文转发，则将WAN1、WAN2端口的VLAN TABLE表寄存器的值设置为第9位为1，其他位为0，即WAN1、WAN2只能分别与处理器端口通信，而不与其他端口连通；将处理器端口的VLAN TABLE表寄存器的值设置为除第9位为0外，其他位均为1，即处理器端口可以与任意一个其他端口连通，但不会与本身连通，防止形成报文自环；

将WAN1、WAN2和处理器端口划分在DBNum为0的逻辑域中，将LAN0至LAN6、以及处理器端口划分在DBNum为1的逻辑域中，实现LAN端口和WAN端口的二层隔离；

将LAN0至LAN6设置为属于同一个802.1Q VLAN，假定其VLAN ID(标识)为1，将处理器端口添加到VLAN1中。

图2所示的通信设备中各端口的设置如下表所示：

逻辑域中的VTU(VLAN Transition Unit，VLAN转换单元)表用来维护该逻辑域中端口与VLAN的对应关系，在DBNum为1的逻辑域中，其VTU内容如下表：

 

VLAN ID	包括的端口列表
		1	端口0、1、2、3、4、5、6、9

可见，处理器端口包括在VLAN1中，进行VLAN1中报文的三层转发。

本发明所述具有LAN/WAN端口切换功能的通信设备可以具有图4所示的逻辑结构，WAN端口单元420、逻辑域单元430和LAN端口单元440分别连接至每个物理端口410以及处理器端口460；逻辑域单元430分别连接WAN端口单元420和LAN端口单元440；处理器端口460分别连接至优先级单元450和缓冲单元470。通信设备可以包括两个以上的物理端口410。

在确定用作LAN端口的物理端口和用作WAN的物理端口后，逻辑域单元430将用作WAN和用作LAN的物理端口410隔离在不同的逻辑域中，并且在每个逻辑域中添加处理器端口460。

WAN端口单元420使每个用作WAN的物理端口410只与处理器端口460互通，WAN端口单元420可以通过将每个用作WAN端口的物理端口410和处理器端口460设置为基于端口的VLAN，再设置每个端口的VLAN TABLE表寄存器来使得本端口只能与处理器端口460进行报文转发。

LAN端口单元440将用作LAN端口的物理端口410置为802.1Q VLAN模式，并将处理器端口460添加到每个VLAN中，以进行该VLAN至WAN、该VLAN至其他VLAN的报文三层转发。

为了使通信设备在报文流量大的情况下仍能保证良好的QoS性能，可以增加优先级单元450和缓冲单元470。

优先级单元450为转发至处理器端口460的报文设定优先级，在本发明中可以将用作WAN端口的物理端口410转发至处理器端口460的报文设置为最高优先级，此外还可以将用作LAN端口的物理端口410转发至处理器端口460的协议报文设置为次高优先级，以及将为802.1Q VLAN配置的逻辑接口转发至处理器端口460的报文设置为次高优先级。

缓冲单元470在处理器端口460一侧为每个用作WAN端口的物理端口410、以及用作LAN端口的物理端口410提供专用的缓冲区。

在应用本发明后，在通信设备上通过提供LAN端口到WAN端口的切换功能，实现了路由和交换的融合；本发明中的通信设备具有WAN端口的自由扩展能力，能节省处理器的MAC控制器资源并有效降低通信设备的开发成本；同时在扩展WAN端口下接入交换机时能避免本设备LAN端口支持的VLAN数目不够的问题，方便组网。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信设备中局域网LAN到广域网WAN端口切换的实现方法，用于根据应用所需将物理端口作为WAN端口或作为LAN端口使用，其特征在于，包括以下步骤：

将用作WAN端口的物理端口和用作LAN端口的物理端口划分在不同的逻辑域中，处理器端口属于所有的逻辑域；

设置用作WAN端口的各个物理端口只与处理器端口互通；

将用作LAN端口的物理端口设置为802.1Q虚拟局域网VLAN模式，并将处理器端口添加到每个VLAN中。

2.如权利要求1所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：设置用作WAN端口的物理端口转发至处理器端口的报文具有最高优先级。

3.如权利要求2所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：将用作LAN端口的物理端口转发至处理器端口的协议报文设置为次高优先级。

4.如权利要求2所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：将VLAN逻辑接口转发至处理器端口的报文设置为次高优先级。

5.如权利要求1至4任意一项所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口设置专用的缓冲区。

6.如权利要求1所述通信设备中LAN到WAN端口切换的实现方法，其特征在于，所述设置用作WAN端口的各个物理端口只与处理器端口互通具体为：

将用作WAN端口的物理端口和处理器端口设置为基于端口的VLAN模式；

在每个用作WAN端口的物理端口的VLAN TABLE表中设置该物理端口只与处理器端口互通。

7.一种具有LAN到WAN端口切换功能的通信设备，用于根据应用所需将物理端口作为WAN端口或作为LAN端口使用，包括处理器端口和至少两个物理端口，其特征在于：还包括逻辑域单元、WAN端口单元和LAN端口单元，其中：

逻辑域单元用来将用作WAN的物理端口和用作LAN的物理端口隔离在不同的逻辑域中，以及将处理器端口包括在每个逻辑域中；

WAN端口单元用来使每个用作WAN的物理端口只与处理器端口互通；

LAN端口单元用来将用作LAN端口的物理端口置为802.1Q VLAN模式，并将处理器端口添加到每个VLAN中。

8.如权利要求7所述具有LAN到WAN端口切换功能的通信设备，其特征在于：所述通信设备还包括优先级单元，用来设置转发至处理器端口的报文优先级，包括将用作WAN端口的物理端口转发至处理器端口的报文设置为最高优先级。

9.如权利要求8所述具有LAN到WAN端口切换功能的通信设备，其特征在于，所述优先级单元设置报文优先级还包括：将用作LAN端口的物理端口转发至处理器端口的协议报文设置为次高优先级，以及将VLAN逻辑接口转发至处理器端口的报文设置为次高优先级。

10.如权利要求8所述具有LAN到WAN端口切换功能的通信设备，其特征在于，所述通信设备还包括缓冲单元，用来在处理器端口为每个用作WAN端口的物理端口、以及用作LAN端口的物理端口提供专用的缓冲区。

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