CN101083666A - 以太网物理层交叉装置及交叉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太网物理层交叉装置，包括至少两个连接至各自物理端口的编解码及信号转换单元，以及连接至少两个编解码及信号转换单元的交叉处理单元，用来将来自一个物理端口的物理层载荷通过与另一个物理端口连接的编解码及信号转换单元输出。本发明可以提供局域网之间在物理层的连通，并且具有高可靠性和低时延；同时能够减少物理层流量对MAC层芯片的冲击，从而可以降低MAC层芯片的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及以太网物理层技术，尤其涉及一种以太网物理层交叉装置及其应用的交叉方法。
背景技术
随着以太网技术的不断发展，在带宽和传输距离上都取得了相当大的进步，以太网不再局限于局域网建设，在城域网中的应用也日益广泛。
以太网工作在OSI(Open System Interface，开放系统互联)七层模型的物理层和链路层，这两层的功能在以太网网络设备中通常分别实现。现有技术中，以太网网络设备内实现以太网物理层功能的部分可以具有图1所示的结构，包括物理端口110、编解码及信号转换单元120和MAC(Media AccessControl，媒介接入控制)层接口130，每个物理端口110与一个编解码及信号转换单元120及一个MAC层接口130顺序串接。
物理端口110从与之连接的外部节点接收或向该外部节点发送模拟信号或光信号。MAC层接口130从MAC层接收或向MAC层传输物理层载荷。在由物理端口110至MAC层接口130的上行方向，编解码及信号转换单元120将从物理端口接收的模拟信号或光信号转换为数字信号，再按照传输速率和传输介质进行PMA(Physical Medium Attachment，物理介质接入)和PLS(Physical Layer Signaling，物理层信令)层编解码、或者进行PMD(PhysicalMedium Dependent，物理介质相关)、PMA和PCS(Physical Coding Sublayer，物理编码子层)层编解码，将生成的物理层载荷通过MAC层接口130输出，由实现MAC层功能的部分进行MAC层处理。在由MAC层接口130至物理端口110的下行方向，上述过程相反。
可见，现有的以太网网络设备在物理层只完成上下行流量之间的传递作用，所有的报文都需要通过MAC层或IP(Internet Protocol，网际协议)层进行二层或三层转发。但在一些情况下，这样的二层或三层转发可能带来一些问题。
例如在图2所示的网络中，交换机C和D为城域网的接入交换机，局域网A连接至交换机C的一个物理端口，局域网B连接至交换机D的一个物理端口，交换机C与交换机D通过各自的另一个物理端口连接，局域网A和B通过交换机C和D进行二层互访。由于局域网A和B之间的流量需要在交换机C和D上进行二层转发，因此交换机C和D必须学习局域网A和B中所有主机的MAC地址，当局域网A和B中通信的主机较多，超过交换机C和D的MAC表项空间时，超出部分的主机可能无法正常通信，或通信时需要进行反复广播的过程，对网络性能造成一定影响，总之二层/三层转发都是基于存储的，先要把数据报文收下来，然后寻址转发，这些过程都存在一定的风险，而且必然存在转发队列，因此现有技术难以很高程度地满足局域网A和B之间的服务质量需求。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中所有物理层流量必须通过上层转发造成的网络性能和服务质量问题。
本发明所述以太网物理层交叉装置包括至少两个连接至各自物理端口的编解码及信号转换单元，以及连接至少两个编解码及信号转换单元的交叉处理单元，用来将来自一个物理端口的物理层载荷通过与另一个物理端口连接的编解码及信号转换单元输出。
优选地，所述装置还包括交叉配置单元，用来设置物理端口之间的交叉关系；
所述交叉处理单元将来自一个物理端口的物理层载荷通过与其具有交叉关系的物理端口所连接的编解码及信号转换单元输出。
优选地，所述装置还包括与物理端口一一对应的MAC层接口，用来与MAC层进行信号传输；
对不具有交叉关系的物理端口，所述交叉处理单元在该物理端口连接的编解码及信号转换单元和与该物理端口对应的MAC层接口之间透传物理层载荷。
可选地，所述装置还包括复用解复用单元，用来在多路低速物理层载荷与一路高速物理层载荷之间进行复用与解复用；
对每个不具有交叉关系的物理端口，所述交叉处理单元在复用解复用单元与该物理端口所连接的编解码及信号转换单元之间透传一路物理层载荷。
可选地，所述装置还包括位于所述两个进行交叉的物理端口之间的缓存器，用以匹配两个物理端口的时钟差异。
本发明提供了一种以太网物理层交叉方法，包括以下步骤：
从一个物理端口的输入信号中解析出物理层载荷；
将物理层载荷转换为输出信号后从与该物理端口具有预设交叉关系的物理端口输出。
优选地，所述方法还包括：对不具有交叉关系的物理端口的输入信号，将从中解析出的物理层载荷上行输出至MAC层。
优选地，对各个不具有交叉关系的物理端口的输入信号，所述方法还包括：将从中解析出的各路物理层载荷复用为一路高速物理层载荷，上行输出至MAC层。
本发明将从某个物理端口接收的物理层流量直接自另一个物理端口转发，使得MAC层不再需要对这部分报文进行处理，减少了MAC层流量和网络设备需要学习的MAC地址，降低了对表项空间的要求；同时，直接在物理层转发的流量不会受到二层及以上的故障及网络运行状态影响，具有良好的可靠性和QoS(Quality of Service，服务质量)性能。
附图说明
图1为现有技术中实现物理层功能的装置的结构图；
图2为二层城域网应用的网络结构示例；
图3为本发明所述以太网物理层交叉装置实施例一的结构图；
图4为本发明所述以太网物理层交叉装置实施例一的应用示例逻辑结构图；
图5为现有技术中以太网物理层复用装置的结构图；
图6为本发明所述以太网物理层交叉装置实施例二的结构图；
图7为本发明所述以太网物理层交叉方法实施例一的流程图；
图8为本发明所述以太网物理层交叉方法实施例二的流程图。
具体实施方式
在图2所示的网络中，局域网A和B之间的通信并不需要在交换机C和D上进行二层转发。如果在交换机C上，在与局域网A连接的物理端口和与交换机D连接的物理端口之间进行物理层转发；在交换机D上，在与交换机C连接的物理端口和与局域网B连接的物理端口之间进行物理层转发即可实现局域网A和B之间的互通。
本发明所述物理层交叉装置实施例一的结构如图3所示，包括两个及两个以上的物理端口110、编解码及信号转换单元120和MAC层接口130，以及一个交叉处理单元240。每个编解码及信号转换单元120连接各自的物理端口110和交叉处理单元240，交叉处理单元240连接与各个物理端口110对应的MAC层接口130。
物理端口110、编解码及信号转换单元120和MAC层接口的功能与现有技术中相同，此处不再赘述。
对两个在物理层进行转发的物理端口110，当其中一个物理端口110接收到输入信号时，由与该物理端口110连接的编解码及信号转换单元120将其中承载的物理层载荷输出至交叉处理单元240；交叉处理单元240将该物理端口110的物理层载荷输出至与该物理端口进行物理层转发的物理端口110所连接的编解码及信号转换单元120，由接收该物理层载荷的编解码及信号转换单元120进行物理层处理后转换为输出信号，并从与其连接的物理端口110输出。
对不在物理层进行转发的物理端口110，交叉处理单元240将从编解码及信号转换单元120接收的上行物理层载荷直接输出至与该物理端口110对应的MAC层接口130；并且将从与该物理端口110对应的MAC层接口130接收的下行物理层载荷直接输出至与该物理端口110连接的编解码及信号转换单元120。换言之，对不在物理层进行转发的物理端口110，交叉处理单元240在其连接的编解码及信号转换单元120和其对应的MAC层接口130之间起透传作用。
为了对物理端口110是否在物理层转发进行设置，可以增加交叉配置单元250，连接至交叉处理单元240。交叉配置单元250向用户提供设置物理端口110间交叉关系的工具，交叉处理单元240按照交叉配置单元250中用户所设置的交叉关系对各个物理端口110的物理层载荷进行相应处理。
例如，图4为包括6个物理端口的以太网物理层交叉装置，物理端口111、112、113、114、115和116分别连接各自的编解码及信号转换单元121、122、123、124、125和126，交叉处理单元240连接上述各个编解码及信号转换单元及与各个物理端口对应的MAC层接口131、132、133、134、135和136。
可以在交叉配置单元250中通过端口交叉表来设置和管理物理端口之间的交叉关系。一种可能的端口交叉表如下表所示：
| 端口号 | 端口交叉状态 | 具有交叉关系的端口号 |
| 111 | 有 | 115 |
| 112 | 无 | -- |
| 113 | 无 | -- |
| 114 | 无 | -- |
| 115 | 有 | 111 |
| 116 | 无 | -- |
上表中，端口号为该物理层交叉装置上的物理端口序号；端口交叉状态表示该物理端口是否配置了交叉关系；具有交叉关系的端口为与该物理端口进行物理层转发的直通端口，只对配置了交叉关系的物理端口有效。
在交叉配置单元250的端口交叉表中设置了物理端口111与115具有交叉关系，其他物理端口不进行交叉后，交叉处理单元240的内部在逻辑上相当于将编解码及信号转换单元121和125设置在直通状态，此时MAC层接口单元131和135将不会接收到来自物理层的上行流量；而其他编解码及信号转换单元与其对应的MAC层接口在逻辑上直通，由MAC层对这些物理端口的流量进行转发。
交叉处理单元240可以采用可控的电子开关、开关矩阵或交叉矩阵等实现，在一些实现中可能需要在两个交叉端口之间设置缓存器来匹配两个物理端口的不同时钟，比如说可以设置在编解码及信号转换单元与交叉处理单元之间。对于采用高精度的以太网时钟设计，两个端口之间时钟差异非常小，在可容忍的范围内的，也可以取消缓存器。
本实施例中，如果图3所示的结构在PHY(物理层)芯片中实现，则可以直接兼容现有的MAC层芯片。
现有技术中，当物理端口带宽较小而MAC层芯片具有大带宽处理能力时，可以采用物理层复用技术来降低接入成本。一种以太网物理层复用装置的结构如图5所示，包括两个或两个以上物理端口110和编解码及信号转换单元120、一个复用解复用单元160和一个高速MAC层接口170。每个物理端口110连接各自的编解码及信号转换单元120，复用解复用单元160连接所有的编解码及信号转换单元120和高速MAC层接口170。
复用解复用单元160将从各个编解码及信号转换单元120接收的多路物理层载荷复用为一路高速物理层载荷后从高速MAC层接口170输出；将从MAC层接口接收的一路高速物理层载荷解复用为对应于物理端口110的多路物理层载荷后，输出至与该物理端口110连接的编解码及信号转换单元120。
本发明中以太网物理层交叉装置实施例二即在复用装置中实现物理层转发，其结构如图6所示。对比于图5可以看出，图6中的交叉装置在复用装置的基础上增加了交叉处理单元240和交叉配置单元250，其中交叉处理单元240连接在各个编解码及信号转换单元120与复用解复用单元160之间，与复用解复用单元以对应于物理端口110的多路连接进行信号传输。交叉配置单元250连接至交叉处理单元240。
交叉处理单元240和交叉配置单元250的功能与实施例一中相同，此处不再重复。与实施例一中不同的是，对不在物理层进行转发的物理端口110，交叉处理单元240将从编解码及信号转换单元120接收的上行物理层载荷直接从与该物理端口110对应的该路连接输出至复用解复用单元160；并且将从与该物理端口110对应的该路连接接收的来自复用解复用单元160的下行物理层载荷直接输出至与该物理端口110连接的编解码及信号转换单元120。换言之，对不在物理层进行转发的物理端口110，交叉处理单元240在其连接的编解码及信号转换单元120和复用解复用单元160之间起透传作用。
不难理解，本实施例中交叉配置单元250也是可选单元。
本发明所述以太网物理层交叉方法实施例一的流程如图7所示，在步骤S710，设置物理端口之间的交叉关系。
在步骤S720，物理端口接收到输入信号。
在步骤S730，从输入信号中解析出物理层载荷。
在步骤S740，判断该物理层载荷的入端口是否与其他物理端口设置了交叉关系，如果是，执行步骤S760；如果否，执行步骤S750。
在步骤S750，将该物理层载荷上行输出，由MAC层对其进行处理。
在步骤S760，对该物理层载荷进行物理层编解码及信号转换处理，将其转换为输出信号，从与该物理层载荷的入端口具有交叉关系的物理端口输出。
对从MAC层接收的输出至未设置交叉关系的物理端口的物理层载荷，其物理层处理过程与现有技术中相同。
图8所示为本发明所述以太网物理层交叉方法实施例二的流程，其中步骤S810、S820、S830与交叉方法实施例一中步骤S710至S730相同，不再重复。
在步骤S840，判断解析出的物理层载荷的入端口是否设置了交叉关系，如果是，执行步骤S860；如果否，执行步骤S850。
在步骤S850，将该物理层载荷与来自其他不具有交叉关系的物理端口的物理层载荷复用为一路高速物理层载荷。
在步骤S860，对该物理层载荷进行物理层编解码及信号转换处理，将其转换为输出信号，从与该物理层载荷的入端口具有交叉关系的物理端口输出。
应用本发明后，在图1所示的网络中，在交换机C上配置与局域网A连接的物理端口和与交换机D连接的物理端口之间进行交叉；在交换机D上配置与交换机C连接的物理端口和与局域网B连接的物理端口之间进行交叉，则交换机C和D不再需要学习局域网A和B内部主机的MAC地址，并且局域网A和B之间的带宽不会受到二层网络性能的影响。
综上，本发明实现了物理端口之间在物理层的互通，应用本发明后可以提供局域网之间在物理层的连通，并且具有高可靠性和低时延；同时，应用本发明能够减少物理层流量对MAC层芯片的冲击，从而可以降低MAC层芯片的设计要求，比如对流量的设计要求、对功能的设计要求和对表项大小的功能要求等。
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 (8)
1.一种以太网物理层交叉装置，包括至少两个连接至各自物理端口的编解码及信号转换单元，其特征在于：还包括连接至少两个编解码及信号转换单元的交叉处理单元，用来将来自一个物理端口的物理层载荷通过与另一个物理端口连接的编解码及信号转换单元输出。
2.如权利要求1所述的以太网物理层交叉装置，其特征在于：所述装置还包括交叉配置单元，用来设置物理端口之间的交叉关系；
所述交叉处理单元将来自一个物理端口的物理层载荷通过与其具有交叉关系的物理端口所连接的编解码及信号转换单元输出。
3.如权利要求2所述的以太网物理层交叉装置，其特征在于，所述装置还包括与物理端口一一对应的MAC层接口，用来与MAC层进行信号传输；
对不具有交叉关系的物理端口，所述交叉处理单元在该物理端口连接的编解码及信号转换单元和与该物理端口对应的MAC层接口之间透传物理层载荷。
4.如权利要求2所述的以太网物理层交叉装置，其特征在于：所述装置还包括复用解复用单元，用来在多路低速物理层载荷与一路高速物理层载荷之间进行复用与解复用；
对每个不具有交叉关系的物理端口，所述交叉处理单元在复用解复用单元与该物理端口所连接的编解码及信号转换单元之间透传一路物理层载荷。
5.如权利要求1所述的以太网物理层交叉装置，其特征在于：所述装置还包括位于所述两个进行交叉的物理端口之间的缓存器，用以匹配两个物理端口的时钟差异。
6.一种以太网物理层交叉方法，其特征在于，包括以下步骤：
从一个物理端口的输入信号中解析出物理层载荷；
将物理层载荷转换为输出信号后从与该物理端口具有预设交叉关系的物理端口输出。
7.如权利要求6所述的以太网物理层交叉方法，其特征在于，所述方法还包括：对不具有交叉关系的物理端口的输入信号，将从中解析出的物理层载荷上行输出至MAC层。
8.如权利要求6所述的以太网物理层交叉方法，其特征在于，对各个不具有交叉关系的物理端口的输入信号，所述方法还包括：将从中解析出的各路物理层载荷复用为一路高速物理层载荷，上行输出至MAC层。
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