CN101087204A - 使用端口硬件的预配置控制启动过程的系统和方法 - Google Patents

使用端口硬件的预配置控制启动过程的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于控制以太网节点的启动过程的系统和方法。可以配置与该以太网节点相关的端口硬件，以包括TX DISABLED状态作为上电期间的默认条件。在探测到关于以太网节点的系统复位条件后，在该端口硬件处触发该TX DISABLED状态。响应于该系统复位条件，交换机系统软件的初始化和配置继续发生。响应于该TX DISABLED状态，在链路端口上阻止网络业务量。在完成系统软件配置后，对于该链路端口实现TX ENABLED状态，因此在链路端口上可以开始网络业务量。

Description

使用端口硬件的预配置控制启动过程的系统和方法
相关申请的交叉引用
本非临时申请要求基于2005年4月1日提交的，申请号为60/667549，题为“ETHERNET PHY PORT HARDWAREPRECONFIGURATION DURING HARDWARE BOOTUP”，以PrakashJain的名义的在先美国临时专利申请的优先权，在此通过参考将其引入。
本申请公开的主题涉及在下列共同拥有共同未决的专利申请中所公开的主题：(i)2005年4月1日提交的题为“SYSTEM ANDMETHOD FOR CONTROLLING BOOT-UP PROCESS IN ACOMMUNICATIONS NETWORK SWITCH”，律师案卷号为1285-0176US，以Prakash Jain和Trinh Minh的名义的申请，在此通过参考将其引入。
技术领域
本发明总体上涉及通信网络。更具体地，并且不作为任何限制，本发明针对一种用于控制在诸如以太网(Ethernet)节点的通信网络实体中的启动(boot-up)过程的系统和方法。
背景技术
当诸如以太网节点(例如，以太网交换机/路由器)的通信网络实体设定在重新启动(reboot)状态中时，在该以太网节点的系统软件仍经历初始化和配置的同时，其链路端口硬件在与其相关的链路上会呈现出特定电压电平，表明为可操作链路，这可以被连接到该以太网节点的其他网络实体所检测到。因此，包括远端设备的其他网络实体会继续向经历启动的该以太网节点传输数据业务量。已知这样的启动行为会引起许多网络问题。例如，一个由以太网节点服务的远端设备可能在一个未正确地处理过的端口接口上开始发送网络业务量，由此潜在地导致丢失业务量。而且，基于对交换机端口的错误可操作条件的探测，可以检测网络拓扑中的变化，尽管实际上该变化是错误的。对于在网络中运行的交换和路由协议，这种情形会造成更高的收敛时间。已知即使在冗余接口对于在启动过程中新出现的端口可用的情况下，也存在类似的网络问题。另外，在实现诸如负载平衡或链路聚集的高级技术的情况下，网络进一步复杂化的可能性显著地增加。
发明内容
本公开的实施方式针对一种用于控制以太网节点的启动过程的系统和方法。可以配置(例如，预配置或重新配置)与以太网节点相关的端口硬件，以包括TX DISABLED状态作为上电期间的默认条件。在探测到关于该以太网节点的系统复位条件(包括例如通电或启动条件)后，在该端口硬件处触发TX DISABLED状态，由此去激活该端口硬件。响应于该系统复位条件，交换机系统软件的初始化和配置继续发生。响应于该TX DISABLED状态，在该链路端口上的网络业务量被限制。在完成该系统软件配置后，对该链路端口实现TX ENABLED状态，因此在该链路端口上可以开始网络业务量。
在一个方面，本发明针对一种控制以太网节点的启动过程的方法，该方法包括：预配置所述以太网节点的端口硬件以包括TXDISABLED状态作为上电期间的默认条件；在探测到关于所述以太网节点的系统复位条件后，在所述以太网节点的端口硬件处触发所述TX DISABLED状态；完成与所述以太网节点相关的系统软件的配置，所述配置响应于所述系统复位条件而发生；以及在完成所述配置后，使所述以太网节点的端口硬件变为TX ENABLED状态。
另一种实施方式针对一种用于控制以太网节点的启动过程的系统，包括：用于预配置以太网节点的端口硬件以包括TX DISABLED状态作为在上电期间的默认条件的装置；用于响应于探测到关于该以太网节点的系统复位条件而在以太网节点的端口硬件处触发TXDISABLED状态的装置；以及用于在完成与以太网节点相关的系统软件的配置后，使该以太网节点的端口硬件变为TX ENABLED状态的装置，该配置响应于系统复位条件而发生。
又一种实施方式针对一种可在以太网环境中操作的网络节点，包括：物理层(PHY)设备，可操作为支持至少一个链路端口，其中所述至少一个链路端口可操作为用于经由以太网链路与远端设备连接；和用于预配置PHY设备(例如，通过对该设备的配置管脚实现适当逻辑)以包括TX DISABLED状态作为在上电期间的默认条件的装置。
附图说明
通过参考以下结合附图所作出的详细描述，可以更完全地理解本发明，其中：
图1是具有其中可实现本发明的实施方式的一个或多个以太网节点的示例性网络环境；
图2是根据一个实施方式的用于控制以太网节点的启动过程的方案的流程图；
图3描述了示例性以太网实现中的PHY层功能；
图4是根据另一种实施方式的用于控制以太网节点的启动过程的方案的流程图；以及
图5是以太网节点的框图，根据本发明的一个实施方式在其中可以实现启动过程控制系统和方法。
具体实施方式
现在将参照如何能够最好地实施和使用实施方式的各种例子，来描述本发明的这些实施方式。在整个描述以及几个附图中使用相同的参考标号来指示相同或相应的部分，其中各种元素不必按比例绘出。现在具体地参照图1，其中示出的是一个示例性网络环境100，具有一个或多个以太网节点，在其中可实现本发明的实施方式。参考标号102A和102B是指代表两个以太网节点A和B的实体，这两个以太网节点A和B具有层2和/或层3的功能(即，交换和路由)，为了本专利公开的目的，也可以将它们统称为“网络节点”。网络节点A 102A和网络节点B 102B可以按任何已知或迄今未知的以太网布局和/或配置来部署，并且可操作为就由其产生的或者定向到其的网络业务量，而向一个远端设备A 104A提供服务。远端设备A 104A可以包括一个或多个激活的以太网链路端口，例如端口108-1，以及一个或多个备用的以太网链路端口，例如端口108-2，用于在激活接口和备用接口之间实现故障排除(fail-over)。
作为例子，可以将网络节点A 102A指定为主节点或激活节点，其可操作为经由链路110-1(即，激活接口)向远端设备104A提供服务。同样地，可以将网络节点B 102B指定为次节点或备用节点，其可操作为经由链路110-2(即，备用接口)向远端设备104A提供服务。各网络节点102A或102B可以包括多个链路端口，用于实现与诸如远端设备104A的一个或多个远端设备，以及/或者一个或多个可以部署在不同的网络部分106A或106B中的其他网络节点的接口连接。本领域技术人员应明白，在一些实现中，网络部分106A和106B可以共享一个或多个共同网段。另外，其中部署有网络节点102A和/或102B的网络自身可以集成在网络部分106A和/或106B内。但是，与在此描述的网络的特定网络拓扑和配置无关，远端设备A 104A可操作为经由激活的端到端路径和备用的端到端路径，与另一个远端设备，例如远端设备B 104B，进行通信。为了实现这种布局，也认为远端设备104B包括一个激活端口112-1，用于经由主链路114-1与网络部分106A接口连接，以及一个备用端口112-2，用于经由次链路114-2与网络部分106B接口连接。
如之前所提到的，网络节点102A和102B均可以具有多个链路端口，其中一些可以用于与远端设备接口连接，而另一些可以用于与网络106A和106B接口连接。作为例子，分别与网络节点102A和102B相关的链路端口116-1、118-1，对于来自远端设备104A的网络业务量或者去往远端设备104A的网络业务量可操作。以类似方式，分别与网络节点102A和102B相关的链路端口116-2、118-2，对于网络端的业务量可操作。
当由于一些原因，例如灾难性的交换机软件和/或硬件故障、复位、节电(power down)、重新启动等，网络节点102A停止工作时，其链路端口接口被去激活或去激励，包括设备端和网络端接口。因此，在链路110-1上检测到链路停止工作条件后，远端设备104A转换到其热备用端口108-2，用于经由网络节点102B与远端设备104B进行通信。当再次上电(power up)网络节点102A时(即通电或系统复位条件)，如以下将详细给出的那样，其之后进入受控启动过程，从而在交换机软件(即，系统软件)仍处于不完全操作状态的同时，其链路端口不呈现会使接口连接的实体(即，远端设备以及其他网络节点)开始网络业务量的假性逻辑条件。如本公开的背景技术部分中所指出的，这种情形对网络节点处接收的业务量的完整性，将引起各种有害影响。
图2是根据一个实施方式的用于控制以太网节点的启动过程的方案的流程图。当以太网节点(诸如以上参照图1所述的网络节点102A)被置于系统复位或上电条件时，开始该涉及硬件和系统软件二者的初始化和配置的启动过程(块202和204)。在探测到复位条件后，对其进行响应，在该网络节点的至少一部分链路端口上实现“链路停止工作”条件。当由经由相应链路连接到该网络节点的实体(即，设备和节点)检测到该链路停止工作条件时，该链路上的网络业务量被停止(块206)。也就是说，例如，经由具体链路向已发起启动过程的该网络节点传输网络业务量的远端设备，会在该接口上中止数据传输。在一种实现中，可以通过在一个具体管脚上(例如，TX DISABLE管脚)维持适当的逻辑电平来实现该链路停止工作条件，该具体管脚与负责和至少一部分链路端口接口连接的网络节点的物理层(“PHY”)设备相关。根据如何实现该硬件，该逻辑电平可以包括一个用于断定(即，激活高)的逻辑高(例如，具体电压电平)。具体地，对于用来与基于光纤的链路(即，“光纤端口”)进行接口连接的小型可插拔式(SFP)模块，这种实现可应用。对于基于铜线的10/100/1000BASE-T端口(即，“铜线端口”)，硬件预配置选项与以下将描述的更有关。
在链路端口上维持链路停止工作(或者禁止)条件的同时，网络节点的系统软件继续其初始化和配置过程，直到其完成和可操作(块208和210)。之后，在向端口硬件适当的指示该系统软件已完成必要的配置过程后，在端口上实现“链路准备好”条件(块212)。类似于链路停止工作条件的实现，可以在与链路端口接口连接的PHY设备的TX DISABLE管脚上提供适当的逻辑信号(例如，逻辑低)，以便指示端口的“使能(enabled)”状态。在由实体检测到链路准备好条件后，在该网络节点的链路上开始网络业务量，由此有利地避免了在启动周期期间在节点处的数据不确定性和/或丢失(块214)。具体地，可以由系统软件通过正确地配置PHY硬件来执行该链路准备好条件，或者在用于光纤端口的复杂可编程逻辑器件(CPLD)中或者在用于铜线端口的PHY芯片中设置适当比特。
图3描述了在示例性以太网实现中的PHY层功能。如已知的那样，以太网布局可以包括任何数目的网络节点，上述网络节点具有可根据多个标准和协议来实现的层2(交换)和层3(路由，IPv4以及IPv6)功能。为了本公开的目的，因此，一个示例性以太网节点可以包括可变数目的端口，它们能够与一个或多个类型的物理媒体(例如，绞铜线、光纤等)进行接口连接并且遵从诸如10BASE-T、100BASE-T、1000BASE-T、1000BASE-X等的标准。而且，PHY设备硬件可以具体化为多个形成要素，例如SFP模块、吉比特接口转换器(GBIC)模块，其集成了PHY层功能的各个方面。
如图3所示，示例了PHY层功能的三种实现模型：10BASE-T300A、100BASE-T 300B和1000BASE-T 300C。根据标准开放系统互连或OSI模型，多个更高层356与逻辑链路控制(LLC)层354接口连接，而该逻辑链路控制(LLC)层354又与媒体访问控制(MAC)层352接口连接。MAC层352使用依赖于可应用标准的多种子层功能，来与形成PHY设备的物理硬件接口连接。在10BASE-T实现模型300A中，媒体相关接口(MDI)302和物理媒体连接(PMA)304形成媒体连接单元(MAU)306，其形成PHY设备，其使用连接单元接口(AUI)308来经由物理层信令(PLS)功能310连接到MAC层352。在100BASE-T实现模型300B中，一个注册的插座(RJ)-45单元形成连接到PHY 322的MDI 312。如图3所示，在PHY 322内集成了许多功能和子层：自动协商314、物理媒体相关(PMD)功能316、PMA 318和物理编码子层(PCS)320。PHY 322使用媒体独立接口(MII)324来经由调和子层(RS)326连接到MAC层352。同样地，对于1000BASE-T实现模型(吉比特以太网)300C，RJ-45单元形成MDI 328，其中PHY 336包括PMD功能330、PMA 332和集成了自动协商的PCS 334。吉比特MII(GMII)338可操作为经由RS 340使PHY 336与MAC层352接口连接。
因此，基于前述讨论，应理解到，PHY层功能可以具体化为涉及一个或多个集成电路或IC器件的多个硬件实现，每个实施方式包括适当的驱动电路，用于在特定控制输入信号下在所支持的链路上驱动合适的逻辑电平。实际上，“传输(TX)控制”逻辑电路可以与物理层硬件(即，PHY/MAU芯片或SFP/GBIC模块)联合实现，由此在启动时(优选地，一旦探测到复位)将PHY功能维持在“传输禁止”状态，直到系统软件准备好并运行。在其中PHY硬件具有可编程逻辑器件(PLD)功能以控制一个复位管脚的一种实现中，PLD逻辑可以用来在复位管脚上驱动合适电平，使得其保持断定。由于在复位中的PHY硬件无法进行传输，所以远端和网络端实体将该条件探测为链路停止工作条件。应认识到，可以基于逐个端口(port-by-port)来要求该控制，并且如果PHY设备可操作为控制多个端口或者如果一个复位管脚控制多个端口，则可以要求附加逻辑以在各端口上正确地实现TX禁止和使能条件。
在其中PHY功能具体化为专用IC(ASIC)的另一种实现中，可以通过修改该ASIC的初始启动配置来实现TX控制，使得TX控制保持在禁止状态，直到系统软件使能它。一些现存的PHY硬件实现当前允许对于自动协商和速度(例如，100Mbps、1Gbps等)的初始启动时间配置。因此，可以使用芯片上的特定选择管脚预配置该设备用于TX DISABLED条件，作为用于PHY ASIC的默认启动时间配置。在于此进行参考后，本领域技术人员应认识到，如果可以在启动期间选择NULL速度(即，没有速度)并且使能自动协商的情况下预配置ASIC，则也可以实现TX DISABLED条件的相同结果。
图4是使用节点的端口硬件的预配置/重新配置能力，控制该以太网节点的启动过程的示例性方案的流程图。如块402中所说明的，可以修改端口硬件(例如，可操作为支持一个或多个链路端口的ASIC)的初始系统启动配置，以包括TX DISABLED状态作为默认条件。例如，现有的PHY设备可以利用三个硬件预配置管脚(P0、P1和P2)，以支持许多诸如以下提供的自动协商和速度预配置：
表I
P0 P1 P2 描述
    0     0     0 强制10BASE-T
    0     0     1 强制100BASE-T
    0     1     X 强制1000BASE-T
    1     0     0 自动协商通告：10BASE-T
    1     0     1 自动协商通告：10/100BASE-T
    1     1     0 自动协商通告：10/100/1000BASE-T
    1     1     1 自动协商通告：1000BASE-T
基于前述用于预配置的管脚逻辑，可以使用P0-P2逻辑的未使用组合之一，例如[011]，来强制TX DISABLED条件。因此，可以看出[01X]组合可以分化为[010]和[011]组合，其中可以使用[010]组合来支持1000BASE-T速度预配置，并且可以使用[011]组合来预配置在系统启动后的TX DISABLED状态。之后，当遇到系统复位/启动条件时，在系统的启动过程中触发预配置的TX DISABLED状态(块404)。响应于TX DISABLED状态，经由该以太网节点的端口不实现网络业务量(块406)。换句话说，经由节点的设备端或网络端端口硬件的网络业务量被停止或者限制。在完成系统软件的初始化和配置后，使端口硬件变为TX ENABLED状态(块408)，由此经由使能的端口可以开始网络业务量(块410)。
图5是以太网节点的框图，根据本发明的一个实施方式在其中可以实现启动过程控制系统和方法。系统复位/启动探测模块516可操作为与以太网节点500的交换机系统软件502接口连接，其中系统复位/启动条件开始该软件的初始化和配置。而且，链路状态控制模块506可操作为响应于该复位条件，将合适逻辑应用于PHY/MAU设备504的一个或多个输入508，使得对于链路514实现TXDISABLED条件，该链路514接口连接到由PHY/MAU设备504所支持的端口。如以上详细说明的那样，可以以多种方式实现这种条件。在完成软件初始化/配置过程后，可以向PHY/MAU硬件提供合适的指示510，使得去除TX DISABLED条件，因此链路514对于其上的网络业务量再次变得可操作。可选地，系统软件502可以向链路状态控制模块506产生指示512，用于将合适逻辑应用于PHY/MAU硬件504，使得所支持的链路端口变为TX ENABLED状态。可选地，在启动期间，提供在PHY/MAU硬件504的复位管脚可以保持在TX DISABLED状态，直到系统软件502将其释放。
应该认为从上面给出的详细描述，本发明的操作和构造是显而易见的。虽然所示和所描述的本发明的示例性实施方式表现为是优选的，但应易于理解到，在不偏离在下列权利要求中给出的本发明范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

Claims (10)

1.一种控制以太网节点的启动过程的方法，包括：
预配置所述以太网节点的端口硬件以包括TX DISABLED状态作为上电期间的默认条件；
在探测到关于所述以太网节点的系统复位条件后，在所述以太网节点的端口硬件处触发所述TX DISABLED状态；
完成与所述以太网节点相关的系统软件的配置，所述配置响应于所述系统复位条件而发生；以及
在完成所述配置后，使所述以太网节点的端口硬件变为TXENABLED状态。
2.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中响应于所述系统复位条件在没有延迟的情况下实现所述TXDISABLED状态。
3.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中所述端口硬件包括支持一个或多个吉比特以太网端口的硬件。
4.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中所述端口硬件包括支持一个或多个1000BASE-X小型可插拔式(SFP)端口的硬件。
5.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中所述端口硬件包括支持一个或多个注册的插座-45(RJ-45)端口的硬件，可就10BASE-T、100BASE-T和1000BASE-T以太网标准中的至少一个操作。
6.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中在实现所述TX DISABLED状态后，在所述端口硬件处的网络业务量被限制。
7.根据权利要求1所述的控制以太网节点的启动过程的方法，其中在实现所述TX ENABLED状态后，开始所述端口硬件处的网络业务量。
8.一种可在以太网环境中操作的网络节点，包括：
物理层(PHY)设备，可操作为支持至少一个链路端口，其中所述至少一个链路端口可操作为用于经由以太网链路与远端设备连接；以及
用于预配置所述PHY设备以包括TX DISABLED状态作为上电期间的默认条件的装置。
9.根据权利要求8所述的可在以太网环境中操作的网络节点，其中所述至少一个链路端口包括吉比特以太网端口。
10.根据权利要求8所述的可在以太网环境中操作的网络节点，其中所述至少一个链路端口包括10/100/1000BASE-X端口。
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