CN101212396B - 在以太网上进行同步时分交换的以太网交换方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种在以太网上实现同步时分交换的以太网交换方法，其中：以太网端口的输出部分按定长以太网帧的单位传输时间划分输出时隙；所述以太网端口的输入部分接收所述定长以太网帧；交换单元查找转发表根据对应的L2/L3转发表项将所述定长以太网帧交换至指定以太网端口的指定输出时隙；同时，所述以太网端口的输出部分在同步信息协调下，按输出时隙编号发送所述定长以太网帧。以及相应的以太网交换设备(400)，包括有交换单元(410)，转发表(420)，至少2个按定长以太网帧单位传输时间时分复用化的以太网端口(430)，及用于保持网络同步的同步单元(440)。本发明能有效保证以太网上时分业务数据流的恒定交换时延。

Description

在以太网上进行同步时分交换的以太网交换方法与设备

技术领域

本发明涉及网络领域，尤其涉及以太网领域；更具体地说，本发明涉及利用现有以太网交换机制在以太网上实现同步时分交换的以太网交换方法以及相应的以太网交换设备。 

背景技术

随着低成本以太网技术的推广，能较好解决带宽复用、且对突发业务性价比较高的分组交换得到越来越广泛的应用。相应地，以太网交换机(LanSwitch，Local area network Switch)作为一种主要的分组交换设备，不仅在局域网普遍应用，在城域网的应用也越来越多。 

现有以太网交换机的框图可简化为如图1所示：以太网交换机100中各端口130₁、130₂、…、130_n通过输入部分接收缓存140₁、140₂、…、140_n和输出部分发送缓存150₁、150₂、…、150_n与交换单元110相连，该交换单元110还连接有转发表120。 

根据现有以太网交换机的工作原理，一个数据帧从输入以太网交换机100到由该以太网交换机100输出，如图2中所示，需要经过四步典型操作：S101分类(Classification)，从端口130₁、130₂、…、130_n的输入部分140₁、140₂、…、140_n接收数据包头具有L2/L3信息的数据包，辨识该数据包所属的流类别；S102访问控制(Admission Control)，对属于各种流的数据包施加预定的各种管理策略；S103交换(Switching)，交换单元110查找转发表120，根据该转发表120将该数据包交换到对应的端口130₁、130₂、…、130_n的输出部分150₁、150₂、…、150_n；以及S104输出队列(Output queue)，该数据包在所述端口130₁、或130₂、或…、或130_n的发送缓存150₁、或150₂、或…、或150_n中等待发送。 

需要说明的是，为了确保最高优先级的数据包能最快发送出去，现 有以太网交换机100的端口130₁、130₂、…、130_n一般都支持优先级算法：图1中各端口130₁、130₂、…、130_n一般均分别独立管理有若干个优先级不等的输出队列，各对应某特定优先级的输出队列均为支持FIFO(First In First Out，先进先出)算法的缓存结构；也就是说，各发送缓存150₁，150₂，…，150_n均可能包括有若干个优先级可灵活设置或固定的子缓存150₁₁、…、150_1K，150₂₁、…、150_2L，150_n1、…、150_nM，其中K≥1、L≥1、且M≥1。这样，上述S 104输出队列详细为：各端口130₁、130₂、…、130_n按优先级算法，只要线路有空闲，就从各自独立管理的若干输出队列中读取数据包进行发送。 

表1：现有以太网交换中的L2/L3转发表项举例 

表项1	目的地址a	其它属性	→	到端口9的输出队列8	其它操作
						表项2	目的地址b	其它属性	→	到端口7的输出队列3	其它操作

…… 

表项n

目的地址x

其它属性

→

到端口1的输出队列4

其它操作

如上表1所示，现有以太网交换中转发表120的L2/L3转发表项由两部分组成：一部分表示数据帧/包的数据属性，比如，目的MAC(MediaAccess Control，媒体接入控制)地址、目的IP(Internet Protocol，因特网协议)地址、或VLAN ID(Virtual Local Area Network Identifier，虚拟局域网标识符)等；另一部分说明需要对满足本表项属性的数据帧/包执行的操作，比如转发到某端口的某输出队列(组播时，可能转发到多个端口各自独立管理的某些输出队列)或修改某字段。 

并且，表1中所示L2/L3转发表项可以设置为不可自动更新，也可以设置为可自动更新：当设置为可自动更新时，表项的地址和操作等内容受自动学习和老化等机制影响；当设置为不可自动更新时，表项的地址和操作等内容不受自动学习和老化等机制影响，只有系统管理员才能更新表项内容。 

综上所述，现有以太网交换机端口的输出是尽力而为方式发送的，这使得每个数据包并非定时有节奏地被发送出去，因而无法保证数据包 的从输入到输出的交换时延恒定；并且，由于以太网数据帧不定长，即使有同步信息，现有以太网交换机的输出端口也难于准确时分化。 

另一方面，时分业务数据经常需要恒定速率到达用户端，电路交换能比较好保证时分业务的QoS(Quality of Service，网络服务质量)。现有的电路交换有PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字层级)和SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字层级)/SONET(Synchronous Optical NETwork，同步光纤网)两大体系，它们的主要思想是线路带宽TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)化和定长帧结构。 

TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)交换，也称时分交换，典型应用在数字程控交换机中多个TDM接口。图3为TDM交换示意图，其中各TDM接口230₁、230₂、…、230_n有相同的帧同步，一般为8KHz，且以所述帧同步为周期编号参与TDM交换的各时隙。同时，各TDM接口230₁、230₂、…、230_n速率相等或成整数倍关系，如E1速率2.048MHz、2倍E1速率4.096MHz、4倍E1速率8.192MHz、8倍E1速率16.384MHz、及16倍E1速率32.768MHz等。这样，各TDM接口拥有的时隙数量相同或成整数倍关系，如2.048MHz的E1速率TDM接口拥有32个时隙、4.096MHz的2倍E 1速率TDM接口拥有64个时隙。并且，对于TDM交换而言，一般1个参与TDM交换的所述时隙承载1个字节。 

图3所示TDM交换单元210内部一般具有如图4所示的功能结构，其交换原理是：各TDM接口230₁、230₂、…、230_n的各输入时隙数据写入数据存储器211(Data Memory，DM)中与该输入时隙编号对应的固定地址；同时，根据存储在接续关系存储器212(Connection Memory，CM)中可配置的输入时隙与输出时隙的交换关系，各TDM接口230₁、230₂、…、230_n按时隙编号发送数据存储器211中与该输出时隙编号对应的寄存器中内容。 

现有数字程控交换机中表示输入时隙和输出时隙交换关系的接续关系存储器212中内容是在电话呼叫接续过程中由处理机根据信令要求和链路状态动态配置，并不需要人工干预。然而，现有SDH/SONET光网 络中接续关系存储器212中内容大多还是由人手工配置。当然，为了减少手工配置的负担、以减低成本、以及对客户需求提供动态响应，SDH/SONET光网络中也可采用GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching，通用多协议标签交换)的体系结构和协议。 

对于上述TDM交换，某个输入时隙到达配置的对应输出时隙的时延是固定的，不受其它时隙的影响，因而能较好地保证QoS。但是，现有TDM交换的缺点在于：由于一般以字节或字节的一部分为时隙单位进行交换，使得TDM接口的速率较低；并且TDM接口各时隙不能直接承载以太网数据包，使得需要借用某种封装格式进行封装/解封装。 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种以太网交换方法和相应的以太网交换设备，以利用现有以太网交换机制在以太网上实现数据的同步时分交换。 

为了达到上述发明目的，本发明提供一种以太网交换方法，其中： 

以太网端口的输出部分按定长以太网帧的单位传输时间划分为一系列定长输出时隙； 

所述以太网端口的输入部分接收所述定长以太网帧； 

交换单元根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项之后，将所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定输出以太网端口的指定输出时隙，其中，L2/L3转发表项为具有特定L2/L3信息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙； 

同时，所述以太网端口的输出部分在同步信息协调下，按输出时隙编号读取并发送所述定长以太网帧。 

对于上述以太网交换方法，为了便于调度，所述以太网端口的输出部分各输出时隙均分别独立维持一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧。这样，所述以太网端口的输出部分在所述同步信息协调下按输出时隙编号从该输出时隙独立维持的输出队列中读取所述定长以太网帧并发送。 

对于上述以太网交换方法，为了能够支持时隙子速率时分业务，优 选地，所述输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据。 

对于上述以太网交换方法，其中，所述以太网端口的输出部分各输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，且所述以太网端口的输出部分在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。 

对于上述以太网交换方法，其中，所述以太网端口的速率相等或者成整数倍关系；并且，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数。 

对于上述以太网交换方法，其中，可手工配置所述转发表；也可采用协议动态设置来配置所述转发表，比如采用SDH/SONET网络中应用的GMPLS。 

对于上述以太网交换方法，其中，可通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取所述同步信息，具体如IEEE1588所述的方法；或者，通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；或者，利用GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)同步系统获取所述同步信息；或者，利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。 

为了达到上述发明目的，本发明同时提供一种可应用上述以太网交换方法的以太网交换设备，其包括有交换单元、转发表、2个或2个以上的以太网端口、以及同步单元，其中： 

所述同步单元用于使各所述以太网端口和该以太网交换设备的上下游设备保持同步； 

所述以太网端口的输入部分，用于接收定长以太网帧； 

所述以太网端口的输出部分，按所述定长以太网帧的传输时间为单位划分输出时隙，用于在所述同步单元协调下按输出时隙编号读取并发送所述定长以太网帧； 

所述转发表配置有L2/L3转发表项，用于为具有特定L2/L3信息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙； 

所述交换单元，用于根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找所述转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述 定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙。 

这样，简述该以太网交换设备的工作原理如下：各所述以太网端口的输入部分接收具有L2/L3信息的定长以太网帧；所述交换单元根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找所述转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙并等待发送；同时，在所述同步单元的协调下，各所述以太网端口的输出部分按输出时隙编号读取相应的定长以太网帧并发送。 

对于上述以太网交换设备，为了便于调度，各所述以太网端口的输出部分各输出时隙均分别独立维持一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧；这样，各所述以太网端口的输出部分均在所述同步单元协调下按输出时隙编号读取该输出时隙独立维持的输出队列中所述定长以太网帧并发送。 

对于上述以太网交换方法，为了能够支持时隙子速率时分业务，优选地，所述输出队列并非简单的FIFO(First In First Out，先进先出)结构，其将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据。 

对于上述以太网交换设备，其中，各所述以太网端口的输出部分各输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，且所述以太网端口的输出部分在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。 

对于上述以太网交换设备，其中，所述以太网端口的速率相等或者成整数倍关系；并且，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数。 

对于上述以太网交换设备，其中，可手工配置所述转发表；也可采用协议动态设置来配置所述转发表，比如采用SDH/SONET网络中应用的GMPLS。 

对于上述以太网交换设备，其中，所述同步单元通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取同步信息，所述同步信息用于使各所述以太网端口和该以太网交换设备的上下游设备保持同步；或者，所述同 步单元通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；或者，所述同步单元利用GPS同步系统获取所述同步信息；或者，所述同步单元利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。 

本发明的优点在于：本发明在定长以太网帧和以太网端口时分复用化的基础上，利用现有的L2交换/L3转发技术实现了以太网同步时分交换，能保证以太网上时分业务数据流的恒定交换时延，从而能有效加速低成本以太网技术在城域网的广泛应用。 

本发明的另一优点在于：本发明以太网交换方法与以太网交换设备中以太网端口各输出时隙对应的输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据；从而使得本发明以太网交换方法与以太网交换设备能够支持时隙子速率时分业务的交换和传输。 

附图说明

图1：现有以太网交换机的示意框图； 

图2：现有以太网交换的数据操作流程图； 

图3：现有TDM交换的示意图； 

图4：现有TDM交换中TDM交换单元的功能框图； 

图5：IEEE 802.3给出的以太网帧的结构示意图； 

图6：本发明以太网交换方法与设备中定长以太网帧的结构示意图； 

图7：本发明以太网交换方法与设备中利用定长以太网帧时分复用以太网端口的示意图； 

图8：本发明以太网交换方法的示意图； 

图9：本发明以太网交换设备的示意框图； 

图10：本发明以太网交换方法与设备中以太网端口输出部分的时分复用示意图； 

图11：本发明以太网交换方法与设备支持时隙子速率时分业务的交换示意图。 

具体实施方式

如上所述，本发明同时提供一种以太网交换方法和相应的以太网交换设备，以在低成本以太网上实现同步时分交换。并且，其实现基础是定长以太网帧和以太网端口时分复用化，下面将首先参照图5以及图6介绍定长以太网帧。 

IEEE 802.3给出的以太网MAC(Media Access Control，媒体接入控制)帧的帧结构如图5所示，其包括有：前导码310(Preamble)占7字节，帧首定界符320(SFD，Start Frame Delimiter)占1字节，目的地址331(DA，Destination Address)占6字节，源地址332(SA，Source Address)占6字节，长度/类型333(Length/Type)占2字节，数据域334(Data)和填充域335(PAD)一起占46～1500字节，帧校验位336(FCS，FrameCheck Sequence)占4字节，以及扩展域340(Extension)占不定长的字节数。并且，其中所述目的地址331、源地址332、及长度/类型333一起构成14字节的MAC帧头；其中所述MAC帧头、数据域334、填充域335、帧校验位336一起构成帧有效内容330；其中所述扩展域340是为了填充载波到规定最小长度的无效数据位，即其只出现在帧长小于载波规定最小长度的情况下，且其占用字节数为0或为载波最小长度减帧长。此外，IEEE 802.3还规定10Mbps，100Mbps，及1000Mbps的帧间隔(IFG，Inter Frame Gap)最少占12字节。 

如图6所示，本发明实现以太网同步时分交换涉及的定长以太网帧与上述现有以太网帧兼容，仍然保持7字节的前导码310，1字节的帧首定界符320，及大于或等于12字节的帧间隔350；只是该定长以太网帧的帧有效内容330(Frame)部分包含的数据长度固定。比如：当前导码310占7字节，帧首定界符320占1字节，帧有效内容330占601字节，帧间隔350占16字节时，整个帧长为625字节；对于10Mbps的以太网，625字节相当于125μs*4＝500μs的传输长度；对于100Mbps以太网，625字节相当于50μs的传输长度。 

如果所需传输的以太网帧小于定长时，可以用无效数据位扩展该以太网帧至所述定长；也就是，直接输出该小于定长的以太网帧，并用无 效数据位填充发送完该以太网帧后的时隙剩余时间片。其中，所述无效数据位可以为扩展域340，也可以为帧间隔350。 

如果所需传输的以太网帧大于定长时，对该以太网帧进行分片使其各分片不大于所述定长后再输出所述各分片，以实现跨帧传输。可用于进行分片的方法有很多，其中之一为现有的IP(Internet Protocol，因特网协议)包分片技术，其中之二为本申请人提出的MAC帧分片技术。 

关于定长以太网帧的产生，本申请人于2006年12月26日提交的名称为“同步时分以太网传输方法及相应的传输装置”的中国专利申请中公开有详细技术实施方案，援引于此，以资参考。 

如上所述，本发明实现以太网同步时分交换的基础有定长以太网帧和以太网端口时分复用化，介绍完定长以太网帧后，下面将参照图7介绍以太网端口的时分复用化。 

本发明提供的以太网交换方法与设备中涉及的各以太网端口，其输出部分均按照上述定长以太网帧的传输时间为单位划分输出时隙，以输出时隙为单位进行传输调度；一个所述输出时隙承载一个所述定长以太网帧，并且在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。 

通过上述以太网端口的时分复用化，使得所述以太网端口能够承载恒速率时分业务数据流。所述恒速率时分业务数据流的一系列数据包在固定时间间隔(TS，Time Slot)中由所述时分复用化以太网端口顺序均匀发送；当某个TS没有被分配时，则在其对应的时间片内所述时分复用化以太网端口不发送数据，也即让线路保持空闲。 

比如：假设定长以太网帧的定长为625字节，对于100Mbps的以太网端口，625字节相当于50μs的传输长度，则以50μs为单位对该100Mbps以太网端口划分输出时隙。如果实际数据传输中一个以太网帧只需20μs就能发送完成，则发送完该以太网帧后的剩余30μs(＝50μs-20μs)时间片内将让线路空闲，直到下一个50μs开始才再发送下一帧。 

这样，如图7所示，一个所述时分复用化的以太网端口的整个带宽被分成n份，且最多可由n个恒速率时分业务数据流分别占用，其中n≥2；也就是说，一个恒速率时分业务数据流占用该时分复用化以太网端口整 个带宽的1/n，每n个时隙TS₀，TS₁，…，TS_n发送一次该恒速率业务数据流的数据包。 

在上述定长以太网帧和以太网端口时分复用化的基础之上，本发明提供一种以太网交换方法，下面将参照图8详细介绍该方法。 

首先，参与本发明以太网交换方法的以太网端口430₁、430₂、…、430_n为上述时分复用化的以太网端口，其输出部分被按照定长以太网帧的传输时间为单位划分为一系列定长输出时隙，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧。在图8中将所述一系列定长输出时隙表示为一系列方框，其中，有色方框表示本输出时隙有数据包承载，白色方框表示本输出时隙空闲。并且，所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分以所述输出时隙为单位进行传输调度，其在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。 

其次，为了保持所述时分复用化以太网端口430₁、430₂、…、430_n的本地准确数据交换及上下游准确时隙对应，如图8所示，本发明以太网交换方法还涉及用于保持网络同步的同步信息。 

目前已经有不少方法用于在以太网系统中提供同步信息，比如：方法之一是通过提取上游线路时钟获取所述同步信息，并为该以太网时分交换机的网络下游设备提供发送时钟；方法之二是通过计算数据包发送和到达时间获取所述同步信息，如IEEE 1588，IEEE 802.1as等；方法之三是利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的同步系统；方法之四是利用传统的PDH或SDH的同步网。 

同时，本申请人于2006年12月7日提交的名称为“基于以太网时分化的时钟同步传递方法和装置及保护方法”的中国专利申请“200610153146.5”公开了定长以太网帧情况下如何获取所述同步信息的详细技术实施方案，援引于此，以资参考。 

再次，为了借助现有以太网交换技术完成本地所述时分复用化以太网端口430₁、430₂、…、430_n之间的数据交换，如图8所示，本发明借助现有的L2/L3转发表项来表达所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输入输出交换关系，也即通过L2/L3转发表项来为具有特定L2/L3信 息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙。 

这样，采用手工逐个定义具体的L2/L3转发表项，或者在实现了GMPLS系统中采用GMPLS的方式动态逐个定义具体的L2/L3转发表项，使得各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分中各输出时隙均分别关联有一个特定的MAC地址、或一个特定的IP地址、或一个特定的其他L2/L3信息。从而使得所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分中输出时隙，可通过各自独立关联的所述特定L2/L3信息进行相互区别。 

最后，如图8所示，在本发明以太网交换方法中，以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输入部分接收具有L2/L3信息的定长以太网帧；交换单元根据所述输入的定长以太网帧帧内L2/L3信息查找转发表确定对应的L2/L3转发表项后，将所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分的指定输出时隙；同时，所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分在所述同步信息协调下，按输出时隙编号一个输出时隙发送一个所述定长以太网帧。 

其中，图8中有色方框均表示本时隙有数据包存储或输出，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的特定L2/L3信息；图8中白色方框均表示本时隙无数据包存储或输出，也即本时隙空闲。 

此外，为了便于调度，在本发明以太网交换方法中，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的各输出时隙均分别独立设立一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧。这样，在本发明以太网交换方法中，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分就像多个输入和一个输出组成的时分复用器。 

如图10所示，所述以太网端口之一430₁同时管理其一系列定长输出时隙分别独立维持的输出队列x、y、z、…，且所述以太网端口430₁在同步信息协调下按时隙编号从所述输出队列x、y、z、…中读取相应定长以太网帧并发送。 

其中，与图8类似，图10中有色方框均表示本时隙有数据包存储或输出，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的特定L2/L3信息；图10中白色方框均表示本时隙无数据包存储或输出，也即本时隙 空闲。 

同时，在上述定长以太网帧和以太网端口时分复用化的基础之上，本发明还提供了一种以太网交换设备，其一般结构与普通以太网交换机类似，只是其对外业务接口为多个上述时分复用化的以太网端口，且各所述时分复用化以太网端口的输出采用按定长以太网帧的单位传输时间划分的时隙定时调度。 

下面将参照图9详细介绍该以太网交换设备的组成结构，以及其中各组成单元的具体功能。 

如图9所示，本发明提供的以太网交换设备400与现有普通以太网交换机100一样，也包括有交换单元410/110，转发表420/120，及n(n≥2)个以太网端口430₁/130₁、430₂/130₂、…、430_n/130_n。 

相比现有普通以太网交换100，图9中所示本发明以太网交换设备400的主要改进点在于： 

1、该以太网交换设备400还包括有同步单元440，用于为所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n和/或该以太网交换设备400的上下游设备提供同步信息，以保持所述各以太网端口430₁、430₂、…、430_n的本地准确数据交换及上下游准确时隙对应。 

目前已经有不少方法用于在以太网系统中提供同步信息，比如：方法之一是通过提取上游线路时钟获取所述同步信息，并为该以太网时分交换机的网络下游设备提供发送时钟；方法之二是通过计算数据包发送和到达时间获取所述同步信息，如IEEE 1588，IEEE 802.1as等；方法之三是利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的同步系统；方法之四是利用传统的PDH或SDH的同步网。 

同时，本申请人于2006年12月7日提交的名称为“基于以太网时分化的时钟同步传递方法和装置及保护方法”的中国专利申请“200610153146.5”公开了定长以太网帧情况下所述同步单元具体实施方案的详细技术内容，援引于此，以资参考。 

2、所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n为上述时分复用化的以太网端口，每个所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分按照定 长以太网帧的传输时间为单位划分为一系列定长输出时隙，一个所述输出时隙承载一个所述定长以太网帧；并且，所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分以所述输出时隙为单位进行传输调度，其在每个所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。 

且与TDM接口类似，所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的速率相等或者成整数倍关系，其中，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数；比如，10Mbps的以太网端口拥有10个时隙，100Mbps的以太网端口拥有100个时隙。 

3、为了借助现有以太网交换技术完成所述时分复用化以太网端口430₁、430₂、…、430_n之间的输入输出交换，本发明借助现有的L2/L3转发表项来表达所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输入输出交换关系，也即通过L2/L3转发表项来为具有特定L2/L3信息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙。 

采用手工配置所述转发表420，或者在实现了GMPLS系统中采用GMPLS的方式动态设置所述转发表420。这样，通过逐个定义所述L2/L3转发表项，所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分中各输出时隙，均分别关联有一个特定的MAC地址、或一个特定的IP地址、或一个特定的其他L2/L3信息。从而使得所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分中输出时隙，可通过各自独立关联的所述特定L2/L3信息进行相互区别。 

下表2为本发明以太网交换设备基于L2信息进行数据转发的转发表420举例，其具有n个转发表项，其中n＞1。 

表2：本发明以太网交换设备基于L2转发表的转发表举例 

表项  1	目的MAC  地址a	其它属性	→	到端口3的输出时隙1  的输出队列	其它操作
						表项  2	目的MAC  地址b	其它属性	→	到端口5的输出时隙8  的输出队列	其它操作

…… 

表项  n

目的MAC  地址c

其它属性

→

到端口24的输出时隙  9的输出队列

其它操作

[0095] 与现有普通以太网交换机100的L2转发表120一样，表2所示本发明以太网交换设备400的转发表420中L2转发表项由两部分组成：一部分表示数据帧/包的数据属性，如目的MAC地址；另一部分说明对满足本表项属性的数据帧/包需要的操作，如转发到某以太网端口由其于某输出时隙发送出去(组播时，可能转发到多个以太网端口由所述多个以太网端口分别于某些输出时隙发送出去)。 

需要说明的是，表2中所示这些用于时分交换的转发表项在时分链路建立时设置，且维持到时分链路拆除为止，其并不会因MAC地址自动学习和老化等因素影响而被更新。 

而且，如表2所示，为了便于定时调度，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的各输出时隙均分别独立维持一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧。 

通过上述介绍可知，本发明以太网交换设备400用于恒速率时分业务数据流的交换传输时，其操作分类S101、访问S102、及交换S103中的数据处理过程与现有普通以太网交换机类似，但其操作输出队列S104中的数据处理过程却与现有普通以太网交换机有很大区别。 

这主要因为，本发明以太网交换设备400中以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分被时分复用化，也即被按定长以太网帧的单位传输时间划分为一系列定长时隙。从而使得本发明以太网交换设备400中，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分就像多个输入和一个输出组成的时分复用器。 

如图10所示，所述以太网端口之一430₁同时管理其一系列定长输出时隙分别独立维持的输出队列x、y、z、…，且所述以太网端口430₁在所述同步单元440提供的同步信息协调下按时隙编号从所述输出队列x、y、z、…中读取相应定长以太网帧并发送。 

综上所述，图9中所示本发明以太网交换设备400的工作原理为：各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输入部分接收定长以太网帧，所述定长以太网帧帧内L2/L3信息为某些特定L2/L3信息之一；所述交换单元410根据所述定长以太网帧帧内L2/L3信息查找所述转发表420，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述定长以太 网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定的以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分等待发送；同时，在所述同步单元440提供的同步信息协调下，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n输出部分按输出时隙编号读取该输出时隙独立维持的输出队列中所述定长以太网帧并发送。 

其中，与图8和图10类似，图9中有色方框也表示本时隙承载有参与时分交换的数据包，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的特定L2/L3信息；图9中白色方框也表示本时隙没有承载任何数据，也即本时隙空闲。 

此外，当某恒速率时分业务数据流只占用定长时隙带宽的一部分，我们称此时分业务数据流为时隙子速率时分业务。 

举例来说：对于带宽为10Mbps的定长时隙而言，5Mbps的时隙子速率时分业务只占用所述10Mpbs定长时隙带宽的1/2。则如图11所示，每个10Mbps定长时隙的两个时间片中只有一个承载有有效数据(图11示为灰色方框)，而另一个时间片空闲(图11示为白色方框)。 

为了能够支持时隙子速率时分业务数据流的交换与传输，在本发明以太网交换方法与设备中，各所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分中各输出时隙独立维持的输出队列并非简单的FIFO(First InFirst Out，先进先出)结构，其将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片。这就使得，当所述以太网端口430₁、430₂、…、430_n的输出部分读取所述输出队列中数据并发送时，其能够判断本时间片是否为空闲时间片，是则在该空闲时间片内不发送数据，也即在该空闲时间片内让线路保持空闲。 

这样，如图11所示，接收时有数据输入的时间片经交换后对应为发送时有数据输出的时间片，而接收时无数据输入的空闲时间片经交换后对应为发送时无数据输出的空闲时间片。也就是说，本发明以太网交换方法与设备，能够有效支持时隙子速率时分业务数据流的交换与传输。 

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域 技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。 

Claims (10)

1.一种在以太网上进行同步时分交换的以太网交换方法，其特征在于，以太网端口的输出部分按定长以太网帧的单位传输时间划分输出时隙；

所述以太网端口的输入部分接收所述定长以太网帧；

交换单元根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找转发表，确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙，其中，L2/L3转发表项为具有特定L2/L3信息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙；

同时，所述以太网端口的输出部分在同步信息协调下，按输出时隙编号读取所述定长以太网帧并发送。

2.如权利要求1所述的以太网交换方法，其特征在于，各所述输出时隙均分别独立维持一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧。

3.如权利要求2所述的以太网交换方法，其特征在于，所述输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据。

4.如权利要求1至3任一所述的以太网交换方法，其特征在于，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，且所述以太网端口的输出部分在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

5.如权利要求1至3任一所述的以太网交换方法，其特征在于，通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取所述同步信息；

或者，通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；

或者，利用GPS同步系统获取所述同步信息；

或者，利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。

6.一种在以太网上进行同步时分交换的以太网交换设备，包括有交换单元，转发表，及2个以上的以太网端口；其特征在于：

该以太网交换设备还包括有同步单元，用于使各所述以太网端口和该以太网交换设备的上下游设备保持同步；

所述以太网端口的输入部分，用于接收定长以太网帧；

所述以太网端口的输出部分，按所述定长以太网帧的传输时间为单位划分输出时隙，用于在所述同步单元协调下按输出时隙编号读取并发送所述定长以太网帧；

所述转发表配置有L2/L3转发表项，用于为具有特定L2/L3信息的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙；

所述交换单元，用于根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找所述转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙。

7.如权利要求6所述的以太网交换设备，其特征在于，各所述输出时隙均分别独立维持一个输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所述定长以太网帧。

8.如权利要求7所述的以太网交换设备，其特征在于，所述输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据。

9.如权利要求6至8任一所述的以太网交换设备，其特征在于，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，并且各所述以太网端口的输出部分均在各所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

10.如权利要求6至8任一所述的以太网交换设备，其特征在于，所述同步单元通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取同步信息，所述同步信息用于使各所述以太网端口和该以太网交换设备的上下游设备保持同步；

或者，所述同步单元通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；

或者，所述同步单元利用GPS同步系统获取所述同步信息；

或者，所述同步单元利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。

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