CN101663863B

CN101663863B - Rstp处理方式

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Publication number: CN101663863B
Application number: CN2008800129180A
Authority: CN
Inventors: 蒋伟
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: JP5036041B2; WO2008133250A1; KR101025529B1; US20100128732A1; KR20090123892A; US8213339B2; CN101663863A; JP2008271480A

Abstract

对于遵照IEEE802.3标准的将多个节点通过规定的传输线路连接而构成环型拓扑结构的网络中的RSTP处理，不通过软件，而是通过执行OSI参照模型的物理层及数据链路层所涉及的处理的硬件，在极短的时间进行处理，实现满足实施传输处理的要求的恢复时间。各个节点的RSTP处理部，通过与一方的MAC部连接的BPDP数据总线接收，一方的PHY部从网络接收的、与该PHY部连接的一方的MAC部中的BPDU发送接收缓冲器中储存的BPDU数据，在解读该接收到的BPDU数据并执行规定的处理之后，通过与另一方的MAC部连接的BPDU数据总线进行传输，转送到另一方的BPDU发送接收缓冲器，从与该另一方的MAC部连接的另一方的PHY部向网络发送该BPDU数据。

Description

RSTP处理方式

技术领域

本发明涉及遵照IEEE802.3标准的将多个节点通过规定的传输线路连接而具有环型拓扑结构(topology)的网络中的RSTP(快速生成树协议)处理方式，特别是非常高速地从网络所发生的故障中恢复的最佳RSTP处理方式。

背景技术

迄今为止，在遵照IEEE802.3标准的以太网(注册商标：以下相同)等LAN(local area network)中的用于数据包的交换的交换集线器被广泛地使用。这种交换集线器进行BPDU(Bridge Protocol Data Unit：网桥协议数据单元)的发送接收，具备防止产生回路的功能，该BPDU基于由IEEE 802.1D/w规定的生成树协议(Spanning-tree protocol)。

但是，若在持续进行基于交换集线器的交换的情况下，停止了用于控制该交换集线器的CPU(中央处理装置)的处理，则往往不能正确地发挥生成树协议的功能，在网络中形成回路。为了防止这样的不良情况，公知有数据包交换装置和生成树拓扑结构的稳定化的方法(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-109846号公报

对于该装置及方法，当在通过硬件进行数据包交换的装置中安装了生成树协议的情况下，在进行数据包交换的电路中组装用于监视BPDU的发送的电路，当在生成树协议规定的时间内未进行BPDU发送的情况下，通过停止数据包交换来抑制网络拓扑结构产生回路，使网络稳定。

但是，遵照IEEE802.3标准的网络广泛地应用在办公室和家庭中，而且还在工业系统或楼宇系统中尝试使用。而且，应用于办公室的网络，从便利性角度来看，采用星型拓扑结构作为布线方式。另一方面，工业系统或楼宇系统中的网络方式，一般传输线路的布线长度较长，因此优选采用在多个控制设备(以下，有时称为节点)之间的联系布线方式。具体地说，如图17所示，在多个节点N1’、N2’、……Nn’中分别具备交换集线器S1’、S2’……Sn’，将该交换集线器S1’、S2’……Sn’具备的端口中的两个端口分别通过传输线路1与不同的节点连接，构成环型拓扑结构。而且，在多个交换集线器S1’、S2’……Sn’中，预先搭载IEEE802.1w的RSTP(RapidSpanning Tree Protocol)。

本来，RSTP是用于防止数据包在网络内无限循环的。通过如图17所示那样利用RSTP的功能，即使将网络构成环状，由于网络的一个位置维持在逻辑上被切断(阻挡)的状态，因此数据包不会在网络内无限地循环。

在这样构成的网络中，为了检测传输线路1的断线或节点的电源断开等网络中发生的故障，按每个规定的时间将预先决定的数据包、具体的是将BPDU发送到网络，实施确定其健全性的健全检查。而且，当在一定时间以内没有接收到BPDU时，各个节点识别出已发生故障。于是，交换集线器S1’、S2’、…Sn’解除网络阻挡，形成新的通信路径。通过这样可以回避网络中已发生的故障维持正常的通信功能(恢复)。

更详细地说，交换集线器S1’、S2’、…Sn’如图18所示那样，构成为具备：两个PHY部3A、3B，传输线路1分别与其两个端口2A、2B连接，分别执行OSI参照模型的物理层所涉及的处理；两个MAC部4A’、4B’，其分别与这些PHY部连接，并分别执行上述OSI参照模型的数据链路层的下位子层所涉及的处理；缓冲/转送电路部6，其在这些MAC部4A’、4B’和CPU5之间互相传输数据，且在两个MAC4A’、4B’之间传输数据。

CPU5，执行比交换集线器S1’、S2’…Sn’处理的数据链路层更上位的上位层(应用层以及网络层)的处理。该CPU5，具备通过软件执行上述的RSTP处理的RSTP算法7。另外，PHY部3A、3B中分别设置有将检测出的网络故障发送到缓冲/转送电路部6中的链路(Link)线路8A、8B。

在这样构成的网络中，以规定的时间(一般，每两秒)将BPDU发出，进行网络中的健全性的确认(健全性检查)。这种情况下，RSTP算法是基于软件的处理，因此，从故障发生到结束恢复为止需要几秒左右的时间(恢复时间)。

但是，工业系统或楼宇系统这样的要求实时传输处置的网络的传输周期期望为极短例如10ms左右。因此，要求在该传输周期的范围内完成恢复。

但是，采取上述构成的网络，由于恢复时间需要数秒左右，所以存在无法应用于工业系统或楼宇系统这样的要求实时传输处理的网络的问题。

附带说一下，为了缩短恢复时间，虽然通过Link线路8A、8B可以检测物理层等级的故障，这种情况下，可以将恢复时间缩短到50ms，但是，还存在无法应用到传输周期短的上述工业系统或楼宇系统中的问题。

发明内容

本发明正是考虑这样的现有情况而完成的，其目的在于提供一种使遵照IEEE802.3标准的将多个节点通过规定的传输线路连接而构成环型拓扑结构的网络中的RSTP处理以极短的时间进行处理，实现满足实时传输处理的要求的恢复时间的RSTP处理方式。

为了达到上述目的，本发明的RSTP处理方式，是遵照IEEE802.3标准的将多个节点通过规定的传输线路连接而具有环型拓扑结构的网络中的RSTP处理方式，上述各个节点具备：

两个PHY部，其分别与上述传输线路连接，并分别执行OSI参照模型的物理层所涉及的处理；

两个MAC部，其分别与这些PHY部连接，并分别执行上述OSI参照模型的数据链路层的下位子层所涉及的处理；

RSTP处理部，其与这些MAC部连接，并处理快速生成树协议；

BPDU接收发送缓冲器，其分别被设置在上述各MAC部中，分别进行上述快速生成树协议中的BPDU数据的发送接收；及

两个BPDU数据总线，其在这些BPDU发送接收缓冲器和上述RSTP处理部之间互相传输上述BPDU数据。

本发明的RSTP处理方式的上述RSTP处理部，通过与该MAC部连接的上述BPDP数据总线接收，一方的上述PHY部从网络接收的、与该PHY部连接的一方的上述MAC部中的上述BPDU发送接收缓冲器中储存的BPDU数据，在解读该接收到的BPDU数据并执行了规定的处理之后，通过与另一方的上述MAC部连接的上述BPDU数据总线将规定的BPDU数据转送到另一方的上述BPDU发送接收缓冲器，从与该另一方的MAC部连接的另一方的上述PHY部向上述网络发送该BPDU数据。

即，对于经由BPDU数据总线接收储存在一方的MAC部的BPDU发送接收缓冲器中的BPDU数据，解读该BPDU数据，执行规定的处理之后，通过与另一方的MAC部连接的BPDU数据总线从另一方的MAC部和PHY部发送BPDU数据的一系列处理，不是通过软件而是通过RSTP处理部的硬件执行。

根据本发明的RSTP处理方式，将处理RSTP的RSTP处理部作为硬件组装到数据链路层中，利用BPDU数据总线将该RSTP处理部和MAC部的BPDU接收发送缓冲器进行连接，通过硬件执行RSTP处理，因此不必介入软件处理而可以非常高速地进行BPDU处理。

构成为，上述PHY部还具有对上述RSTP处理部通知上述物理层等级的故障的链路信号线，上述RSTP处理部，从一方的上述PHY部的上述链路信号线被通知了上述物理层等级的故障时，从与另一方的PHY部连接的另一方的上述MAC部所具有的上述BPDU发送接收缓冲器经由上述另一方的PHY部将通报BPDU数据发送到上述网络，这样，根据链路信号向RTSP处理部通知PHY部所检测出的物理层等级的故障，另一方面，通过该链路信号接收到故障通知的RSTP处理部，从与另一方的PHY部连接的另一方的MAC部的BPDU发送接收缓冲器对网络发送BPDU数据，因此可以以极少的传输延迟时间转送BPDU数据。

进而，使上述RSTP处理部构成为，具备：两个端口控制模块，分别控制两个上述MAC部的BPDU发送接收缓冲器；和优先顺序控制模块，判定上述网络中的本节点的优先顺序，使两个上述MAC部的BPDU发送接收动作以并行处理的方式进行动作，这样，可以高速地进行恢复时的节点的优先顺序的切换(即，根节点(root)和指定节点(designated)的切换)，进而，两个MAC部可以通过硬件并行处理将BPDU数据发送到环型网络上的相邻的多个节点的发送时间，可以实现在短时间内从故障中复原的网络复原系统。

另外，构成为，除了上述端口控制模块和优先顺序控制模块之外，各个MAC部分别具备：上位层数据总线，与掌管OSI参照模型的上位层的协议的CPU互相传输发送接收数据；开关部，将该上位层数据总线和BPDU发送接收缓冲器中的任一方切换为针对上述PHY部的连接；BPDU发送接收处理模块部，接受来自上述RSTP处理部的控制来切换上述开关部中的连接对象，上述端口控制模块，在从上述PHY部提供给上述MAC部的接收数据或从上述MAC部提供给上述PHY部的发送数据为上述BPDU数据时，对上述BPDU发送接收处理模块部提供用于将上述开关部切换到上述BPDU发送接收缓冲器侧的指令，另一方面，在上述接收数据或发送数据不是上述BPDU数据时，提供用于将上述开关部切换到上述上位层数据总线侧的指令，这样，RSTP处理部，在从PHY部提供给MAC部的接收数据为BPDU数据时，提供用于将开关部切换到BPDU发送接收缓冲器侧的指令，另一方面，在接收数据不是BPDU数据时，对BPDU发送接收处理模块部提供用于将开关部切换到上位层数据总线侧的指令，另外，同样地，另一方面，在应该发送的数据不是BPDU数据时提供用于将BPDU发送接收模块部的开关部切换到上位层数据总线侧的指令，由此可以收到如下的实用上的极大的效果，即可以执行网络自故障中复原和与上位层之间的通信这二者，等等。

根据本发明的上述任一项的构成的RSTP处理方式，均可以在数据链路层中通过硬件高速地处理RSTP处理，实现10ms以下的RSTP恢复时间。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的节点和交换集线器的要部结构的方框图。

图2是表示图1的交换集线器的结构的详细结构的方框图。

图3是表示多个节点通过传输线路构成环状的拓扑结构的网络中的BPDU数据流的图。

图4是表示图3所示的网络中发生电缆断开故障时的通报及ACK的转送顺序的图。

图5是表示针对图4的通报的答复及该ACK的转送顺序的图。

图6是表示节点检测出发生故障，对相邻的节点结束通报发送之前的时间的图。

图7是表示图6所示的详细时间的定义、时间及条件的图。

图8是表示接收到通报后的节点答复ACK，并且从其他端口发送通报结束之前的时间的图。

图9是表示图8所示的详细时间的定义、时间及条件的图。

图10是表示接收到通报之后，对两个端口发送完其答复之前的时间的图。

图11表示图10所示的详细时间的定义、时间及条件的图。

图12是表示接收到针对通报的答复之后答复ACK，并且从其他的端口发送针对通报的应答结束之前的时间的图。

图13是表示图12所示的详细时间的定义、时间及条件的图。

图14是表示从故障检测节点接收到针对通报的答复之后到ACK的发送结束之前的时间的图。

图15是表示图14所示的详细时间的定义、时间及条件的图。

图16是表示节点的台数和恢复时间之间的关系的曲线图。

图17是表示多个节点通过传输线路构成环状的拓扑逻辑结构的网络的概略结构的方框图。

图18是表示以往的节点和交换集线器的要部结构的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的RSTP处理方式进行说明。另外，图1～图16是用于说明本发明的一实施方式的RSTP处理方式的图，并不是通过这些图限制本发明。另外，在这些图中赋予与用于说明现有技术的图17、图18所示的构成要素相同的标号的部分由于实质上具有相同的结构和功能，所以省略其详细的说明。

另外，图1、2是表示各个节点N1、N2、…、Nn中分别具备的交换集线器S1、S2、…、Sn的交换集线器的构成的图。本发明的各个交换集线器中也具备：两个PHY部3A、3B，其分别与传输线路1连接，并分别执行OSI参照模型的物理层所涉及的处理；两个MAC部4A、4B，其分别与PHY部3A、3B连接，并分别执行OSI参照模型的数据链路层的下位子层所涉及的处理。

详细如后所述，该图所示的交换集线器S1、S2…、Sn与表示以往的交换集线器的图18的不同之处在于，在两个MAC部4A、4B中，与缓冲器/转送电路部6分开地，重新设置分别进行快速生成树协议下的BPDU数据的发送接收的BPDU发送接收缓冲器10A、10B。进而，在各个MAC部4A、4B中分别设置在BPDU发送接收缓冲器10A、10B或缓冲器/转送电路部6和PHY部3A、3B之间切换数据的连接的开关部11A、11B、控制该开关部11A、11B的切换的BPDU发送接收处理模块部12A、12B。进而，在各个交换集线器中分别设置了不通过软件而是通过硬件执行RSTP处理的RSTP处理部20、和在该RSTP处理部20和BPDU接收发送缓冲器10A、10B之间互相传输数据的BPDU数据总线13A、13B。

RSTP处理部20，除了经由BPDU数据总线13A、13B与BPDU发送接收缓冲器10A、10B互相传输数据之外，还具备进行针对BPDU发送接收处理模块部12A、12B的控制指令的端口控制模块21A、21B。

这两个端口控制模块21A、21B，针对分别连接的MAC部4A、4B执行从一方的端口控制模块21A、21B对另一方的端口控制模块21B、21A的互相的发送请求(发送REQ)和其确认应答(发送ACK)

另外，BPDU数据总线13A、13B具有与BPDU数据的大小一致的64字节的数据宽度，以使一次(一个时钟)能够互相传输64字节的BPDU数据。即，以一个时钟完成端口控制模块21A、21B和BPDU发送接收缓冲器10A、10B之间的BPDU数据的传输(读/写)。

另外，两个端口控制模块21A、21B，与优先顺序控制模块22连接，该优先顺序控制模块22用于控制从由两个端口控制模块21A、21B分别控制的MAC部4A、4B传输来的本节点的优先顺序。该优先顺序控制模块22是决定RSTP算法中的优选顺序即根节点和指定节点的单元，承担接收来自端口控制模块21A、21B的优先顺序变更请求(变更REQ)，并返回针对该请求的ID信息(RootID)的任务。

针对这样构成的本发明的RSTP处理方式中的处理顺序及基于此的缩短恢复时间的效果进行更详细的说明。

首先，针对基于RSTP处理的阻挡和恢复进行说明。另外，遵照IEEE802.1w标准的RSTP处理是公知的，所以仅对RSTP处理结果的传输路径的状态进行说明。对于缩短恢复时间的效果的研究，以如图3所示，在五个节点N1～N5的每一个中具备交换集线器S1～S5(在图3中将交换集线器记为“SW.HUB”以下同样)，将各个交换集线器S1～S5的两个节点依次使用传输线路1连接到邻接的节点形成环状的拓扑结构的网络为例进行说明。这里，设节点编号小的优先级高。即，节点N1的优先级最高承担主(Root(根节点))任务，设其他的节点N2～N5被赋予比节点N1优先级低的从属(Designated(指定节点))任务。另外，设各个交换集线器S1～S5所具有的两个端口分别为端口P1及端口P2。这里，设在图3所示的五个交换集线器S1～S5中面对着的左侧为端口P1、右侧为端口P2。

于是，承担主任务的Root交换集线器(以下，有时称为Root)，自动地被决定为优先级最高的节点N1。而且，在网络正常动作时，作为Root的节点N1从两个端口(P1和P2)向其他的节点N5、N2每隔规定时间(一般每2秒)发送健全检测用的BPDU。接收到该BPDU的节点N2和N5对分别相邻的节点转送接收到的BPDU。即节点N2从端口P2向节点N3的端口P1转送BPDU，节点N5从端口P1向节点N4的端口P2转送BPDU。

接着，节点N3，同样地从端口P2向节点N4的端口P1转送BPDU，节点N4从端口P1向节点N3的端口P2转送BPDU。此时，对于节点N3和节点N4，在逻辑上分别阻挡了节点N3的端口P2和节点N4的端口P1之间的通信(阻挡(blocking))。通过这样阻挡节点间的通信，来防止数据包在网络内循环。

当在这样已阻挡时如图4所示在节点N1和节点N2的传输线路1中发生电缆断线故障的情况下(ST1)，节点N2根据端口P1的PHY部3A的链路信号检测到故障(ST2)。于是，节点N2作为新的根节点(新的根节点：New Root)动作(ST3：生成新的根节点)。为了将节点N2作为新的根节点开始动作的信息通报给其他的节点(指定节点：Designated)，从端口P2发送“通报BPDU”(以下称为“通报”)(ST4)。此时，节点N2的端口控制模块21A、21B互相交换发送REQ和发送ACK从而可靠地传输BPDU。

接收到该“通报”的节点N3，为了将已接收到“通报”的情况通知给节点N2，从端口P1回复“ACK BPDU(以下称为“ACK”)”(ST5)。节点N3从端口P2将“通报”发送到节点N4(ST6)。以下，同样地，节点N4、N5互相地发送“通报”、“ACK”(ST8～ST10)。此时，节点N4若接收到来自节点N3的“通报”，则识别为网络中发生了故障，解除阻挡(ST7)。

这样，“通报”从节点N5的端口P2到达节点N1的端口P1(ST11)。于是，节点N1由于优先级比节点N2高，所以作为根节点继续发挥其功能。接着，节点N1如图5所示为了将作为根节点处于动作过程中的情况通知给节点N2(ST12’)，并且对其他的所有节点N5～N2通知“拓扑结构已被变更”的情况，依次转送“Re：通报BPDU(以下“Re：通报”)”(ST12)。接收到该“Re：通报”的各个节点作为响应依次回复“ACK/Re：通报”(ST13～ST20)。

若这样各个节点依次接收了“Re：通报”，并依次回复了“ACK/Re：通报”，则最后“Re：通报”到达节点N2。于是，节点N2的优先顺序控制模块22停止新的根节点的动作回到指定节点的动作(ST19)。这样，恢复动作完成，形成新的通信路径。

另外，各个节点N1～N5在接收到“通报”、“ACK”和“Re：通报”中的任意一个时，识别为拓扑结构已被变更，删除本节点所保持的“端口MAC地址表格”的内容。该“端口MAC地址表格”保持有端口连接对方的节点的MAC地址的信息。

这里，图4、5中的ST1～ST20之前的动作时间的合计为恢复时间。进而，在故障(在图4中为节点N1和节点N2之间)已被解除的情况下，执行同样的动作，再次返回到正常动作时的状态(初始状态)。

进而，在执行这样的恢复动作的网络系统中计算本发明的恢复所需要的时间。该恢复动作中的恢复时间由以下各要素决定。

(a)各个节点N1～N5的RSTP处理时间和BPDU传播时间

(b)故障发生位置

(c)连接节点的台数

(d)各个节点N1～N5的通信状况

因此，根据上述的RSTP动作原理，各个节点中的RSTP处理时间和BPDU传播时间主要可以划分为大致以下5个要素。

(1)RT1：节点(图4的情况下，为节点N2)检测到故障的发生，对邻接的节点完成“通报”的发送之前的时间

(2)RT2：接收到“通报”的节点(图4的情况下，为节点N3～N5)回复“ACK”，并且从其他的端口发送完“通报”之前的时间

(3)RT3：节点(图4和图5的情况下，为节点N1)接收到“通报”之后，对两个端口发送完“Re：通报”之前的时间

(4)RT4：节点(图5的情况下，例如为节点N3、N4、N5)接收到“Re：通报”之后回复“ACK”，并且从其他端口发送完“Re：通报”之前的时间

(5)RT5：故障检测节点(图5的情况下，为节点N2)接收到“Re：通报”之后到“ACK”发送完成之前的时间

因此，针对这五个要素时间制作本发明的计算模型来计算。

<关于计算模型(1)RT1>

首先关于传播时间RT1，计算其所需时间。如图6、图7所示，设在发生故障之后到PHY部3A(或3B)检测到该故障(链路故障)为止的时间为t1，PHY部3A(或3B)检测到链路故障之后到RSTP处理部20完成处理为止的时间为t2，在其他的MAC部4B(或4A)中“通报”数据的发送处理所需要的时间为t3，该MAC部4B(或4A)将“通报”数据输出到MII(介质无关接口：Media Independent Interface)为止的时间为t4，PHY部3B(或3A)进行转送所需要的时间(转送延迟时间)为t5，传输路径(电缆)传播时间为t6。

另外，作为计算这些时间的条件，“通报”数据的帧长度为72个字节，将网络设为，电缆(传输线路)使用遵照TIA/EIA-568-A-5标准的类型5的电缆100m，以传输速度100Mbps进行传输的由IEEE802.3规定的100BASE-TX，PHY部3A、3B以及MAC部4A、4B的动作时钟分别为25MHz和50MHz。

于是，上述的各个时间为t1＝20μs以下(实际测量值)，t2＝0.14μs(7个时钟)，t3＝0.2μs(5个时钟)，t4＝5.76μs(帧长度72个字节)，t5＝70ns(7BT：bit time)，t6＝538ns。

因此，求得传播时间RT1为(详细时间的细节如图7所示)

RT1＝t1+t2+t3+t4+t5+t6

＝20+0.14+0.2+5.76+0.07+0.538＝26.708μs

<关于计算模型(2)RT2>

接着，关于传播时间RT2，计算其所需时间。如图8、图9所示，设PHY部3A(或3B)进行转送所需要的时间(转送延迟时间)为t7、t13、t17，MAC部4A(或4B)接收“通报”的时间(来自MII的数据输入时间)为t8，由MAC部4A(或4B)所进行的“通报”数据的接收处理的时间为t9，RSTP处理部20中的硬件处理时间为t10，MAC部4A(或4B)对“ACK”数据进行处理的时间为t11，MAC部4A(或4B)将“ACK”数据输出到MII的时间为t12，传输线路(电缆)传播时间为t14、t18，另一方的MAC部4B(或4A)处理“通报”数据的发送的时间为t15，该MAC部4B(或4A)将“通报”数据输出到MII的时间为t16。

另外，用于计算传播时间RT2的条件，与计算上述的传播时间RT1时的条件相同，另外，“ACK”的帧长度为72个字节。

于是，这些时间为t7＝t13＝t17＝70ns(7BT)，t8＝5.76μs，t9＝0.28μs(7个时钟)，t10＝0.52μs(26个时钟)，t11＝0.2μs(5个时钟)，t12＝5.76μs，t14＝t18＝538ns，t15＝0.2μs(5个时钟)，t16＝5.76μs。

顺带说一下，MAC部4A(或4B)接收“通报”的时间(从MII输入数据的时间)t8为与计算出传播时间RT1的上述计算式的时间t4相同的BPDU的发送接收时间，不包含在传播时间RT2中。这是由于发送接收该t4和t8所涉及的“通报”数据的处理在各个节点中是同时执行的。另外，通过两个MAC部的硬件的并行处理同时执行上述时间的[t11+t12+t13+t14]和[t15+t16+t17+t18]。因此使用任意一方的时间计算传播时间RT2即可。计算数值上均等价，但是这里着眼于下一节点中的处理时间的连结，而采用后者。

因而，传播时间RT2求得为(详细时间的细节如图9所示)

RT2＝t7+t9+t10+t15+t16+t17+t18

＝0.07+0.28+0.52+0.2+5.76+0.07+0.538

＝7.438μs

<关于计算模式(3)RT3>

接着，关于传播时间RT3，计算其所需时间。如图10、图11所示，设PHY部3A(或3B)进行转送所需要的时间(转送延迟时间)为t19、t25、t29，MAC部4A(或4B)从MII输入“通报”的时间为t20，MAC部4A(或4B)所进行的“通报”数据的接收处理时间为t21，RSTP处理部20中的硬件处理时间为t22，MAC部4A(或4B)对“Re：通报”进行发送处理的时间为t23，MAC部4A(或4B)将“Re：通报”数据输出到MII的时间为t24，传输线路(电缆)传播时间为t26、t30，另一方的MAC部4B(或4A)处理“Re：通报”数据的发送的时间为t27，该MAC部4B(或4A)将“Re：通报”数据输出到MII的时间为t28。

另外，用于计算传播时间RT3的条件与计算上述的传播时间RT1、RT2时的条件相同，另外“Re：通报”的帧长度为72个字节。

顺带说一下，与传播时间RT2的计算相同，由于MAC部4A(或4B)从MII输入“通报”的时间t20与传播时间RT2的上述计算式的时间t16同时发生，所以不包含在传播时间RT3的计算中。另外，通过硬件的并行处理同时地执行上述时间的[t23+t24+t25+t26]和[t27+t28+t29+t30]。因此，使用任意一方的时间计算传播时间RT3即可。这里着眼于下一节点中的处理时间的连结，而采用前者。

因而，传播时间RT3求得为(详细时间的细节如图11所示)

RT3＝t19+t21+t22+t23+t24+t25+t26

＝0.07+0.28+0.32+0.2+5.76+0.07+0.538

＝7.238μs

<关于计算模式(4)RT4>

接着，关于传播时间RT4，计算其所需时间。如图12、图13所示，设PHY部3A(或3B)进行转送所需要的时间(转送延迟时间)为t31、t37、t41，MAC部4A(或4B)从MII输入“Re：通报”的时间为t32，MAC部4A(或4B)所进行的“Re：通报”数据的接收处理时间为t33，RSTP处理部20中的硬件处理时间为t34，MAC部4A(或4B)对“ACK”数据进行发送处理的时间为t35，MAC部4A(或4B)将“ACK”数据输出到MII的时间为t36，传输线路(电缆)传播时间为t38、t42，另一方的MAC部4B(或4A)处理“Re：通报”数据的发送的时间为t39，该MAC部4B(或4A)将“Re：通报”数据输出到MII的时间为t40。

另外，用于计算传播时间RT4的条件与计算上述的传播时间RT1～RT3时的条件相同。

顺带说一下，与传播时间RT2、RT3的计算相同，由于MAC部4A(或4B)从MII输入“Re：通报”的时间t32与传播时间RT3的上述计算式中的时间t28同时发生，所以不包含在传播时间RT4的计算中。另外，通过硬件的并行处理同时地执行上述时间的[t35+t36+t37+t38]和[t39+t40+t41+t42]。因此，使用任意一方的时间计算传播时间RT4即可。这里着眼于下一节点中的处理时间的连结，所以采用后者。

因而，传播时间RT4求得为(详细时间的细节如图13所示)

RT4＝t31+t33+t34+t39+t40+t41+t42

＝0.07+0.28+0.4+0.2+5.76+0.07+0.538

＝7.318μs

<关于计算模式(5)RT5>

接着，关于传播时间RT5，计算其所需时间。如图14、图15所示，设PHY部3A(或3B)进行转送所需要的时间(转送延迟时间)为t43、t49，MAC部4A(或4B)从MII输入“Re：通报”的时间为t44，MAC部4A(或4B)所进行的“Re：通报”数据的接收处理时间为t45，RSTP处理部20中的硬件处理时间为t46，MAC部4A(或4B)对“ACK”数据进行发送处理的时间为t47，MAC部4A(或4B)将“ACK”数据输出到MII的时间为t48，传输线路(电缆)传播时间为t50。

另外，用于计算传播时间RT5的条件与计算上述的传播时间RT1～RT4时的条件相同。

顺带说一下，与传播时间RT2～RT4的计算相同，由于MAC部4A(或4B)从MII输入“Re：通报”的时间t44与传播时间RT4的上述计算式中的时间t40同时发生，所以不包含在传播时间RT5的计算中。

因而，传播时间RT5求得为(详细时间的细节如图15所示)

RT5＝t43+t45+t46+t47+t48+t49+t50

＝0.07+0.28+0.52+0.2+5.76+0.07+0.538

＝7.438μs

<关于综合计算模式>

若基于这些传播时间RT1～5，求得图3所示的由五个节点N1～N5构成的网络中的恢复时间RT(最大值)，则如下式所示。

RT＝RT1(ノ一ドN2)+RT2(ノ一ドN3)+RT2(ノ一ドN4)

+RT2(ノ一ドN5)+RT3(ノ一ドN1)+RT4(ノ一ドN5)

+RT4(ノ一ドN4)+RT4(ノ一ドN3)+RT5(ノ一ドN2)

＝RT1+3×RT2+RT3+3×RT4+RT5

＝26.708+3×7.438+7.238+3×7.318+7.438

＝85.652μs

其中，根据该计算式所求得的恢复时间，是各个节点未发送RSTP处理所涉及的数据以外的数据的状态(称为零负载)的情况。

另外，基于该计算式，由N台的节点构成环状的拓扑结构时，可以如下式所示那样得到用于求得恢复时间RT(最大值)的计算式。

RT＝RT1+(n-2)×RT2+RT3+(n-2)×RT4+RT5

＝26.71+(n-2)×7.438+7.238+(n-2)×7.318

+7.438

＝26.628+(n-1)×14.756μs

因而，使用100台节点构成的情况下的恢复时间RT(最大值)约为1.487ms。

反之，在工业系统或楼宇系统之类要求实时传输处置的网络中，要将恢复时间抑制在10ms以内时，对上述式进行变形求得节点的最大数量即可，该节点为676台。

接着，假设输出由IEEE82.3规定的各个节点向网络一次所能输出的帧的最大长度即1526个字节的帧时，同样地求得传播时间RT1～RT5(称其为绝对最大负载)。在100BASE-TX中输出1526个字节的帧所需要的时间为122.08μs，因此将该时间分别加到上述RT1～RT5中即可。具体地说，对上述的输出到MII的时间t4、t16、t28、t40、t48分别加122.08μs即可。

这样，假设各个节点分别任意地发送1526个字节的数据，分别求得的传播时间RT1～RT5如下。

KT1＝148.788μs

RT2＝129.518μs

RT3＝129.318μs

RT4＝129.398μs

RT5＝129.518μs

因而，五个节点为绝对最大负载时的恢复时间RT(最大值)如果使用上述计算式，则求得为

RT＝1184.372μs。另外，在为n台节点的情况下的恢复时间RT(最大值)，为

RT＝148.708+(n-1)×258.916μs

因此，此时，为了将恢复时间抑制在10ms以内，将节点台数设为39台以下即可。

接着，在工业系统或楼宇系统之类的要求实时传输处置的网络中各个节点一般发送接收200个字节左右的数据(将此称为实际最大负载)。因此，设各个节点分别任意地发送200个字节的数据，并重新计算传播时间RT1～RT5。在100BASE-TX的情况下，发送200个字节的数据所需要的时间为16μs，因此，在上述的输出到MII的时间t4、t16、t28、t40、t48中分别加上16μs即可。

根据这样求得的传播时间RT1～RT5分别如下。

RT1＝42.708μs

RT2＝23.438μs

RT3＝23.238μs

RT4＝23.318μs

RT5＝23.438μs

因而，五个节点为实际最大负载时的恢复时间RT(最大值)，如果使用以上计算式则求得为

RT＝229.652μs

另外，存在n台节点时的恢复时间RT(最大值)为

RT＝42.628+(n-1)×46.756μs

因此，此时，满足10ms的恢复时间内的节点的台数最大可以为213台。

如果表示这样求得的节点台数和恢复时间的关系，则可以得到图16的曲线图。如该曲线图所示可知，本发明的RTSP处理方式完全可以适用于实时系统。

这样，本发明的RSTP处理方式将用于处理RSTP的RSTP处理部20作为硬件组装到数据链路层中，通过BPDU数据总线13A、13B连接该RSTP处理部20和MAC部4A、4B的BPDU发送接收缓冲器10A、10B，通过硬件执行RSTP处理，因此不必存在软件处理而可以非常高速地完成BPDU处理。

另外，本发明的RSTP处理方式，通过链路信号将PHY部3A、3B检测出的物理层等级的故障通知给RSTP处理部20，另一方面通过该链路信号接收到故障通知的RSTP处理部20将BPDU数据从与另一方的PHY部3B、3A连接的另一方MAC部4B、4A的BPDU发送接收缓冲器10B、10A发送到网络，因此可以以极小的传输延迟时间转送BPDU数据。

进一步，本发明的RSTP处理方式包括在RSTP处理部20中判断该节点的优先顺序的优先顺序控制模块22，因此可以高速地进行恢复时的节点优先顺序的切换(即根和指定的切换)，可以在短时间内完成网络复原。

另外，本发明的RSTP处理方式在MAC部4A、4B中还设置开关部11A、11B，构成为对连向CPU和BPDU发送接收缓冲器10A、10B的路径进行切换，RSTP处理部20在从PHY3A、3B提供给MAC4A、4B部的接收数据为BPDU数据时，提供用于将开关部11A、11B切换到BPDU发送接收缓冲器10A、10B的指令，另一方面，在接收数据不是BPDU数据时，对BPDU发送接收模块部12A、12B提供用于将开关切换到上位层数据总线侧的指令，因此，可以收到如下的实用上的极大的效果，即可以在执行节点间的上位层中的通信的同时，在短时间内执行网络自故障中的复原和再构成等。

另外，本发明的RSTP处理方式不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以施加各种变形，这些变形当然属于本发明的范围内。

Claims

1.一种RSTP处理方式，其特征在于，是遵照IEEE802.3标准的将多个节点通过规定的传输线路连接而具有环型拓扑结构的网络中的RSTP处理方式，

上述节点，具备：

RSTP处理部，其与这些MAC部连接，并处理快速生成树协议；

BPDU发送接收缓冲器，其分别被设置在上述各MAC部中，分别进行上述快速生成树协议中的BPDU数据的发送接收；及

两个BPDU数据总线，其在这些BPDU发送接收缓冲器和上述RSTP处理部之间互相传输上述BPDU数据，

上述RSTP处理方式包括：

上述RSTP处理部，通过与该MAC部连接的上述BPDU数据总线，接收上述两个PHY部的其中一个从上述网络接收的、并储存在与该PHY部连接的上述两个MAC部的其中一个中的上述BPDU发送接收缓冲器中的BPDU数据的步骤；和

在解读该接收到的BPDU数据并执行了规定的处理之后，通过与上述两个MAC部中的另一个连接的上述BPDU数据总线将规定的BPDU数据转送到另一方的上述BPDU发送接收缓冲器，从与该另一个MAC部连接的上述两个PHY部中的另一个向上述网络发送该BPDU数据的步骤。

2.根据权利要求1所述的RSTP处理方式，其特征在于，

上述PHY部，具有向上述RSTP处理部通知上述物理层等级的故障的链路信号线，

上述RSTP处理部，从上述两个PHY部的其中一个的上述链路信号线被通知了上述物理层等级的故障时，从与两个PHY部的另一个连接的上述两个MAC部的另一个所具有的上述BPDU发送接收缓冲器经由上述两个PHY部的另一个将通报BPDU数据发送到上述网络。

3.根据权利要求1或2所述的RSTP处理方式，其特征在于，上述RSTP处理部，具备：两个端口控制模块，分别控制两个上述MAC部的BPDU发送接收缓冲器；和优先顺序控制模块，判定上述网络中的本节点的优先顺序，使两个上述MAC部的BPDU发送接收动作以并行处理的方式进行动作。

4.根据权利要求3所述的RSTP处理方式，其特征在于，

上述各个MAC部分别具备：

上位层数据总线，与掌管OSI参照模型的上位层的协议的CPU互相传输发送接收数据；

开关部，将该上位层数据总线和BPDU发送接收缓冲器中的任一方切换为与上述PHY部连接；及

BPDU发送接收处理模块部，接受来自上述RSTP处理部的控制来切换上述开关部中的连接对象，

上述端口控制模块，在从上述PHY部提供给上述MAC部的接收数据或从上述MAC部提供给上述PHY部的发送数据为上述BPDU数据时，向上述BPDU发送接收处理模块部提供用于将上述开关部切换到上述BPDU发送接收缓冲器侧的指令，另一方面，在上述接收数据或发送数据不是上述BPDU数据时，提供用于将上述开关部切换到上述上位层数据总线侧的指令。