CN102640460A - 用于聚合在多个物理链路上接收的数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据通讯系统的链路层的链路聚合，尤其涉及链路包被分割成块的数据分配方法。各块设置有序列号以及指示包的最后块的标志。块在各物理链路上被独立地路由。所述方法使任何类型的物理链路都能被管理并且不需要使物理链路同步。

Description

用于聚合在多个物理链路上接收的数据的装置和方法

技术领域

本发明涉及数据传输系统的链路层上的链路聚合。本发明尤其涉及用于在多个物理链路上分配数据的装置和方法。

背景技术

通过物理链路的聚合来克服带宽的缺陷是已知的。具体地，根据在数据包的报头中所包含的寻址数据在多个物理链路上分配链路层的数据包是已知的。该方案导致不合适的解决方案，在这些解决方案中，各物理链路的实际占用取决于寻址信息，但寻址信息并不与各链路的可用带宽相关联。其它解决方案将所接收到的数据包分割并在物理链路上将它们直接分配。这些解决方案需要物理链路的同步以使包能够在另一端重建。

本发明旨在通过提出基于将链路包分割为块的数据分配方法来解决上述问题。各块设有序列号和指示包的最后一个块的标志。块在各物理链路上被独立路由。根据各链路的带宽进行分配。所述方法能够灵活地管理任何类型的物理链路并且不需要使物理链路同步。

发明内容

本发明涉及数据聚合装置，其包括：用于发送数据包的外部链路；用于接收数据包的多个内部物理链路；用于对在多个内部物理链路上接收的多个数据块进行接收的装置；用于对所接收的各数据块的报头进行删除的装置，该报头包括数据包中的所述块的序列号以及标记包的最后一个块的标志；用于聚合所述块以根据各块的序列号和标记最后一个块的标志对数据包进行重新组合的装置；以及用于在外部链路上发送数据包的装置。

根据本发明的具体实施方式，该装置包括用于在数据包的开头插入前导码的装置。

根据本发明的具体实施方式，物理链路具有GMII接口，用于插入前导码的装置(10.10)是用于插入GMII前导码的装置。

根据本发明的具体实施方式，该装置还包括用于计算并在数据包的末尾插入数据包的校验和的装置。

本发明还涉及在包括用于发送数据的外部链路和用于接收数据的多个内部物理链路的装置中聚合数据的方法，其包括：对在多个内部物理链路上接收的多个数据块进行接收的步骤；对所接收的各数据块的报头进行删除的步骤，该报头包括数据包中的所述块的序列号以及标记所述包的最后一个块的标志；聚合各种块以对数据包进行重新组合的步骤；以及在外部链路上发送数据包的步骤。

根据本发明的具体实施方式，该方法还包括在各数据包的开头插入前导码的步骤。

根据本发明的具体实施方式，物理链路具有GMII接口，插入前导码的步骤(7.3)是插入GMII前导码的步骤。

根据本发明的具体实施方式，该方法还包括计算并在数据包的末尾插入数据包的校验和的步骤。

附图说明

通过阅读下面对示例实施方式的描述，上述发明的特征以及其它将变得显而易见，所述描述结合附图给出，在附图中：

图1示出本发明的操作图；

图2示出示例实施方式的数据包的格式；

图3示出本发明的示例实施方式的数据包的分割；

图4示出本发明的示例实施方式的发送器的工作；

图5示出本发明的示例实施方式的接收器的通常功能；

图6示出本发明的示例实施方式中的物理链路之一上的接收的功能；

图7示出本发明的示例实施方式中的帧的重建；

图8示出根据本发明的示例实施方式的发送器和接收器的通常架构；

图9示出根据本发明的示例实施方式的分配块的架构；

图10示出根据本发明的示例实施方式的聚合块的架构；

图11示出根据本发明的示例实施方式的发送过程的通常功能；

图12示出根据本发明的示例实施方式的接收过程的通常功能。

具体实施方式

图1示出本发明的操作图。其涉及包通信网络中的链路的聚合。链路聚合发生在网络设备的两个项目1.2与1.4之间。设备的这些项目中的每一个均具有第一链路，又称为外部链路，第一链路能够以数据包的形式接收并向设备的其他项目发送数据。设备1.2的外部链路是链路1.1。设备1.4的外部链路是链路1.5。

多个链路1.3，又称为内部链路，连接设备的两个项目1.2和1.4。设备的链路中的每一个均能根据其自己的物理技术工作。这些链路中每一个均具有其自己的特性，诸如其带宽、其传输延迟等。

本发明基于用于管理内部链路的具体硬件。参照通信链路的OSI模型，本发明工作在链路层的层面以在各内部链路之间对接收自外部链路的数据进行分配。在各内部链路上接收的数据被聚合以重新链路层的数据包。因此，本发明对链路层是透明的。

示例实施方式基于根据国际标准ISO/IEC 8802-3的以太网型链路层，但其可应用于其他链路层标准。用于链路的物理层可以是各种各样的；其可以是无线通信、光纤、铜线等。本发明独立于链路的物理支撑。这些物理层中的一部分确保保证速率，而其它部分具有随时间可变化的速率。这通常发生于无线传输在无线通道中遇到变化的情况下。根据某些实施方式，本发明能够以最佳方式使用这类链路的可变带宽。

图2示出示例实施方式的数据包的格式。在物理支撑上，通常为以太网包的数据包2.2被传输，数据包2.2前面是前导码2.1，后面是通常为CRC(循环冗余校验)型的校验和2.3。以太网包本身包括报头2.4和消息主体2.5(有效负载)。因此经过外部链路的数据以如下形式传输：前导码字节、组成以太网包的字节和CRC字节。

图3示出本发明的实施方式中的数据包的分割。当数据包被接收时，位于包外的前导码字节和CRC字节被分离。数据包随后被分割为块。有利地，这些块具有固定大小，但这不是必须的。具体地，所接收的数据包能够具有可变化的大小，最后的块也可具有可变化的大小。根据示例实施方式，数据包被分割为具有256字节的块3.10、3.11、3.12、3.13和3.14，最后一个块的大小位于64和320字节之间，以适应所接收的数据包的大小。

具有至少两个功能的报头3.30、3.31、3.32、3.33和3.34被增加至因此被创建的每个数据块。第一个功能是能够储存组成数据包的块的序列。为此，在报头中储存有序列号。第二个功能是标记数据包的末尾。为此，标志标记组成数据包的最后的块。根据示例实施方式，报头包括两个字节。序列号被编码为14比特，同时第15比特作为标志并且在包的最后块中设为1。第16位未使用。各块3.20、3.21、3.22、3.23和3.24的主体包含包的数据，分别为数据包的部分3.10、3.11、3.12、3.13和3.14。

选择较小的块大小能够具有灵活的系统，该系统的间隔尺寸将能够适于组成聚合的物理链路的多样性。然而，过小的大小使所增加报头的数量增加并且不利于带宽的使用。因此，根据所使用物理链路的类型明智地选择块的大小。对块进行编号能够使块在包的重建期间重新排序并因此能够管理通信延迟不同的链路。在不具备该机制的情况下，需要使链路同步以确保包在到达时的重建，但在这里不是必须的。因此，在能够结合各种技术的所使用物理链路的选择中存在很大的灵活性。

图11示出发送器的通常功能。其以无限循环的形式表示该过程的重复特性。该重复过程在图4中示出。

图4示出本发明的示例实施方式的发送器的功能。接收算法以字节为基础工作。在第一步骤4.1中，接收一个字节。随后在步骤4.2中检验该字节是否是前导码字节或CRC字节。如果是，则该字节被分离并且返回以接收下一个字节。否则，将被接收的字节存储在接收缓冲器中4.3。该缓冲器根据先入先出(FIFO)原则工作。步骤4.4表示字节从该接收缓冲器输出以被传送至块建造缓冲器。有利地，步骤4.4包括向字节增加第9比特以储存该字节是否是块中的最后的字节。随后检验该字节是否是当前块中的第一个字节4.5。如果是，则随后检验该块是否是所接收的数据包中的最后块4.6。当该字节是块的第一个字节时，在步骤4.7和4.8中，通过设置块的序列号和最后块的标志来增加两个报头字节。块建造缓冲器字节在步骤4.9期间被传送至输出缓冲器。

输出缓冲器字节被提取。在步骤4.10中，检验所提取的字节是否是新块的第一字节。如果该检验获得肯定结果，则在步骤4.11期间确定将用于发送该块的物理链路。在步骤4.12中，物理链路经由GMII(千兆介质独立接口)管理，随后需要在第一字节之前插入GMII前导码。该字节随后在步骤4.14期间被提取。

在不存在待提取的新块的情况下，在步骤4.13中，检验是否有块正处在提取过程中。如果是，则在步骤4.14期间提取字节，否则，在该过程中什么也不做并且整个流程图进行循环。

块因此在物理链路上以GMII包的形式被发送。这些包通常结束于CRC型校验和。根据GMII接口的实施，具有错误校验和的GMII包将被接受或不被接受。有利地，块的有效CRC因此被插入块的末尾，这个步骤在图中未示出。

图12示出接收过程的通常功能。在第一初始化步骤12.1期间，变量P1被初始化为0以表示在通道1上没有块的提取正在进行。变量P2被初始化为0以表示在通道2上没有块的提取正在进行。变量Frame_Start被初始化为0以表示这是帧的开头。变量Frame_End被初始化为1以表示这不是帧的末尾。这些变量分别被用作分别用于在帧的开头和末尾插入报头和校验和的信号。接下来，在通道1接收步骤12.2、通道2接收步骤12.3、串接步骤12.4以及输出缓冲器提取步骤12.5上开始无限循环。这些步骤将在下面参照附图详细说明。

图5详细示出了本发明的示例实施方式的接收器的工作。根据本发明的示例实施方式，两个物理链路形成聚合。然而，所述方法自然地延伸至多个物理链路的情况。每个链路使用一个状态变量，该状态变量称为Pi，其中i是物理链路的编号。算法始于对这些变量进行检验以确定是否在这些链路之一上有块正被接收，也就是说，是否变量之一为1。这些是步骤5.1和5.2。如果块目前正被接收，直接到块的接收步骤5.10或5.11。如果没有块正在被接收，则检验是否在链路之一上能够得到新块，步骤5.3和5.4。如果是，则在步骤5.6和5.7中相应的状态变量被置1。接下来，在步骤5.8和5.9中删除该块的两个报头字节。报头中所存在的指示块是包的最后一个块的标志被储存在称为“Frame_End”的状态变量中。字帧在这里被用于指明链路层的数据包。接下来，在物理链路上开始接收步骤5.10或5.11。序列号将用于校验块的顺序并以正确的顺序重建包。

应注意，首先，GMII前导码字节和任何GMII CRC将已经被分离。

图6示出本发明的示例实施方式中的物理链路之一上的接收的功能。在步骤6.1期间，将字节从物理链路的接收转换器传送至包的重建缓冲器。随后在步骤6.2中检验该字节是否是块的最后一个字节。如果是，则在步骤6.3中当前物理链路的变量Pi被置0，以指示该物理链路上的块的接收步骤的结束。随后在步骤6.4中通过变量Frame_End的检验来检验被提取的块是否是待重建的包的最后一个块。如果是，则在步骤6.5中计算和插入被重建的包的CRC并且在步骤6.6中将变量Frame_End置1。

图7示出本发明的示例实施方式中的帧的重建。在步骤7.1中，检验数据包是否完整。如果是，则在步骤7.2中通过检验Frame_Start＝0来检验是否是帧的开头。在这种情况下，在步骤7.3中插入GMII前导码，并在步骤7.4中将变量Frame_Start置1。随后能够在步骤7.5中从缓冲器向外部链路提取字节。如果在步骤7.6中该字节是帧的最后一个字节，则在步骤7.7期间将变量Frame_Start置0。帧因此一个字节接一个字节地被提取，并且随后在外部链路上被发送。

图8示出根据本发明的示例实施方式的发送器和接收器的通常架构。物理链路使用分别联接至GMII模块8.2、8.6和8.8的被称为“串行解串器”的串行/解串模块8.1、8.7和8.9。模块8.1和8.2表示外部物理链路，模块8.6和8.7、模块8.8和8.9表示内部物理链路。从外部链路接收的数据被引导至分配模块8.4，分配模块8.4负责建造块并在物理链路上对块进行分配。该模块根据上述算法工作。从内部物理链路接收的块被引导至聚合模块8.5，聚合模块8.5负责根据上面定义的算法对链路层的数据包进行重建。

有利地，该装置实时地接收关于各内部链路上可用的带宽的信息。该信息对应于尤其用于无线链路的所谓的ACM(自适应编码调制)模式。该信息随后由速率管理模块8.3接收。该模块8.3随后以信号的形式向分配模块8.4提供关于物理链路上可用的当前速率的信息。该信息将由分配模块使用以在内部链路之间根据可用带宽分配数据。

图9示出根据本发明的示例实施方式的分配模块的架构。数据包从外部链路到达接收缓冲器9.1。字节随后被传送至块缓冲器9.2。在示例实施方式中，该缓冲器具有320字节的大小，也就是说，具有块的最大大小。在状态模块9.4的控制下，块随后被传送至块储存缓冲器9.5内。用于插入块报头9.3的模块在状态模块的控制下通过设置块的序列号和帧的最后块变量来插入两个块报头字节。模块9.12负责计算CRC并在状态模块的控制下根据需要将CRC插入缓冲器9.5中。该模块是可选的，尤其在调制解调器接受具有错误GMII CRC的包的情况下。由缓冲器9.2向状态模块发送的信号使帧能够大于待检测的320字节。通过这种方法，状态模块9.4被实时警告缓冲器9.2已满并因此被警告存在当前数据包的至少一个待接收的补充块。

模块9.6控制将发送各块的物理链路的确定，以及将块发送至通道9.10和9.11。有利地，模块9.6接收各物理链路的当前速率的信号9.9。模块9.6使用这些信号9.9生成与各链路的链路速率成正比的同步信号。该生成通过NCO(数控振荡器)根据所接收到的速率值完成。更精确地，通过所接收的当前速率的信息9.9，包括加法器9.13和最高有效比特的选择器MSB 9.14的NCO能够生成与所讨论通道的速率成正比的同步信号，对每个输出通道均是如此。通过这种方法，各通道所能够使用的带宽被良好优化。

从模块9.5发送至模块9.6的信号指示缓冲器具有待传输的块。称为Enable_fifo的返回信号使模块9.6能够一个字节接一个字节的控制块的输出。从NCO接收的信号NCO_1和NCO_2分别是与传输通道1和2同步的字节。

对于通道1和2中的每一个，被初始化为0的16比特当前计数器CC_1和CC_2被管理。在各125MHz窄脉冲处，对于通道1的计数器CC_1，下列行为被实施：

当“NCO_1”＝0且“Enable_fifo”＝1时，在块期间CC_1＝CC_1+1并且如果是块的开头则CC_1＝CC_1+6以考虑GFP(通用成帧程序)封装，即，在我们的示例实施方式中，用于经由调制解调器传送以太网帧的封装方法。

当“NCO_1”＝“Enable_fifo”时，CC_1保持不变。

当“NCO_1”＝1且“Enable_fifo”＝0时，CC_1＝CC_1-1，CC_1永远保持至少等于0。

CC_1作为积分器，积分器表示由位于通道1之后的调制解调器所实际传输的字节数与从缓冲器9.5提取的字节数之间的失衡。

对于通道2，实施对称的积分器。

当已经从缓冲器9.5提取完整的块时，将计数器CC_1和CC_2与用于各通道的可编程阈值Threshold_1和Threshold_2相比较。如果CC_1＜Threshold_1且CC_1＜＝CC_2，则决定将离开缓冲器9.5的下一个块带至通道1。同样地，如果如果CC_2＜Threshold_2且CC_2＜＝CC_1，则决定将离开缓冲器9.5的下一个块带至通道2。在其它情况下，什么也不做。

模块9.6控制组成块储存缓冲器的块的字节的输出，以及通过插入模块9.8和9.7对GMII前导码的插入，以组成在各物理链路上发送的信号9.10和9.11。因此，这些信号的特征在于它们包括表示链路层的数据包的字节的有序序列的数据块。此外，这些块中的每一个均包括报头，报头包括序列号和标志，该标志用于指示当前块是数据包的最后块。

可选地，在各块的末尾增加CRC插入模块9.12以满足不接受具有错误CRC的块的GMII实施。

图10示出根据本发明的示例实施方式的聚合模块的架构。从各内部链路到达的数据因此包括根据本发明的块。这些块由用于取出GMII前导码10.1和10.2并可选地取出GMII CRC的模块处理。这些块随后储存在接收缓冲器10.3和10.4中，每个链路设有一个接收缓冲器。状态模块10.5随后控制这些模块的聚合。为此，其接收各块的序列号和接收缓冲器的填充水平。其随后确定待清空块的内容的缓冲器，该块是按时间次序下一个期望的块。该块的两个报头字节被分离并且其主体被传送至输出缓冲器10.8。选择器10.7的控制能够使用CRC计算模块10.6在帧的最后块的末尾插入数据包的CRC。帧在外部链路上的发送由模块10.9管理，模块10.9管理数据的发送和由前导码插入模块10.10所准备的GMII前导码在各帧头部的插入。

位于以太网环境下并且通过包括两个物理链路的示例实施方式的文中描述的本发明自然地延伸至任何数量的物理链路。其能够应用于任何链路协议，无论用于各种链路的物理技术。

Claims (6)

1.数据聚合装置，包括：

用于发送数据包的外部链路；

用于接收数据包的多个内部物理链路；

用于对在多个内部物理链路上接收的多个数据块进行接收的装置(10.1，10.2)；

用于对所接收的各数据块的报头进行删除的装置，所述报头包括数据包中的所述块的序列号以及标记所述数据包的最后块的标志；

用于聚合所述块以根据各块的序列号和标记最后块的标志对数据包进行重新组合的装置；

用于在所述外部链路上发送所述数据包的装置；

其特征在于，所述数据聚合装置还包括：

用于计算并在所述数据包的末尾插入所述数据包的校验和的装置(10.6)。

2.根据权利要求1所述的数据聚合装置，其特征在于，所述数据聚合装置还包括：用于在所述数据包的开头插入前导码的装置(10.10)。

3.根据权利要求2中所述的数据聚合装置，其特征在于，所述物理链路具有GMII接口，用于插入前导码的装置(10.10)是用于插入GMII前导码的装置。

4.在包括外部链路和多个内部物理链路的装置中聚合数据的方法，所述外部链路用于发送数据，所述多个内部物理链路用于接收数据块，所述方法包括：

接收在多个内部物理链路接收的多个数据块(5.10，5.11)；

删除所接收的各数据块的报头(5.8，5.9)，所述报头包括数据包中的所述块的序列号以及标记所述数据包的最后块的标志；

聚合各个块以对所述数据包进行重新组合(12.4)；

在所述外部链路上发送所述数据包(12.5)；

其特征在于，所述方法还包括：

计算并在所述数据包的末尾插入所述数据包的校验和(6.5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在各数据包的开头插入前导码(7.3)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物理链路具有GMII接口，所述插入前导码的步骤(7.3)是插入GMII前导码。

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