CN102724098A

CN102724098A - 用于数据网络的通用源端口实施

Info

Publication number: CN102724098A
Application number: CN2012101439394A
Authority: CN
Inventors: B·霍尔; S·瓦拉达拉简; G·鲍尔; W·施泰纳
Original assignee: Tttech Computertechnik AG; Honeywell International Inc
Current assignee: Tttech Computertechnik AG; Honeywell International Inc
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: EP2506511B1; JP2012209944A; CN102724098B; EP2506511A1; US9306766B2; JP6017157B2; US20120250572A1

Abstract

一种通信交换机，包括：多个端口，以及处理单元，该处理单元被配置为以每个虚拟链路为基础从多个端口中识别源端口和目的地端口。每个虚拟链路包括一个或多个源端口和一个或多个目的地端口，通过所述一个或多个源端口从一个或多个源节点接收帧，通过所述一个或多个目的地端口将接收到的帧转发到一个或多个目的地节点。对于至少一个虚拟链路，处理单元被配置为接受多个端口中的一个以上的端口作为源端口。

Description

用于数据网络的通用源端口实施

背景技术

一些传统的数据网络使用虚拟链路。例如，ARINC 664的第7部分定义了一种成型的以太网，其允许对相对于发送定时的全双工交换以太网络的端点之间的通信量流量进行分析。ARINC标准664的第7部分将虚拟链路定义为从唯一的一个源节点到一个或多个目的地节点的单向逻辑路径。在以太网络级，虚拟链路由具有网络范围的唯一多播以太网地址的本地管理的多播组所实现。就是说，一个虚拟链路的所有帧都使用相同的以太网多播目的地地址，反之，不同虚拟链路的帧使用不同的以太网多播目的地地址。因此在以太网络级，虚拟链路的帧可以通过它们的目的地以太网地址来被识别。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种通信交换机。该通信交换机包括多个端口和处理器单元，该处理器单元被配置为以每个虚拟链路为基础从多个端口中识别源端口和目的地端口。每个虚拟链路包括一个或多个源端口和一个或多个目的地端口，通过该源端口接收来自一个或多个源节点的帧，通过该目的地端口将接收到的帧转发到一个或多个目的地节点。对于至少一个虚拟链路，处理单元被配置为接受多个端口中的一个以上的端口作为源端口。

附图说明

要理解的是，附图仅描绘了示例性的实施例，并因此不认为是在范围上进行限定，示例性的实施例将通过使用附图用附加的特征和细节来描述，其中：

图1是通信系统的一个实施例的框图。

图2是通信系统的另一个实施例的框图。

图3是描绘了用于路由虚拟链路的帧的方法的流程图。

根据一般惯例，各种描述的特征不是按比例绘制的，而是绘制为强调与示例性的实施例相关的特定特征。

具体实施方式

在以下的详细描述中，对形成其一部分的附图进行参考，并其中以说明特定示例性的实施例的方式来示出。然而，要理解的是，可以利用其他实施例，并且可作出逻辑的、机械的和电气的改变。此外，附图和说明书中呈现的方法不被理解为对次序的限制，在该次序中个别动作可被执行。因此，以下的详细描述不被引入限制意义。

图1是通信系统100的一个实施例的框图。通信系统100包括多个节点102-1……102-N(也可被标注为节点A-F并被称为端系统)和交换机104。每个节点102-1……102-N耦合到交换机104的相应的端口110-1……110-N。交换机104被配置为基于虚拟链路对从节点102接收的帧进行路由。虚拟链路是经由交换机104连接两个或更多个节点102的单向逻辑路径。例如，在一些实施例中，通信系统100是全双工交换以太网络，其被配置为实现与航空无线电通信公司(ARINC)标准664的第7部分(也称为航空电子设备全双工交换以太网(AFDX))相兼容的协议。

在网络级，虚拟链路由具有网络范围的唯一多播地址的本地管理的多播组所实现。就是说，一个虚拟链路的所有帧使用相同的多播目的地地址，反之，不同虚拟链路的帧使用不同的多播目的地地址。因此虚拟链路的帧可以通过它们的目的地地址来被识别。例如，在ARINC标准664的第7部分中，目的地地址是48位的整数值，其低16位被用作虚拟链路ID。

传统的ARINC标准664的第7部分将虚拟链路定义为从唯一的一个源节点到一个或多个目的地节点的单向逻辑路径。然而，与ARINC标准664的第7部分不同，交换机104被配置为接受用于每个虚拟链路的一个以上的源节点。例如，下面的表1示出了由交换机104所接受的示例性的有效虚拟链路。

虚拟链路	源节点	目的地节点
			1	节点A	节点B，节点C
2	节点A，节点F	节点D
			3	节点A，节点F	节点C，节点D，节点E
4	节点D	节点D
			5	节点E	节点E，节点F

表1

如表1中可见的，源节点和目的地节点的各种组合被交换机104所接受。例如，虚拟链路1包括单个源节点和多个目的地节点。虚拟链路2包括多个源节点和单个目的地节点。虚拟链路3包括多个源节点和多个目的地节点。虚拟链路4将帧循环回到源节点。换句话说，源节点和目的地节点相同。最后，对于虚拟链路5，交换机104将帧从源节点路由回到源节点以及路由到另一个目的地节点。交换机104将每个虚拟链路接受为有效虚拟链路。

此外，在一些实施例中，交换机104被配置为以每个虚拟链路为基础依据接收帧所通过的源端口来确定目的地端口。例如，在一些这样的实现方式中，交换机104被配置为具有用于每个虚拟链路的目的地端口向量，每个虚拟链路将一个或多个源端口与一个或多个目的地端口相关联。因此，通过端口110接收到帧时，交换机104基于接收帧所通过的源端口来确定该帧应该被转发到哪个端口。

如果虚拟链路的帧在一个以上的节点102处产生，那么在一些实施例中，交换机104可实现隐含的“挑选第一有效(pick-first-valid)”的冗余方案。换句话说，选择在用于虚拟链路的有效源端口上接收的第一帧。在虚拟链路的其他有效源端口上接收的附加帧作为冗余的而被静静地丢弃。术语“静静地丢弃”意为在不增加错误计数的情况下将该帧丢弃。例如，在一些实施例中，交换机104被配置为具有用于每个虚拟链路的中断周期。中断周期规定了在针对虚拟链路已经接收了帧之后的时间间隔，在该时间间隔期间，相同虚拟链路的所有其他帧被认为是冗余副本并被丢弃。中断周期的长度可针对每个虚拟链路而被独立设置。

交换机104还被配置为以每个虚拟链路、每个源端口为基础实现通信量策略。就是说，该通信量策略被配置用于每个虚拟链路的每个源端口。这样的粒度使得在特定的源端口上接收的虚拟链路的所有帧都能够与在其他源端口上接收的相同虚拟链路的帧相无关地流动。例如，在实现基于帧的策略中，带宽分配间隙(BAG)在ARINC 664的第7部分中被定义为在只发送单个虚拟链路的消息的节点处相同虚拟链路的任意两个帧之间的最小距离。因此，即使在交换机104的不同端口上接收的虚拟链路的帧快于该链路的规定的BAG，交换机104仍然能够在不增加错误计数的情况下对这些帧进行处理，因为与虚拟链路相反，通信量策略被扩展为特定于每个源端口。

除了以每个源端口、每个虚拟链路为基础实现基于帧的管制之外，在一些实施例中，交换机104还被配置为以每个源端口、每个虚拟链路为基础实现基于字节的管制。在基于帧的管制中，确保了相同虚拟链路的任意两个帧之间的最小距离(与实际的帧长度无关)。在基于字节的管制中，实施了按照位/秒的最大带宽，其包括除了检查最大帧长度外还检查最小帧长度。要理解的是，以上讨论的基于字节的管制和基于帧的管制通过示例的方式而不是通过实现的方式而提供。特别地，要理解的是，对本领域技术人员已知的其他管制方案可被用在其他实施例中。

为实现上述功能，交换机104包括处理单元106。处理单元106包括或者运行有软件程序、固件或者其他计算机可读指令以用于执行在路由虚拟链路的帧中使用的各种方法、过程任务、计算和控制功能。例如，处理单元106执行虚拟链路指令108，该虚拟链路指令108使交换机能够接受用于给定的虚拟链路的多个源端口。

这些指令通常被存储在用于存储计算机可读指令或数据结构的任何合适的计算机可读介质上。该计算机可读介质可被实现为任意可用的介质，该介质可以被通用或专用计算机或处理器，或任意可编程逻辑设备所访问。合适的处理器可读介质可包括储存器或存储器介质，例如磁或光介质。例如，储存器或存储器介质可包括传统硬盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、诸如随机存取存储器(RAM)(包括但不限于同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双数据速率(DDR)RAM、RAMBUS动态RAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)的易失性或非易失性介质、和闪存等。合适的处理器可读介质还可包括传输介质，比如电的、电磁的或数字的信号，其通过诸如网络和/或无线链路的通信介质传送。

图2是示例性的通信系统200的另一个实施例的框图。通信系统200包括多个交换机204-1……204-N。每个交换机204与上述的交换机104相似地配置。按上述来配置交换机204能够在如图2中所示的环形拓扑中实现交换器204，而不危及由交换机所收集的诊断信息的安全。特别地，每个交换机204在第一方向上与第一邻居交换机相耦合，并且在第二方向上与第二邻居交换机相耦合。如在此使用的，邻居交换机被定义为意指与当前交换机直接耦合的交换机。例如，交换机204-2在第一方向上与交换机204-1直接耦合，以及在第二方向上与交换机204-N直接耦合。因此，交换机204-1和204-N是交换机204-2的邻居交换机。

每个交换机204被配置为具有用于每个虚拟链路的源端口向量。该向量可被实现为表格、平面文件数据库等。因此，在不同端口上接收单个虚拟链路的帧不是错误状况。然而，如果在该相应的端口上的用于虚拟链路的通信量策略被违反，那么在相同端口上接收单个虚拟链路的帧仍是错误状况。即使相同虚拟链路的帧被允许在其他端口上，也是这样的情况。如果在相应的虚拟链路的源端口上接收帧，如由关联的向量所定义的，则错误计数不增加。然而，这个行为(不增加错误计数)只由与产生虚拟链路的帧的一个或多个节点直接耦合的一个或多个交换机204所实现。

接收来自源节点的帧的交换机204被配置为将该帧转发到与相应的交换机204相邻的多个交换机204。例如，如果交换机204-2从对应的源节点205-1接收帧，则交换机204-2通过端口212-1和212-2将该帧转发到与交换机204-2相邻的交换机204-1和204-N。在这个示例中，交换机204-2被配置为丢弃通过端口212-1和212-2从交换机204-1或204-N接收的相应虚拟链路的任意帧。此外，在一些实施例中，交换机204-2被配置为增加错误计数。相反，由于交换机204-1、204-3和204-N不直接耦合到源节点205-1，交换机204-1、204-3和204-N中的每一个交换机都被配置为接受和转发从交换机204-2转发的帧。例如，除了将该帧转发到相应虚拟链路的任意对应的目的地端口之外，交换机204-1和204-N还将分别通过端口218-2和214-2转发接收的帧。在其他实施例中，交换机204-2被配置为接受第一有效接收的帧，即使交换器204-2与源节点相耦合并且第一有效接收的帧从交换机204-1和204-N之一接收。

显著地，如以上所描述的，可以对用于给定的虚拟链路的源节点配置一个以上的节点。在一些实施例中，只有与相同交换机耦合的节点才能被配置为用于给定虚拟链路的源节点。在其他实施例中，与不同交换机耦合的节点可以被接受为用于相同虚拟链路的源节点。例如，在这样的实施例中，节点205-1和207-1都可以被接受为用于相同虚拟链路的源节点。在一些这样的实施例中，如果既通过源端口又通过与另一个交换机耦合的端口接收帧，则交换机204不被配置为增加错误计数。然而，在一些这样的实施例中，通过与另一个交换机耦合的端口接收的帧作为冗余帧而被静静地丢弃。在其他实施例中，第一有效接收的帧被传递，并且其他有效接收的帧被静静地丢弃。因此，在这样的实施例中，从其他交换机之一接收的帧可被传递，而通过与节点耦合的端口接收的帧被丢弃。还应当注意的是，在各个端口的通信量管制功能之后执行用于管理冗余的机制，例如挑选第一有效接收的帧。

图3是描绘用于路由虚拟链路的帧的方法300的一个实施例的流程图。方法300可由例如以上讨论的交换机104的交换机所实现。在框302处，在交换机的第一端口处接收与第一虚拟链路相关联的第一帧。在框304处，交换机确定该第一端口是否为该第一虚拟链路的有效源端口。在框306处，在该交换机的第二端口处接收与第一虚拟链路相关联的第二帧。在框308处，交换机确定该第二端口是否为该第一虚拟链路的有效源端口。第一和第二端口中的每一个端口都可以与节点或者如上所讨论的环形拓扑中的另一个交换机直接耦合。

在一些实施例中，交换机通过查找与第一虚拟链路相对应的有效源端口的列表来确定第一端口和第二端口是否为有效源端口。此外，在一些实施例中，确定第一端口和第二端口是否为有效源端口包括如上所述的管制功能。例如，在一些实施例中，交换机被配置为对于每个虚拟链路以每个源端口为基础实施通信量策略。换句话说，为第一虚拟链路的每个有效源端口实现单独的基于帧或基于字节的策略。如果第一帧或第二帧不满足通信量策略(例如，该帧超出了最大允许的帧长度，或不遵守最小带宽分配间隙)，则丢弃该帧。此外，在一些实现方式中，在确定第一端口为有效源端口后，交换机发起中断周期。如果在此中断周期期间接收到第二帧，该第二帧被静静地丢弃，即使该第二帧在有效源端口上被接收并且遵守相应的通信量策略。

更进一步，在一些实施例中，交换机与环形拓扑中的多个其他交换机相耦合。在一些这样的实施例中，确定第一端口和第二端口是否为有效源端口包括确定第一端口或第二端口是否与另一个交换机或源节点相耦合。在一些这样的实施例中，如果第一端口或第二端口之一与源节点相耦合，且另一个端口与另一个交换机相耦合，则来自与另一个交换机相耦合的端口的对应帧被丢弃。例如，如果第一端口与源节点相耦合，而第二端口与另一个交换机相耦合，则该交换机被配置为丢弃第二帧，并且在一些实施例中，在该交换机处增加错误计数。然而，如果第一端口和第二端口都没有与源节点相耦合，则倘若它满足通信量策略，与另一个交换器相耦合的端口被认为是有效的源端口。此外，如果第一端口和第二端口两者都与源节点相耦合，则倘若各自的帧满足各自的通信量策略，第一端口和第二端口两者都是有效源端口。

在框310处，交换机将第一帧和第二帧中的至少一个帧转发到一个或多个目的地端口。例如，如果第一端口是第一虚拟链路的有效端口，而第二端口不是有效源端口，则交换机将第一帧转发到与虚拟链路相关联的一个或多个目的地端口。在一些实施例中，该一个或多个目的地端口依据源端口而被确定。例如，在一些这样的实施例中，交换机包括目的地端口向量，该目的地端口向量将一个或多个目的地端口与和各自的虚拟链路对应的源端口相联系。如果第一端口不是有效源端口，而第二端口是有效源端口，则交换机将第二帧转发到一个或多个目的地端口。如果第一和第二端口两者都是第一虚拟链路的有效源端口，则交换机将第一帧和第二帧之一转发到一个或多个目的地端口。交换机通过使用冗余管理机制，例如挑选第一有效接收的帧，来确定转发哪个帧。

要注意的是，虽然方法300是依照在两个端口处接收帧来讨论的，但是可以在两个以上的端口处接收帧。例如，在一些实施例中，如上所述，可以从一个或多个源节点以及一个或多个其他交换机接收帧。

示例实施例

示例1包括一种通信交换机，包括：多个端口；和处理单元，被配置为以每个虚拟链路为基础从多个端口中识别源端口和目的地端口，其中每个虚拟链路包括一个或多个源端口和一个或多个目的地端口，通过所述一个或多个源端口从一个或多个源节点接收帧，通过一个或多个目的地端口将接收到的帧转发到一个或多个目的地节点；以及其中，对于至少一个虚拟链路，处理单元被配置为接受多个端口中的一个以上的端口作为源端口。

示例2包括示例1的通信交换机，其中所述处理单元进一步被配置为依据接收对应帧所通过的一个或多个源端口来识别用于每个虚拟链路的目的地端口。

示例3包括示例1-2任意一个的通信交换机，其中处理单元被配置为以每个虚拟链路为基础为每个端口确定何时增加错误计数。

示例4包括示例1-3任意一个的通信交换机，其中该交换机实现与ARINC664的第7部分相兼容的协议。

示例5包括示例1-4任意一个的通信交换机，其中处理单元被配置为以每个虚拟链路和每个端口为基础确定中断时间周期，其中该中断时间周期是在接收虚拟链路的帧之后开始的周期，以及在该中断时间周期期间，当在用于虚拟链路的任意合格的源端口上接收到虚拟链路的附加帧时，静静地丢弃该虚拟链路的附加帧。

示例6包括示例1-5任意一个的通信交换机，其中多个端口之一在第一方向上与第一邻居交换机相耦合，并且多个端口中的另一个端口在第二方向上与第二邻居交换机相耦合。

示例7包括一种通信系统，其包括多个节点；多个通信链路；和具有多个端口的至少一个交换机，每个端口通过多个通信链路之一与多个节点之一相耦合，其中该交换机被配置为以每个虚拟链路为基础将每个端口指定为源端口或目的地端口，其中每个虚拟链路包括一个或多个源端口和一个或多个目的地端口，通过所述一个或多个源端口从一个或多个源节点接收帧，通过所述一个或多个目的地端口将接收到的帧转发到一个或多个目的地节点，以及其中，对于至少一个虚拟链路，该交换机被配置为将多个端口中的一个以上的端口指定为源端口。

示例8包括示例7的通信系统，其中该至少一个交换机进一步被配置为依据接收对应帧所通过的一个或多个源端口来识别用于每个虚拟链路的目的地端口。

示例9包括示例7-8任意一个的通信系统，其中该至少一个交换机被配置为以每个虚拟链路为基础为每个端口确定何时增加错误计数。

示例10包括示例7-9任意一个的通信系统，其中该至少一个交换机实现与ARINC 664的第7部分相兼容的协议。

示例11包括示例7-10任意一个的通信系统，其中该至少一个交换机被配置为以每个虚拟链路为基础确定中断时间周期，其中该中断时间周期是在接收虚拟链路的帧之后开始的周期，在该中断时间周期期间，当在虚拟链路的任意合格的源端口上接收到虚拟链路的附加帧时，静静地丢弃该虚拟链路的附加帧。

示例12包括示例7-11任意一个的通信系统，其中该至少一个交换机包括多个交换机，其中每个交换机在第一方向上与第一邻居交换机相耦合，而在第二方向上与第二邻居交换机相耦合，多个交换机相耦合以形成环形拓扑。

示例13包括示例12的通信系统，其中多个交换机中的每一个交换机被配置为，如果各自的交换机与源节点相耦合，则丢弃通过与各自的第一邻居交换机和各自的第二邻居交换机之一相耦合的端口所接收的帧。

示例14包括一种用于路由虚拟链路的帧的方法，该方法包括：在交换机的多个端口中的每一个端口处接收与虚拟链路相关联的帧；确定接收帧的多个端口中的每一个端口是否为该虚拟链路的有效源端口；当多个端口中的一个以上的端口为该虚拟链路的有效源端口时，将接收到的帧中的至少一个帧转发到一个或多个目的地端口。

示例15包括示例14的方法，其中确定多个端口中的每一个端口是否为有效源端口包括实施通信量策略。

示例16包括示例15的方法，其中当多个端口之一被确定为有效源端口时，实施通信量策略包括：如果在被确定为有效源端口的端口处接收帧之后的预定时间周期期间接收到随后接收的帧，则在多个端口的其他端口处丢弃随后接收的帧而不增加错误计数，该预定时间周期的长度特定于该虚拟链路。

示例17包括示例14-16任意一个的所述的方法，其中多个端口中的每一个端口处接收与虚拟链路相关的帧包括：通过在第一方向上与第一交换机相耦合的第一端口、在第二方向上与第二交换机相耦合的第二端口、以及与节点相耦合的第三端口中的至少一个端口来接收帧；以及其中当从第一端口转发帧时，转发至少一个接收到的帧包括：将该至少一个帧转发到第二端口和第三端口；当从第二端口转发帧时，转发至少一个接收到的帧包括：将该至少一个帧转发到第一端口和第三端口；以及当从第三端口转发帧时，转发至少一个接收到的帧包括：将该至少一个接收到的帧转发到第一端口和第二端口。

示例18包括示例14-17任意一个的方法，进一步包括以每个端口、每个虚拟链路为基础，确定何时增加错误计数。

示例19包括示例14-18任意一个的方法，进一步包括依据接收到的转发帧所来自的端口来确定一个或多个目的地端口。

示例20包括示例14-19任意一个的方法，其中通过使用与ARINC 664的第7部分相兼容的协议来传输接收到的帧。

虽然已经在此说明和描述了特定的实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，为了实现相同目的而考虑的任意布置可以替换示出的特定实施例。因此，显然意在的是，本发明仅由权利要求及其等同物所限定。

Claims

1.一种通信交换机(104)，包括：

多个端口(110)；以及

处理单元(106)，被配置为以每个虚拟链路为基础从多个端口中识别源端口和目的地端口，其中每个虚拟链路包括一个或多个源端口和一个或多个目的地端口，通过所述一个或多个源端口从一个或多个源节点接收帧，通过所述一个或多个目的地端口将接收到的帧转发到一个或多个目的地节点；以及

其中，对于至少一个虚拟链路，处理单元被配置为接受多个端口中的一个以上的端口作为源端口。

2.权利要求1的通信交换机，其中所述处理单元进一步被配置为依据接收对应帧所通过的一个或多个源端口来识别用于每个虚拟链路的目的地端口。

3.权利要求1的通信交换机，其中处理单元被配置为以每个端口和每个虚拟链路为基础确定中断时间周期，其中该中断时间周期是在接收虚拟链路的帧之后开始的周期，以及在该中断时间周期期间，当在用于该虚拟链路的任意合格的源端口上接收到虚拟链路的附加帧时，静静地丢弃该虚拟链路的附加帧。