CN103685452A - 以太网的透明自动协商 - Google Patents

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Abstract

提供了一种以太网的透明自动协商。协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的系统，互连节点具有以太网协议栈，该以太网协议栈包括具有自动协商功能的PCS子层。该系统包括：经由光或铜接口耦接在两个网络节点之间的中间装置，每个节点与所连接的中间装置之间的链路设置相同，从而绕开中间装置中的PCS子层的自动协商。中间装置可以在链路协商阶段期间从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与这些消息交互。可以经由网络侧的光或铜接口且经由装置侧的单一形式可插拔（SFP）插槽将SFP装置而不是中间装置连接在两个网络节点之间。

Description

以太网的透明自动协商
技术领域
本发明涉及经由中间装置而彼此相连的一对终端装置之间的以太网设置的透明协商，其中，中间装置不参与这两个终端装置之间的协商阶段，但是继承（inherit）由这两个终端装置协商的以太网设置，并根据这两个终端装置之间的协商结果对中间装置的以太网端口进行初始化。
背景技术
当在网络中插入新装置时，特别是当在否则会经由以太网直接连接到一起的一对装置之间插入新装置时，存在下述风险：新装置会影响原始的这一对装置之间的以太网设置的协商结果。
例如，当在中间装置启动时仅一个装置完成时，会出现设置的协商的差异。这会导致在中间装置的一个端口上协商半双工以太网连接，而中间装置的另一个端口与其它远程装置协商全双工以太网连接。
要处理的另一问题是，何时仅存在在给定时间连接到中间装置的单个装置。在这样的情景下，连接到中间装置的装置应能够以所述装置支持的最高可能速度进行操作，并且在连接到中间装置的装置可以协商以太网连接的设置之前不必等待第二装置连接到中间装置。
在典型的1000BaseT以太网协议栈中，物理编码子层（PCS-参见图3，来自IEEE802.3-2008标准的“37-1—自动协商功能的位置”）负责协商装置上的特定以太网端口的以太网设置。对单个装置中的多个端口的以太网设置的协商进行协调未被IEEE802.3-2008标准涵盖。
存在下述需求：使得一旦自动协商阶段完成就能够检查经由中间装置的任何端口接收到的以太网帧并对以太网帧进行操作。
发明内容
根据一个实施例，一种协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的系统，所述互连节点具有以太网协议栈，所述以太网协议栈包括具有自动协商功能的PCS子层，所述系统包括：经由光或铜接口耦接在两个网络节点之间的中间装置，每个节点与所连接的中间装置之间的链路设置相同，从而绕开中间装置内的PCS子层的自动协商功能。中间装置可在链路协商阶段期间从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与这些消息交互。
在一个实施方式中，一对网络装置附接到中间装置，并且中间装置包括至少两个物理端口和管理模块，所述管理模块将两个物理端口设置成在一对网络装置之间协商的以太网设置。可以在链路设置的协商完成之后恢复正常以太网功能。
该方法允许进行附接到中间装置的一对装置之间的以太网设置的协商，而中间装置不参与附接到中间装置的以太网端口的一对装置之间的自动协商阶段。这是通过绕开（或修改）PCS子层中的自动协商子模块来实现的，其中在中间装置的以太网端口之一上接收到的配置代码被直接发送到中间装置的另一端口上的PCS子层发送功能，从而绕开这些以太网端口的由IEEE802.3-2008标准定义的自动协商子模块。
需要附加的管理模块来监视附接到中间装置的一对装置之间的协商交换，以便将中间装置的两个物理以太网端口设置成附接到中间装置的一对装置之间协商的以太网设置。这是重要的，因为中间装置可能必须处理一对装置之间交换的以太网帧以执行业务OAM和其它功能，并且中间装置中的两个端口的以太网设置需要与连接到中间装置的一对装置之间协商的以太网配置完全匹配。
当仅有一个装置附接到中间装置时，应当按照IEEE802.3-2008标准进行协商，就像附接的装置与自己协商一样。
最后，所有其它以太网帧需要流经中间装置的各个以太网端口的MAC子层（在接收和/或发送模式下）。
在修改的实施例中，一种协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的方法，所述方法包括：经由网络侧的光或铜接口且经由装置侧的单一形式可插拔（SFP）插槽将SFP装置连接在两个网络节点之间；以及一致地协商每个节点与所连接的SFP装置之间的链路设置。SFP装置可在链路协商阶段期间从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与这些消息交互。
在一个实施方式中，SFP装置包括两个物理端口和管理模块，并且SFP装置包括附接到所述SFP装置的一对网络装置，该管理模块将两个物理端口设置成在一对网络装置之间协商的以太网设置。这里，还是可以在链路协商序列完成之后恢复正常以太网功能。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可以最好地理解本发明。
图1是两个装置与中间装置连接的简单网络。
图2是两个装置与中间SFP连接的简单网络。
图3示出与通用OSI模型中定义的数据链路层对应的子层。
图4示出以太网数据链路协议的协议子层。
图5示出中间装置的以太网端口之一如何与具有SFP插槽而不是物理以太网端口（铜或光）的主机进行对接。
图6示出PCS子层如何被划分成不同的功能模块。
图7示出如何替代或修改PCS子层的自动协商功能以支持本发明。
图8示出对交换模块、管理模块和具有PCS发送功能和接收功能的接口的交互和功能进行修改的替选实施方式。
图9示出将先前使用的交换模块集成为与PCS接收功能和PCS发送功能直接对接的管理模块的一部分的替选实施方式。
图10示出管理模块处理MAC子层与PCS接收功能和发送功能之间的对接的替选实施方式。
具体实施方式
虽然将结合某些优选实施例描述本发明，但是将理解本发明不限于这些具体实施例。相反，本发明旨在覆盖可包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替选、修改和等同布置。
本发明旨在允许中间装置协助一对装置之间的以太网设置（例如，速度、半双工或全双工、时钟的主装置或从属装置、或其它参数）的自动协商和互连，就像这些装置通过标准以太网线缆直接互连。通过在一对装置之间插入中间装置，可以提供业务OAM和其它功能而不中断这一对装置的操作。中间装置的这种透明操作模式包括使得能够进行每个连接的以太网设置的全透明协商，就像它们是直接连接这一对装置的简单以太网线缆。
在图1中可以看到这方面的示例，其中装置A110和装置B120经由以太网连接104和105互连到中间装置101。更具体地，装置A110经由以太网端口102连接到中间装置101，而装置B120经由以太网端口103连接到中间装置101。如下面进一步描述的，以太网设置的协商在装置110和装置120之间透明地进行，就像它们经由单个以太网线缆直接连接。
图2示出了本发明的另一实施例，其中，中间装置被实施为具有嵌入式FPGA装置和可选的CPU模块（其可以位于FPGA模块内部或外部）的基于标准的单一形式可插拔（SFP）装置。装置A210是具有基于标准的SFP插槽的网络节点。SFP模块201被插入在装置A210中，并且用作装置A210与装置B220之间的透明中间装置。SFP模块201集成有一对以太网端口。以太网端口202按照物理连接器以及由SFP标准定义的信令而对接到装置A210。以太网端口203使用标准以太网连接器（例如RJ-45或光连接器）以便经由铜或光纤204连接到装置B220。SFP模块201提供的功能和服务与图1所描述的中间装置101类似。
除非另有明确说明，下面描述的协商技术应用于使用本领域技术人员已知的中间装置的这些实施例和任何替选实施例。
IEEE802.3-2008标准定义了包括千兆位以太网（也被称作1000BaseT以太网）的各种操作速度的以太网协议栈的操作。图3是从IEEE802.3-2008标准提取的并对应于IEEE802.3-2008标准的图37-1，并且图3示出与通用OSI模型中定义的数据链路层对应的子层。在典型的1000BaseT以太网协议栈中，物理编码子层（PCS）负责各种功能，包括在特定以太网端口上承载的以太网连接的以太网设置的自动协商功能。PCS子层的自动协商功能在该标准中被定义成涵盖一次操作单个以太网端口。像这样，IEEE802.3-2008标准没有定义如何处理单个装置中的多个端口的以太网设置的协商的协调。
以太网数据链路协议层由若干协议子层构成。如图4中所看出的，介质无关接口（MDI）401负责与以太网线缆的物理互连。通常，这是经由普通的RJ-45接口来实现的，尽管也可以使用光介质和其它介质。物理介质相关（PMD）子层402负责向物理介质附接（PMA）子层403提供介质无关接口。PMA子层与物理编码子层（PCS）404对接，物理编码子层（PCS）404除其它事项之外负责经由以太网端口的以太网连接的自动协商设置。当以1000BaseT的速度进行操作时，自动协商阶段是IEEE802.3-2008标准规定的强制性特征。虽然在PCS子层404内处理协商代码，但是所有其它以太网帧被传递到（或接收自）介质访问控制（MAC）子层405。当查看图4中的以太网协议栈的每个子层时，如本领域中已知的并按照以太网标准的定义，应注意每个子层还包括接收功能和发送功能。
图5示出当在主机装置的SFP插槽中插入SFP模块时中间装置的以太网端口之一如何与具有SFP插槽而不是物理以太网端口（铜或光）的主机进行对接。SFP模块550经由SFP模块550的SFP连接器540对接到主机装置530。SPF模块550上的以太网子层限于上面图4示出的多个层的子集。MAC子层555以传统方式对接到PCS子层554，PCS子层554又对接到PMA子层553。PMA子层553的下接口使用1000Base-X编码来经由SFP连接器540进行通信。主机装置530上的以太网子层类似。MAC子层535以传统方式对接到PCS子层534，PCS子层534又对接到PMA子层533。PMA子层533的下接口使用1000Base-X编码来经由SFP连接器540进行通信。
可以进行附接到中间装置的一对装置之间的以太网设置的协商，而不涉及通常在连接到图1中的一对外部装置110和120的中间装置的每个端口的以太网协议栈中的PCS子层处执行的自动协商功能。
图6示出PCS子层600如何被划分成不同的功能模块。PCS接收功能601将从PMA子层接收到的以太网协商代码传递到自动协商功能603。来自PMA子层的输入以太网数据帧被直接传递到MAC子层（图6中未示出）。PCS发送功能602将来自自动协商功能603的以太网协商代码传递到PMA子层，以最终发送到与其协商以太网设置的远程装置。PCS发送功能602还负责源自MAC层（图6中未示出）的以太网数据帧。执行以太网设置的透明自动协商，就像（从中间装置的角度来看）一对外部装置中的每个内的PCS自动协商功能603经由以太网线缆而直接互连。这是通过绕开（或修改）中间装置的每个以太网端口的PCS子层600中的自动协商功能603来实现的，其中在以太网端口之一上接收到的配置代码被直接发送到中间装置上的另一以太网端口的以太网协议栈的PCS子层发送功能602，从而绕开由IEEE802.3-2008标准定义的自动协商功能603。
图7示出PCS子层的自动协商功能的实施例。针对一对以太网端口（700、720）示出了完整以太网协议栈。PMD子层701和PMA子层702根据IEEE802.3-2008标准进行操作。通过以用作由PMA子层提供的8位接口的可编程交换器的新功能替代通常存在于PCS子层的标准实施中的自动协商功能，修改PCS子层。在确认（CONFIGURATION）模式下，将默认设置交换功能709。经由PCS接收功能707接收到的任何接收的/C/和/I/有序集将被传递到交换器709，并且交换器709将由管理模块710来配置，以便将经由PCS接收功能707接收到的所有有序集/C/和/I/转发到另一以太网端口720的PCS发送功能728。交换器709还将以太网有序集/C/和/I/转发到管理模块710，管理模块710负责确定附接到中间装置的端口700和端口720的装置之间的自动协商阶段何时完成。对于第二以太网端口，进行相同的操作。交换器729由管理模块710来配置，以便将经由PCS接收功能727接收到的所有/C/和/I/有序集转发到另一以太网端口700的PCS发送功能708。交换器729还将/C/和/I/有序集转发到管理模块710，管理模块710负责确定附接到中间装置的端口700和端口720的装置之间的自动协商阶段何时完成。管理模块将对从交换器709和交换器729接收的有序集/C/和/I/进行分析，以当在附接到端口700的装置与附接到端口720的装置之间进行自动协商阶段时获知以太网设置。当管理模块看到经由各自的PCS接收功能707和727来自附接到端口700和720的装置中的任一个的/I/有序集时，管理模块将确定自动协商过程完成。
当检测到自动协商阶段完成时，管理模块710以数据（DATA）模式对交换器709和交换器729进行编程，以停止向另一以太网端口（700、720）的PCS发送功能（708和728）转发/C/和/I/有序集。交换器709将被编程为向MAC子层705发送所有/R/、/S/、/T/和/V/有序集，而交换器729将被编程为向MAC子层725发送所有/R/、/S/、/T/和/V/有序集。交换器709和交换器729两者将继续向管理模块710转发所有/I/和/C/有序集，以检测附接到端口700或端口720的装置之一是否需要再进入自动协商阶段。当管理模块710检测到需要进行新的自动协商阶段时，管理模块710将交换器709和交换器729编程为以配置（CONFIGURATION）模式进行操作。
一旦自动协商阶段完成，管理模块710需要设置中间装置的以太网端口的参数。当中间装置的以太网端口经由铜进行操作时，需要特别注意。如果附接到这样的以太网端口的远程装置被赋予（用于时钟的）主装置的角色，则应当以从模式来配置中间装置的相应以太网端口。另外，如果远程装置被赋予从装置的角色，则应当以主模式来配置中间装置的相应以太网端口。如果中间装置的一对以太网端口（700、720）均经由铜进行操作，则（这一对端口中的）一个以太网端口将被配置为主装置，而（同一对端口中的）另一个以太网端口将被配置为从装置。管理模块710还需要保证两个以太网端口（700、720）被设置为协商的双工设置：全双工或半双工。
如果中间装置的以太网端口由光以太网端口和铜以太网端口构成，则管理模块710将需要拦截所有/C/有序集以保证仅在经由铜端口的以太网上进行主/从属模式和双工设置协商。这可以通过将交换器709和729编程为向管理模块710传递所有/C/有序集而不是仅将/C/中继到另一以太网端口的PCS发送功能708或728来实现。
当只有一个装置附接到中间装置时，应根据IEEE802.3–2008标准进行协商，就像附接的装置与自己协商一样。再次查看图7并假设装置附接到端口700，管理模块710将以配置模式将交换器709初始地编程为向PCS发送功能708转发经由PCS接收功能707接收到的/C/和/I/有序集，以将/C/和/I/有序集回送到端口700上的装置。交换器709还被编程为向管理模块710转发/C/和/I/有序集，以允许管理模块710确定自动协商阶段的结束，并且以数据模式将交换器709编程为停止向PCS发送功能708进行转发，而是向MAC子层705和管理模块710转发/R/、/S/、/T/和/V/有序集。替选地，如果单个装置被附接到端口720，则管理模块710将以配置模式将交换器729编程为向PCS发送功能728转发经由PCS接收功能727接收到的/C/和/I/有序集，以将/C/和/I/有序集回送到端口720上的装置。交换器729还将被编程为向管理模块710转发/C/和/I/有序集，以允许管理模块710确定自动协商阶段的结束，并且以数据模式将交换器729编程为停止向PCS发送功能728进行转发，而是向管理模块710转发/C/和/I/代码集。
图7和上面描述的PCS子层的自动协商功能的替换方案也可以通过其它实施例来实现。
在图8所示的替选实施例中，交换模块809和829与管理模块810、和具有PCS接收功能807和827以及PCS发送功能808和828的接口之间的交互和功能不同于图7。更具体地，PCS接收功能807和827包括检测以太网有序集的类型的能力，并且可以直接向MAC子层805（针对PCS接收功能807）和825（针对PCS接收功能827）转发/R/、/S/、/T/和/V/数据有序集。所有其它有序集/C/和/I/将被转发到交换功能（809、829）以在其它以太网端口（800、820）上被复制，并且还将被转发到管理模块810，以跟踪自动协商的状态。PCS接收功能807将向交换器809转发/C/和/I/有序集，交换器809又向管理模块810和PCS发送功能828转发有序集。PCS接收功能827将向交换器829转发/C/和/I/有序集，交换器829又向管理模块810和PCS发送功能808转发有序集。针对所有/R/、/S/、/T/和/V/有序集，MAC子层将直接使用PCS发送功能。MAC子层805将与PCS发送功能808直接对接，而MAC子层825将与PCS发送功能828直接对接。操作或其它以太网子层（PMA、PMD和MDI）与图7的描述保持相同。
一旦自动协商阶段完成，管理模块810需要根据图7设置中间装置的以太网端口（800、820）的参数。
如果中间装置的以太网端口由光以太网端口和铜以太网端口构成，则管理模块810将需要拦截所有/C/有序集以保证仅在经由铜端口的以太网上进行主/从模式和双工设置协商。这可以通过将交换器809和829编程为向管理模块810传递所有/C/有序集而不是仅将/C/中继到另一以太网端口的PCS发送功能808或828来实现。
在图9所示的替选实施例中，先前使用的交换模块（参见图7和图8）被集成为与PCS接收功能907和927以及PCS发送功能908和928直接对接的管理模块910的部分。更具体地，PCS接收功能907和927包括检测以太网有序集的类型的能力，并且可以直接向MAC子层905（针对PCS接收功能907）和925（针对PCS接收功能927）转发/R/、/S/、/T/和/V/数据有序集。所有其它有序集/C/和/I/将被转发到管理模块910以在其它以太网端口（900、920）上被复制，并且跟踪自动协商的状态。PCS接收功能907将向管理模块910转发/C/和/I/有序集，管理模块910又向PCS发送功能928转发有序集。PCS接收功能927将向管理模块910转发/C/和/I/有序集，管理模块910又向PCS发送功能908转发有序集。针对所有/R/、/S/、/T/和/V/有序集，MAC子层将直接使用PCS发送功能。MAC子层905将与PCS发送功能908直接对接，并且MAC子层925将与PCS发送功能928直接对接。操作或其它以太网子层（PMA、PMD和MDI）与图7的描述保持相同。
一旦自动协商阶段完成，管理模块910需要根据图7设置中间装置的以太网端口（900、920）的参数。
在图10所示的最后的替选实施例中，管理模块1010处理MAC子层与PCS接收功能和PCS发送功能之间的对接。更具体地，PCS接收功能1007和1027向管理模块1010转发所有以太网有序集，管理模块1010将确定接收到的有序集的类型。管理模块1010将向其它以太网端口中继/C/和/I/有序集。从PCS接收功能1007接收到的/C/和/I/有序集将被转发到PCS发送功能1028，而从PCS接收功能1027接收到的/C/和/I/有序集将被转发到PCS发送功能1008。由管理模块1010从PCS接收功能1007接收到的/R/、/S/、/T/和/V/有序集将被转发到MAC子层1005，而从MAC子层1005接收到的/R/、/S/、/T/和/V/有序集将被传递到PCS发送功能1008。由管理模块1010从PCS接收功能1027接收到的/R/、/S/、/T/和/V/有序集将被转发到MAC子层1025，而从MAC子层1025接收到的/R/、/S/、/T/和/V/有序集将被传递到PCS发送功能1028。操作或其它以太网子层（PMA、PMD和MDI）与图7的描述保持相同。
一旦自动协商阶段完成，管理模块1010需要根据图7设置中间装置的以太网端口（1000、1020）的参数。
上述实施例可以被实现在单个FPGA装置内部。替选地，上述实施例可以被实现在多个FPGA装置和/或通用CPU之间。应注意，通用CPU可以替选地被实现在FPGA内部（例如，ALTERA FPGA中的NIOS模块）。
协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的方法或系统的一个实施例包括经由网络侧的光接口或铜接口并经由装置侧的单一形式可插拔（SFP）插槽将SFP装置连接在两个网络节点之间；以及在每个节点与连接的SFP装置之间一致地协商链路设置。
SFP装置可以在链路协商阶段从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与这些消息进行交互。SFP装置可以包括两个物理端口，其中一对网络装置附接到该SFP装置，并且管理模块可以将两个物理端口设置成在一对网络装置之间协商的以太网设置。
SFP端口通常在链路协商序列完成之后恢复正常的以太网功能。
虽然已经示出并描述了本发明的具体实施例和应用，但是应理解本发明不限于本文中公开的精确的构造和组成，并且在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，根据上述描述，各种修改、改变和变型可变得明显。

Claims (15)

1.一种协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的方法，所述互连节点具有以太网协议栈，所述以太网协议栈包括具有自动协商功能的PCS子层，所述方法包括：
经由光或铜接口将中间装置耦接在两个网络节点之间；以及
通过绕开所述中间装置中的PCS子层的所述自动协商功能，一致地协商每个节点与所连接的中间装置之间的链路设置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间装置在链路协商阶段期间从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与所述消息交互。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，一对网络装置附接到所述中间装置，并且所述中间装置包括两个物理端口和管理模块，所述管理模块将两个物理端口设置成在所述一对网络装置之间协商的以太网设置。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：在所述链路设置的协商完成之后恢复正常的以太网功能。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述以太网协议栈包括向所述PCS子层提供接口的PMA子层，所述PCS子层包括接收功能和发送功能，并且用由所述PMA子层向所述PCS子层提供的接口的可编程交换功能来替代所述PCS子层的所述自动协商功能。
6.根据权利要求5所述的方法，包括管理模块，并且所述可编程交换功能由所述管理模块来实现。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述以太网协议栈包括MAC子层，所述MAC子层与所述PCS层的所述发送功能和接收功能直接对接，并且所述PCS接收功能（a）向交换功能转发选择的第一以太网有序集，以及（b）向所述MAC子层转发第二以太网有序集。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述以太网协议栈包括MAC子层，所述MAC子层与所述管理模块直接对接，并且所述管理模块为所述MAC子层与所述PCS子层的所述接收功能和发送功能之间的接口提供可编程交换功能。
9.一种协商网络中的互连节点之间的以太网链路设置的系统，所述互连节点具有以太网协议栈，所述以太网协议栈包括具有自动协商功能的PCS子层，所述系统包括：
经由光或铜接口耦接在两个网络节点之间的中间装置；以及
每个节点与所连接的中间装置之间的链路设置相同，从而绕开所述中间装置中的PCS子层的所述自动协商功能。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，中间装置在链路协商阶段期间从每个节点向其它节点透明地发送协商消息，而不与所述消息交互。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，一对网络装置附接到所述中间装置，并且所述中间装置包括两个物理端口和管理模块，所述管理模块将两个物理端口设置成在所述一对网络装置之间协商的以太网设置。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述以太网协议栈包括向所述PCS子层提供接口的PMA子层，所述PCS子层包括接收功能和发送功能，并且用由所述PMA子层向所述PCS子层提供的接口的可编程交换功能来替代所述PCS子层的所述自动协商功能。
13.根据权利要求12所述的系统，包括管理模块，并且所述可编程交换功能由所述管理模块来实现。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述以太网协议栈包括MAC子层，所述MAC子层与所述PCS层的所述发送功能和接收功能直接对接，并且所述PCS接收功能（a）向交换功能转发选择的第一以太网有序集，以及（b）向所述MAC子层转发第二以太网有序集。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述以太网协议栈包括MAC子层，所述MAC子层与所述管理模块直接对接，并且所述管理模块为所述MAC子层与所述PCS子层的所述接收功能和发送功能之间的接口提供可编程交换功能。
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