CN105490845A - Fc交换机级联配置及路由实现方法 - Google Patents

Fc交换机级联配置及路由实现方法 Download PDF

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李大鹏
王晓华
蒲恺
季雷
雷红
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Abstract

本发明属于计算机通信技术，公开了一种FC交换机级联配置及路由实现方法，本发明通过CPU对本交换机的域ID、与其级联的交换机的域ID配置表、级联交换机数目、级联端口标志寄存器、级联端口数目配置表、级联端口路由表、多播路由表、广播路由寄存器等进行配置，当交换机某一端口收到数据帧后，根据数据帧的类型根据特定的路由规则进行相应的路由。该发明硬件开销小，扩展性强，可以支持四交换机级联或者更多交换机级联。

Description

FC交换机级联配置及路由实现方法
技术领域
本发明属于计算机通信技术，涉及FC交换机级联配置及路由的实现方法。
背景技术
FC通信网络由节点机和交换机组成，所有节点机均通过链路与交换机相连，实现分布式通信。
通常情况下，FC交换机基于FPGA实现，由于受FPGA资源规模所限，单个交换机实现的端口数目有限。但是随着应用需求的增加，交换网络中节点机大量增加。这样导致单个交换机无法支持更多的节点机。因此，级联式交换网络随之产生。但如何使FC交换机支持级联式交换网络，是当前存在的难点。
发明内容
本发明提出了一种FC交换机级联配置及路由实现方法，可以支持FC交换机级联，以适应交换网络中日益增加的节点机数目。
本发明的技术解决方案是：
FC交换机级联配置及路由实现方法，包括以下步骤：
1)对FC交换机进行初始化配置，初始化配置对象包括交换机域ID、级联端口标志寄存器、级联端口数目配置表、级联端口路由表、多播路由表和广播路由寄存器；
交换机域ID包括本地域ID寄存器和级联交换机域ID配置表；
2)数据帧的路由选择
当交换机某一端口接收到数据帧，执行以下流程：
(1)解析出该数据帧的DID，根据DID判断该数据帧的类型：如果该数据帧为单播，跳转到步骤(2)；如果该数据帧为多播，跳转到步骤(8)；如果该数据帧为广播，跳转到步骤(12)；
(2)解析出该数据帧的域ID，与本地域ID寄存器进行比对：如果与相同，表明该数据帧的目的端口不是级联端口，跳转到步骤(3)；否则，跳转到步骤(4)；
(3)根据该数据的DID进行路由，将该数据帧转发到对应的目的端口；
(4)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(6)；否则，跳转到步骤(5)；
(5)根据该数据帧的域ID查询级联交换机域ID配置表，如果查询命中，则得到该数据帧的域ID相应的级联路径编号，跳转到步骤(7)；否则，跳转到步骤(6)；
(6)将该数据帧丢弃，流程结束；
(7)根据步骤(5)得到的级联路径编号，查询对应的级联端口路由表，得到级联端口的端口号，将该数据帧转发到该端口号对应的级联端口，实现路由选择；
(8)查询多播路由表，获得该多播数据帧的目的端口，转步骤(9)；
(9)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(10)；否则，跳转到步骤(11)；
(10)如果步骤(8)中获得的多播目的端口包含级联端口，将级联端口从多播目的端口中去除，获得新的多播目的端口，然后将该数据帧转发到新的多播目的端口；否则转步骤(11)；
(11)将该多播数据帧转发到步骤(8)中获得的多播目的端口；
(12)查询广播路由寄存器，获得广播目的端口，跳转到步骤(13)；
(13)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(14)；否则，跳转到步骤(15)；
(14)如果步骤(12)中获得的广播目的端口包含级联端口，将级联端口从广播目的端口中去除，获得新的广播目的端口，然后将该数据帧转发到新的广播目的端口；否则转步骤(15)；
(15)将该广播数据帧转发到步骤(12)中获得的广播目的端口。
上述本地域ID寄存器用来配置本交换机的域ID，采用8位寄存器实现，可读可写；
级联交换机域ID配置表用来配置与本交换机级联的外部交换机的域ID，采用CAM实现，地址为级联路径编号，内容为级联交换机的域ID；级联路径编号为Y。
上述级联端口标志寄存器为N位，每位分别对应一个端口，标志寄存器为1的位，表示相应端口为级联端口，否则，表示相应端口为非级联端口；其中，N为交换机端口数目。
上述级联端口数目配置表采用RAM实现，其地址为级联路径编号，内容为级联端口数目；级联端口数目为与本交换机级联的外部交换机级联端口的数目，级联端口数目范围从0到M，M大于或等于1，并小于N；
当外部交换机的级联端口数目为0时，表示本交换机与该交换机无级联端口相连；当不为0时，表示本交换机与该交换机通过级联端口相连；当大于1时，表示本交换机与该交换机之间有多个级联端口。
上述级联端口路由表有Y+1张，分别对应Y+1组级联路径，编号为0到Y；
每张级联端口路由表为一块的RAM，深度与级联端口数目一致，内容为级联端口的端口号。
上述多播路由表为一块255xN的RAM，内容为目的端口掩码，地址为多播ID；多播ID从0x00到0xFE；每个多播ID和相应的目的端口掩码对应同一个多播组；目的端口掩码每位分别对应一个端口，目的端口掩码为1的位，表示相应的端口属于该目的端口掩码对应的多播组的目的端口，否则，表示不属于；
多播路由表配置方法如下：
如果多播组的目的端口全部在本交换机上，则将本交换机的各级联端口对应位全部置0，将各目的端口对应位置1；
如果多播组的目的端口在外部交换机上，则将相应的多播ID对级联端口数目取模求余，所得余数与级联端口一一对应，将所得余数对应级联端口的对应位置1，其余级联端口的对应位置0；
如果多播组的目的端口同时在本交换机和外部交换机上，则将本交换机的非级联目的端口对应位置1，将相应的多播ID对级联端口数目取模求余，将所得余数对应级联端口的对应位置1，其余级联端口的对应位置0。
上述广播路由寄存器为N位，每位对应一个端口，广播路由寄存器为1的位，表示相应端口属于广播目的端口；否则，不属于；
广播路由寄存器配置方法如下：
将本交换机所有非级联端口对应位置1；
将级联路径编号对应的级联端口中第一个端口对应位置1，将级联路径编号对应的级联端口中其余端口对应位置0。
本发明具有的优点是：
利用本发明可以构建级联交换网络，有利于更多的FC节点机接入，有利于交换网络容量的扩充；
支持FC单播、多播和广播数据帧通过级联交换网络进行路由；
硬件开销小：逻辑仅用来提供相应的配置寄存器和配置表，以及路由功能；与单交换机相比，硬件开销增加很小；
扩展性强：可以扩展至更多交换机级联；
附图说明
图1是四交换机级联拓扑结构；
图2是FC交换机路由流程示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种FC交换机级联配置及路由实现方法，该方法首先通过CPU对本交换机的域ID、与其级联的交换机的域ID配置表、级联交换机数目、级联端口标志寄存器、级联端口数目配置表、级联端口路由表、多播路由表、广播路由寄存器等进行配置，当交换机某一端口收到数据帧后，根据数据帧的类型进行相应的路由选择：
(1)如果是单播，首先判断目的端口是否在本交换机，如果在本交换机，则根据DID进行路由；如果目的端口不在交换机，则查询与其级联的交换机的域ID配置表，然后根据返回的地址查询级联端口路由表，决定将该数据帧转发到哪个级联端口，然后查询本端口是否是级联端口：如果是，则将该数据帧丢弃；否则，将该数据帧转发到查询到的级联端口；
(2)如果是多播，首先查找多播路由表，获得多播目的端口，然后查询哪些端口为级联端口：如果本端口为级联端口，则将该多播帧转发到除级联端口以外的查询到的所有多播目的端口；如果本端口不是级联端口，则将多播帧转发到查询到的所有多播目的端口；
如果是广播，首先查找广播路由表，获得广播目的端口；然后查询本端口是否为级联端口：如果本端口为级联端口，则将该广播帧转发到除级联端口外的所有查询到的广播目的端口；如果本端口不是级联端口，然后将该广播帧转发到查找到的所有广播目的端口。
如图1，四个FC交换机通过级联端口进行级联，每个交换机端口数目为64，级联端口数目均为6。下面从支持的FC交换机级联拓扑结构、初始化配置、路由选择流程三个方面对FC交换机级联配置及路由选择方法进行详细介绍。
1.FC交换机级联拓扑结构：
本发明支持的FC交换机级联拓扑结构如图1所示。
在图1中，四个FC交换机域ID分别为1、2、3、4，彼此分别通过6个级联端口进行互联。以交换机1为例，通过端口1-6与交换机2相连，通过端口7-12与交换机3相连，通过端口13-18与交换机4相连。
下面以FC交换机1为例，对FC交换机的初始化配置及路由流程进行详细说明。
2.初始化配置
a)交换机域ID
在FC级联网络中，每个交换机都有各自的域ID。在初始化时，需要对交换机本地域ID和与之级联的交换机域ID进行设置。每个交换机分别具有本地域ID寄存器和级联交换机域ID配置表。
本地域ID寄存器用来配置本交换机的域ID，采用8位寄存器实现，可读可写；级联交换机域ID配置表用来配置与本交换机级联的交换机的域ID，采用CAM实现，地址为级联路径的编号，从0到2；内容为级联交换机的域ID。
b)级联端口标志寄存器
FC交换机通过级联端口进行级联，组成级联交换网络。
级联端口标志寄存器为64位，每位分别对应一个端口，标志寄存器为1的位，表示相应端口为级联端口，否则，表示相应端口为非级联端口。
c)级联端口数目配置表
级联端口数目配置表采用RAM实现，地址为级联路径编号，从0到2；内容为级联端口数目，用来配置与本交换机级联的外部交换机级联端口的数目，取值范围从0到6。
当外部交换机的级联端口数目值为0时，表示本交换机与该交换机无级联端口相连；当不为0时，表示本交换机与该交换机通过级联端口相连；当大于1时，表示本交换机与该交换机之间有多个级联端口，本交换机需要从多个级联端口中选择一个进行转发。
d)级联端口路由表
级联端口路由表有3张，分别对应三组级联路径，编号为0到2。
其中，每张级联端口路由表为一块6x6的RAM，该RAM深度为6，数据宽度为6。深度与级联端口数目一致，内部为级联端口的端口号。
当交换机需要将单播数据帧转发到级联交换机时，需要查找该路由表。
e)多播路由表
多播路由表为一块255x64的RAM，该RAM深度为255，宽度为64。深度表示多播组的数目，内容为目的端口掩码，地址为多播ID，从0x00到0xFE。目的端口掩码每位分别对应一个端口，目的端口掩码为1的位，表示相应的端口属于该目的端口掩码对应的多播组的目的端口，否则，表示不属于；
如图1，多播路由表配置方法如下：
如果该多播目的端口全部在本交换机上，则将各级联端口对应位全部置0，将各目的端口对应位置1；
如果多播组的目的端口同时在本交换机和外部交换机上，则将非级联目的端口对应位置1，其余非级联端口对应位置0；级联端口对应位设置方法如下：
(1)如果交换机2上有该多播组的目的端口，则将该多播ID对6(级联端口数目)取模求余：如果余数为0，则将端口1对应位置1；如果余数为1，则将端口2对应位置1；如果余数为2，则将端口3对应位置1；如果余数为3，则将端口4对应位置1；如果余数为4，则将端口5对应位置1；如果余数为5，则将端口6对应位置1；
(2)如果交换机3上有该多播组的目的端口，则将该多播ID对6(级联端口数目)取模求余：如果余数为0，则将端口13对应位置1；如果余数为1，则将端口14对应位置1；如果余数为2，则将端口15对应位置1；如果余数为3，则将端口16对应位置1；如果余数为4，则将端口17对应位置1；如果余数为5，则将端口18对应位置1；
(3)如果交换机4上有该多播组的目的端口，则将该多播ID对6(级联端口数目)取模求余：如果余数为0，则将端口7对应位置1；如果余数为1，则将端口8对应位置1；如果余数为2，则将端口9对应位置1；如果余数为3，则将端口10对应位置1；如果余数为4，则将端口11对应位置1；如果余数为5，则将端口12对应位置1；
f)广播路由寄存器
广播路由寄存器数据宽度为64位，每位对应一个端口，广播路由寄存器为1的位，表示相应端口属于广播目的端口；否则，不属于；
广播路由寄存器配置规则如下：
将本交换机所有非级联端口对应位置1；
将与FC交换机2相连的端口1对应位置1；将端口2～端口6对应位置0；
将与FC交换机3相连的端口13对应位置1；将端口14～端口18对应位置0；
将与FC交换机4相连的端口7对应位置1；将端口8～端口12对应位置0；
数据帧的路由选择
当交换机某一端口接收到数据帧，执行以下流程，进行路由选择，如图2所示：
(1)解析出该数据帧的DID，根据DID判断该数据帧的类型：如果该数据帧为单播，跳转到步骤(2)；如果该数据帧为多播，跳转到步骤(8)；如果该数据帧为广播，跳转到步骤(12)；
(2)解析出该数据帧的域ID，与本地域ID寄存器进行比对：如果与相同，跳转到步骤(3)；否则，跳转到步骤(4)；
(3)根据该数据的DID进行路由，将该数据帧转发到对应的目的端口；
(4)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(6)；否则，跳转到步骤(5)；
(5)根据该数据帧的域ID查询级联交换机域ID配置表，如果查询命中，则得到该数据帧的域ID相应的级联路径编号，跳转到步骤(7)；否则，跳转到步骤(6)；
(6)将该数据帧丢弃，流程结束；
(7)根据步骤(5)得到的级联路径编号，查询对应的级联端口路由表，得到级联端口的端口号，将该数据帧转发到该端口号对应的级联端口，实现路由选择；
(8)查询多播路由表，获得该多播数据帧的目的端口，转步骤(9)；
(9)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(10)；否则，跳转到步骤(11)；
(10)如果步骤(8)中获得的多播目的端口包含级联端口，将级联端口从多播目的端口中去除，获得新的多播目的端口，然后将该数据帧转发到新的多播目的端口；否则转步骤(11)；
(11)将该多播数据帧转发到步骤(8)中获得的多播目的端口；
(12)查询广播路由寄存器，获得广播目的端口，跳转到步骤(13)；
(13)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(14)；否则，跳转到步骤(15)；
(14)如果步骤(12)中获得的广播目的端口包含级联端口，将级联端口从广播目的端口中去除，获得新的广播目的端口，然后将该数据帧转发到新的广播目的端口；否则转步骤(15)；
(15)将该广播数据帧转发到步骤(12)中获得的广播目的端口。

Claims (7)

1.FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对FC交换机进行初始化配置，初始化配置对象包括交换机域ID、级联端口标志寄存器、级联端口数目配置表、级联端口路由表、多播路由表和广播路由寄存器；
交换机域ID包括本地域ID寄存器和级联交换机域ID配置表；
2)数据帧的路由选择
当交换机某一端口接收到数据帧，执行以下流程：
(1)解析出该数据帧的DID，根据DID判断该数据帧的类型：如果该数据帧为单播，跳转到步骤(2)；如果该数据帧为多播，跳转到步骤(8)；如果该数据帧为广播，跳转到步骤(12)；
(2)解析出该数据帧的域ID，与本地域ID寄存器进行比对：如果与相同，跳转到步骤(3)；否则，跳转到步骤(4)；
(3)根据该数据的DID进行路由，将该数据帧转发到对应的目的端口；
(4)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(6)；否则，跳转到步骤(5)；
(5)根据该数据帧的域ID查询级联交换机域ID配置表，如果查询命中，则得到该数据帧的域ID相应的级联路径编号，跳转到步骤(7)；否则，跳转到步骤(6)；
(6)将该数据帧丢弃，流程结束；
(7)根据步骤(5)得到的级联路径编号，查询对应的级联端口路由表，得到级联端口的端口号，将该数据帧转发到该端口号对应的级联端口，实现路由选择；
(8)查询多播路由表，获得该多播数据帧的目的端口，转步骤(9)；
(9)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(10)；否则，跳转到步骤(11)；
(10)如果步骤(8)中获得的多播目的端口包含级联端口，将级联端口从多播目的端口中去除，获得新的多播目的端口，然后将该数据帧转发到新的多播目的端口；否则转步骤(11)；
(11)将该多播数据帧转发到步骤(8)中获得的多播目的端口；
(12)查询广播路由寄存器，获得广播目的端口，跳转到步骤(13)；
(13)查询级联端口标志寄存器，判断本端口是否为级联端口：如果是，跳转到步骤(14)；否则，跳转到步骤(15)；
(14)如果步骤(12)中获得的广播目的端口包含级联端口，将级联端口从广播目的端口中去除，获得新的广播目的端口，然后将该数据帧转发到新的广播目的端口；否则转步骤(15)；
(15)将该广播数据帧转发到步骤(12)中获得的广播目的端口。
2.根据权利要求1所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
所述本地域ID寄存器用来配置本交换机的域ID，采用8位寄存器实现，可读可写；
级联交换机域ID配置表用来配置与本交换机级联的外部交换机的域ID，采用CAM实现，地址为级联路径编号，内容为级联交换机的域ID；级联路径编号为Y。
3.根据权利要求2所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
所述级联端口标志寄存器为N位，每位分别对应一个端口，标志寄存器为1的位，表示相应端口为级联端口，否则，表示相应端口为非级联端口；其中，N为交换机端口数目。
4.根据权利要求3所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
所述级联端口数目配置表采用RAM实现，其地址为级联路径编号，内容为级联端口数目；级联端口数目为与本交换机级联的外部交换机级联端口的数目，级联端口数目范围从0到M，M大于或等于1，并小于N；
当外部交换机的级联端口数目为0时，表示本交换机与该交换机无级联端口相连；当不为0时，表示本交换机与该交换机通过级联端口相连；当大于1时，表示本交换机与该交换机之间有多个级联端口。
5.根据权利要求4所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
所述级联端口路由表有Y+1张，分别对应Y+1组级联路径，编号为0到Y；
每张级联端口路由表为一块的RAM，深度与级联端口数目一致，内容为级联端口的端口号。
6.根据权利要求5所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
多播路由表为一块255xN的RAM，内容为目的端口掩码，地址为多播ID；多播ID从0x00到0xFE；每个多播ID和相应的目的端口掩码对应同一个多播组；目的端口掩码每位分别对应一个端口，目的端口掩码为1的位，表示相应的端口属于该目的端口掩码对应的多播组的目的端口，否则，表示不属于；
多播路由表配置方法如下：
如果多播组的目的端口全部在本交换机上，则将本交换机的各级联端口对应位全部置0，将各目的端口对应位置1；
如果多播组的目的端口在外部交换机上，则将相应的多播ID对级联端口数目取模求余，所得余数与级联端口一一对应，将所得余数对应级联端口的对应位置1，其余级联端口的对应位置0；
如果多播组的目的端口同时在本交换机和外部交换机上，则将本交换机的非级联目的端口对应位置1，将相应的多播ID对级联端口数目取模求余，将所得余数对应级联端口的对应位置1，其余级联端口的对应位置0。
7.根据权利要求6所述的FC交换机级联配置及路由实现方法，其特征在于，
广播路由寄存器为N位，每位对应一个端口，广播路由寄存器为1的位，表示相应端口属于广播目的端口；否则，不属于；
广播路由寄存器配置方法如下：
将本交换机所有非级联端口对应位置1；
将级联路径编号对应的级联端口中第一个端口对应位置1，将级联路径编号对应的级联端口中其余端口对应位置0。
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