CN107018093A - 一种分布式设备中的板间通信装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式设备中的板间通信装置与方法。该装置包括主控板卡与多个业务板卡，主控板卡包括相连接的CPU处理器和逻辑编程器件，业务板卡包括CPU处理器与连接主控板卡的网络端口；CPU处理器，用于向逻辑编程器件发送报文；逻辑编程器件，用于接收报文，并对所述报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与业务板卡的对应关系，并将所述报文发送给相应的业务板卡的网络端口。本发明用于解决现有技术中存在的逻辑编程复杂的问题，简化逻辑编程器件中对二层交换功能的实现，同时兼顾标准以太网的传输，并能够实现业务板卡之间的报文隔离功能。

Description

一种分布式设备中的板间通信装置与方法

技术领域

本发明涉及网络信息传输领域，特别涉及一种分布式设备中的板间通信装置与方法。

背景技术

在分布式设备中，设备内部存在多块板卡，即机框式设备，在这个设备中一般有主控板卡与业务板卡组成。

主控板卡主要承担整个设备的管理控制等工作，它与业务板之间存在有大量的板间信息交互。一般情况下，板间通信的数据并不需要与外网通信，板卡与板卡之间组成一个小型局域网。

为了实现主控板卡与业务板之间的通信，硬件设计上会在主控板卡上加入一个类似于交换芯片的器件，承担主控板卡与业务板之间的数据交换功能。

为了更好的利用板间硬件资源，会采用逻辑编程器件替交换芯片，如果逻辑编程器件实现交换功能，需要实时维护端口与MAC地址的对应关系。由于业务板卡可能分为几类，这几类业务板卡中信息交互需要隔离，如果逻辑编程器件实现交换功能与端口隔离功能，实现上复杂以及难以稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式设备中的板间通信装置与方法，用于解决现有技术中存在的逻辑编程复杂的问题，简化逻辑编程器件中对二层交换功能的实现，同时兼顾标准以太网的传输，并能够实现业务板卡之间的报文隔离功能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种分布式设备中的板间通信装置，包括主控板卡与多个业务板卡，所述主控板卡包括相连接的CPU处理器和逻辑编程器件，所述业务板卡包括CPU处理器与连接主控板卡的网络端口；

所述CPU处理器，用于向逻辑编程器件发送报文；

所述逻辑编程器件，用于接收报文，并对所述报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与业务板卡的对应关系，并将所述报文发送给相应的业务板卡的网络端口。

本发明的有益效果是：根据业务板卡网络端口的MAC地址构成规则，完全可以按照标准的以太网报文进行处理，既实现了二层交换功能，又可以做到端口隔离功能，即不需要对协议栈的实现进行修改，简化了逻辑编程器件的实现，优化了整个开发时间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述主控板卡与业务板卡均可运行嵌入式操作系统，且能处理以太报文。

进一步，所述主控板卡的逻辑编程器件通过可编程实现对以太报文的二层解析处理。

采用上述进一步方案的有益效果是，在板卡之间内部通信上，采用逻辑编程器件实现报文交互，可以灵活做到适配多种网络通信接口。

进一步，所述业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则为：

将业务板卡的MAC地址转换为48位数据，并将所述48位数据转换成二进制，一位表示一个业务板卡。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于MAC地址完全满足标准的MAC地址构成规则，则完全不需要对内核协议栈实现进行修正就可以支持广播与单播，同时如果设备中存在多种类型的板卡，这每种类型的业务板卡之间需要做到报文隔离，则可以只把相同类型的板卡所涉及到的MAC地址对应的位置为1，隔离了不同类型业务板之间的交互，在发送的报文内容目的MAC地址中，如果有多个bit位置为1，则可以把这个报文同时发送给多个板卡。

另外，本发明还提供了一种分布式设备中的板间通信方法，应用于主控板与多个业务板卡之间进行数据交互，包括步骤：

(1)机箱内板卡CPU处理器向逻辑编程器件发送报文；

(2)逻辑编程器件接收所述报文，并对所述报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与板卡的对应关系，并将所述报文发送给相应的业务板卡。

进一步，在所述步骤(1)之前还包括：根据业务板卡架构，确定所有业务板卡的网络端口的MAC地址，设备内同一个槽位的业务板卡，其内部通信网口的MAC地址相同；同一个机箱内的业务板卡，其网络接口的MAC地址唯一。

附图说明

图1为本发明分布式设备的架构原理图；

图2本发明实例设备图；

图3本发明分布式设备的广播报文处理方法的流程图；

图4本发明分布式设备的单播报文处理方法的流程图；

图5本发明分布式设备的组播报文处理方法的流程图；

图6本发明分布式设备的端口隔离报文处理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种分布式设备中的板间通信装置，这种装置中，包含主控板卡与多个业务板卡，主控板卡中由可以运行操作系统的控制器与逻辑编程器件组成。其它业务板卡只需要有运行操作系统的控制器与其它辅助器件组成，其中控制器需要有网络端口用于与业务板卡进行通信。

主控板卡包括相连接的CPU处理器和逻辑编程器件，业务板卡包括CPU处理器与连接主控板卡的网络端口；

CPU处理器，用于向逻辑编程器件发送报文；

逻辑编程器件，用于接收报文，并对报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与业务板卡的对应关系，并将报文发送给相应的业务板卡的网络端口。

与现有技术相比较，本发明提出一种分布式设备的板间通信的方法与分布式设备，CPU上内部通信的网络接口MAC地址通过一定的规则构成，在主控与其它业务板卡之间通信时，主控板上的逻辑编程器件收到报文后解析目的MAC地址，根据MAC地址构成规则发给相应的业务板卡。

本发明提出一种分布式设备板间通信方法与装置，应用于主控板卡与多个业务板卡之间进行数据交互，用于解决现有技术中存在的逻辑编程复杂的问题，简化逻辑编程器件中对二层交换功能的实现，同时兼顾标准以太网的传输，并能够实现类板卡之间的报文隔离功能。

在标准以太网的报文中，有48位MAC地址用于标识一个物理的网络端口，MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF时，表示广播，而MAC地址的第8位(从左到右)为1时，表示组播，其它情况表示单播报文。

由于设备中内部通信的网络端口数量不多，并不涉及到与外网的通信，其MAC地址不需要遵循全球唯一性的原则，可以采用一定的规则来表示板卡网络端口的MAC地址，由MAC地址来得知网络端口与MAC地址的对应关系，这样就不需要实时维护MAC地址表。

在主控板上的交换功能器件，如逻辑编程器件(采用逻辑编程器件的优点它还可以提供板卡上下电控制、对其它板卡的复位控制等等)，为了简化逻辑编程器件的编程工作，提出只针对报文的二层MAC地址进行解析，根据一定规则得到MAC地址与一个或者多个业务板卡的对应关系，逻辑编程器件得到这个关系后，就可以知道如何转发报文了，不需要实时维护MAC地址与业务板卡的对应关系，可以做到报文中的目的MAC中携带多个MAC的信息，做到了一个报文可以同时转发给多个板卡。

MAC地址构成规则如下：

48位MAC地址看作48位数据，业务板卡1的MAC地址为a，业务板卡2的MAC地址为b,业务板卡3的MAC地址为c，以此类推。任意业务板卡组合MAC地址转换成数据后相加的值为X，而X逆向解析得到的唯一解，即a+b+…＝X，X逆向得到的结果只有唯一解为a、b、…。

比如把数据换成二进制，一位表示一个业务板卡，那可以表示47个业务板卡网络端口(除去组播地址涉及到位)。构成步骤如下,假如有3个业务板卡：

板卡a的MAC地址为00:00:00:00:00:01,转换为48位数据为0x000000000001；

板卡b的MAC地址为00:00:00:00:00:02,转换为48位数据为0x000000000002；

板卡c的MAC地址为00:00:00:00:00:04,转换为48位数据为0x000000000004；

板卡a、b、c的MAC地址转换为48位的数据相加为

0x000000000001+0x000000000002+0x000000000004＝0x000000000007；

0x000000000007按构成规则(某一个位表示板卡的MAC地址)，只能有一个逆向解，即

0x000000000007＝0x000000000001+0x000000000002+0x000000000004。

采用上面的规则，完全可以按照标准的以太网报文进行处理，既实现了二层交换功能，又可以做到端口隔离功能，即不需要对协议栈的实现进行修改，简化了逻辑编程器件的实现，优化了整个开发时间。

本发明还提供了一种分布式设备中的板间通信方法，包括步骤：(1)机箱内板卡CPU处理器向逻辑编程器件发送报文；(2)逻辑编程器件接收所述报文，并对报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与板卡的对应关系，并将报文发送给相应的业务板卡。

实施例1

在这里只讨论采用逻辑编程器件来实现提到的功能，设备示例模型框图如图2所示，这里只假设有1块主控板，3块业务板卡，实际可以有更多的板卡。

网络端口总线可以是任意能够支持网络传输的符合IEEE802.3协议的总线。

当MAC地址以位掩码的方式构造时，设计分配的MAC地址如下表所示：

板卡名称	MAC地址
		主控板	00:00:00:00:00:01
业务板卡a	00:00:00:00:00:02
		业务板卡b-网口0	40:00:00:00:00:04
业务板卡b-网口1	80:00:00:00:00:04
		业务板卡c	00:00:00:00:00:08

逻辑编程器件只需要检测目的MAC地址的bit[3:0]与bit[40]，不需要维护端口与MAC地址的映射表，直接可以从MAC地址得到这个关系，逻辑编程器件的报文处理流程为：

(1)提取：从端口接收报文，并从数据帧中提取目的MAC地址；

(2)解析目的MAC地址并转发：

bit[40]为1时，当作广播报文处理。

bit[3:0]，发现哪位被置为1了，则把报文发送给相应的板卡，这里四位中任意某些位被同时置位也是一样的处理。

而对于业务板卡b由于内部又有多个网络端口，实际需要两个MAC地址，这里可以用MAC地址的最高两位来区分这个板卡上的两个网口，而实际逻辑编程设备由于只检测bit[3:0]与bit[40]并没有关心这两位。

在这个规则下，我们需要确定广播、组播、单播是否能够正确处理。

广播报文：报文转发流程如图3所示，在以太网络通信中广播报文用得最多的是学习arp。广播报文的目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF，由于bit[40]为1，满足条件。示例设备中，如果主控板CPU发送广播报文，逻辑编程器件收到后会发送业务板卡a、业务板卡b与业务板卡c。

单播报文：MAC地址是完全满足MAC地址原本的编码规则，故单播报文能够正常处理。报文转发流程如图4所示，在实例设备中，主控板CPU发送单播报文给业务板卡a，发送目的MAC地址为00:00:00:00:00:02，逻辑编程器件发送bit[1]被置位了，则会发给业务板卡a与之连接接口。

组播报文：报文转发流程如图5所示，组播报文的MAC地址，bit[40]为1，示例设备中，如果主控板CPU发送组播报文，逻辑编程器件收到后会发给业务板卡a、业务板卡b与业务板卡c。

同时，可以通过修改报文的目的MAC地址达到类似端口隔离的功能。报文转发流程如图6所示，假设业务板卡a与业务板卡c需要与主控板CPU的报文进行隔离，主控板CPU发往业务板卡a、业务板卡c的报文目的MAC地址为00:00:00:00:00:0a，这样根据逻辑编程设备内部的处理，则不会把报文发给业务板卡b，只会发给业务板卡a与业务板卡c，从而达到了类似VLAN端口隔离的功能。

这个实现方法中MAC地址构成规则可以有多种，只要找到满足方法中提到的条件，则可以不受设备内部接口数目只能为47个的限制。由于是设备内部通信，相同的设备，设备内部MAC地址构成规则都可以采用同样的方法。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式设备中的板间通信装置，包括主控板卡与多个业务板卡，其特征在于，

所述主控板卡包括相连接的CPU处理器和逻辑编程器件，所述业务板卡包括CPU处理器与连接主控板卡的网络端口；

所述CPU处理器，用于向逻辑编程器件发送报文；

所述逻辑编程器件，用于接收报文，并对所述报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与业务板卡的对应关系，并将所述报文发送给相应的业务板卡的网络端口。

2.如权利要求1所述的分布式设备中的板间通信装置，其特征在于，所述主控板卡与业务板卡均可运行嵌入式操作系统，且能处理以太报文。

3.如权利要求1所述的分布式设备中的板间通信装置，其特征在于，所述主控板卡的逻辑编程器件通过可编程实现对以太报文的二层解析处理。

4.如权利要求1所述的分布式设备中的板间通信装置，其特征在于，所述业务板卡的网络端口的MAC地址构成规则为：

将业务板卡的MAC地址转换为48位数据，并将所述48位数据转换成二进制，一位表示一个业务板卡。

5.一种分布式设备中的板间通信方法，应用于主控板与多个业务板卡之间进行数据交互，其特征在于，包括步骤：

(1)主控板卡的CPU处理器向逻辑编程器件发送报文；

(2)逻辑编程器件接收所述报文，并对所述报文的二层MAC地址进行解析，根据业务板卡网络端口的MAC地址构成规则，得到MAC地址与板卡的对应关系，并将所述报文发送给相应的业务板卡。

6.如权利要求5所述的分布式设备中的板间通信方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前还包括：根据业务板卡架构，确定所有业务板卡的网络端口的MAC地址，设备内同一个槽位的业务板卡，其内部通信网口的MAC地址相同；同一个机箱内的业务板卡，其网络接口的MAC地址唯一。