CN108306835A - 一种以太网交换机的输入缓存结构及数据转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以太网交换机的输入缓存结构及数据转发方法，属于计算机网络通信技术领域。本发明的缓存结构包括根据数据帧类型划分的不同存储区域，各数据帧类型的存储区域均包括地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块，数据存储模块用于在根据地址存储模块中的目的地址进行转发端口查询时存储数据帧的数据内容。本发明在查找目的地址对应的相应转发端口时，将对应帧的数据缓存到相应的数据存储模块中，充分利用数据帧的数据存储时间，使接收数据帧中数据与查找目的地址转发端口并行处理，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间，提高效率，满足时间触发以太网交换机对交换延迟的要求。

Description

一种以太网交换机的输入缓存结构及数据转发方法

技术领域

本发明涉及一种以太网交换机的输入缓存结构及数据转发方法，属于计算机网络通信技术领域。

背景技术

时间触发以太网是国际上最新的一项基于以太网的新型总线技术，它具备最高等级的安全性、可靠性及确定性网络。该总线技术兼容了时间触发协议和以太网技术的优势，能够在同一个网络平台上兼容普通网络数据流、AFDX(航空电子全双工交换式以太网)数据流和时间触发以太网网络数据流，具备更高的安全性和强有力的容错机制。

时间触发以太网TTE交换机能够兼容普通以太网交换机，并且还能够交换转发PCF帧、TT帧、RC帧。由于PCF帧、TT帧、RC帧对于时间延迟敏感，所以如果交换机的交换延迟太大，则这些帧有可能发送失败。所以与TTE终端相对应，需要组成时间触发以太网，则需要配套的TTE交换机。而TTE交换机的交换延迟是其一个重要的指标，目前对TTE交换机的交换延迟一般是采用，例如申请号为CN201710119646.5的专利申请文件，该文件公开了一种时间触发网络中数据包的转发方法，该方法根据网络的业务量和拓扑结构计算时间路由转发表并配置到交换机中，数据包到达时，根据数据包中的特征字段的HASH运算结果查询时间路由转发表得到该数据包允许到达时隙和其输出端口，比较数据到达时隙和允许到达时隙，如果两个时隙相同，则转发，否则丢弃。该方法虽然能够在一定程度上降低数据包的转发延迟，但是该方法实现复杂，需要得到时间路由转发表。

发明内容

本发明的目的是提供一种以太网交换机输入缓存结构，以解决目前时间触发以太网中的交换延迟问题；同时，本发明还提供了一种以太网交换机的数据转发方法。

本发明为解决上述技术问题而提供一种以太网交换机输入缓存结构，包括以下方案：结构方案一：该缓存结构包括根据数据帧类型划分的不同存储区域，各数据帧类型的存储区域均包括地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块，所述地址存储模块用于存储待转发数据帧的目的地址，所述数据存储模块用于在根据地址存储模块中的目的地址进行转发端口查询时存储数据帧的数据内容，所述的校验存储模块用于存储校验值。

本发明在查找目的地址对应的相应转发端口时，将对应帧的数据缓存到相应的数据存储模块中，充分利用数据帧中的数据存储时间，使接收缓存数据帧中的数据与查找目的地址转发端口并行处理，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间，提高效率，满足时间触发以太网交换机对交换延迟的要求。

结构方案二：在结构方案一的基础上，在将数据帧中的数据全部存入数据帧缓存模块时，计算该数据的校验值。

结构方案三：在结构方案二的基础上，所述的校验存储模块存储的校验值为计算得到的校验值与数据帧中携带的校验值的比较结果。

结构方案四、五、六：分别在结构方案一、二、三的基础上，所述的地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块均采用缓存FIFO。

结构方案七、八、九：分别在结构方案一、二、三的基础上，所述的数据帧包括PCF帧、TT帧、RC帧和或以太网帧。

结构方案十：在结构方案二的基础上，计算的数据校验值为CRC校验值。

本发明还提供了一种以太网交换机的数据转发方法，包括以下方案，方法方案一：该数据转发方法包括以下步骤：

1)根据数据帧的类型，从输入缓存结构中检测对应帧类型下存储区域中地址模块内是否为空，若非空，则从中读出该帧的目的地址，并查找相应转发端口；

2)在找到相应转发端口后，检测相应校验存储模块是否为空，若非空，则从校验缓存模块中读取校验值，并根据校验值判断校验是否正确，若结果正确，则从数据缓存模块中读取数据帧，并将读出的数据帧写入相应转发端口的发送缓存中，等待发送。

本发明充分利用将数据帧中的数据存储到数据存储模块的时间，使接收缓存数据帧中的数据与查找目的地址转发端口并行处理，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间，提高效率，满足时间触发以太网交换机对交换延迟的要求。

方法方案二：在方法方案一的基础上，所述校验存储模块存储的校验值为计算得到的校验值与数据帧中携带的校验值的比较结果。

方法方案三：在方法方案一的基础上，所述步骤1)中若根据目的地址无法找到相应转发端口时，则给出无法匹配的信号，并丢弃该数据帧。

方法方案四、五、六：分别在方法方案一、二、三的基础上，所述步骤2)若校验不正确，则从数据缓存模块中读取该数据帧，并丢弃。

方法方案七：在方法方案一的基础上，所述的地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块均采用缓存FIFO。

方法方案八：在方法方案一的基础上，所述的数据帧包括PCF帧、TT帧、RC帧和或以太网帧。

附图说明

图1是本发明实施例中以太网数据帧解析流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明一种以太网交换机输入缓存结构的实施例

本发明针对目前时间触发以太网TTE交换机对交换延迟的要求，给出了一种以太网交换机输入缓存结构，包括根据不同数据帧类型划分的存储区域，每种数据帧类型的存储区域又包括地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块，分别用于待转发数据帧的目的地址、数据内容和校验值。将数据帧的目的地址存入对应的地址存储模块，并根据地址存储模块中的目的地址进行转发端口查询，同时将数据存入数据帧缓存模块，并计算该数据的校验值，直到该帧的净荷数据结束，将计算得到的校验值与数据帧中携带的校验值进行比较，并将比较结果存放到对应的校验存储模块中。本发明的交换机输入缓存结构能使查找地址与输入缓存数据通过并行操作，提到了效率，缩短了数据帧在TTE交换机中的交换转发时间。

具体而言，本发明中交换机所转发的数据帧包括PCF帧、TT帧、RC帧和以太网帧(BE帧)，所划分的存储区域包括PCF帧存储区、TT帧存储区、RC帧存储区和BE帧存储区，分别用于存储PCF帧数据、TT帧数据、RC帧数据和BE帧数据。数据帧类型是通过数据帧的目的地址和类型字段2个字节确定的，一个完整的数据帧是通过对数据帧前导码和起始定界符的识别来确定的。根据数据帧中各数据段代表含义，各类型帧的存储区域均被划分为地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块，各存储模块均采用FIFO存储方式，分别用于存储帧地址、帧数据和帧校验。如图1所示，若数据帧的前4个字节是否为Oxabad_babe，若不是，则说明该帧为BE帧，将BE帧的目的MAC地址缓存到BE帧存储区域下的地址存储模块(地址缓存FIFO)，并根据该目的MAC地址查找其对应的转发端口，同时将BE帧的数据存储到BE帧存储区域下的数据存储模块(数据缓存FIFO)，并计算其CRC32校验值，直到该帧的净荷数据结束，在计算校验值结束后，将计算得到的校验值与数据帧中携带的CRC32校验值相比较，如果相等，则校验正确，将1bit的数据0写入CRC校验缓存FIFO中，如果校验值比较不相等，则校验错误，将1bit的数据1写入CRC校验缓存FIFO中。当数据帧的前4个字节为Oxabad_babe时，判断帧类型是否为0x891d，若是，则说明该帧为PCF帧，将PCF帧的目的MAC地址缓存到PCF帧存储区域下的地址存储模块，并根据该目的MAC地址查找其对应的转发端口，同时将PCF帧的数据存储到PCF帧存储区域下的数据存储模块，并计算其CRC32校验值，直到该帧的净荷数据结束，在计算校验值结束后，将计算得到的校验值与数据帧中携带的CRC32校验值相比较，如果相等，则校验正确，将1bit的数据0写入PCF帧存储区域下的校验存储模块(CRC校验缓存FIFO)中，如果校验值比较不相等，则校验错误，将1bit的数据1写入CRC校验缓存FIFO中。同样地，若是TT帧或RC帧，将其VLID缓存到对应帧存储区域下的地址存储模块，并根据该VLID地址查找其对应的转发端口，同时将其数据存储到对应帧存储区域下的数据存储模块，计算其CRC32校验值，直到该帧的净荷数据结束，将校验结果写入对应帧存储区域下的校验存储模块(CRC校验缓存FIFO)中，如果校验值比较不相等，则校验错误，将1bit的数据1写入校验存储模块(CRC校验缓存FIFO)。

本发明一种以太网交换机的数据转发方法的实施例

本发明以太网交换机的数据转发方法是在本发明的以太网交换机输入缓存结构基础上实现的，交换机根据帧的类型，从输入缓存结构中检测对应帧类型下存储区域中地址模块内是否为空，若非空，则从中读出该帧的目的地址，并根据地址表查找该目的地址对应的相应转发端口，在找到相应转发端口后，检测校验存储模块是否为空，若非空，说明数据缓存结束，该帧数据已经完全存入数据缓存模块中，则从校验缓存模块读出校验结果，若结果正确，则从数据缓存模块中读取数据帧，并将读出的数据帧写入相应转发端口的发送缓存中，等待发送。本发明在根据地址表查找该目的地址对应的相应转发端口的同时，将对应帧的数据缓存到相应的数据存储模块中，使接收缓存数据帧与查找目的地址转发端口并行处理，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间。

下面以BE帧为例对交换机的数据转发过程进行说明，交换机检测BE帧存储区域下的3个缓存FIFO，首先检测地址缓存FIFO中是否为空，若非空，则说明有新的数据帧接收到，则从中读出该帧的目的MAC地址，并开始根据MAC地址表查找该MAC地址的相应转发端口，若找到，则将转发端口号记录下来，传递到下一逻辑，以供数据转发使用，若没有找到相应转发端口，说明该数据帧没有找到转发端口，则给出了一个不匹配的信号，并丢掉该数据帧。交换机在查找MAC地址的同时，交换机还在从接收数据到将数据存储到数据缓存FIFO中，到接收缓存数据帧与查找目的MAC地址并行的效果，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间。

下一逻辑收到转发端口号时，监控CRC校验缓存FIFO，若非空，说明数据缓存结束，该帧数据已经完全存入数据缓存FIFO中，则从校验缓存FIFO读出校验结果，如果为0，表明校验正确，反之则错误。若校验正确，则对该数据帧进行转发，否则，丢弃该数据帧。当数据帧丢弃时，则从数据缓存FIFO中读出一帧，直到其末尾；当数据校验正确进行转发时，则从数据缓存FIFO读出数据帧，并根据收到的转发端口号，将读出的数据帧写入该端口的发送缓存FIFO中，等待发送。

本发明在根据地址表查找该目的地址对应的相应转发端口的同时，将对应帧的数据缓存到相应的数据缓存FIFO中，使接收缓存数据帧与查找目的地址转发端口并行处理，减小了查找时间，缩短了数据帧在交换机中的转发时间，提高效率，满足时间触发以太网交换机对交换延迟的要求。

Claims (10)

1.一种以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，该缓存结构包括根据数据帧类型划分的不同存储区域，各数据帧类型的存储区域均包括地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块，所述地址存储模块用于存储待转发数据帧的目的地址，所述数据存储模块用于在根据地址存储模块中的目的地址进行转发端口查询时存储数据帧的数据内容，所述的校验存储模块用于存储校验值。

2.根据权利要求1所述的以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，在将数据帧中的数据全部存入数据帧缓存模块时，计算该数据的校验值。

3.根据权利要求2所述的以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，所述的校验存储模块存储的校验值为计算得到的校验值与数据帧中携带的校验值的比较结果。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，所述的地址存储模块、数据存储模块和校验存储模块均采用缓存FIFO。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，所述的数据帧包括PCF帧、TT帧、RC帧和或以太网帧。

6.根据权利要求2所述的以太网交换机的输入缓存结构，其特征在于，计算的数据校验值为CRC校验值。

7.一种基于权利要求1所述以太网交换机的输入缓存结构的数据转发方法，其特征在于，该数据转发方法包括以下步骤：

1)根据数据帧的类型，从输入缓存结构中检测对应帧类型下存储区域中地址模块内是否为空，若非空，则从中读出该帧的目的地址，并查找相应转发端口；

2)在找到相应转发端口后，检测相应校验存储模块是否为空，若非空，则从校验缓存模块中读取校验值，并根据校验值判断校验是否正确，若结果正确，则从数据缓存模块中读取数据帧，并将读出的数据帧写入相应转发端口的发送缓存中，等待发送。

8.根据权利要求7所述的数据转发方法，其特征在于，所述校验存储模块存储的校验值为计算得到的校验值与数据帧中携带的校验值的比较结果。

9.根据权利要求7所述的数据转发方法，其特征在于，所述步骤1)中若根据目的地址无法找到相应转发端口时，则给出无法匹配的信号，并丢弃该数据帧。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的数据转发方法，其特征在于，所述步骤2)若校验不正确，则从数据缓存模块中读取该数据帧，并丢弃。