CN114629555A - 一种数据转发装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据转发装置，其输入端与输出端均与传输光纤相连，所述装置包括：光纤分路器，将输入的光信号复制为多份光信号；光直通转发模块，接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并将需要转发的光信号直接以光信号形式经过光纤选路器传输到输出端的传输光纤；光电转换模块，接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并转换为电信号且以数据包形式进行缓存；控制模块，接收光纤分路器的一条分路输出的光信号，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发，并结合输出端传输光纤的工作状态针对需要转发和不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令；光纤选路器，在控制模块输出的控制下选择光直通转发模块或光电转换模块与输出端传输光纤连通。

Description

一种数据转发装置及方法

技术领域

本发明涉及计算机通信领域，具体来说，涉及计算机通信领域中的光通信领域，更具体地说，涉及一种数据转发装置及方法。

背景技术

在通信速率达到100Gbps或更高时，使用电信号传输数据将面临诸多问题，例如感性耦合串扰、容性耦合串扰以及发热等。这些问题使得电缆必须采用更粗的线芯并具有更高抗电磁干扰的能力，使得成本高的同时笨重且易损，不利于日常使用。与使用电信号进行数据传输相比，将电信号调制为光信号通过光纤进行传播则可以有效规避以上串扰和发热等问题，降低线缆的体积并提高可靠性。目前在高速数据传输领域，光纤已经基本替代电缆作为主要传输介质。

对于使用光纤作为物理层的数据传输方式来说，由于光信号本身极难存储，通常在需要转发光信号时经由光电转换将其变为电信号进行转储，再通过转发节点的激光器将其调制为光信号来实现转发。但相应的，此过程中会产生大量的时延，例如：完成光电转换会产生纳秒级的时延，如果使用DDR SDRAM作为电信号临时存储单元时的写入过程会产生数十纳秒的时延，待写入完毕后进行读取时又会产生数十纳秒的时延。而且，如果使用SRAM作为电信号临时存储单元，则需要平衡功耗、面积等额外因素，致使成本升高；另外，如果选用转发节点的数据链路层进行临时存储会产生更高的时延，如果选择在转发节点的物理层构建电信号直通通道则会面临高速链路设计的相关问题使得成本大幅增加。

目前业界内多采用重新设计链路拓扑的方式来规避上述问题：例如使用交叉开关或其他类型的开关，数据节点在接入这类光开关后，可通过控制光开关改变光开关内部的数据通路，实现与任意节点进行点对点数据传输的效果，避免数据包的转发。但通过光开关实现的互连，对任意节点来说，在同一时刻仅能与指定的一个节点进行通信，如果要改变通信节点则需要改变光开关的构型，将光路重新连接到相应节点上。此外，光开关本身也存在着制作成本高且会产生时延等问题，因此，在光通信领域，对数据包的转发需要是切实存在且难以替代的。

总体来说，现有光通信中的数据传输中存在以下问题：

1、现有需要数据包转发的网络拓扑模型在使用光作为物理介质时会产生额外的性能问题并使得设计制造成本升高。

2、现有技术采用重新设计链路拓扑的方式在传输数据的过程中会产生时延，不利于小规模数据的传输以及频繁变更通信目标节点的网络通信模式。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种新型的适用于光通信领域中的数据转发装置及方法

根据本发明的第一方面，提供一种数据转发装置，所述装置的输入端与输出端均与传输光纤相连，所述装置包括：光纤分路器，所述光纤分路器包括多条分路，其接收来自于输入端传输光纤的光信号，并将输入的光信号复制为至少三份光信号以通过每一条分路将复制的光信号输出；光直通转发模块，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并将需要转发的光信号直接以光信号形式经过光纤选路器传输到输出端的传输光纤；光电转换模块，用于接收光纤分路器的另一条分路输出的光信号并将其转换为电信号且以数据包形式进行缓存；控制模块，用于接收光纤分路器的第三条分路输出的光信号，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发，并根据输出端传输光纤的工作状态针对需要转发或不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令；光纤选路器，其输入端分别与光直通转发模块、光电转换模块和控制模块的输出端相连，并在控制模块输出的控制下选择光直通转发模块或光电转换模块与输出端传输光纤连通。

在本发明的一些实施例中，所述光纤选路器在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时对应的控制命令下选择输出端的传输光纤与光直通转发模块的通路连通。

优选的，所述控制模块被配置为支持时域输入的光神经网络器件。

在本发明的一些实施例中，所述光直通转发模块包括：光信号放大器，用于将经光纤分路器复制后的光信号还原至传输功率；光直通转发通道，用于将经过光信号放大器的光信号传输到输出端。

优选的，所述光直通转发通道为采用硅基蚀刻方式构造的光纤通道。

在本发明的一些实施例中，所述光电转换模块包括：接收器，用于接收光纤分路器的输出的光信号并将光信号转换为电信号且以数据包形式缓存于接收缓冲区中，同时将需要存储的数据包发送给主机进行存储；接收缓冲区，用于缓存接收到的数据包；发送器，用于将发送缓冲区中的数据包转换为光信号并向外发送；发送缓冲区，用于缓存需要发送的数据包；转发控制器，用于在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时根据控制模块的控制命令将接收缓冲区中需要转发的数据包置入发送缓冲区中。

优选的，所述控制模块被配置为按照如下方式输出控制命令：光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时输出将光信号直通转发并将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃的控制命令；光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时输出将缓存的数据包发送给主机进行存储并转发的控制命令；光信号不需要转发时输出将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃的控制命令。

根据本发明的第二方面，提供一种基于上述数据转发装置的数据转发方法，所述方法包括：接收输入端传输光纤输入的光信号，并将光信号复制为至少三份并分别输出到多条分路中，其中，所述多条分路至少直通转发分路和光电转换分路；在控制模块的控制下，将需要转发的光信号通过直通转发分路直接以光信号形式传输到输出端的传输光纤；或者在光电转换分路中，将光信号转换为电信号并以数据包形式进行缓存；将复制后的光信号输出至控制模块，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发以及根据输出端传输光纤的工作状态针对需要转发或不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令用于控制直通转发分路和光电转换分路。

在本发明的一些实施例中，通过控制模块按照如下方式输出控制命令用于控制直通转发分路和光电转换分路：在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时输出将光信号直通转发的控制命令用于控制直通转发分路将需要转发的光信号直接以光信号形式传输到输出端的传输光纤并将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃；或者在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时输出将缓存的数据包存储并转发的控制命令用于控制光电转换分路将缓存的数据包进行存储并再次转换为光信号后传输到输出端的传输光纤；或者在光信号不需要转发时输出将缓存的数据包存储或丢弃的控制命令用于控制光电转换分路将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃。

根据本发明的第三方面，提供一种网卡，所述网卡配置有如本发明第一方面所述的数据转发装置。

根据本发明的第四方面，提供一种数据交换系统，所述系统包含一个或多个主机，每个主机均配置有如本发明第三方面所述的网卡。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、使用了独立的光纤通道将输入端光纤与输出端光纤相连，免除了数据包在经过转发节点时需要转换为电信号再调制为光信号的过程，同时通过控制光纤通道的长度精准控制时序，使得控制模块判断光信号需要转发后，接收到的光信号可恰好通过光纤通道到达光纤选路器。

2、使用了光纤分路器将光信号进行复制，一旦该光信号需要转发可在第一时间将其转发，而不需要转发时可在第一时间将其进行保存。

3、使用独立通路连接控制模块判断转发逻辑，并结合具体情况输出相应的控制命令对各条分路进行控制。

4、本发明可有效降低数据包转发过程中产生的时延，同时保留单节点与数个节点同时通信的优势，在以太网协议和100Gbps的速率下，仅需要几纳秒便可解析目的MAC地址并判断是否需要转发，进而控制光纤选路器切换到直通转发通路。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明实施例的一种数据转发装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种数据转发方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例的一种多主机连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于以太网协议以及MAC协议均是公知技术，本发明对具体涉及到的协议本身不做赘述，仅对实现数据转发的装置以及方法进行说明。

首先介绍一下本发明的技术思想和框架。如背景技术中提到的，现有的数据传输方案中，将光信号转换为电信号转储再经过调制转换为光信号进行转发这个过程中会产生数百纳秒的大量时延，而采用重新设计链路拓扑的方式构造两个节点的点对点通道将光信号进行直通发送的方式又不利于小规模数据的传输以及需要频繁变更通信目标节点的网络通信模式，且同样会产生大量时延。为了解决上述问题，本发明通过引入光纤选路器、控制模块以及构造额外的光直通转发通道，并采用光纤分路器将光信号复制为多份，对复制后的光信号同时进行转换为电信号以数据包形式进行缓存以及判断是否转发的操作，控制模块仅用几纳秒即可解析光信号目的MAC地址并判断是否需要直通转发，进而控制光纤选路器切换与输出端之间的通路，在需要转发且输出端空闲时将光信号通过光直通转发通道进行直通转发，再加上精确控制光直通转发通道的长度保证光纤选路器与光直通转发通道的通路一旦连通即可收到来自光直通转发通道的光信号，进一步降低转发过程中产生的时延并降低成本，在其他情况下可控制将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃，在特殊情况下也可采用传统方法中经过光电转换再将光信号进行转发的方法。综上所述，本发明不仅保留了传统数据转发中需要将光信号经过光电转换进行转发的方案，还新增了无需重新设计链路拓扑即可将光信号直通转发的方案，通过控制模块对具体情况进行判断以及控制，大大减少了数据转发的时延，操作简便且成本低。

为了更好的理解本发明，下面通过具体的实施例来详细说明本发明。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种数据转发装置，所述装置的输入端与输出端均与传输光纤相连，所述装置包括：光纤分路器、光直通转发模块、光电转换模块、控制模块以及光纤选路器，下面对各部分进行详细说明。

光纤分路器包括多条分路，其接收来自于输入端传输光纤的光信号，并将输入的光信号复制为多份光信号以通过每一条分路将复制的光信号输出，其中，光纤分路器采用半反半透镜或其他可将光信号复制的技术，会导致输出的光信号的总功率小于或等于输入功率。如图1所示，通过光纤分路器的光信号分别输出到至少三条分路，包括控制模块所在的分路、光直通转发模块所在的直通转发分路以及光电转换模块所在的光电转换分路。

光直通转发模块，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并将需要转发的光信号直接以光信号形式经过光纤选路器传输到输出端的传输光纤。如图1所示，所述光直通转发模块进一步包括光信号放大器和光直通转发通道，其中，光信号放大器用于将光直通转发模块所在分路的光信号还原至传输功率；光直通转发通道用于传输光信号，其例如可以采用硅基蚀刻构造的光纤，并精准控制通道长度来精准控制时序，使得控制模块对光信号是否需要转发做出判断后，接收到的光信号恰好能够通过光直通转发通道到达光纤选路器。

控制模块，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发，并结合输出端传输光纤的工作状态针对需要转发和不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令，其中，控制命令包括以下多种情况：

第一种情况，光信号需要转发且输出端的传输光纤空闲，输出将光信号直通转发的控制命令，其中，直通转发的控制命令又涉及到多种情况，例如，光信号目的地址是广播地址时或组播地址且本机处于组播域内时输出将光信号直通转发以及将缓存的数据包发送给主机的控制命令；光信号目的地址为组播地址且本机不在组播域内时或其他目的地址时输出将光信号直通转发以及将缓存的数据包丢弃的控制命令。

第二种情况，光信号需要转发但输出端的传输光纤繁忙，输出将缓存的数据包发送给主机存储并转发的控制命令。

第三种情况，光信号不需要转发，输出将缓存的数据包发送给主机存储或丢弃的控制命令，其中，不需要转发的控制命令也涉及到多种情况，例如，光信号源地址是本机时输出将缓存的数据包丢弃的控制命令，光信号的目的地址是本机但源地址不是本机时输出将缓存的数据包发送给主机存储的控制命令。需要说明的是，将源地址为本机的光信号丢弃是为了防止数据包已经被转发过又重新回到本机的情况以及目的地址发生错误的情况。

根据本发明的一个实施例，本发明中的控制模块被配置为一种支持时域输入的光神经网络器件，其接收光信号输入并输出控制信号。该器件支持时域输入，因此来自光纤分路器的光信号可不经过转换直接输入该器件，其支持至多120bit的识别，可识别长度为48bit的MAC地址，通过预训练可达到99.99％的识别准确率，实现本发明中控制模块的功能。

光电转换模块，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并转换为电信号缓存。如图1所示，所述光电转换模块包括接收器、接收缓冲区、转发控制器、发送器以及发送缓冲区，其中，接收器为例如光电转换装置，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并将光信号转换为电信号且以数据包形式缓存于接收缓冲区中，同时将需要存储的数据包发送给主机进行存储；接收缓冲区用于缓存所接收到的数据包；发送器为例如激光器，用于将发送缓冲区中的数据包转换为光信号并向外发送；发送缓冲区用于缓存需要发送的数据包，其中，需要发送的数据包包括来自于输入光纤的光信号转换的电信号以及来自主机的数据；转发控制器用于在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时在对应的控制命令的控制下将接收缓冲区中指定的需要转发的数据包置入发送缓冲区中。根据本发明的一个实施例，进入光电转换模块所在分路的光信号首先进入接收器经过光电转换为电信号并以数据包形式缓存于接收缓冲区中，等待控制模块对接收到的光信号进行判断后发出控制命令，再结合控制命令决定是否将缓存的数据包发送到主机进行存储或将其丢弃，或通过转发控制器将接收到的缓存于接收缓冲区中的数据包置入发送缓冲区中经由发送器转换为光信号向外发送。需要说明的是，主机本身产生的需要发送的数据包也在发送缓冲区中进行缓存并通过发送器转换为光信号向外发送。

光纤选路器，其输入端分别与光直通转发模块、光电转换模块和控制模块的输出端相连，如图1所示。所述光纤选路器在控制模块输出的控制命令的控制下选择光直通转发模块或光电转换模块与输出端传输光纤连通，其中，在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时，在对应的控制命令下连通光直通转发模块中的光直通转发通路与输出端的传输光纤的通路。需要说明的是，优选的，在默认状态下光纤选路器连通光电转换模块中的发送器与输出端传输光纤的通路，用于将主机本身产生的需要发送的数据包发送。当光纤选路器连通光直通转发通道与输出端传输光纤的通路并完成光信号的直通转发后需要使发送器与输出端传输光纤的通路恢复连通。

基于本发明的数据转发装置进行数据转发时，概括说来，包括以下步骤：接收输入端传输光纤输入的光信号，并将光信号复制为多份并输出到多条分路中，其中，至少将复制后的光信号输出到直通转发分路和光电转换分路；在直通转发分路中，将需要转发的光信号直接以光信号形式传输到输出端的传输光纤；在光电转换分路中，将光信号转换为电信号缓存。

光信号通过输入端的传输光纤进入，输入的光信号进入光纤分路器复制为多份完全相同的多份光信号，经过复制的多份光信号分别进入与光纤分路器相连的多条分路。

其中一份光信号进入光直通转发模块所在的直通转发分路，经过光信号放大器还原至传输功率后进入光直通转发通道，并等待控制模块的控制命令以确定是否控制光纤选路器连通光直通转发通道与输出端传输光纤的通路。

其中，另一份光信号进入光电转换模块所在的光电转换分路，通过接收器转换为电信号并以数据包形式缓存于接收缓冲区中。

第三份光信号进入控制模块所在的分路，由控制模块判定光信号的目的地址判断是否需要转发，同时对当前输出端传输光纤的状态进行判断，针对需要转发和不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令用于控制直通转发分路和光电转换分路的工作。

下面结合附图2详细说明本发明的控制模块控制数据转发的过程。

以下描述将以以太网协议为例，在数据链路层使用MAC协议，该协议为：8位前导码用于标识数据包的开始，48位目的MAC地址，48位源MAC地址，16位类型字段，46-1500字节的负载以及最后32位的校验码。

如图2所示，控制模块的工作流程包括：S1、控制模块收到光纤分路器复制后的来自于输入光纤的光信号并转到步骤S2；S2、判断数据包是否需要转发，不需要转发时转到步骤S3，需要转发时转到步骤S4；S3、切换光纤选路器连通发送器与输出端传输光纤的通路，使主机正常进行本机产生数据包向外发送的过程并转到步骤S9；S4、对当前输出端传输光纤的工作状态进行探查，当前输出端传输光纤工作状态空闲时转到步骤S5，繁忙时转到步骤S7；S5、此时当前输出端传输光纤工作状态为空闲，即此时无数据包的发送，则切换光纤选路器连通光直通转发通道与输出端传输光纤的通路，将光信号直通转发并转到步骤S6；S6、控制光电转换模块根据具体情况将已通过接收器缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃并转到步骤S9；S7、此时当前输出端传输光纤工作状态为繁忙，即此时正在进行数据包的发送，则控制模块输出对应的控制命令来控制光电转换模块中的转发控制器将接收缓冲区中已缓存的数据包置入发送缓冲区并转到步骤S8；S8、等待当前传输任务结束后再通过发送器将需要转发的数据包转换为光信号进行发送并转到步骤S9；S9、通过当前连通的通路将光信号进行发送，直至光信号全部传输完成并转到步骤S10；S10、数据传输完成后，切换光纤选路器使发送器通道与输出端传输光纤的通路恢复连接，如已经连接则不再切换。需要说明的是，输出端的传输光纤与光直通转发通道或发送器之间的通路在同一时刻仅能有一条连通。

需要说明的是，上述的光信号不需要转发的情况包括：数据包目的地址为本机，将缓存的数据包发送给主机进行存储；数据包源地址为本机，将缓存的数据包丢弃。而光信号需要转发且输出端的传输光纤工作状态为空闲时将光信号直通转发的情况包括：数据包目的地址为广播地址，控制光纤选路器连通与光直通转发通道之间的通路，将光信号直通发送到输出端的传输光纤，同时将缓存的数据包发送给主机；数据包目的地址为组播地址，控制光纤选路器连通与光直通转发通道之间的通路，将光信号直通发送到输出端的传输光纤，同时当本机处于组播域内时将缓存的数据包发送给主机，否则将缓存的数据包丢弃；数据包目的地址为其他目的地址，控制光纤选路器连通与光直通转发通道之间的通路，将光信号直通发送到输出端的传输光纤，同时将缓存的数据包丢弃。

根据本发明的一个实施例，本发明的装置可以配置在网卡上，网卡通常用于处理OSI协议模型中物理层和数据链路层的内容，而早期的网卡仅仅负责将收到的数据包原封不动地发送给主机端操作系统，并将目的地址非自身的数据包直接丢弃。实际运行中，网卡同时承担着主机本身产生的数据包向外发送的任务，主机本身产生的数据包需要发送时先缓存于发送器缓冲区中，然后通过发送器转换为光信号，通过发送器与输出端传输光纤之间的通路向外发送，由于需要转发的光信号到来的时机不确定，默认情况下由发送器经过光纤选路器与输出端的传输光纤相连用于发送数据，仅当装置接收到光信号输入时判断是否切换至光直通转发通道与输出端传输光纤之间的通路，同时在光信号直通转发完成后光纤选路器自动切换回到发送器与输出端的传输光纤之间通路连通的状态。

根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种数据交换系统，所述系统包含一个或多个主机，每个主机均配置有上述实施例所述的网卡。需要说明的是，本发明所述的数据转发方法尤其适用于对等数据节点以环形拓扑互连方式组网，在链路数量和接口数量相同时，本发明拥有传统方法视同光开关互连的方案所不具备的实时全互联特性，可规避光开关频繁重构产生的性能损失。传统方法进行多主机互连时，能且仅能使用环形互连的方法将其串联起来。具体实现方式例如图3所示的四台主机相连的情况：网卡A的发送器连接网卡B的接收器，网卡B的发送器连接网卡C的接收器，依次类推，由于该种连接方式下，数据包的转发必然会经过中间的节点，导致每经过一个节点都要经过一次光电转换和激光器并在转发节点内临时存储，大幅增加了时延。而本发明是用来在该连接方式下提供全光直通转发机制，使得转发节点不必再转储需要转发的数据包，从发送节点发出的光信号可以不经过光电转换就通过转发节点，最终直接到达其他接收节点，大幅减少了时延。由于本发明中的数据转发装置集成了以太网协议，因此需要对以太网协议进行微调，使其兼容应用场景同时不违反以太网点对点传输的规范。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、使用了独立的光纤通道将输入端光纤与输出端光纤相连，免除了数据包在经过转发节点时需要转换为电信号再调制为光信号的过程，同时通过控制光纤通道的长度精准控制时序，使得控制模块判断光信号需要转发后，接收到的光信号可恰好通过光纤通道到达光纤选路器。

2、使用了光纤分路器将光信号进行复制，一旦该光信号需要转发可在第一时间将其转发，而不需要转发时可在第一时间将其进行保存。

3、使用独立通路连接控制模块判断转发逻辑，并结合具体情况输出相应的控制命令对各条分路进行控制。

4、本发明可有效降低数据包转发过程中产生的时延，同时保留单节点与数个节点同时通信的优势，在以太网协议和100Gbps的速率下，仅需要几纳秒便可解析目的MAC地址并判断是否需要转发，进而控制光纤选路器切换到直通转发通路。

需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (15)

1.一种数据转发装置，所述装置的输入端与输出端均与传输光纤相连，其特征在于，所述装置包括：

光纤分路器，所述光纤分路器包括多条分路，其接收来自于输入端传输光纤的光信号，并将输入的光信号复制为至少三份光信号以通过每一条分路将复制的光信号输出；

光直通转发模块，用于接收光纤分路器的一条分路输出的光信号并将需要转发的光信号直接以光信号形式经过光纤选路器传输到输出端的传输光纤；

光电转换模块，用于接收光纤分路器的另一条分路输出的光信号并将其转换为电信号且以数据包形式进行缓存；

控制模块，用于接收光纤分路器的第三条分路输出的光信号，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发，并根据输出端传输光纤的工作状态针对需要转发或不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

光纤选路器，其输入端分别与光直通转发模块、光电转换模块和控制模块的输出端相连，并在控制模块输出的控制下选择光直通转发模块或光电转换模块与输出端传输光纤连通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光纤选路器在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时对应的控制命令下选择输出端的传输光纤与光直通转发模块的通路连通。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为支持时域输入的光神经网络器件。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光直通转发模块包括：

光信号放大器，用于将经光纤分路器复制后的光信号还原至传输功率；

光直通转发通道，用于将经过光信号放大器的光信号传输到输出端。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光直通转发通道为采用硅基蚀刻方式构造的光纤通道。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光电转换模块包括：

接收器，用于接收光纤分路器的输出的光信号并将光信号转换为电信号且以数据包形式缓存于接收缓冲区中，同时将需要存储的数据包发送给主机进行存储；

接收缓冲区，用于缓存接收到的数据包。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光电转换模块还包括：

发送器，用于将发送缓冲区中的数据包转换为光信号并向外发送；

发送缓冲区，用于缓存需要发送的数据包；

转发控制器，用于在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时根据控制模块的控制命令将接收缓冲区中需要转发的数据包置入发送缓冲区中。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为按照如下方式输出控制命令：

光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时输出将光信号直通转发并将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃的控制命令；

光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时输出将缓存的数据包发送给主机进行存储并转发的控制命令；

光信号不需要转发时输出将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃的控制命令。

10.一种基于权利要求1-9任一所述的数据转发装置的数据转发方法，其特征在于，所述方法包括：

接收输入端传输光纤输入的光信号，并将光信号复制为至少三份并分别输出到多条分路中，其中，所述多条分路至少直通转发分路和光电转换分路；

在控制模块的控制下，将需要转发的光信号通过直通转发分路直接以光信号形式传输到输出端的传输光纤；或者

在光电转换分路中，将光信号转换为电信号并以数据包形式进行缓存。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将复制后的光信号输出至控制模块，以根据光信号的目的地址判断光信号是否需要转发以及根据输出端传输光纤的工作状态针对需要转发或不需要转发的光信号分别输出相应的控制命令用于控制直通转发分路和光电转换分路。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过控制模块按照如下方式输出控制命令用于控制直通转发分路和光电转换分路：

在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为空闲时输出将光信号直通转发的控制命令用于控制直通转发分路将需要转发的光信号直接以光信号形式传输到输出端的传输光纤并将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃；或者

在光信号需要转发且输出端传输光纤工作状态为繁忙时输出将缓存的数据包存储并转发的控制命令用于控制光电转换分路将缓存的数据包进行存储并再次转换为光信号后传输到输出端的传输光纤；或者

在光信号不需要转发时输出将缓存的数据包存储或丢弃的控制命令用于控制光电转换分路将缓存的数据包发送给主机进行存储或丢弃。

13.一种网卡，其特征在于，所述网卡配置有如权利要求1-9任一所述的数据转发装置。

14.一种数据交换系统，其特征在于，所述系统包含一个或多个主机，每个主机均配置有如权利要求13所述的网卡。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求10-12任一所述方法的步骤。

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