CN117675644A - 以太网数据的完整性检测方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种以太网数据的完整性检测方法、装置、电子设备及存储介质，通过发送端的MAC层为以太网数据中每个帧添加序列号，在接收端接收到以太网数据的时候，提取以太网数据中每个帧中的序列号，然后基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查，能够确保数据传输的确定性和完整性。

Description

以太网数据的完整性检测方法及相关设备

技术领域

本申请涉及数据检测技术领域，特别地涉及一种以太网数据的完整性检测方法及相关设备。

背景技术

在以太网的工业应用中，以太网通信的确定性日益受到重视。TSN(时间敏感网络)等下一代工业以太网中对以太网帧的可靠性做了更高的要求，要求重要数据类型的每一帧数据不能丢失能够保障传输的确定性，如何确实数据的传输的确定性、可靠性和完整性是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种以太网数据的完整性检测方法及相关设备。

本申请实施例提供一种以太网数据的完整性检测方法，包括：

获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的；

提取所述以太网数据的每个帧中的序列号；

基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

在一些实施例中，所述基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查，包括:

基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续；

在所述序列号连续的情况下，确定所述以太网数据完整；

在所述序列号不连续的情况下，确定所述以太网数据不完整。

在一些实施例中，针对冗余帧，所述发送端的MAC层添加的序列号相同，在所述以太网数据的每个帧中的序列号之后，所述方法还包括：

确定是否存在重复的序列号；

在存在重复的序列号的情况下，丢弃重复的序列号对应的帧；

删除各个帧中的序列号得到所述目标以太网数据，以基于所述目标以太网数据进行处理。

在一些实施例中，所述发送端在各个帧的DATA字段后增加序列号。

在一些实施例中，所述基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续，包括：

确定第i+1个序列号是否等于第i个序列号加1；

在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1的情况下，将第i+1个序列号进行存储；

确定第i+2个序列号是否等于第i+1个序列号加1，以判断序列号是否连续，其中，i为正整数。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在确定第i+1个序列号不等于第i个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续，或，在确定第i+2个序列号不等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续；

在确定在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1，且确定第i+2个序列号等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号连续。

本申请实施例提供一种以太网帧数据的完整性检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的；

提取模块，用于所述以太网数据提取每个帧中的序列号；

检测模块，用于基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

本申请实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如上述任意一项所述以太网数据的完整性检测方法。

本申请实施例提供一种以太网系统，包括：发送端和接收端；

所述发送端在获取到固定规划的以太网数据的情况下，所述发送端的MAC层添加为以太网数据中每个帧的特定字段添加序列号；并发送添加有序列号的以太网数据至接收端；

接收端在接收到添加有序列号的以太网数据的情况下，提取提取每个帧中的序列号；基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

本申请实施例提供一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现上述任一项所述以太网数据的完整性检测方法。

本申请提供的一种以太网数据的完整性检测方法、装置、电子设备及存储介质，通过发送端的MAC层为以太网数据中每个帧添加序列号，在接收端接收到以太网数据的时候，提取以太网数据中每个帧中的序列号，然后基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查，能够确保数据传输的确定性和完整性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述。

图1为本申请实施例提供的一种以太网数据的完整性检测方法的实现流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种以太网数据的完整性检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电子设备的组成结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种发送端发送固定规划的数据示意图；

图5为本申请实施例提供的一种接收端接收固定规划的数据帧的处理示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

如果申请文件中出现“第一\第二\第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种以太网数据的完整性检测方法，所述方法应用于电子设备，所述电子设备为接收端，所述电子设备可以是移动终端、交换机、路由器等。本申请实施例提供的以太网数据的完整性检测方法所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。

本申请实施例提供一种以太网数据的完整性检测方法，图1为本申请实施例提供的一种以太网数据的完整性检测方法的实现流程示意图，如图1所示，包括：

步骤S1，获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的。

本申请实施例中，具有固定规划的以太网数据具有源端、目的端和经过的路径都是确定的，发送端的MAC层添加为以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号。

本申请实施例中，在确定性的以太网通信中，针对有固定规划的数据流/队列/帧，在以太网MAC层发送时通过FPGA硬件逻辑对发送帧的特定字段添加上固定周期循环的序列号，如果有需冗余传输的帧可添加相同的序列号。本申请实施例中，通过发送端的MAC添加序列号，从而使得接收端可以基于序列号进行检查。

本申请实施例中，标准以太网的帧格式(Ethernet II)如表1所示，

表1为本申请实施例提供的一种以太网的帧格式示意表

Preamble

SFD

DA

SA

L/T

DATA

FCS

本申请实施例中，发送端MAC层在太网帧的DATA字段最后增加SN字段，该SN字段由发送端的MAC层添加，由接收端的MAC层消除，表2为本申请实施例提供的一种添加有序列号的帧格式示意表，如表2所示，MAC层之上的帧格式与标准以太网不变。

表2为本申请实施例提供的一种添加有序列号的帧格式示意表

Preamble

SFD

DA

SA

L/T

DATA

SN

FCS

步骤S2，提取所述以太网数据的每个帧中的序列号。

本申请实施例中，接收端在收到以太网数据后，可以提取以太网数据的每个帧中的序列号。

步骤S3，基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

本申请实施例中，可以基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续；在所述序列号连续的情况下，确定所述以太网数据完整；在所述序列号不连续的情况下，确定所述以太网数据不完整。

本申请实施例中，基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续，包括：确定第i+1个序列号是否等于第i个序列号加1；在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1的情况下，将第i+1个序列号进行存储；确定第i+2个序列号是否等于第i+1个序列号加1，以判断序列号是否连续，其中，i为正整数。

在一些实施例中，在确定第i+1个序列号不等于第i个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续，或，在确定第i+2个序列号不等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续。

本申请提供的一种以太网数据的完整性检测方法，通过发送端的MAC层为以太网数据中每个帧添加序列号，在接收端接收到以太网数据的时候，提取以太网数据中每个帧中的序列号，然后基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查，能够确保数据传输的确定性和完整性。

在一些实施例中，在步骤S2之后，所述方法还包括：

步骤S4，确定是否存在重复的序列号；

步骤S5，在存在重复的序列号的情况下，丢弃重复的序列号对应的帧；

步骤S6，删除各个帧中的序列号得到所述目标以太网数据，以基于所述目标以太网数据进行处理。

本申请实施例中，对帧信息还原，去除编码字段，并对后面编码重复的帧直接丢弃，然后对目标以太网数据进行处理，可以提高识别的准确性。

基于前述的各个实施例，本申请实施例再提供一种以太网数据的完整性检查方法，所述方法包括：

步骤S101，接收到新的固定规划数据帧。

步骤S102，提取出编码序列的字段。

步骤S103，判断编码序列是否为0.

本申请实施例中，如果数据帧的编码序列为0，则执行步骤S105，如果数据帧的编码序列不为0，则执行步骤S104。

步骤S104，判断编码序列是否为上一帧编码加1。

本申请实施例中，如果是，则执行步骤S105，如果否则执行步骤S106。

步骤S105，完整性检查通过，将数据发送至接收处理模块。

步骤S106，接收不完整，丢弃该帧。

步骤S107，寄存编码，作为下一帧完整性的判断依据。

本申请实施例提供的方法，通过完整性检测可以保障固定规划数据的完整、确定，并可以作为诊断的依据。

本申请实施例中，发送端在数据链路层(MAC)的以太网帧增加编码字段；

应用于时间敏感网络(TSN)等确定性工业以太网中支持帧完整性检测；

目的端根据源端编码规则检查编码的连续性以判定帧是否在传输路径中丢失；

基于FPGA来实现对MAC层的以太网帧修改。

本申请实施例中提供的方法，直接在数据链路层对以太网帧进行修改和还原，进行帧复制和消除、诊断，不对上层产生影响；有效更好支持以太网帧的完整性检测，保障传输的确定性和可靠性。

基于前述的实施例，本申请实施例提供一种以太网数据的完整性检测装置，该装置包括的各模块、以及各模块包括的各单元，可以通过计算机设备中的处理器来实现；当然也可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(CPU，CentralProcessing Unit)、微处理器(MPU，Microprocessor Unit)、数字信号处理器(DSP，DigitalSignal Processing)或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等。

本申请实施例提供一种以太网数据的完整性检测装置，图2为本申请实施例提供的一种以太网数据的完整性检测装置的结构示意图，如图2所示，以太网数据的完整性检测装置200包括：

获取模块201，用于获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的；

提取模块202，用于所述以太网数据提取每个帧中的序列号；

检测模块203，用于基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

在一些实施例中，检测模块，包括:

判断单元，用于基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续；

第一确定单元，用于在所述序列号连续的情况下，确定所述以太网数据完整；

第二确定单元，用于在所述序列号不连续的情况下，确定所述以太网数据不完整。

在一些实施例中，针对冗余帧，所述发送端的MAC层添加的序列号相同，在所述以太网数据的每个帧中的序列号之后，以太网数据的完整性检测装置还包括：

确定模块，用于确定是否存在重复的序列号；

丢弃模块，用于在存在重复的序列号的情况下，丢弃重复的序列号对应的帧；

删除模块，用于删除各个帧中的序列号得到所述目标以太网数据，以基于所述目标以太网数据进行处理。

在一些实施例中，所述发送端在各个帧的DATA字段后增加序列号。

在一些实施例中，所述判断单元，包括：

第一确定子单元，用于确定第i+1个序列号是否等于第i个序列号加1；

存储子单元，用于在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1的情况下，将第i+1个序列号进行存储；

判断子单元，用于确定第i+2个序列号是否等于第i+1个序列号加1，以判断序列号是否连续，其中，i为正整数。

在一些实施例中，在确定第i+1个序列号不等于第i个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续，或，在确定第i+2个序列号不等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续；

在确定在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1，且确定第i+2个序列号等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号连续。

需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的开发参数的确定方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

相应地，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的以太网数据的完整性检测方法中的步骤。

本申请实施例提供一种电子设备；图3为本申请实施例提供的电子设备的组成结构示意图，如图3所示，所述电子设备400包括：一个处理器401、至少一个通信总线402、用户接口403、至少一个外部通信接口404、存储器405。其中，通信总线402配置为实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口403可以包括显示屏，外部通信接口404可以包括标准的有线接口和无线接口。所述处理器401配置为执行存储器中存储的以太网数据的完整性检测方法的程序，以实现以上述实施例提供的以太网数据的完整性检测方法中的步骤。

以上电子设备、存储介质实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请计算机设备和存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

基于前述的各个实施例，本申请实施例提供一种以太网系统，包括：发送端和接收端；

所述发送端在获取到固定规划的以太网数据的情况下，所述发送端的MAC层添加为以太网数据中每个帧的特定字段添加序列号；并发送添加有序列号的以太网数据至接收端；

接收端在接收到添加有序列号的以太网数据的情况下，提取提取每个帧中的序列号；基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

图4为本申请实施例提供的一种发送端发送固定规划的数据示意图，如图4所示，发送端设备接收规定规划的上层以太网数据，将上层以太网数据输入至数据链路层的PCIe控制器，该PCIe控制器具有批量一步传输功能，让后将数据发送至发送处理模块进行处理。需要说明的是，在此过程中数据帧为不带编码序列的报文。发送处理模块将数据帧发送给编码序列添加模块，然后编码序列添加模块来添加序列号。添加完后发送至MAC-A、MAC-B,本申请实施例中，添加序列模块有FPGA来进行控制。MAC-A、MAC-B传输至物理层PHY-A、PHY-B,然后通过交换设备发送给接收端。

本申请实施例中，发送端设备中固定规划的上层数据通过PCIe的DMA等方式到达FPGA后，FPGA对发送数据进行处理完成后送入序列号添加模块。序列号添加模块对每一条报文增加编号。编号值从0编号到指定值(255)后重新循环编号。

图5为本申请实施例提供的一种接收端接收固定规划的数据帧的处理示意图，如图5所示，接收设备通过物理层中的PHY-A、PHY-B接收数据，然后发送给数据链路层的MAC-A、MAC-B，数据链路层的MAC-A、MAC-B将数据帧发送给编码序列检测模块，本申请实施例中，数据帧发送给编码序列检测模型时，是带编码序列的报文。

编码序列检测模块对编码进行处理，发送给接收处理模块，然后通过PCIe发送到出去。

本申请实施例中，接收端设备中固定规划的报文到达端口后即送往编码序列检查模块。编码序列检查模块将不符合完整性检查和重复的帧丢弃。送往接收处理模块到上层以太网数据的报文中都不含有编码序列

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台控制器执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种以太网数据的完整性检测方法，其特征在于，应用于接收端，包括：

获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的；

提取所述以太网数据的每个帧中的序列号；

基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查，包括:

基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续；

在所述序列号连续的情况下，确定所述以太网数据完整；

在所述序列号不连续的情况下，确定所述以太网数据不完整。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对冗余帧，所述发送端的MAC层添加的序列号相同，在所述以太网数据的每个帧中的序列号之后，所述方法还包括：

确定是否存在重复的序列号；

在存在重复的序列号的情况下，丢弃重复的序列号对应的帧；

删除各个帧中的序列号得到所述目标以太网数据，以基于所述目标以太网数据进行处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发送端在各个帧的DATA字段后增加序列号。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于每个帧中的序列号判断序列号是否连续，包括：

确定第i+1个序列号是否等于第i个序列号加1；

在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1的情况下，将第i+1个序列号进行存储；

确定第i+2个序列号是否等于第i+1个序列号加1，以判断序列号是否连续，其中，i为正整数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定第i+1个序列号不等于第i个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续，或，在确定第i+2个序列号不等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号不连续；

在确定在确定第i+1个序列号等于第i个序列号加1，且确定第i+2个序列号等于第i+1个序列号加1的情况下，确定所述序列号连续。

7.一种以太网帧的完整性检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取发送端发送的具有固定规划的以太网数据，其中，所述以太网数据中每个帧的特定字段添加有序列号，每个帧的序列号为所述发送端的MAC层添加的；

提取模块，用于所述以太网数据提取每个帧中的序列号；

检测模块，用于基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1至6任意一项所述以太网数据的完整性检测方法。

9.一种以太网系统，其特征在于，包括：发送端和接收端；

所述发送端在获取到固定规划的以太网数据的情况下，所述发送端的MAC层添加为以太网数据中每个帧的特定字段添加序列号；并发送添加有序列号的以太网数据至接收端；

接收端在接收到添加有序列号的以太网数据的情况下，提取提取每个帧中的序列号；基于所述每个帧中的序列号对所述以太网数据进行完整性检查。

10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如权利要求1至6中任一项所述以太网数据的完整性检测方法。