CN1254050C - 交换控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交换控制器及其控制方法，该交换控制器不占用IP地址，且具有解析交换控制协议的控制帧的功能；该交换控制器由链路层的通讯协议来控制，且包含：一接收单元，用来接收分组(Packet)资料；一解析单元，用来解析分组中的控制帧，并根据控制帧产生控制信号；一分组缓冲器，暂存分组；一控制协议处理单元，根据控制信号变更分组中的控制帧；以及一传送单元，将控制协议处理单元处理后的分组送出。

Description

交换控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及交换控制协议(switch control protocol)与可解析交换控制协议的交换控制器(switch controller)，特别是关于用来进行管理与设定网络组态的交换控制协议，并由链路层的通讯协议来控制，同时不占用IP(Internet Protocol)地址的一种藉由链路层的通讯协议来控制的交换控制器及其控制方法。

背景技术

由于区域网络(Local Area Network，LAN)的发展，为了使信息快速传递与分享，一般使用交换控制器(Switch controller，以下简称交换器)或集线器(Hub)连结各个电脑或伺服器(Server)。由于交换器处理与传输资料的速度一般较集线器快，所以使用上越来越普及。

国际标准组织ISO(International Organization for Standard)为了解决连线的问题，订定出开放式系统连结OSI(Open System Interconnection)参考模式，OSI参考模式是一个七个层次的通讯结构，由下而上分别是实体层(physical layer)、链路层(link layer)、网络层(network layer)、运送层(transport layer)、交谈层(session layer)、表识层(presentationlayer)及应用层(application layer)。相同层次的两个对应实体利用通讯协议来达成通讯。其中实体层(physical layer)又称layer 1，只是提供原始位元传送服务。而链路层(link layer)又称layer 2，提供可靠的资料传输服务，利用同步、错误控制及流量控制的资料帧在实体层传送。Layer2的通讯协议单元(protocol unit)称为帧(frame)。而网络层(network layer)又称layer 3，主要功能包括网络的建立、维持及终止、路由的选择、流量控制、壅塞控制、错误控制等。

其中链路层(link layer)的以太网络标头(Ethernet Header)长度为14 Bytes，包含下列字段：

一、目的地址(Destination Address，以下简称DA)字段：该字段定义为目的媒体存取控制(Destination Media Access Control，Destination MAC)的地址，长度为6Bytes；亦即该DA字段为接收该分组(Packet)的MAC地址；

二、来源地址(Source Address，以下简称SA)字段：该字段定义为来源媒体存取控制(Source MAC)的地址，长度为6Bytes，亦即该SA字段为发送控制帧的交换器或管理工作站的MAC地址；

三、以太型式(Ether Type)字段：该字段用来定义该控制帧为何种交换控制协议，长度为2Bytes。而网络层(network layer)的国际互联网通讯协议标头(IP Header)，长度介于20-60Bytes之间。

图1为一般区域网络的基本架构图。如该图所示，一般的个人电脑11、伺服器12等均通过一般CPU式交换器(Intelligent Switch)15、无CPU简易型交换器(Dumb Switch)14或集线器(Hub)13连接，并藉由路由器(Router)16连接至国际互联网骨干。

目前习知的交换器大致分为两类，一类为内设中央控制单元(centralprocessing unit，以下简称CPU)的一般CPU式交换器(Intelligent Switch)又称为layer 3交换器，以及另一类为无CPU简易型交换器(Dumb Switch)又称为layer 2交换器。

一般CPU式交换器根据以太网络标头(Ethernet Header)的Ether Type字段可辨识该交换控制协议是否为已知的交换控制协议，利用已知交换控制协议来解析后续的字段，以达到了解整个网络拓扑(Network Topology)的目的。由于一般CPU式交换器为了达到了解整个网络拓扑的功能，尚需解析国际互联网通讯协议标头(IP Header)，且IP Header的长度介于20-60Bytes之间，故须占用一个IP地址，并需藉由CPU执行所设计的控制软件。因此管理者可藉由管理介面侦测该一般CPU式交换器并设定组态暂存器，以达到了解整个网络拓朴的功能。但是，该一般CPU式交换器亦因为内设CPU，因此制造成本较高。

相反的，无CPU简易型交换器只需解析以太网络标头(Ethernet Header)的DA及SA的字段，无需藉由CPU协助，所以功能简单，成本较低。因为只解析DA及SA的字段，而无法知悉后续字段的信息，亦无法设定组态架构，所以无法由远端个人电脑透过管理介面来取得整个网络拓扑相关信息。因此，管理者无法取得无CPU简易型交换器的信息，故无法了解整个区域网络拓朴。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种交换控制器及其控制方法，属于链路层(link layer)的通讯协议(Protocol)，使任何熟知本交换控制协议的交换器，在不需CPU协助，不占用任何IP地址的情形下，让管理者透过使用者介面读取该交换器的相关信息、设定其内部的架构暂存器、以及达到安全性管理等功能。

为达成上述目的，本发明的一种交换控制器，其特征是：该交换控制器是直接由链路层的通讯协议来控制，该交换控制器包含：一接收单元，用来接收一分组；一解析单元，用来直接解析前述分组中位于链路层的一控制帧，并产生一控制信号；一分组缓冲器，暂存前述分组；一控制协议处理单元，根据前述控制信号来变更前述分组或设定该交换控制器；以及一传送单元，将前述分组缓冲器的分组送出。

为达成上述目的，本发明控制协议除了包含一般以太网络标头(EthernetHeader)的DA、SA&Ether Type字段外，还包含下列字段：

一、通讯协议(Protocol)字段：该字段用来定义该分组的控制帧为本发明的交换控制协议，长度为1Byte；

二、指令码(OP Code)字段：该字段用来定义该控制帧的操作功能，长度为1Byte，OP Code字段可分成操作码(Operation Code)&r(Reply)字段，其中操作码的长度为7Bits，而r字段用来定义该控制帧是否为回复类型指令，长度为1Bit；

三、授权值(Authentication key)字段：该字段用来定义该控制帧的授权值，长度为2Byte；

四、暂存器地址(Register Address)字段：该字段用来定义该控制帧欲使用的暂存器地址，长度为2Byte；

五、暂存器资料(Register Data)字段：该字段用来记录所指定暂存器地址内所含的资料值，长度为4Bytes；以及

六、上层(Uplink)MAC字段：该字段用来定义上层交换器的MAC地址，长度为6Bytes。

因此，本发明的交换器没有占用一个IP地址，亦没有CPU，但因为可以根据本发明的交换器控制协议解析控制帧，所以管理者仍可以经由管理介面设定与读取交换器的参数，并进一步了解网络拓朴。

本发明的籍由链路层来控制交换器的方法，该交换控制器包括一解析单元、一分组缓冲器及一控制协议处理单元，该交换控制器是直接藉由链路层的通讯协议来控制，该方法包含有下列步骤：读取分组步骤，前述交换控制器接收一分组，并暂存至前述分组缓冲器；解析分组步骤，利用前述解析单元直接解析该分组的多个相关字段资料，并判断该分组中位于链路层的一控制帧的一交换控制协议字段是否符合一以太型式；变更分组步骤，若前述分组的交换控制协议字段符合该以太型式，且该分组是读取或问候分组时，则前述控制协议处理单元接收前述相关字段资料，并依据前述相关字段资料以变更该分组的字段资料；以及传送分组步骤，将该分组传送出。

该方法还包含设定交换控制器步骤，若前述分组符合以太型式，且该分组是设定分组时，则前述控制协议处理单元根据该分组的内容设定该交换控制器。

本发明还指出一种交换控制器的控制方法，该交换控制器是直接由一链路层通讯协议来控制，该方法包含有下列步骤：接收一分组，并暂存该分组；直接解析该分组中位于链路层之一控制帧是否符合一预设值；以及当该分组的该控制帧符合该预设值，且该分组是一设定分组时，则依据该分组的内容来设定该交换控制器。

附图说明

图1为一般区域网络的基本架构图；

图2为本发明的控制帧格式，并适用于问候、读取、读取回复、以及设定等控制；

图3为本发明的另一控制帧格式，并适用于问候回复控制；

图4显示本发明交换器的交换控制器架构方块图；

图5显示本发明交换器接收分组的动作流程图；

图6为交换控制器的解析单元的解析判断流程的一个实施例。

具体实施方式

以下参考图式详细说明本发明交换器与交换控制协议。本发明的交换控制协议(switching control Protocol，以下简称控制协议)包含下列几项控制指令：问候(Hello)、问候回复(Hello Reply)、读取(Get)、读取回复(Get Reply)、以及设定(Set)等。该控制协议可让使用者透过管理介面经由管理工作站(Management Station)管理同一实体网域(Physical NetworkDomain)的交换器的资料。

本发明控制协议根据不同的控制动作包含两类控制帧格式(Control FrameFormat)，皆包含以太网络标头(Ethernet Header)的DA、SA及Ether Type字段。第一类定义为格式一(Format I)，使用于问候(Hello)、读取(Get)、读取回复(Get Reply)、以及设定(Set)等控制，如图2所示。而另一类定义为格式二(Format II)，使用于问候回复(Hello Reply)控制，如图3所示。以下说明控制帧格式中各项参数的定义及其长度。

一、DA：该字段定义为目的媒体存取控制(Media Access Control，以下简称MAC)的地址，长度为6Bytes。若OP Code字段为读取或设定等控制帧，则DA为欲读取或欲设定的交换器的地址。若OP Code字段为读取回复控制帧，则DA为管理工作站的地址。若OP Code字段为问候控制帧，则DA可为一交换器的单一地址，亦可为对所有熟知该控制协议的广播地址。

二、SA：该字段定义为来源MAC的地址，长度为6Bytes。亦即该SA字段为发送控制帧的交换器或管理工作站的MAC地址。

三、以太型式(Ether Type)字段：该字段用来辨识该控制帧为何种交换器控制帧，长度为2Bytes。若其值符合供应商已注册的有效以太型式(EtherType value)，则该以太型式控制帧才会被处理。该有效以太型式可定义在交换器的EEPROM，以方便修改及增加。

四、通讯协议(Protocol)字段：该字段用来定义该控制帧为何种型式的控制协议，长度为1Byte。该字段的值目前定义为“0”，其他值保留(reserved)，此字段因应未来的扩充性。

五、指令码(OP Code)字段：OP Code字段可分成操作码(Operation Code)及回复码(r)两字段，长度为1Bit。其中操作码字段用来定义该控制帧的操作指令模式，长度为7Bits。而r字段用来定义该控制帧是否为回复类型指令，长度为1Bit。当控制帧是由下层交换控制器回覆给上层交换控制器的回覆类型指令时，r字段会被设定成“1”；当控制帧是由上层交换控制器传送到下层交换控制器的非回复类型指令时，r字段被设定成“0”。OP Code字段值为所代表的操作意义：“00H”时为问候分组(Hello packet)、“80H”时为问候回复分组(Hello Reply packet)、“01H”时为读取分组(Get packet)、“81H”时为读取回复分组(Get Reply packet)以及“02H”时为设定分组(Set packet)。

六、授权值(Authentication key)字段：该字段用来定义该控制帧的授权值，长度为2Bytes。该字段是用来控制管理操作的安全性。该字段的值预设为一固定值，且对于所有熟知本发明所定义的交换控制协议的装置都预设相同。该授权值可由管理者经由设定动作的控制帧更改。交换器对于具有有效DA但授权值不同的资料帧均不予回应，但若DA为一广播地址或指向其他交换器，则交换器仍将该控制帧分组回复至其他交换器。

七、暂存器地址(Register Address)字段：该字段用来定义该控制帧欲使用的暂存器地址，长度为2Bytes。

八、暂存器资料(Register Data)字段：该字段用来记录所指定暂存器地址内所含的资料值，长度为4Bytes。

九、下层连结端口(Dwnlink Port)字段：该字段用来定义连结导引(linkvector)的下层(Down link)连结端口编号，长度为1Byte。该字段由发出问候回复信息的交换控制器所设定，且设定为该交换器连结至上层(Up Link)交换器的连结端口编号。

十、上层连结端口(Up Link Port)字段：该字段用来定义连结导引的上层(Up Link)连结端口编号，长度为1Byte。该字段的值预设为00H，并由上层交换控制器更新，且更新为上层交换器连结至发出问候回复信息交换器的连结端口编号。

十一、上层(Up Link)MAC字段：该字段用来定义上层交换器的MAC地址，长度为6Bytes。该字段的预设值为“000000H”，且由上层交换器所更新。当交换器收到Uplink MAC字段为预设值的资料帧时，则该交换器会将本身的MAC地址填入该Uplink MAC字段。

十二、晶片识别码(Chip ID)字段：该字段用来定义交换器的处理晶片识别码，长度为2Bytes。每个熟知本发明定义的交换器控制协议的交换器均设定有唯一的晶片识别码，该晶片识别码记录于交换器的EEPROM。且该晶片识别码根据瑞昱资料器资料手册(Realtech controller’s data sheet)的定义来设定。

十三、供应商(Vender ID)字段：该字段保留给系统供应商，用来定义交换器的系统供应商的公司名称或装置类型，长度为4Bytes。

根据所定义的控制协议的各个字段，管理者可藉由连结到区域网络的管理工作站设定各交换器并了解整个网络拓朴。因此，只要在交换器中配置一储存链路层分组的分组缓冲器，即可利用该分组缓冲器处理所定义的控制协议，并根据各指令码设定或读取该交换器的设定值。必须注意到，熟知本发明定义的交换控制协议的交换器为一受控交换器(Slave switch controller)，所有交换器的动作需要管理者经由管理介面进行确认与执行。例如管理者经由管理介面进行(1)设定、(2)读取、(3)问候等控制，而受控交换器的则回复管理介面的控制，如(1)读取回复、(2)问候回复等。因此，管理者可透过本发明定义的交换控制协议了解整个区域的网络拓朴。

以下说明当交换器收到包含本发明定义的控制协议的(1)设定、(2)读取、(3)问候等分组时，该交换器所要执行的动作。交换器的动作可由客制化晶片(Application-specific Integrated circuit，以下简称ASIC)来实施。图4显示本发明的交换器的架构方块图。如该图所示，该交换器架构包含接收单元41、分组缓冲器42、解析单元43、控制协议处理单元44、指令队列单元47、传送单元45、及循环冗余检查(cyclic redundancy check，以下简称CRC)产生单元46。当交换器的接收单元41收到分组后，将接收到的分组传送到分组缓冲器42的空的控制帧，同时解析单元43解析分组格式。若解析单元43解析该分组是否为符合本发明的交换控制协议格式，即确认分组中的Ether Type字段是否为知悉的控制协议。若解析单元43确认为不知悉的控制协议，则传送单元45从分组缓冲器42读取该分组，并送出该分组。若解析单元43确认为知悉的控制协议，则解析单元43将解析的各相关字段资料或是存放在分组缓冲器42中的控制帧的指标(Index)送给控制协议处理单元44。之后，控制协议处理单元44根据各字段执行相对应动作。例如：若操作码字段为执行读取回复或问候回复，则控制协议处理单元44编辑分组缓冲器42的控制帧的字段，而传送单元45从分组缓冲器42读取编辑完成的控制帧资料，并藉由CRC产生单元46处理后传送给上层交换器。又如操作码字段为设定指令，则控制协议处理单元44根据RegisterAddress及Register Data字段资料，设定交换器内部的暂存器。

图5显示交换器接收分组的动作流程图。其步骤如下：

步骤S500：开始。

步骤S502：接收分组。

步骤S504：解析每个分组。

步骤S506：判断Ether Type字段是否为设定的有效以太型式，若是则跳至步骤S508，若不是则跳至步骤S518。

步骤S508：判断Authentication key字段是否为设定的授权值，例如预设为5254，若相等则跳至步骤S510，若不相等则跳至步骤S518。当然，该授权值可根据需要变更。

步骤S510：判断Protocol字段是否等于预设值“01H”，若相等则跳至步骤S512，若不相等则跳至步骤S518。当然，该Protocol值可根据需要变更。

步骤S512：判断Uplink MAC字段是否为0，若是则跳至步骤S514，若不为0则跳至步骤S516。

步骤S514：填入本身的MAC地址至Uplink MAC字段，并跳至下一步骤。

步骤S516：记录SA、OP Code、Register Address、以及Register Data等字段的资料，并跳至下一步骤。

步骤S518：重新计算CRC并回复给管理者。

步骤S520：结束。

图6为交换控制器的解析单元的解析判断流程的一个实施例。

当交换控制器侦测到读取动作(Get)的分组时，例如指令码为“01H”时，交换控制器接受读取指令后，执行读取回复的动作，并将读取回复传给管理者。该读取回复动作的处理程序为：

一、读取控制帧中Register Address字段内的地址资料，并将储存在交换控制器中此地址的暂存器资料填入至控制帧的Register Data字段。

二、将控制帧的r字段设定为1。

三、将SA字段的值，填入控制帧的DA字段。

四、将本身MAC地址填入控制帧的SA字段。

五、将修改完成的读取回复的控制帧重新计算CRC，并回复给管理者。

当交换控制器侦测到设定动作(Set)的分组时，例如指令码为“02H”时，执行设定的动作。设定动作的处理程序为：

一、读取控制帧的Register Address及Register Data字段资料，并将Register Data字段的资料写入交换控制器内部暂存器，该内部暂存器的地址即为Register Address字段的资料。

二、结束该控制帧。

当交换控制器侦测到问候动作(Hello)的分组时，例如指令码为“00H”时，下层的交换控制器接受问候命令后，所执行问候回复的动作。问候回复动作的处理程序为：

一、将接收到的问候动作的控制帧复制到分组缓冲器，并将已复制的控制帧定义成问候回复的控制帧，并根据下列程序编辑各个字段。

二、将定义成问候回复动作的控制帧的r字段设定为1。

三、将SA字段的值，填入到问候回复的控制帧的DA字段。

四、将本身MAC地址填入到问候回复的控制帧的SA字段。

五、将接收到本分组的连结端口编号，填入到问候回复的控制帧的DwnlinkPort字段。

六、将晶片识别码填入到问候回复的控制帧的Chip ID字段。

七、将供应商识别码填入到问候回复的控制帧的Vender ID字段。

八、等待一随机时间。

九、将修改完成的问候回复的控制帧重新计算CRC，并回复给管理者。

上层交换控制器的MAC更新程序为：

一、将本交换控制器的连结端口编号填入接收到控制帧的UplinkPort字段。

二、将接收到控制帧的Uplink MAC字段设定为本身MAC地址。

三、将修改完成的控制帧重新计算CRC，并回复给管理者。

在控制安全性管理方面，任何的控制必须要Authentication key字段符合设定的授权值才会动作。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims (12)

1.一种交换控制器，其特征是：该交换控制器是直接由链路层的通讯协议来控制，该交换控制器包含：

一接收单元，用来接收一分组；

一解析单元，用来直接解析前述分组的相关字段资料，并判断该前述的分组资料中位于链路层的一控制帧的一交换控制协议字段是否符合一预设的交换控制协议，以产生一控制信号；

一分组缓冲器，用来暂存前述分组；

一控制协议处理单元，是与前述解析单元相偶接，用来接收各相关字段资料，并根据前述控制信号来变更前述分组的字段资料或设定前述交换控制器；以及

一传送单元，用来将前述分组缓冲器的分组送出。

2.如权利要求1所述的交换控制器，其特征是：前述解析单元解析该控制帧的交换控制协议字段为一以太型式字段，只有符合该以太型式字段的分组才会被处理，否则前述传送单元从前述分组缓冲器读取该分组，并送出该分组。

3.如权利要求2所述的交换控制器，其特征是：当前述解析单元解析确认前述控制帧的该以太型式字段为有效时，前述控制协议处理单元根据前述控制帧的一指令码字段，执行相对应指令。

4.如权利要求1所述的交换控制器，其特征是：前述分组包含一目的媒体存取控制地址字段DA、一来源媒体存取控制地址字段SA及一以太型式字段，还包含：

一指令码字段，用来定义该控制帧的操作功能；

一上层MAC字段，用来定义上层交换器的MAC地址；

一暂存器地址字段，用来定义该交换器内部的暂存器地址；以及

一暂存器资料字段，用来储存该交换器内部暂存器的资料。

5.如权利要求4所述的交换控制器，其特征是：该交换控制器不占用一国际互联网通讯协议位址。

6.如权利要求4所述的交换控制器，其特征是：若前述指令码字段为读取或设定的控制帧，则DA为欲读取或设定的交换器的地址，若前述指令码字段为读取回复或问候回复的控制帧，则DA为管理工作站的地址，若前述指令码字段为问候控制帧，则DA为一交换器的单一地址，或为对所有熟知该控制协议的广播地址。

7.如权利要求4所述的交换控制器，其特征是：前述分组还包含下列字段：

一通讯协议字段，用来定义该控制帧为交换控制协议；

一授权值字段，用来定义该控制帧的授权值；

一下层连结端口字段，用来定义连结导引的下层连结端口编号；

一上层连结端口字段，用来定义连结导引的上层连结端口编号；

一晶片识别码字段，用来定义该交换器的处理晶片识别；以及

一供应商字段，保留给系统供应商，用来定义该交换器的系统供应商的公司名称或装置类型。

8.如权利要求7所述的交换控制器，其特征是：前述授权值字段的值可由管理者经由控制帧更改，且交换器对于具有有效DA但授权值字段的值不同的资料帧均不予回复，但若DA为一广播地址或指向其他交换器，则交换器仍将该分组回复至其他交换器。

9.一种交换控制器的控制方法，其特征是：该交换控制器包括一解析单元、一分组缓冲器及一控制协议处理单元，该交换控制器是直接藉由链路层的通讯协议来控制，该方法包含有下列步骤：

读取分组步骤，前述交换控制器接收一分组，并暂存至前述分组缓冲器；

解析分组步骤，利用前述解析单元直接解析该分组的多个相关字段资料，并判断该分组中位于链路层的一控制帧的一交换控制协议字段是否符合一以太型式；

变更分组步骤，若前述分组的交换控制协议字段符合该以太型式，且该分组是读取或问候分组时，则前述控制协议处理单元接收前述相关字段资料，并依据前述相关字段资料以变更该分组的字段资料；以及

传送分组步骤，将前述分组传送出。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征是：该预设的交换控制协议为一以太型式，该方法还包含：

设定交换控制器步骤，若前述分组的以太形式字段符合该以太型式，且该分组是设定分组时，则前述控制协议处理单元根据该分组的内容设定该交换控制器。

11.一种交换控制器的控制方法，其特征是：该交换控制器是直接由一链路层通讯协议来控制，该方法包含有下列步骤：

接收一分组，并暂存该分组；

直接解析该分组中位于链路层之一控制帧是否符合一预设值；以及

当该分组的该控制帧符合该预设值，且该分组是一设定分组时，则依据该分组的内容来设定该交换控制器。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征是：该方法还包含：

当该分组的该控制帧符合该预设值，且该分组是一读取分组或一问候分组时，则依据该分组的内容来变更该分组；以及

将已变更的分组传送出。

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