CN1294460A - 一种双表控制的数据帧转发方法 - Google Patents

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一种防止突发性大流量包冲击的双表控制的数据帧转发方法,主要应用于通信网络接入设备中。其中与数据帧转发相关的系统可分为链路维护和处理部分、转发表部分和转发装置三部分,另外设置一转发控制表,其表项个数与转发表一致,表项内容为使能(Enable/Disable)转发表对应项的数据帧的转发,所有的数据帧转发均在上述两个表的共同控制下完成,转发控制表的内容由定时器控制定时初始化刷新。

Description

一种双表控制的数据帧转发方法
本发明涉及通信网络中高速数据帧转发的技术，特别涉及一种利用双表控制方法防止突发性大流量包冲击的数据帧转发控制技术。
在现代通信网络中涉及数据信息转发的应用时，经常是链路的计算以软件实现，而高速转发是以硬件来完成，以达到可靠及响应速度快的要求。一般的通信网络接入设备系统，与数据信息转发相关的部分可分为三部分：链路维护和处理部分、转发路由表部分和转发装置部分。其中的链路维护和处理部分由上层软件来实现，负责转发路由表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发。转发路由表和转发装置属硬件部分。
当一个数据帧从接入设备接口进入后，系统提取其接入地址并查询转发路由表，当针对该地址的链路没有建立起来时，所有发往这个目的地址的数据帧均由转发装置向链路维护和处理部分发出中断，在中断服务例程中向软件发出消息，软件收到消息后进行缺省转发；当链路建好并设置到转发路由表中后，帧转发则由转发装置硬件逻辑来执行。
由此可见，在上述转发过程中，如果在链路建好之前，在某个接入地址上突发了大量的数据帧，将会给链路维护和处理部分造成巨大的压力，甚至由于接入设备不能及时与交换设备通信，而导致所有已建好的链路被拆掉，以及系统的崩溃瘫痪。
例如，随着现代网络交换技术的发展及局域网技术的广泛应用，ATM(异步传输模式)技术渗透到局域网领域而出现的ATM局域网仿真(LANE)技术。在局域网络应用中，大部分的数据通信、传输都是基于传统的局域网，如以太网和令牌环网等，而ATM要在其中获得广泛应用的一个重要前提就是必须能与局域网互连。LANE技术的基本功能就是进行以太网的MAC帧--ATM信元之间的协议转换与数据信息转发，该部分功能的实现主要由LAN仿真客户机(LEC)完成。参见图1所示，从其系统来说，数据帧转发同样可分为三部分：链路维护和处理机、转发表部件和转发机部件，其中，链路维护和处理机由上层软件来实现，负责转发表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发；转发表部件和转发机部件属硬件部分，转发机部件是用可编程逻辑控制器件(FPGA)来实现的。帧的转发分上行和下行两个方向。上行是指从MAC侧到ATM侧，即局域网中某设备经由接入设备转发消息给ATM网络；下行是从ATM侧到MAC侧，ATM网络发信息经由接入设备转发给某局域网设备。
根据局域网仿真协议(LANE1．0)规定，当一个数据帧从以太网口进入之后，系统提取其MAC地址查询转发表，当针对该MAC地址的链路没有建立起来时，所有上行发往这个目的地址的MAC帧均由上行转发机向链路维护和处理机发出中断，在中断服务例程中向软件发出消息，软件收到消息后就会向BUS(广播和未知服务器)转发这个帧，这也是上行MAC帧转发的缺省通道。当链路建好并设置到转发表中后，帧转发将由上行转发机硬件逻辑来执行。
按上述转发过程，如果在链路建好之前，在某个MAC地址上突发了大量的MAC帧，例如10000帧／每秒，此时意味着链路维护和处理机将会在一秒中内处理10000次中断，处理10000条帧到来消息。这种情况将对链路维护和处理机造成巨大的压力，甚至造成CPU忙于处理中断，而无暇处理与ATM交换机之间的信令握手消息，使接入设备与交换机之间信令通路中断，如果CPU不能及时与交换机通信，就会导致所有的链路被拆掉。同样如果这些帧被送往BUS，BUS就会被大量的突发帧淹没，从而有可能导致BUS服务器崩溃。
为了解决上述问题，本发明的目的就在于提供一种防止突发性大流量包冲击的双表控制数据信息转发方法。
本发明进一步的目的是在ATM局域网仿真(LANE)领域的以太局域网接入ATM的MAC帧--ATM信元之间的数据信息转发机制中，提供上述双表控制数据信息转发方法以防止突发性大流量包冲击而使所有已建好的链路被拆除以及系统瘫痪崩溃。
本发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种防止突发性大流量包冲击的双表控制数据帧转发方法，其中与数据帧转发相关的系统可分为链路维护和处理部分、转发表部分和转发装置三部分，该链路维护和处理部分由软件实现，负责转发表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发，转发表和转发装置由硬件实现，其特征在于该方法包含以下步骤：
另外设置一转发控制表，其表项个数与转发表一致，表项内容为使能(Enable／Disable)转发表对应项的数据帧的转发，所有的数据帧转发均在上述两个表的共同控制下完成，转发控制表的内容由定时器控制定时初始化刷新。
根据上述技术方案，所述的转发控制表的每个表项为一二进制位(BIT)值；当该转发控制表第N项的值为1时，如果收到一个数据帧且此帧的目的地址与转发表对应第N项的内容一致，则允许所述的转发装置向链路维护和处理部分中断，并将此帧发往上层软件，发送完毕后将转发控制表中该第N项置0；当该转发控制表第N项的值为0时，则转发装置硬件逻辑丢弃所接收到的此帧数据；另由定时器定时控制转发控制表初始化所有表项值为1。
上述的转发控制表可通过软件或硬件方法实现。
上述的定时器可为软件或硬件定时器。
一种防止突发性大流量包冲击的双表控制数据帧转发方法，系具体应用于ATM局域网仿真(LANE)领域中，其与数据帧转发相关的系统可分为链路维护和处理机、转发表部件和转发机部件三部分，该链路维护和处理机由上层软件来实现，负责转发表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发，转发表部件和转发机部件由硬件实现，转发机部件是用可编程逻辑控制器件(FPGA)来实现的，数据帧的转发分上行和下行两个方向，上行系从MAC侧到ATM侧，下行是从ATM侧到MAC侧，其特征在于该方法包含以下步骤：
设置一个转发控制表(LD)，其每个表项为一个位(BIT)，表项的个数与转发表表项个数一致；
当转发控制表(LD)中第N项的值为1时，如果收到一个MAC帧时，且此帧的目的MAC地址与转发表中第N项的内容一致，则允许上行转发机向链路维护和处理机中断，将此帧发往上层软件，并且上行转发机发完此帧后，将转发控制表(LD)的第N位置0；
当转发控制表(LD)中第N项的值为0时，则上行转发机硬件逻辑丢弃此帧；及
由上述链路维护和处理机启动一个定时器，定时长度为100毫秒，每当定时器超时即向上行转发机硬件发出一个命令，由上行转发机将转发控制表(LD)中所有项初始化为1。
本发明的主要功效在于：采用软硬件联合的双表控制方法来控制突发性大流量帧，可以防止在链路建好之前突发性大流量帧对链路维护和处理部分造成的巨大压力，避免由于接入设备不能及时与交换设备通信，而导致所有已建好的链路被拆掉，以及系统的崩溃瘫痪。在ATM局域网仿真(LANE)应用领域中，采用双表控制数据帧方法后，不可能同时有大量数据帧送往BUS，从而也有效地避免了由于大量突发帧的冲击，导致BUS服务器的崩溃，使得整个系统处于十分稳定的工作状态。另外，由硬件实现转发表、转发控制表的查找与更新，而由软件对转发控制表进行维护与控制，软硬件配合工作，既灵活、简便、快速，又可靠、易管理。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为ATM局域网仿真技术中LAN仿真客户机(LEC)数据帧转发部分系统示意图；
图2为本发明转发表与转发控制表的对应关系示意图；
图3为本发明一实际应用实例示意图。
实施例1：
ATM局域网仿真(LANE)的出现，是随着现代网络交换技术的发展和局域网技术的广泛应用，ATM技术渗透到局域网领域的一种必然结果。在局域网络应用中，大部分的数据通信、传输都是基于传统的局域网，如以太网(Ethernet)和令牌环网，而ATM要在目前获得广泛应用的一个重要前提就是必须能与局域网互连。为此，ATM论坛(ATM Forum)制定并发布了相应的标准和协议LANE等。
根据协议(LANE1．0)规定，当一个数据帧从以太网口进入之后，系统提取其MAC地址查询转发表，当针对该MAC地址的链路没有建立起来时，所有上行发往这个目的地址的MAC帧均由上行转发机向链路维护和处理机发出中断，在中断服务例程中向软件发出消息，软件收到消息后就会向BUS转发这个帧，这也是上行MAC帧转发的缺省通道。当链路建好并设置到转发表中后，帧转发将由上行转发机硬件逻辑来执行。
在上述数据信息转发应用中，为避免在链路建好之前某个MAC地址上突发的大量MAC帧对链路维护和处理机造成的巨大压力，以及由此引发的信令通路中断和系统崩毁，本发明实施例采用了软硬件联合的双表法来控制突发帧。
设置一个LD(Lan Destination)转发控制表T2，每个表项为一个BIT，表项的个数与转发表T1一致，参见图2所示，其中，转发表T1中至少包含两项内容：MAC地址和虚通道连接(VCC)。当LD转发控制表T2中第N项的值为1时，如果收到一个MAC帧，且此帧的目的MAC地址与转发表T1第N项的内容一致，则允许上行转发机向链路维护和处理机发出中断，将此帧发往上层软件，并且上行转发机发完此帧后，将LD转发控制表T2的第N位置0；如果LD转发控制表T2中第N项的值为0时，则上行转发机硬件逻辑丢弃此帧。链路维护和处理机的作用是启动一个定时器，定时长度为100毫秒，每当定时器超时就向硬件发出一个命令，上行转发机接到此命令后将LD转发控制表T2所有项置1，命令发出的频率为每秒10次，由此将每秒向链路维护和处理机发出的数据帧(在一个表项上)控制在不超过10个。当然这些限制是对那些链路尚未建好的数据帧来讲的，当链路建好之后则没有这个限制了。采用本发明双表法进行数据帧转发的控制之后，即使在几万包的大流量冲击下，系统也可达到十分稳定。
图3所示为一实际应用的连接示意图，两幢大楼每幢有四层，各层都独自构成一个以太网，它们分别通过一个以太网接口接入两个ATM局域网接入设备A、B中，局域网接入设备A、B与ATM边缘交换机相连接，再通过ATM边缘交换机接入ATM中心网络，针对每一个终端设备有一个MAC地址，MAC地址与ATM地址是一一对应的。
实施例2：
本发明双表法控制数据帧的转发应用于数据报文转发。数据报文的转发包括两部分：数据转发链路的建立和查表转发。转发链路的建立一般较为复杂，其结果体现为转发表；而转发体现为用数据报文的目的地址在转发表中查找到路由，然后转发，其过程较为简单，但要求高速。针对以上数据转发的本质，可应用本发明双表控制法实现数据报文的快速转发，这种方法非常适应目前OSI(开放式系统互连)中链路层和网络层的高速转发。
在链路没有建立起来之前，由于硬件查到的转发路由无效，则产生中断，将所有的报文交给软件处理。如果中断太多的话就会使软件难以承担，从而导致正常的链路计算和维护工作无法进行。因此，首先将转发链路的计算、维护和数据的转发分开，即转发链路的计算由软件实现，而数据的查表转发由硬件来实现，二者通过数据转发表来联系。数据转发表包括预先设置的两个表：路由表和中断控制表，可利用这两个表来控制硬件中断的个数，其中，中断控制表和路由表的表项个数一一对应，中断控制表只在链路没有建立起来时起作用。它对在某个路由项(这个路由项由于链路没有完全建好处于无效状态)上向软件中断的报文个数进行统计，当达到预先设定限值后，就将中断控制表相应项置1并停止向软件中断，把后来的报文丢掉，这些工作是由硬件完成的。软件的工作是定时把中断控制表的所有表项清零，清零后报文又可以向上中断了，直到这个链路建好，软件把这个路由项改为有效值为止。
本发明双表法控制数据帧的转发，可广泛应用于通信网络中的链路计算以软件实现，而高速转发是以硬件完成的数据信息转发领域中，其具体实现可在本发明总体技术方案下作适应性设计，皆不脱出本发明保护范围。

Claims (5)

1、一种防止突发性大流量包冲击的双表控制的数据帧转发方法，其中与数据帧转发相关的系统可分为链路维护和处理部分、转发表部分和转发装置三部分，该链路维护和处理部分由软件实现，负责转发表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发，转发表和转发装置由硬件实现，其特征在于该方法包含以下步骤：
另外设置一转发控制表，其表项个数与转发表一致，表项内容为使能(Enable／Disable)转发表对应项的数据帧的转发，所有的数据帧转发均在上述两个表的共同控制下完成，转发控制表的内容由定时器控制定时初始化刷新。
2、根据权利要求1所述的双表控制的数据帧转发方法，其特征在于：所述的转发控制表的每个表项为一二进制位(BIT)值；
当该转发控制表第N项的值为1时，如果收到一个数据帧且此帧的目的地址与转发表对应第N项的内容一致，则允许所述的转发装置向链路维护和处理部分中断，并将此帧发往上层软件，发送完毕后将转发控制表中该第N项置0；
当该转发控制表第N项的值为0时，则转发装置硬件逻辑丢弃所接收到的此帧数据；
另由定时器定时控制转发控制表初始化所有表项值为1。
3、根据权利要求1或2所述的双表控制的数据帧转发方法，其特征在于：所述的转发控制表系用软件实现或用硬件实现。
4、根据权利要求1或2所述的双表控制的数据帧转发方法，其特征在于：所述的定时器可为软件定时器或硬件定时器。
5、一种防止突发性大流量包冲击的双表控制的数据帧转发方法，系具体应用于ATM局域网仿真(LANE)领域中，其与数据帧转发相关的系统可分为链路维护和处理机、转发表部件和转发机部件三部分，该链路维护和处理机由上层软件来实现，负责转发表的计算、刷新以及转发链路建好之前的缺省转发，转发表部件和转发机部件由硬件实现，转发机部件是用可编程逻辑控制器件(FPGA)来实现的，数据帧的转发分上行和下行两个方向，上行系从MAC侧到ATM侧，下行是从ATM侧到MAC侧，其特征在于该方法包含以下步骤：
设置一个转发控制表(LD)，其每个表项为一个位(BIT)，表项的个数与转发表表项个数一致；
当转发控制表(LD)中第N项的值为1时，如果收到一个MAC帧时，且此帧的目的MAC地址与转发表中第N项的内容一致，则允许上行转发机向链路维护和处理机中断，将此帧发往上层软件，并且上行转发机发完此帧后，将转发控制表(LD)的第N位置0；
当转发控制表(LD)中第N项的值为0时，则上行转发机硬件逻辑丢弃此帧；及
由上述链路维护和处理机启动一个定时器，定时长度为100毫秒，每当定时器超时即向上行转发机硬件发出一个命令，由上行转发机将转发控制表(LD)中所有项初始化为1。
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