CN1692609A - 以太网(r)中的帧转发方法及节点 - Google Patents

以太网(r)中的帧转发方法及节点 Download PDF

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Abstract

一种中继以太网(R)的帧的节点，具有在帧中继时，同时将两个以上的VLAN标记值插入帧、将插入的VLAN标记值的帧删除的单元，在插入在帧中的VLAN的标记值中，设有表示帧的生存时间的TTL区域，通过TTL区域的值验证是否经过了生存时间，对超过生存时间的帧不进行中继并是废弃。

Description

以太网(R)中的帧转发方法及节点
技术领域
本发明涉及中继以太网(R)的帧的节点和帧转发方法。
背景技术
现有的以太网(R)中的节点控制方式，使用帧进行节点控制，该帧是存放在图18所述的网络控制帧的有效载荷部分中的网络控制信息12006、和存放在MAC地址(发送目标MAC地址2001和发送源地址2002)及IP地址(控制对象终端IP地址12004)中的进行控制的节点地址的帧。
因此，在用户使用所有的网络带宽进行数据发送时，节点不能发送控制帧。另外，控制帧，与节点控制信息量无关，在IEEE802.3所规定的以太网(R)的标准中，即使最少也需要设为64字节的帧。
现已规定了有关VLAN的技术，在IEEE802.1Q中规定：帧中继时，将一个VLAN标记值付与帧，进行网络分离。
因此，在中继现有以太网(R)的帧的节点中，具备在帧中继时用于同时处理VLAN标记值最多到一个的功能。存储在该帧中继时所付与的VLAN标记值信息的转发表(Forwarding Table)中，只确保一个VLAN标记值的信息区域。
另外，由于帧中VLAN标记值是用于网络的信息，因此，中继带有VLAN标记值的帧的节点，不具有改变VLAN标记值的内容的功能，帧标记值内的信息只用于帧的转发。
另外，在数据链路层中的VLAN帧的转发中，通过参照MAC地址和VLAN ID进行帧的中继及转发端口的决定。
在上述的以往的以太网(R)中的节点控制中，存在下述的问题。
第一，用以往的IEEE802.3所规定的以太网(R)的节点中，使用在图18所示的帧有效载荷部分中存放的控制信息，和在MAC地址及IP地址中存放的进行控制的节点地址的帧，进行节点控制。因此，在用户使用所有的网络带宽发送信息的时候，节点不能发送控制帧。
第二，控制帧与节点控制信息量无关，以太网(R)标准中，即使最小也需要64个字节的帧，在将控制帧频繁地在网络上传播的时候，存在挤占用户数据带宽的问题。
第三，在进行帧转发时的VLAN标记值的付与之际，由于在转发表部分中没有信息区域，不能付与多个VLAN标记值。
第四，在IEEE802.3以太网(R)中，形成回路上的网络的时候，在数据链路层中的VLAN数据包转发中，在产生数据包转发回路时，不能实现废弃帧的功能，因此形成回路中的数据包占有网络，另外诱发对装置内的数据包存储器的挤占，网络处于不稳定状态。
发明内容
本发明的第一目的在于，提出即使在用户使用网络的时候，也能从节点发送网络控制信息的以太网(R)中的帧转发方法及节点的提案。
本发明的第二目的在于，提出不受帧的制限，可以发送最小信息，根据网络控制信息的发送可将网络带宽的挤占最小化的以太网(R)中的帧转发方法及节点的提案。
本发明的第三目的在于，提出在帧转发时可以付与多个标记值，将网络控制信息等大的信息量可以以标记值发送的以太网(R)中的帧转发方法及节点的提案。
本发明的第四目的在于，在数据链路层中的VLAN数据包的转发中，可以废弃帧，由此，提出防止形成回路的数据包占有网络或挤占装置内数据包存储器，防止造成网络不稳定的以太网(R)中的帧转发方法及节点的提案。
为了达成上述目的的本发明方案一，其特征在于，在中继以太网(R)的帧的节点中，具有在所述帧的中继时，在所述帧中同时插入两个以上的VLAN标记值、将插入的所述VLAN标记值删除的单元。
本发明方案二的节点，其特征在于，具有同时置换两个以上所述帧的VLAN标记值的单元。
本发明方案三的节点，其特征在于，具有根据用于帧中继时的帧内容变更的转发表存储器，管理两个以上的所述VLAN标记值的单元。
本发明方案四的节点，其特征在于，具有在帧中继时，使用所述帧内的两个以上的VLAN标记值的信息，进行转发表存储器搜索的单元。
本发明方案五的节点，其特征在于，具有在所述帧的中继时，组合所述帧内的两个以上的VLAN标记值的信息及输入端口、发送目标MAC地址、发送源MAC地址、TYPE字节信息，进行转发表存储器的搜索的单元。
本发明方案六的节点，其特征在于，具有在所述帧的中继时，在插入于所述帧中的所述VLAN标记值中设有表示帧的生存时间的TTL区域，通过所述TTL区域的值验证是否超过了所述生存时间，对超过所述生存时间的所述帧不进行中继而是废弃的单元。
本发明方案七的节点，其特征在于，具有在每次所述帧中继时，将所述TTL区域的值递减1的单元。
本发明方案八的节点，其特征在于，在所述VLAN标记值中存储节点控制信息。
本发明方案九的节点，其特征在于，具备根据所述VLAN标记值的内容，改变本节点的状态管理的单元。
本发明方案十的节点，其特征在于，根据本节点的状态，在中继的帧的所述VLAN标记值区域中，存储节点状态。
本发明方案十一是中继以太网(R)的帧的节点的帧转发方法，其特征在于，在所述帧的中继时，在所述帧中，同时插入两个以上的VLAN标记值，或者删除被插入的所述VLAN标记值。
本发明方案十二的帧转发方法，其特征在于，根据用于帧中继时的帧内容的变更的转发表存储器，管理两个以上的所述VLAN标记值。
本发明方案十三的帧转发方法，其特征在于，在帧中继时，使用所述帧内两个以上的VLAN标记值信息，进行转发表存储器的搜索。
本发明方案十四的帧转发方法，其特征在于，在所述帧中继时，组合所述帧内的两个以上的VLAN标记值信息及输入端口、发送目标MAC地址、发送源MAC地址、TYPE字节信息，进行转发表存储器的搜索。
本发明方案十五的帧转发方法，其特征在于，在所述帧中继时，在插入到所述帧中的所述VLAN标记值中，设置表示帧生存时间的TTL区域，通过所述TTL区域的值，验证是否已经超过所述生存时间，对超过所述生成时间的所述帧不进行中继而是废弃。
本发明方案十六的帧转发方法，其特征在于，在每次所述帧的中继时，将所述TTL区域的值递减1。
本发明方案十七的帧转发方法，其特征在于，在所述VLAN标记值中，存储节点控制信息。
本发明方案十八的帧转发方法，其特征在于，具备根据所述VLAN标记值的内容，变更本节点的状态管理的单元。
本发明方案十九的帧转发方法，其特征在于，根据本节点的状态，在中继的帧的所述VLAN标记值区域中，存储节点状态。
附图说明：
图1是表示本发明实施方式的VLAN交换集线器的构成的框图。
图2是表示本发明实施方式的数据包转发机构的构成的框图。
图3是表示在数据包转发机构中的帧解析器的构成的框图。
图4是表示在数据包转发机构中的表搜索器的构成的框图。
图5是表示在数据包转发机构中的转发表存储器的构成框图。
图6是表示在转发表存储器中的表存储器的构成图。
图7是表示数据包转发机构中的帧改写器的构成的框图。
图8是表示帧改写器中的标记值运算器的构成的框图。
图9是表示数据包转发机构中的帧合成器的构成的框图。
图10是表示数据包转发机构中的帧转发器的构成的框图。
图11是表示VLAN交换集线器中的CPU构成图。
图12是表示网络构成例的图。
图13是带有标准的VLAN标记值以太网帧的构成图。
图14是标准的VLAN标记值的构成图。
图15是本发明的标记值构成图。
图16是本发明的网络控制帧的构成图。
图17是本发明的网络控制标记值的构成图。
图18是标准的网络控制帧的构成图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细地说明。
图1是应用了本发明的中继以太网(R)的帧的节点的VLAN交换集线器的构成图，由数据包转发机构201、装置构成设备401、控制口I/O95、数据包交换机构91构成，具有MAC层接口111～114、PHY层接口311～314。
图2表示数据包转发机构201的构成。数据包转发机构201除具有帧合成器403、帧转发器407外，还具有本发明的特征功能的帧解析器402、转发表存储器405、表搜索器404、帧改写器406。
另外，本发明中，利用已使用图15所示的带有TTL位的标记值格式2206的VLAN标记值帧，以及，已使用图17所示的网络控制标记值格式2010的图16所示的IEEE802.3网络控制帧20001。
以下，作为本发明的实施例，对使用了图16所示的IEEE802.3的网络控制帧20001的帧转发进行说明，该图16所示的IEEE802.3的网络控制帧20001使用了图3所示本发明的帧解析器402内的标记值TTL校验器503；图7所示的帧改写器406内的标记值运算器715、N段标记值插入器710、N段标记值删除器712、N段标记值置换器713；图6所示的表存储器410；图15所示的标记值格式2206；图17所示的网络控制标记值格式2010。
图15所示的标记值格式2206为在图14所示的VLAN标记值格式2006的标记值类型20061的16位区域中的低8位区域存储TTL(帧生存时间)的信息标记值格式的构成。
TTL区域220065取值为从最小“0”开始到最大“255”的值，在数据包转发开始位置存储“255”的值，在节点中每转发一次减去“1”，值“0”意味着帧可废弃。
图16所示的网络控制帧20001，在由用户转发的帧内，为了进行网络控制，存储网络控制标记值2010。
该网络控制标记值2010，以图17所示的格式构成。在标记值类型20101-1和20101-2中，以15位的信息存储网络控制标记值的种类。终点位20102-1，表示多次堆栈的标记值的终点。子类型20104在表示标记值20101的进一步详细种类时所使用。版本20105表示网络控制帧20001的规范的版本信息。
这些合计32位作为网络控制标记值开始的1个标记值处理，接下来的标记值是多个标记值，在1个标记值中存储有用于进行网络控制信息20106-1和20106-2合计31位的网络控制及管理的信息，并附有表示最后标记值的终点的终点位20102-2。
图1所示的VLAN交换集线器20，最多具有4端口的可以进行帧转发的I/F(接口)，该帧包括图13所示的带有VLAN标记值的以太网(R)帧1001及图15所示的格式标记值2206。
该VLAN交换集线器20，被设置在图12所示的网络节点1～5中，进行帧转发的处理。
对于图12的节点4中的从I/F：1到I/F：2的帧转发进行说明。
从VLAN交换集线器20的I/F：从1输入的帧，经由PHY311、MAC111，作为输入帧4001输入到图2所示的数据包转发机构201。
在数据包转发机构201中，输入帧4001被发送到图3的帧解析器402的帧类型判断器501。
由帧类型判断器501，识别输入帧4001的种类，将帧种类信息发送到搜索键决定器504，将输入帧4001的头信息发送到帧头解析器502。
在帧头解析器502，解析头信息，从头信息中提取图13所示发送目标MAC地址信息2001、发送源MAC地址信息2002、VLAN标记值信息2006、以太网(R)属性信息2003。
关于提取出的头信息中的VLAN标记值信息2006，发送到本发明的特征构成部分的标记值TTL搜索器503，进行图15所示的TTL区域22065的值是否为“0”的检测。
进行检测的结果，在TTL区域22065的值为“0”的情况下，输出帧废弃信息25003，同时对帧头解析器502发送帧废弃指示。
在TTL区域22065的值不为“0”的情况下，不输出帧废弃信息25003并不发送帧废弃指示。
帧头解析器502，在接受帧废弃的指示的时候，指示不对帧类型判断器501输出输入帧信息5006，并进行输入帧4001的帧废弃处理。
帧头解析器502，在未接受帧废弃指示的时候，进行帧头信息5003的输出，同时将头信息发送到搜索键决定器504。
在搜索键决定器504中，由帧类型和头信息决定进行帧转发的端口及表搜索键以用于查找对于帧的处理方法，将帧搜索键信息5005发送到图4所示表搜索器404。
另外，帧类型判断器501，对于帧头解析器502没有指示帧废弃的时候，将输入帧4001作为输入帧信息5006输出。
在图4所示的表搜索器404将表搜索键信息5005及帧头信息5003输入到表读取地址决定器605中。
表读取地址决定器605由该信息，预测计算存储有与表搜索键信息5005相同信息的地址，决定表参照地址，将表地址26002发送到图5的转发表存储器405中。
在转发表存储器405中，使用表地址26002的信息，由存储器读取电路411，参照表存储器410的内容，将参照的信息由存储器信息输出电路412作为表信息26003发送到表搜索器404中。
在本发明中，表存储器410，由如图6所示的存储表构成，存储第1段的标记值信息及第2段以后的多个标记值信息、多个标记值信息控制所需的控制段数、控制信息。因此将多个标记值信息作为表信息26003一次性发送到表搜索器404。
对于图6的表存储器410进行说明。在表存储器410中，如上所述，管理多个标记值信息。在该表中，进行插入图16所示的网络控制标记值2010的帧的管理，并进行网络控制所需的信息的收发。
记录在图6的第1号的表的内容，对于在发送源MAC地址中存储着“00-00-0c-01-02-03”的帧，由标记值控制段数为“4”表示插入存储有用于进行网络控制的操作信息的4段标记值。
另外，记录在表最后的表的内容，在发送源MAC地址是“00-00-0c-01-02-05”，存储有维修信息的帧信息的情况下，由于输出端口信息为“0”，所以将帧作为图10所示的CPU目的地转发帧9004发送到CPU408，进行网络控制信息的接受。
另外，在上述两种情况下所使用的表搜索键信息5005，前者是MAC发送源MAC地址：00-00-0c-01-02-03，后者是MAC发送源MAC地址：00-00-0c-01-02-05以及标记值信息(维修信息)。这样，在转发帧内存储网络控制标记值2010，并进行网络控制所需的信息交换。
从转发表存储器405发送到表搜索器404的表信息26003，被输入到信息比较器606，比较是否和表搜索键信息5005一致。
比较结果，在一致的情况下，将帧的输出端口信息输出到输出端口信息6004，信息比较器606，将标记值信息27001和标记值控制信息27002输出到帧改写器406，表读取地址决定器605，将帧头信息500输出到帧改写器406。
在不一致的情况下，再次，对表读取地址决定器605进行表读取地址的决定要求，在得到与表搜索键信息5005一致的信息之前，从转发表存储器405取得表信息26003。
即使确认了转发表存储器405的所有区域，也没有得到一致信息的情况下，将CPU目的地的信息发送到输出端口信息6004，将帧作为图10所示的CPU目的地转发帧9004，向CPU408进行帧转发。
在图7所示的帧改写器406中，在帧头缓冲器711中存储帧头信息5003的信息，在标记值控制器714中，输入可变长度的标记值27001、标记值控制信息27002。
标记值控制器714根据标记值控制信息27002的内容，对N段标记值插入器710、N标记值删除器712、N段标记值置换器713、标记值运算器715中的任一个，发送标记值信息27001和控制指示。
这里，对图7的N段标记值插入器710、N段标记值删除器712、N段标记值置换器713、标记值运算器715进行说明。
N段标记值插入器710，从标记值信息27001中提取出由标记值控制器714所指示的段数的信息，并将多个标记值插入到存储在帧头缓冲器711的头信息中。
同样，N段标记值删除器712、N段标记值置换器713，也从标记值信息27001中提取出由标记值控制器714所指示的段数的信息，并进行存储在帧头缓冲器711中的头信息的多个标记值的删除及置换处理。
在标记值运算器715中，如图8所示，标记值控制信息27002被发送到标记值运算控制器753，标记值信息27001被发送到标记值缓冲器754。
标记值运算控制器753，根据标记值控制信息27002的内容，将控制指示发送到X-OR运算器751、TTL加减运算器752。
在发送了控制指示的情况下，X-OR运算器751对头缓冲器754的部分进行进X-OR运算，TTL加减运算器752进行加减运算处理，运算结果作为标记值运算处理结果27016，发送到图7的帧头缓冲器711中。
在TTL加减运算器752中，对于图15所示的TTL区域22065在每次帧转发时将内容进行一次减去“1”的运算。
因此，通过TTL加减运算器752和上述图3所示的标记值TTL校验器503的功能，即使进行在网络内没完没了地巡回那样的路径控制，也一定能废弃在VLAN转发集线器20中转发255次之后的帧。
在图7的N段标记值插入器710、N段标记值删除器712、N段标记值置换器713、标记值运算器715中，被变更的帧头缓冲器711，在处理结束后，作为改写后帧头信息27004，发送到图9所示的帧合成器403中。
由图9的帧合成器403，从图3的帧解析器402将输入帧信息5006输入到帧分解器801。
由帧分解器801将输入帧信息5006分解为头信息和有效载荷信息，并将各个信息输出到输入帧头信息缓冲器802和输入帧有效载荷信息缓冲器803中。但是，输入帧头信息缓冲器802，在被发送来帧改写后帧头信息27004的情况下，头信息被置换为帧改写后帧头信息27004。
然后，输入帧头信息缓冲器802和输入帧有效载荷信息缓冲器803，将数据输出到帧缓冲器804。由此，头与有效载荷部分被合成，输出帧信息8005被输出到图10所示的帧转发器407。
由图10的帧转发器407，将从帧合成器403所发送出的输出帧信息8005，存储在输出帧缓冲器902中。
然后，帧转发指示器901，从输出帧缓冲器902中取出帧，将输出帧4009输出到从图4的表搜索器404所发送来的输出端口信息6004中得到的端口中。
在本实施例中，在输出端口信息中存储有I/F：2的信息，输出帧4009从I/F：2输出帧。另外，在输出端口信息6004为CPU目的地的情况下，将帧输出到CPU目的地转发帧9004。
另外，帧转发指示器901，也进行来自CPU408的帧的发送处理。来自CPU408的帧发送，由图11所示的CPU408的网络控制程序913生成帧，将CPU转发帧输出端口信息9005和CPU转发帧信息9006发送到图10的CPU转发帧控制器903。
然后，CPU转发帧控制器903，发送帧信息和输出端口信息，并对帧转发指示器9001指示帧的发送。
对图11所示CPU408进行说明。在CPU408中，运行着用于网络控制的网络控制程序913，运行着转发表控制程序911，其控制来自前述的CPU的帧的发送处理并操作前述图5、图6的转发表存储器405及表存储器410信息。
转发表控制程序911，根据网络控制程序913的指示，通过将网络控制所需的信息、表写入信息24105和表写入地址24104输出到表存储器410，以进行网络控制所需信息的发送及接受的控制。另外，在CPU408中，也运行着设备控制程序912，该设备控制程序912，根据来自网络控制程序913的指示，输出作为控制设备信息的设备控制信息9101。
以上，举出优选的实施方式及实施例以对本发明进行说明，但是，本发明并不局限于上述实施方式及实施例，在其技术思想范围内可以以种种变形而实施。
如以上所述，根据本发明可以得到以下的良好效果。
通过实现将存储着网络控制信息的网络控制标记值插入到用户帧中的功能，即使在用户正在使用网络的时候，也能发送网络控制信息。
通过在标记值中存储网络控制帧，可以不受以太网(R)的标准的最小64字节的帧的限制，进行最小的信息的发送，通过网络控制信息的发送，可以将网络带宽的挤占做到最小限度。
通过处理多个标记值的电路及管理多个标记值的表管理方式，可以在帧转发时付与多个标记值，可以将网络控制信息等的大信息量用标记值发送。
由TTL校验电路及标记值运算电路，在作为数据链路层的处理对象的标记值内设置TTL字段，通过进行减法处理和校验，即使形成回路上的网络的情况下，在数据链路层中的VLAN数据包的转发中也可以废弃帧。由此，可以防止形成回路的数据包占有网络，另外可防止装置内的数据包存储器的挤占，防止网络不稳定。

Claims (19)

1、一种节点，是中继以太网(R)的帧的节点，其特征在于，
具有在所述帧中继时，在所述帧中，同时插入两个以上的VLAN标记值、将插入的所述VLAN标记值删除的单元。
2、根据权利要求1所述的节点，其特征在于，
具有同时置换两个以上所述帧的VLAN标记值的单元。
3、根据权利要求1或权利要求2所述的节点，其特征在于，
具有根据用于帧中继时的帧内容变更的转发表存储器，管理两个以上的所述VLAN标记值的单元。
4、根据从权利要求1到权利要求3中的任一项所述的节点，其特征在于，
具有在帧中继时，使用所述帧内的两个以上的VLAN标记值的信息，进行转发表存储器的搜索的单元。
5、根据从权利要求1到权利要求3中的任一项所述的节点，其特征在于，
具有在所述帧的中继时，组合所述帧内的两个以上的VLAN标记值的信息及输入端口、发送目标MAC地址、发送源MAC地址、TYPE字节信息，进行转发表存储器的搜索的单元。
6、根据从权利要求1到权利要求5中的任一项所述的节点，其特征在于，
具有在所述帧的中继时，在插入到所述帧中的所述VLAN标记值中设有表示帧的生存时间的TTL区域，通过所述TTL区域的值验证是否超过了所述生存时间，对超过所述生存时间的所述帧不进行中继而是废弃的单元。
7、根据权利要求6所述的节点，其特征在于，
具有在每次所述帧中继时，将所述TTL区域的值递减1的单元。
8、根据从权利要求1到权利要求7中的任一项所述的节点，其特征在于，
在所述VLAN标记值中存储节点控制信息。
9、根据从权利要求1到权利要求8中的任一项所述的节点，其特征在于，
具有根据所述VLAN标记值的内容，改变本节点的状态管理的单元。
10、根据从权利要求1到权利要求9中的任一项所述的节点，其特征在于，
按照本节点的状态，在中继的帧的所述VLAN标记值区域中，存储节点状态。
11、一种帧转发方法，是中继以太网(R)的帧的节点的帧转发方法，其特征在于，
在所述帧的中继时，在所述帧中，同时插入两个以上的VLAN标记值，或者删除被插入的所述VLAN标记值。
12、根据权利要求11所述的帧转发方法，其特征在于，
根据用于帧中继时的帧内容的变更的转发表存储器，管理两个以上的所述VLAN标记值。
13、根据权利要求11或12中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
在帧中继时，使用所述帧内两个以上的VLAN标记值信息，进行转发表存储器的搜索。
14、根据从权利要求11到权利要求13中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
在所述帧中继时，组合所述帧内的两个以上的VLAN标记值信息及输入端口、发送目标MAC地址、发送源MAC地址、TYPE字节信息，进行转发表存储器的搜索。
15、根据从权利要求11到权利要求14中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
在所述帧中继时，在插入到所述帧中的所述VLAN标记值中，设置表示帧生存时间的TTL区域，通过所述TTL区域的值，验证是否已经超过所述生存时间，对超过所述生成时间的所述帧不进行中继而是废弃。
16、根据权利要求15所述的帧转发方法，其特征在于，在每次所述帧的中继时，将所述TTL区域的值递减1。
17、根据从权利要求11到权利要求16中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
在所述VLAN标记值中，存储节点控制信息。
18、根据从权利要求11到权利要求17中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
具有根据所述VLAN标记值的内容，变更本节点的状态管理的单元。
19、根据从权利要求11到权利要求18中的任一项所述的帧转发方法，其特征在于，
根据本节点的状态，在中继的帧的所述VLAN标记值区域中，存储节点状态。
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