CN1731755A

CN1731755A - 一种弹性分组环用适配装置及方法

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Publication number: CN1731755A
Application number: CNA2004100702922A
Authority: CN
Inventors: 俞柏峰
Original assignee: Hangzhou Huawei 3Com Technology Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: CN100512189C

Abstract

本发明公开了一种弹性分组环用适配装置，用于实现弹性分组环与以太网的适配，包括：链路层处理接口单元；以太网MAC处理单元；格式转换单元，用于将来自以太网MAC处理单元的以太网报文转换为RPR报文；上下环调度单元，用于对格式转换单元转换后的RPR报文进行上环调度并发送至链路层处理接口单元，对来自链路层处理接口单元的报文进行下环调度；查表单元，用于在上环调度时实现目的节点地址的查询，并根据目的节点地址查询环ID和生存时间；RPR报文剥离单元，用于在下环调度时将RPR报文转换为以太网报文；多队列缓存接口，用于缓存等待调度的以太网报文和RPR报文。

Description

一种弹性分组环用适配装置及方法

技术领域

本发明涉及网络数据传输及数据技术，特别是涉及一种实现弹性分组环和以太网适配的装置及方法。

背景技术

为了在城域网中传输大容量数据业务，出现了一种新型的MAC层(MediaAccess Control，以太网数据链路层子层)协议：RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组环)。RPR具有多种技术优势，能够较为全面地满足下一代城域网的要求。

早期的RPR技术有多个技术标准，且各个标准之间互不兼容。2000年11月，IETF成立IEEE 802.17工作组，开始制定统一的RPR标准，在推出多个标准草案之后，该标准逐渐趋于成熟，目前即将发布IEEE 802.17正式标准。

请参阅图1，RPR采用双向双纤的环形拓扑结构，包含由多个节点S0、S1、......Sn形成的两个子环R1、R2，两个子环上都可以传输业务，但传输方向相反。为了对两个子环进行区分，通常将其中一个称为内环R1，另一个称为外环R2。

现有技术中，节点的RPR MAC芯片一般采用RPR OVER ETHERNET(以太网)或者RPR OVER SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列)/SONET(同步光纤网)两种方法实现。所述RPR MAC芯片与系统侧的接口一般为SPI(系统包接口)接口或者GMII(GigabitMedia Independent Interface，与介质无关的吉比特接口)、RGMII(Reduced GigabitMedia IndependentInterface，精简的与介质无关的吉比特接口)、XGMII(10 GigabitMediaIndependent Interface，与介质无关的10G接口)/XAUI(10 Gigabit AttachmentUnit Interface，10G以太网连接单元接口)、，其所承载的数据帧格式为RPR的数据报文(包括普通帧和扩充帧)或者RPR控制报文。由于系统侧的包处理器一般仅支持以太网报文格式，只能处理以太网格式报文，对RPR帧格式报文无法识别，因此必须实现RPR MAC芯片与系统侧包处理器之间的适配，完成两种报文格式间的相互转换功能。

一种现有技术采用系统侧包处理器和RPR MAC芯片结合，直接处理报文之间的格式转换。

如，目前系统侧多为网络处理器(NP)，现有技术通过NP直接和RPR MAC芯片结合，可以实现适配处理、完成两种报文格式的转换。

但是该技术严重影响NP的网络吞吐能力，并且适配功能受限于NP的各种资源条件而不能太复杂。这是由于NP的主要功能是L2层以上的各层业务处理，支持的协议也非常多，而内部的微码空间又有限制，且CAM(Content-Addressable Memory，内容寻址性存储器)等资源也不足，因此如果将RPR适配功能交给NP处理将严重影响NP的处理能力。详言之：

首先，该技术受限于NP微码空间，如果采用NP完成RPR帧到以太网的适配，需要消耗一定的微码空间，而NP的微码空间本来已是L3层以上协议处理的一个瓶颈，NP就不能对L3及以上层的业务进行更多的处理；报文格式转换过程需要增加包头或剥离包头，也需要消耗NP较多微码空间；

其次，对于RPR层来说，RPR报文的选环机制需要额外的CAM资源，如256个节点就需要256*48(48BIT是指MAC地址)的CAM，并且还需要RAM配合实现环ID的存取，NP方案就需要使用RAM和CAM资源来完成适配，这样还受限于NP内部的CAM/RAM资源，这些资源也影响NP的实际处理能力和其他业务层的资源需求；

其次，该技术中，以太网到RPR的QOS映射处理也直接限制NP的L3层以上协议的微码空间。

此外，由于NP无法实现一个接口到两个接口(对应于RPR的内外两个子环)的业务处理，也就无法完成广播多播报文的复制功能。因此，该技术采用NP实现适配，需要额外采用一个接口到两个接口的交换芯片，或者使用多个NP来完成处理，使得管理更加复杂，成本更高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种弹性分组环用适配装置及方法，可以实时完成RPR报文和以太网报文之间的格式转换，减少对系统侧报处理器吞吐能力的影响。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种弹性分组环用适配装置，用于实现弹性分组环与以太网的适配，包括：

链路层处理接口单元，用于建立与弹性分组环链路层之间的数据通道；

以太网MAC处理单元，用于建立与以太网接口之间的数据通道；

格式转换单元，用于将来自以太网MAC处理单元的以太网报文转换为RPR报文；

上下环调度单元，用于对格式转换单元转换后的RPR报文进行上环调度，发送至链路层处理接口单元；对来自链路层处理接口单元的报文进行下环调度；

查表单元，用于在上环调度时实现目的节点地址的查询，并根据目的节点地址查询环ID和生存时间；

RPR报文剥离单元，用于在下环调度时将RPR报文转换为以太网报文；

多队列缓存接口，用于缓存等待调度的以太网报文和RPR报文。

其中，所述链路层处理接口单元具有两个接口；所述上下环调度单元进行下环调度时将来自两个接口的报文收敛汇聚到一个以太网接口。

其中，还包括优先级映射单元，用于在上环调度时将以太网报文的优先级映射为RPR报文的优先级。

其中，所述上下环调度单元包括上环调度单元和下环调度单元；所述上环调度单元用于根据弹性分组环端口状态，对经过格式转换后的RPR报文进行上环调度；所述下环调度单元用于将弹性分组环端口报文缓存后进行调度。

其中，还包括CPU接口单元，用于建立适配装置与通用处理器的数据通道。

其中，所述适配装置集成于分组弹性环的节点内。

本发明还提供一种弹性分组环用适配方法，用于实现弹性分组环与以太网的适配，包括上行业务处理和下行业务处理；其特征在于，应用于前述适配装置，所述上行业务处理包括：

接收来自弹性分组环的RPR报文；将前述RPR报文写入缓存；解析前述RPR报文，确定发送至以太网接口的报文的MAC帧头；进行下环调度，从缓存读出RPR报文；剥离RPR报文的报头，将RPR报文数据与前述MAC帧头编辑成以太网报文；将以太网报文发送至以太网接口；

所述下行业务处理包括：

接收来自以太网接口的以太网报文；解析以太网报文，查询目的节点地址，并根据目的节点地址查询环ID和生存时间，将前述以太网报文转换为RPR报文；对转换后的RPR报文进行上环调度，发送至弹性分组环目的节点。

其中，所述上行业务处理中，还包括将来自弹性分组环内环和外环的业务收敛到一个以太网接口的步骤。

其中，将以太网报文转换为RPR报文时还包括将以太网报文的优先级映射为RPR报文的优先级。

其中，所述上环调度具体包括：根据选环ID确定往内外环发送方向，对需要向内外环同时发送的报文则复制报文向内外环同时发送；并根据WRAP/STEER保护模式，确定广播多播报文和FLOODING报文是否要端口复制、是否修改相应的环ID。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：首先，由于本发明采用独立于系统侧包处理器的适配装置完成RPR MAC芯片与系统侧包处理器之间的适配问题，能够解决以太网交换机不能处理RPR帧的问题，也能够减少通过网络处理器实现格式转换后对网络处理器处理能力的影响。

其次，考虑到RPR链路层具有转发功能，实际上下环以太网业务流量小于整个RPR环的业务流量，本发明适配装置的下环调度单元支持两个端口业务收敛到一个以太网端口的汇聚功能，从而充分利用RPR环路和以太网处理带宽，提高了以太网交换芯片或NP的带宽效率，节省以太网层处理带宽。处理上环业务时，上环调度单元实现上环调度处理，并且能够实现同时向内外环发送相同报文功能(如在STEER时需要复制的广播/多播报文、双向FLOODING帧等报文)。因此，本发明采用收敛汇聚的方式能够实现单子卡完成一个完整RPR环，使得软件配置处理非常简单，解决了双子卡软件调度更新或者复制各类表项困难的问题，同时还解决了用两块独立线卡实现RPR组环时的适配调度困难、RPR环路拓扑、节点MAC地址表项的传递调度复杂等困难。

其次，本发明适配装置通过查表单元可以实现系统带宽充分利用和环路适配查表等RPR MAC芯片和系统侧包处理器无法线速处理的功能。

附图说明

图1是弹性分组环的拓扑结构示意图；

图2是本发明适配装置的原理框图；

图3是本发明适配方法进行上行业务处理的示意图；

图4是本发明适配方法进行下行业务处理的示意图。

具体实施方式

本发明提供的弹性分组环用适配装置可以实时对RPR报文和系统侧以太网报文进行格式转换，包括上行业务(业务从RPR链路到以太网方向)和下行业务(业务从以太网到RPR链路方向)处理。在格式转换中，上行方向实现RPR报文的剥离，转换为以太网报文，实现保护倒换业务缓存功能，并且支持业务收敛(Oversubscription)功能；下行方向实现以太网报文到RPR报文的封装，并根据需要实现查表适配、获得TTL值、优先级映射处理、队列调度、多播广播报文复制、倒换处理等功能。

请参阅图2，是本发明适配装置实施方式的原理框图。

所述适配装置包括链路层处理接口单元、以太网MAC处理单元、格式转换单元、RPR报文剥离单元、上下环调度单元、多队列缓存接口、查表单元、优先级业务映射单元和CPU接口单元。其中，所述上下环调度单元连接链路层处理接口单元、多队列缓存接口、格式转换单元、RPR报文剥离单元；所述RPR报文剥离单元连接以太网MAC处理单元；所述格式转换单元连接查表单元、优先级业务映射单元和以太网MAC处理单元；所述CPU接口单元通过数据总线与其他单元连接。

所述链路层处理接口单元用于对RPR帧进行处理，其外部接口可以为SPI4.2、POS PHY L2/L3/L4或MII/GMII/XGMII/XAUI等接口，且提供两个相同接口。

所述以太网MAC处理单元用于实现以太网MAC(10/100M，GE/10GE)功能，包括与以太网接口的收发时序处理，接收方向数据时钟恢复、8B/10B解码、同步处理、通道校准和对齐等功能，发送方向8B/10B编码，数据分通道处理，数据时钟组合处理等功能；支持流控反压处理。具体细节可以参考802.3ae，此不赘述。

所述格式转换单元用于实现以太网帧(支持802.1Q封装带TAG的或者非802.1Q的普通帧、802.3封装以太网帧)到RPR帧(包括普通数据帧和扩充数据帧)的转换，并实现RPR帧的FCS和HEADER CRC计算产生。

所述格式转换单元具有连接查表单元的查表单元接口(图未示)，查表单元用于实现环上MAC地址CAM表和环ID及TTL值RAM表的查询，表的深度支持RPR环路的最大节点数，即最大支持256。

所述格式转换单元还连接优先级业务映射单元，用于实现以太网各种报文的QOS优先级业务等级到RPR的优先级业务映射。

所述RPR报文剥离单元用于实现对RPR报文的报文头进行剥离，将RPR报文转换为以太网报文。

所述多队列缓存接口用于实现不同优先级队列先进先出(FIFO)缓存，对不同优先级的RPR报文进行排队缓存和调度，缓存接口支持RPR的JUMBO帧。

所述上下环调度电路用于实现上下环业务的调度。处理上环业务时，根据内外环端口状态(包括每个子环各优先级业务缓存状态，RPR MAC端口对各类优先级业务状态等)，对经过格式转换后的RPR报文进行上环调度：具体包括根据选环ID确定往内外环发送方向，对需要向内外环同时发送的报文则复制报文向内外环同时发送；并根据WRAP/STEER保护模式(该保护模式是CPU配置的标志位)，对广播多播报文和FLOODING报文是否要端口复制、修改相应的环ID(环ID指内或外，可以用一个比特为指示)等进行处理。处理下环业务时，将内外环端口报文缓存后进行调度，支持两个端口业务收敛到一个以太网端口的汇聚(Aggregation)功能。

采用收敛汇聚方式，所述上下环调度单元能充分利用RPR环路和以太网处理带宽，如10G的环，内外环流量各为10G，但转发的流量可能达到一半，以及去掉RPR控制报文(拓普帧，公平性帧等)，即每个子环流量约为5G，这样下环调度时既可以将两个子环各5G的业务汇聚到10G的处理器中，两个子环业务可以采用轮询和根据缓存深度加权轮询等处理。如果某个子环突发有达到10G业务，则可以通过缓存暂缓存下来，保证业务尽量不丢弃。

所述CPU接口单元用于为整个FPGA适配处理器与其他通用处理器通讯的接口，通过该接口可以接收到通用处理器对其他各模块的各种表项配置，状态查询等功能。

可以理解的是，所述适配装置可以采用FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)，也可以是其他类似的可编程逻辑芯片，优选采用FPGA。

所述上下环调度单元包括上环调度单元和下环调度单元，所述上环调度单元和下环调度单元可以集成，也可以是分离的部分。

请参阅图3，是本发明适配方法处理上行业务的方框图。

首先，链路层处理接口单元对RPR帧进行处理，将数据传送至下环调度单元；

下环调度单元对完整RPR帧数据进行RPR帧分析、帧合法性和错误检查、帧数据缓存、丢包、包编辑和缓存释放处理；

所述处理具体包括：通过对RPR帧头分析和处理，确定最终发送给以太网接口的MAC帧帧头SMAC和DMAC域值。将数据统一通过多队列缓存接口写入缓存中，为了提供对高优先级帧的服务保证，在下环调度单元中需要进行丢包处理，通过缓存的使用率并根据优先级来进行不同优先级帧丢弃处理。例如，CPU通过CPU接口单元分别配置A、B、C三个优先级的丢弃阈值，如果下环缓存的使用率超过配置的C类优先级的丢弃阈值，则在继续接收到C类优先级帧时将帧直接丢弃，B类和A类优先级的帧可以继续接收；如果下环缓存的使用率超过配置的B类优先级的丢弃阈值，则在继续接收到C类或B类优先级帧时将帧直接丢弃，A类优先级帧继续接收；如果下环缓存满，则接收到任何优先级帧时都直接丢弃。已经存入上行(下环)方向缓存的帧不能被丢弃。上行协议处理完后将帧数据从缓存中读出来。

随后，RPR报文剥离单元对RPR报文的报文头进行剥离，与前面处理产生的SMAC和DMAC一起编辑成完整的MAC帧，将RPR报文转换为以太网报文；

以太网MAC处理单元进行发送处理，实现8B/10B编码，数据分通道处理，数据时钟组合处理等功能，直接从与格式转换单元接口的FIFO中读取以太网帧数据传送至以太网接口，并处理PAUSE帧产生和接收。

请参阅图4，是本发明适配方法处理下行业务的方框图。处理下行业务时，在适配装置中完成数据接收、进行帧格式解析、MAC地址分析、选环处理，RPR帧头各域生成等功能。其中，适配装置从系统接口侧接收到非802.1Q或802.1Q以太网帧；查询CPU配置的MAC地址(48位)CAM表、环ID+TTL值的RAM表。如果输入的以太网单播报文，则通过以太网单播报文的目的MAC地址进行CAM表查找，如找到则为环上节点业务，并通过查到的地址获得环ID和TTL值，对RPR帧头部进行封装后转发；如找不到则指示FLOODING有效并以扩展帧模式进行转发。并满足RPR协议支持最大环节点为256个。

本发明的实施方式中，首先，以太网MAC处理单元从以太网接口获得完整MAC帧数据，以太网MAC处理单元实现与以太网接口的收发时序处理，接收方向数据时钟恢复、8B/10B解码、同步处理、通道校准和对齐等功能；将解码完的帧数据写入FIFO中，便于格式转换单元直接处理，写入FIFO的帧数据需要带有SOP，EOP，错误标识等信息。

为了便于进行调度，下行(上环)方向缓存进行了分块，分别对应于内外环三个优先级，共6块，在MAC帧数据缓存前，需要确定MAC帧优先级或者RPR帧的业务等级(SC)，根据帧优先级信息，将帧数据存入缓存中对应的块中。

格式转换单元完成MAC帧数据到RPR帧数据的转换。包括：对上环报文根据目的节点来进行适配时，查表单元通过对目的MAC地址进行查表获得环ID和TTL值(即，根据CPU配置对RPR报文进行选环，具体是根据CPU配置的适配装置内部的256深度的MAC地址CAM表和256深的ID+TTL值RAM表来实现选环。)，其中，查表命中后的报文，下行处理时按单播报文类似处理；否则，报文为转发报文(非本地节点业务)或广播多播报文，下行处理按FLOODING方式转发。

由于RPR支持QOS，支持优先级业务，因此必须对以太网层上的各类报文的优先级映射成为RPR的优先级报文。如：

A、VLAN TAG到RPR的优先级映射

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，根据CPU配置要求，对VLAN TAG报文的TAG优先级(3比特)进行查表获得RPR的优先级(2比特)。

具体过程是：对于从以太网接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为VLAN TAG，如是，则查询CPU配置的VLAN TAG到RPR优先级映射表；进行优先级映射处理。

B、ARP/RARP到RPR的优先级的设置

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，对UNTAG以太网封装的ARP/RARP报文在封装为RPR时优先级设置为A类。

具体过程是：对于从以太网接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为不带TAG的ARP/RARP报文，如是，则在RPR成帧时将优先级映射设置为A类。

C、MPLS的EXP到RPR优先级的映射

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，根据CPU配置要求，对UNTAG以太网封装的MPLS报文的EXP优先级(3比特)进行查表获得RPR的优先级(2比特)。

具体过程是：对于从以太网接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为不带TAG的MPLS报文(有VLAN TAG的报文以VLAN优先级映射，后续小节描述的其他报文也类似)，如是，则查询CPU配置的EXP到RPR优先级映射表，进行EXP优先级映射处理。

D、IPv4的TOS到RPR优先级的映射

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，根据CPU配置要求，对IPv4报文的TOS优先级(3比特)进行查表获得RPR的优先级(2比特)。

具体过程是：对于从以太网接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为不带TAG的IPv4报文，如是，则查询CPU配置的TOS到RPR优先级映射表，进行TOS优先级映射处理。

E、IPv6的TC到RPR优先级的映射

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，根据CPU配置要求，对IPv6报文的TC优先级(3比特)进行查表获得RPR的优先级(2比特)。

具体过程是：对于从以太网接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为不带TAG的IPv6报文，如是，则查询CPU配置的TC到RPR优先级映射表，对报文则进行TC优先级映射处理。

F、IS-IS到RPR优先级的设置

适配装置支持802.17协议RPR报文的TC字节优先级映射，对IS-IS报文进行RPR的优先级设置为A类或B类。

具体过程是：对于从系统接口接收到的非802.1Q或802.1Q以太网帧，识别是否为不带TAG的IS-IS报文，如是，则在成RPR帧时将优先级设置为A类或B类。

当然，适配装置可以实现包括但不限于以上所述的各种优先级映射。

在读出缓存中数据进行包编辑前进行调度处理，内外环分别独立对应于一个包编辑处理，可以并行进行，对于同一个环的三个优先级队列，采用绝对优先级(SP)调度方式。下行协议处理完后将帧数据从缓存中读出来，与前面处理产生的RPR帧头一起编辑成完整RPR帧，发送给后面的上环调度单元进行发送处理。

所述发送处理的过程中，上环调度单元根据内外环端口状态(包括每个子环各优先级业务缓存状态，RPR MAC端口的各类优先级业务状态等)，对经过格式转换后的RPR报文进行上环调度：具体包括根据选环ID确定往内外环发送方向，对需要向内外环同时发送的报文则复制报文向内外环同时发送；并根据WRAP/STEER保护模式(该保护模式是CPU配置的标志位)，对广播多播报文和FLOODING报文是否要端口复制、修改相应的环ID(环ID指内或外，可以用一个比特为指示)等进行处理。

综上所述，基于FPGA等适配装置的RPR适配处理技术是一种新型灵活的适配技术，能够为以太网交换机提供一种灵活的、可配置的RPR适配处理技术，实现以太网端口与RPR端口之间的适配功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种弹性分组环用适配装置，用于实现弹性分组环与以太网的适配，其特征在于，包括：

2、根据权利要求1所述的弹性分组环用适配装置，其特征在于：所述链路层处理接口单元具有两个接口；所述上下环调度单元进行下环调度时将来自两个接口的报文收敛汇聚到一个以太网接口。

3、根据权利要求1所述的弹性分组环用适配装置，其特征在于：还包括优先级映射单元，用于在上环调度时将以太网报文的优先级映射为RPR报文的优先级。

4、根据权利要求1所述的弹性分组环用适配装置，其特征在于：所述上下环调度单元包括上环调度单元和下环调度单元；所述上环调度单元用于根据弹性分组环端口状态，对经过格式转换后的RPR报文进行上环调度；所述下环调度单元用于将弹性分组环端口报文缓存后进行调度。

5、根据权利要求1所述的弹性分组环用适配装置，其特征在于：还包括CPU接口单元，用于建立适配装置与通用处理器的数据通道。

6、根据权利要求1所述的弹性分组环用适配装置，其特征在于：所述适配装置集成于分组弹性环的节点内。

7、一种弹性分组环用适配方法，用于实现弹性分组环与以太网的适配，包括上行业务处理和下行业务处理；其特征在于，应用于前述适配装置，所述上行业务处理包括：

所述下行业务处理包括：

8、根据权利要求7所述的弹性分组环用适配方法，其特征在于：所述上行业务处理中，还包括将来自弹性分组环内环和外环的业务收敛到一个以太网接口的步骤。

9、根据权利要求7所述的弹性分组环用适配方法，其特征在于：将以太网报文转换为RPR报文时还包括将以太网报文的优先级映射为RPR报文的优先级。

10、根据权利要求7所述的弹性分组环用适配方法，其特征在于，所述上环调度具体包括：根据选环ID确定往内外环发送方向，对需要向内外环同时发送的报文则复制报文向内外环同时发送；并根据WRAP/STEER保护模式，确定广播多播报文和FLOODING报文是否要端口复制、是否修改相应的环ID。