KR101025674B1 - 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치 - Google Patents

듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀얼 포트(Dual Port)를 갖는 이더넷 시스템에서 듀얼 포트로 인해 발생하는 충돌을 해결하기 위한 듀얼 포트 이더넷의 스위칭 장치에 관한 것으로, 이더넷을 통해 프레임의 송수신을 제어하는 매체제어기와, 소정의 버스를 통해 상위 장치와 연결되어 상위 장치와 데이터 프레임을 송수신하는 송수신버퍼와, 상기 매체제어기로부터 수신 프레임을 전송받아 송수신버퍼와 스위치버퍼 중 적어도 어느 하나로 전달하는 데이터분배기와, 상기 데이터분배기로부터 수신 프레임을 제공받아 다른 매체제어기의 데이터선택기로의 전송 여부를 결정하는 스위치버퍼, 및 상기 송수신버퍼 및 스위치버퍼로부터 송신 프레임을 각각 전송받아 매체제어기로 전송하되, 송신 프레임의 우선순위를 판단하여 송수신버퍼로부터 입력된 데이터 프레임과 스위치버퍼로부터 입력된 데이터 프레임 중 어느 하나를 선택하여 상기 매체제어기로 전달하는 데이터선택기를 포함한다.

Description

듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치{DEVICE FOR SWITCHING A DUAL PORT ETHERNET}
본 발명은 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템에 관한 것으로, 특히 듀얼 포트(Dual Port)를 갖는 이더넷 시스템에서 듀얼 포트로 인해 발생하는 충돌을 해결하기 위한 듀얼 포트 이더넷의 스위칭 장치에 관한 것이다.
이더넷 통신은 빠른 속도와 매체의 대중화와 친숙성, 및 오피스 네트워크와의 연결 등으로 인해 많은 이점이 있어 최근 산업현장에 많은 확장이 이루어지고 있다.
더욱이 듀얼 포트를 사용한 이더넷 기술은 각 모듈을 연결시켜 주는 스위치 기능의 내장 및 배선의 편리성과 리던던시(redundancy) 기능을 제공해 줄 수 있어 차세대 산업 통신망으로 각광을 받고 있는 통신 방식이다.
듀얼 포트 이더넷을 사용하기 위해서는 각 포트간 스위칭 기능이 필요하다. 기존의 스위칭 방식은 스토어 앤드 포워드(Store and Forward)와 컷 스루(Cut Through)가 대표적이며, 데이터 프레임(frame)의 저장 유무가 고정적으로 정해져 있다. 참고로, 프레임은 IP어드레스와 MAC 어드레스 및 페이로드를 포함하는 데이터 단위이고, 패킷은 IP 어드레스와 페이로드(payload)를 포함하는 데이터 단위이다.
하지만 기존의 이더넷 스위칭 방식은 리얼타임 특성과 데이지 체인(Daisy Chained) 형상의 네트워크를 고려하지 않아서 산업용 이더넷에 적합하지 않다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템에서 스토어 앤드 포워드(Store and forward) 스위칭 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
먼저, 이더넷 시스템은 복수의 이더넷 포트(Port A, Port B)를 가짐에 따라 시스템은 두 개의 매체제어기(1)를 포함한다. 즉, 각 포트는 이더넷의 각 매체제어기(Media Access Controller; MAC)에 연결된다.
각 매체제어기(1)는 버스(Bus)를 통해 상위 장치와 연결되고, 버스를 통해 상위 장치와 데이터 프레임을 주고받는다.
복수의 포트간 데이터 프레임의 릴레이를 위해 각 매체제어기(1)는 버퍼(5)를 두고 타 매체제어기와 연결되어 있다. 릴레이되는 데이터 프레임은 버퍼(5)에 저장이 되며 버퍼에서는 에러를 검사한 후 이상이 없을 경우 데이터 프레임을 릴레이한다.
여기서, 각 포트에서 이더넷의 매체제어기(1)를 통해 수신되는 데이터 프레임은 버퍼(5)를 거친 후 다른 포트로 릴레이되거나 버스를 통해 상위 장치로 전달된다. 여기서, 매체제어기를 통해 출력된 데이터 프레임은 버퍼에 일시 저장되게 되는 데, 전체 데이터 프레임이 모두 버퍼에 저장된 후 릴레이를 할 대상 포트의 매체제어기로 데이터 프레임을 전송하게 된다. 이때, 도 1b와 같이 데이터 프레임의 길이만큼 전송 지연이 일어나게 된다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템에서 컷 스루(Cut Through) 스위칭 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
먼저, 이더넷 시스템은 복수의 이더넷 포트를 가짐에 따라 시스템은 두 개의 매체제어기(1)를 포함한다. 즉, 각 포트는 이더넷의 매체제어기(Media Access Controller)에 연결되며, 매체제어기(1)는 상위 장치와 버스(Bus)로 연결되며 이를 통해 데이터 프레임을 주고받는다.
복수의 포트간 데이터 프레임의 릴레이를 위해 각 매체제어기(1)는 타 매체제어기와 연결되어 있다. 릴레이되는 데이터 프레임은 바로 타 매체제어기에 전달되며, 이는 타 포트로 송신된다.
여기서, 각 포트에서 이더넷의 매체제어기(Media Access Controller)를 통해 수신되는 데이터 프레임은 다른 포트로 릴레이되거나 버스를 통해 상위 장치로 전달된다. 매체제어기(1)에서 출력된 데이터 프레임은 릴레이를 할 대상 매체제어기로 전송되는 데, 이때 상위 장치에서 데이터 전송시에 데이터 프레임의 포트간 릴레이가 수행될 경우 상호 충돌이 일어난다.
즉, 일반적으로, 스토어 앤드 포워드 방식은 데이터 프레임의 길이만큼 릴레이 지연이 발생하고, 컷 스루 방식은 상위 장치에서 데이터 전송시에 데이터 프레임이 릴레이될 경우 서로 충돌이 발생하게 된다.
본 발명은 듀얼 포트(Dual Port)를 갖는 이더넷 시스템에서 각 포트간 데이터 프레임의 릴레이시에 전송 지연이 적으며, 상위 장치의 데이터 전송과 동시에 데이터 프레임의 릴레이가 발생될 경우 충돌을 방지할 수 있는 듀얼 포트 이더넷의 스위칭 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치는, 이더넷을 통해 프레임의 송수신을 제어하는 매체제어기; 소정의 버스를 통해 상위 장치와 연결되어 상위 장치와 데이터 프레임을 송수신하는 송수신버퍼; 상기 매체제어기로부터 수신 프레임을 전송받아 송수신버퍼와 스위치버퍼 중 적어도 어느 하나로 전달하는 데이터분배기; 상기 데이터분배기로부터 수신 프레임을 제공받아 다른 매체제어기의 데이터선택기로의 전송 여부를 결정하는 스위치버퍼; 및 상기 송수신버퍼 및 스위치버퍼로부터 송신 프레임을 각각 전송받아 매체제어기로 전송하되, 송신 프레임의 우선순위를 판단하여 송수신버퍼로부터 입력된 데이터 프레임과 스위치버퍼로부터 입력된 데이터 프레임 중 어느 하나를 선택하여 상기 매체제어기로 전달하는 데이터선택기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 데이터분배기는 수신 프레임의 출발 어드레스, 목적 어드레스, 및 데이터 타입 중 적어도 어느 하나를 판단하여 스위치버퍼로의 전송 여부를 결정하고, 상기 스위치버퍼는 다른 매체제어기로 프레임의 전송이 지연될 경우 저장된 데이터 프레임에 대해 FCS(frame check sequence)를 체크하여 오류가 검출되면 데이터 프레임을 전송하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위치버퍼는 데이터분배기로부터 전달된 수신 프레임을 다른 매체제어기로 전송하는 제1 스위치버퍼; 및 다른 매체제어기로부터 전달된 송신 프레임을 데이터선택기로 전달하는 제2 스위치버퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 듀얼 포트(Dual Port)를 갖는 이더넷 시스템에서 일반적인 동작시 전송 지연이 없는 스위칭 동작이 가능하고, 전송 지연이 없는 스위칭 동작으로 인한 데이지 체인 형식의 네트워크 효율이 증대된다.
또한, 스위칭 동작과 전송 동작의 충돌을 방지하고, 전송 지연시 스위칭 프레임의 에러 검출이 가능하며, 스위칭 동작과 전송 동작간의 우선순위 결정이 가능하여 실시간성이 증대되는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템에서 스토어 앤드 포워드(Store and forward) 스위칭 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템에서 컷 스루(Cut Through) 스위칭 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템을 도시한 것으로, 이더넷 시스템(10)은 매체제어기(11)와 데이터분배기(13), 송수신버퍼(15), 스위치버퍼(17), 및 데이터선택기(19)를 포함하여 구성되어 있다.
매체제어기(11)는 이더넷을 통해 프레임을 송수신하되, 송수신 프레임을 임시 저장한 후 저장된 프레임의 헤더를 분석하여 상기 프레임의 IP 어드레스와 미리 설정된 IP 어드레스를 비교하여 프레임의 수용 여부를 결정한다.
데이터분배기(13)는 상기 매체제어기(11)로부터 수신 프레임을 전송받아 송수신버퍼(15)와 스위치버퍼(17)로 각각 전달하되, 수신 프레임의 출발 어드레스, 목적 어드레스, 및 데이터 타입 중 적어도 어느 하나를 설정된 기준정보와 비교 판단하여 스위치버퍼(17)로의 전송 여부를 결정한다.
송수신버퍼(15)는 버스를 통해 상위 장치와 연결되어 상위 장치와 데이터 프레임을 송수신한다.
스위치버퍼(17)는 상기 데이터분배기(13)로부터 수신 프레임을 제공받아 다른 매체제어기(11)로의 전송 여부를 결정한다. 상기 스위치버퍼(17)는 데이터분배기(13)로부터 전달된 수신 프레임을 다른 매체제어기(11)로 전송하는 제1 스위치버퍼(17-1)와, 다른 매체제어기(11)로부터 전달된 송신 프레임을 데이터선택기(19)로 전달하는 제2 스위치버퍼(17-2)를 포함하여 이루어져 있다.
데이터선택기(19)는 상기 송수신버퍼(15) 및 스위치버퍼(17)로부터 송신 프레임을 각각 전송받아 매체제어기(11)로 전송하되, 송신 프레임의 우선순위를 판단하여 송수신버퍼(15)로부터 입력된 데이터 프레임과 스위치버퍼(17)로부터 입력된 데이터 프레임 중 어느 하나를 선택하여 상기 매체제어기(11)로 전송한다.
상기와 같이 구성된 이더넷 시스템은 두 개의 이더넷 포트를 포함하는 데, 각 포트는 이더넷의 매체제어기(11; Media Access Controller)에 연결되며, 두 개의 매체제어기(11)가 존재한다.
상기 각 매체제어기(11)는 버스를 통해 상위 장치와 연결되며, 버스를 통해 상위 장치와 송수신 프레임을 주고받는다.
각 매체제어기(11)는 포트를 통해 수신된 프레임을 데이터분배기(13)로 전달하며, 데이터분배기(13)는 송수신버퍼(15)와 스위치버퍼(17)로 수신된 프레임을 전송한다.
상기 송수신버퍼(15)는 데이터분배기(13)로부터 전달된 프레임을 버스를 통해 상위 장치로 전송한다.
그리고, 각 매체제어기(11)에는 데이터선택기(19)가 연결되어 있으며, 매체제어기(11)는 데이터선택기(19)를 통해 상위 장치에서 전송된 송신 프레임을 전달받아 포트를 통해 송신하게 된다.
본 발명에서는 각 포트간 데이터 프레임의 릴레이를 위해 데이터분배기(13)와 데이터선택기(19) 및 스위치버퍼(17)가 설치되어 있다.
즉, 데이터분배기(13)는 매체제어기(11)로부터 수신된 데이터 프레임을 송수신버퍼(15; MAC FIFO)와 스위치버퍼(17; Switching FIFO)로 동시에 전송한다. 상기 데이터분배기(13)는 매체제어기(11)에서 수신된 데이터 프레임의 출발 어드레스, 목적 어드레스, 데이터 타입을 판단하여 스위치버퍼(17)에 전송 여부를 결정할 수 있다.
스위치버퍼(17)는 전체 데이터 프레임이 모두 수신될 때까지 다른 매체제어기(11)로 전송을 못할 경우, 버퍼 내의 데이터 프레임에 대해 FCS(frame check sequence)를 체크하여 오류가 검출될 경우에는 자체 스위칭 동작을 통해 데이터 프레임을 전송하지 않는다. 상기 FCS는 프레임내의 에러를 검출하기 위한 비트열로서 송신시에 임의 알고리즘에 의해 계산되어 정보 프레임과 함께 전송된다.
데이터분배기(13)에서 입력되는 데이터 프레임과 데이터선택기(19)에서 읽어가는 데이터 프레임에 대한 포인터가 존재하는 데, 스위치버퍼(17)는 데이터선택기(19)에서 읽어가는 데이터 프레임에 대한 포인터가 데이터분배기(13)로부터 입력되는 데이터 프레임의 포인터보다 커질 경우 에러 신호를 데이터선택기(19)로 출력하여 더 이상 데이터선택기(19)로 데이터 프레임을 전송하지 않는다.
상기 데이터선택기(19)는 데이터 프레임을 전송시 우선순위를 판단하여 송수신버퍼(15)로부터 입력된 데이터 프레임과 스위치버퍼(17)로부터 입력된 데이터 프레임 중 어느 하나를 선택하여 해당 매체제어기(11)로 전송한다.
그리고, 데이터선택기(19)는 스위치버퍼(17)로부터 에러 신호가 전송되면 스위치버퍼(17)로부터 데이터 프레임을 읽어오는 동작을 중단하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 두 개의 이더넷 포트를 갖는 시스템에서 각 포트간 데이터 프레임의 릴레이시 전송 지연이 적으며, 상위 장치의 프레임의 전송과 동시에 프레임 릴레이 전송이 발생할 경우 우선순위 결정을 통해 충돌을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 릴레이되는 데이터 프레임을 스위치버퍼(17)에 저장하며, 데이터선택기(19)를 두어 상위 장치와의 전송 선로의 점유 분쟁 발생시 우선순위에 따라 전송할 데이터 프레임을 전송하고, 전송 선로에 분쟁이 없을시에는 즉시 스위치버퍼(17)의 데이터 프레임을 전송하여 전송 지연을 최소화한다.
이와 같이 본 발명에서는 데이터분배기(13)와 스위치버퍼(17) 및 데이터선택기(19)를 추가하여 기존의 스위칭 방식인 컷 스루(Cut Through)와 스토어 앤드 포워드(Store and Forward)의 장점을 동시에 갖도록 하며, 이는 산업용 이더넷에서 중요한 정시성과 데이지 체인(Daisy Chained) 형상을 위한 빠른 스위칭 응답을 갖는다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 이더넷 시스템 11 : 매체제어기
13 : 데이터분배기 15 : 송수신버퍼
17 : 스위치버퍼 19 : 데이터선택기

Claims (4)

  1. 이더넷을 통해 프레임의 송수신을 제어하되, 상기 프레임의 IP 어드레스와 미리 설정된 IP 어드레스를 비교하여 프레임의 수용 여부를 결정하는 매체제어기;
    소정의 버스를 통해 상위 장치와 연결되어 상위 장치와 데이터 프레임을 송수신하는 송수신버퍼;
    상기 매체제어기로부터 수신 프레임을 전송받아 송수신버퍼와 스위치버퍼 중 적어도 어느 하나로 전달하는 데이터분배기;
    상기 데이터분배기로부터 수신 프레임을 제공받아 다른 매체제어기의 데이터선택기로의 전송 여부를 결정하는 스위치버퍼; 및
    상기 송수신버퍼 및 스위치버퍼로부터 송신 프레임을 각각 전송받아 매체제어기로 전송하되, 송신 프레임의 우선순위를 판단하여 송수신버퍼로부터 입력된 데이터 프레임과 스위치버퍼로부터 입력된 데이터 프레임 중 어느 하나를 선택하여 상기 매체제어기로 전달하는 데이터선택기;를 포함하는 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터분배기는 수신 프레임의 출발 어드레스, 목적 어드레스, 및 데이터 타입 중 적어도 어느 하나를 판단하여 스위치버퍼로의 전송 여부를 결정하는 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치버퍼는 다른 매체제어기의 데이터선택기로 프레임의 전송이 지연될 경우 저장된 데이터 프레임에 대해 FCS(frame check sequence)를 체크하여 오류가 검출되면 데이터 프레임을 전송하지 않는 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치버퍼는 데이터분배기로부터 전달된 수신 프레임을 다른 매체제어기로 전송하는 제1 스위치버퍼; 및 다른 매체제어기로부터 전달된 송신 프레임을 데이터선택기로 전달하는 제2 스위치버퍼;를 포함하는 듀얼 포트를 갖는 이더넷 시스템의 스위칭 장치.
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