CN108781186B - 以太网帧注入器 - Google Patents

Abstract

用于将帧从主机装置注入到交换以太网网络中的帧注入装置包括：帧存储器，可操作以一次接收和存储一个主机帧，并将帧注入到网络帧之间的以太网交换网络上，以及缓冲在主机帧被注入网络期间接收的网络帧。

Description

以太网帧注入器

要求优先权

本申请要求于2016年1月27日提交的名称为“以太网帧注入器”的美国临时专利申请第62/287,745号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本文件通常涉及网络，特别涉及以太网交换网络。

背景技术

在以太网布置的方法中，以太网端节点被连接到标准以太网交换机的端口，例如三端***换机上的端口，其支持可被称为线路拓扑的交换机。三个端口中的每一个在功能上都是等同的，因此任何一个端口都可以用于连接到其他交换机、网络或终端节点。为了支持这种灵活性，交换机具有相当大的复杂性，这使得它们在某些应用和市场上很昂贵并且不适合。

发明内容

除其他事项外，本发明人已经认识到，提供用于将节点附接到以太网交换网络的标准以太网交换机的低成本替代方案将是非常需要的。

图1示出以太网布置100的方案的例子，其中以太网端节点101附接到以太网交换机103的端口P2。以太网交换机端口P2可以是以太网交换机103的一部分，该以太网交换机103具有多个端口P1、P2、P3，从而支持具有多个附接的节点113、115的任意网络设置。端口P2也可以是三端***换机103的一部分，其支持可被称为线路拓扑的内容。图1所示的每个三端***换机103、105、107都包括端口P1、P2、P3。在这个例子中，每个端口P1、P2、P3在功能上是等同的。可以使用任何一个端口P1、P2、P3来连接到包括广域网109、111的其他交换机103、105、107，或者如交换机103所示，其可以可选地将端节点101附接到端口2，并通过中心交换机105连接到其端口3上的另一个交换机(在本例中为网络109)。

本发明尤其描述了一种方法和装置，其可以允许以太网节点附接到交换以太网网络，而不需要与标准交换单元相关联的开销。

用于将主机帧从主机装置注入交换以太网网络的帧注入装置的实施方案包括：可耦合交换式以太网的注入器接收输入、可耦合交换式以太网的注入器发送输出、可耦合主机装置以接收主机帧的主机发送输入、帧存储器、接收路由器、发送帧选择器和注入状态装置。帧存储器可操作以一次接收和存储一个主机帧，帧存储器包括第一存储器输入、第二存储器输入和存储器输出，第一存储器输入耦合主机发送输入。接收路由器包括耦合到注入器接收输入的路由器接收输入、耦合到第二存储器输入的第一路由器输出和第二路由器输出。接收路由器将注入器接收输入选择性地耦合到第一路由器输出和第二路由器输出之一。发送帧选择器包括耦合到第二路由器输出的第一选择器输入、耦合到存储器输出的第二选择器输入和耦合到注入器发送输出的选择器输出。注入状态装置可操作来自动确定帧注入装置的第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括空闲状态，使得在来自以太网交换网络的注入器接收输入处接收的网络帧经由所述接收路由器和所述发送帧选择器耦合到所述注入器输出。第二操作状态包括将在所述主机发送输入处接收的主机帧存储在所述帧存储器中。第三操作状态包括发送状态，使得所述发送帧选择器将存储器输出耦合到注入器发送输出以将所述帧存储器中存储的帧发送到所述以太网交换网络。

帧注入装置可以在帧注入装置操作第一操作状态的同时在第二操作状态下操作。

帧注入装置可以在第一操作状态下操作，直到注入状态装置转换到第三操作状态为止。

在帧存储器包括存储在其中的完整主机帧并且发送帧选择器不在发送网络帧的过程中时，帧注入装置转换到第三操作状态中的操作。

当帧注入装置处于第三操作状态时，接收路由器将路由器接收输入耦合到第一路由器输出，以将在所述注入器输入处接收的网络帧通过所述帧存储器和发送选择器路由到所述注入器输出。

当帧注入装置处于第三操作状态时，每个网络帧通过帧存储器路由到注入器发送输出。

当所述帧存储器为空时，所述帧注入装置从所述第三操作状态转换到所述第一操作状态或所述第二操作状态之一。

所述实施方案还可包括大小存储器，存储在所述帧存储器中存储的帧的大小，所述大小在整个帧存储在所述帧存储器中时存储。在所述尺寸为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第一操作状态下操作。

在所述尺寸不为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第三操作状态下操作。

一种用于从主机装置将帧注入到以太网网络的第二实施方案包括：第一全双工端口，可耦合交换以太网网络并且包括第一端口接收输出和第一端口发送输入；第二全双工端口，可耦合以太网网络并且包括第二端口接收输出和第二端口发送输入；和第三双工端口，可耦合主机装置并且包括第一主机接收输入和主机发送输出。所述实施方案还包括帧注入装置并接收分析装置。帧注入装置包括注入器接收输入、主机发送输入和注入器发送输出，注入器发送输出耦合第二端口发送输入。接收分析装置包括耦合到第一端口接收输出的第一端口分析第一输入、耦合到第一主机接收输入端的第一端口分析第一输出、以及耦合到注入器接收输入的第一端口分析第二输出。接收分析装置自动将在第一端口接收输入处接收的网络帧路由到第一主机接收输入或注入器接收输入。帧注入装置包括帧存储器、大小存储器、接收路由器、发送帧选择器和注入状态装置。帧存储器可操作以一次接收和存储一个主机帧，并包括第一存储器输入、第二存储器输入和存储器输出。第一存储器输入耦合到主机发送输出。大小存储器存储所述帧存储器中存储的每个以太网帧中的字节数。接收路由器包括耦合到注入器接收输入的路由器接收输入、耦合到第二存储器输入的第一路由器输出和第二路由器输出。接收路由器将注入器接收输入选择性地耦合到第一路由器输出和第二路由器输出之一。发送帧选择器包括耦合到第一路由器输出的第一选择器输入、耦合到存储器输出的第二选择器输入和耦合到注入器发送输出的选择器输出。注入状态装置可操作以自动确定帧注入装置的第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括空闲状态，使得在来自以太网交换网络的注入器接收输入处接收的网络帧经由所述接收路由器和所述发送帧选择器耦合到所述注入器输出。第二操作状态包括将在主机发送输出处接收的主机帧存储在所述帧存储器中。第三操作状态包括发送状态，使得所述发送帧选择器将存储器输出耦合到注入器发送输出以将存储在帧存储器中的网络帧或主机帧发送到以太网交换网络。

在第二实施方案中，帧注入装置可在帧注入装置操作第一操作状态的同时在第二操作状态下操作。

在第二实施方案中，帧注入装置在第一操作状态下操作，直到注入状态装置转换到第三操作状态为止。

在第二实施方案中，在帧存储器包括存储在其中的完整主机帧并且发送帧选择器不在发送网络帧的过程中时，帧注入装置转换到第三操作状态中的操作。

在第二实施方案中，当帧注入装置处于第三操作状态时，接收路由器将路由器接收输入耦合到第一路由器输出，并且将第一路由器输出耦合到第二存储器输入，以将在所述注入器输入处接收的网络帧通过所述帧存储器和发送选择器路由到所述注入器输出。

在第二实施方案中，当帧注入装置处于第三操作状态时，每个网络帧通过帧存储器路由到注入器发送输出。

在第二实施方案中，当所述帧存储器为空时，所述帧注入装置从所述第三操作状态转换到所述第一操作状态或所述第二操作状态之一。

在第二实施方案中，帧注入装置可包括大小存储器，存储在所述帧存储器中存储的帧的大小。所述大小在整个帧存储在所述帧存储器中时存储。在所述尺寸为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第一操作状态下操作。

在第二实施方案中，在所述尺寸不为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第三操作状态下操作。

提供一种用于从主机装置将帧注入到交换以太网网络的装置的第三实施方案，包括：第一和第二主机接收输入以及第一和第二主机发送输出。所述装置包括可耦合交换以太网网络的第一全双工端口。第一全双工端口包括第一端口接收输入和第一端口发送输出。所述装置还包括可耦合交换以太网网络的第二全双工端口。第二全双工端口包括第二端口接收输入和第二端口发送输出。所述装置还包括：第一帧注入装置和第一接收分析装置。第一帧注入装置包括第一注入器接收输入、第一注入器发送输出、和耦合主机第一发送输出的第一注入器主机接收输入。第一接收分析装置包括耦合第一端口接收输出的第一端口分析输入、耦合第一主机接收输入的第一端口分析第一输出、和耦合注入器接收输入的第一端口分析第二输出。接收分析装置将在第一端口接收输出处接收的帧自动路由到帧注入装置或主机装置。第一帧注入装置可操作以经由第二全双工端口将帧从主机装置注入交换以太网网络。

第三实施方案还可包括第二帧注入装置和第二接收分析装置。第二帧注入装置包括第二注入器接收输入、耦合第一端口发送输入的第二注入器发送输出、和耦合主机第二发送输出的第二主机发送输入。第二接收分析装置包括耦合第二端口接收输入的输入、耦合第二主机接收输入的第一输出、和耦合第二注入器第一接收输入的第二输出。接收分析装置将在第二端口接收输出处接收的帧自动路由到第二帧注入第一接收输入或第二主机接收输入。第二帧注入装置可操作以经由第一全双工端口将帧从主机装置注入交换以太网网络。

在第三实施方案中，第一帧注入装置可包括帧存储器、大小存储器、接收路由器和发送帧选择器。帧存储器可操作以一次接收和存储一帧。帧存储器包括第一存储器输入、第二存储器输入和存储器输出。大小存储器存储所述帧存储器中存储的每个以太网帧中的字节数。接收路由器包括经由第一注入器接收输入耦合到第一端口接收输入的路由器接收输入、第一路由器输出和第二路由器输出。接收路由器将路由器接收输入选择性地耦合到第一路由器输出和第二路由器输出之一。发送帧选择器包括耦合到第一路由器输出的第一输入、耦合到存储器输出的第二输入、和经由第一注入器发送输出耦合到第二端口发送输出的选择器输出。注入状态装置可操作以自动选择第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括经由第一接收器和发送帧选择器将在第一注入器接收输入处接收的网络帧耦合到第一注入器发送输出。第二操作状态包括将在所述主机发送输入处接收的主机帧存储在所述帧存储器中。第三操作状态包括将存储器输出耦合到第一注入器发送输出，以将存储在帧存储器中的帧发送到第二端口发送输出。第二帧注入装置包括帧存储器、大小存储器、接收路由器和发送帧选择器。帧存储器可操作以一次接收和存储一帧，帧存储器包括第一存储器输入、第二存储器输入和存储器输出。大小存储器存储所述帧存储器中存储的每个以太网帧中的字节数。接收路由器包括经由第二注入器接收输入耦合到第二端口接收输入的路由器接收输入、第一路由器输出和第二路由器输出。接收路由器将路由器接收输入选择性地耦合到第一路由器输出和第二路由器输出之一。发送帧选择器包括耦合到第一路由器输出的第一输入、耦合到存储器输出的第二输入、和经由第二注入器发送输出耦合到第一端口发送输出的选择器输出。注入状态装置可操作以自动选择第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括经由接收路由器和发送帧选择器将在第二注入器接收输入处接收的网络帧耦合到第二注入器发送输出。第二操作状态包括将在所述主机发送输入处接收的主机帧存储在所述帧存储器中。第三操作状态包括将所述存储器输出耦合到所述第一注入器发送输出以将存储在所述帧存储器中的帧发送到所述第一端口发送输出。

在第三实施方案中，在操作第一操作状态的同时，第一帧注入装置和第二帧注入装置都可以在第二操作状态中操作。

在第三实施方案中，第一帧注入装置和第二帧注入装置都可以在第一操作状态下操作，直到注入状态装置转换到第三操作状态为止。

在第三实施方案中，第一帧注入装置和第二帧注入装置可以在其对应的包括在主机发送输入处接收的完整主机帧存储在帧存储器中的相应的帧存储器的同时转换到第三操作状态中的操作，帧选择器不在发送网络帧的过程中。

在第三实施方案中，当第一帧注入装置或第二帧注入装置处于第三操作状态时，在相应的主机发送输入处接收并存储在相应的帧存储器中的主机帧可以被注入到交换以太网网络。

在第三实施方案中，当所述第一帧注入装置或所述第二帧注入装置处于所述第三操作状态时，在相应的第一注入器接收输入或第二注入器接收输入中接收到的每个网络帧可以通过相应的帧存储器将相应的第一注入器发送输出或第二注入器发送输出。

在第三实施方案中，所述第一帧注入装置和所述第二帧注入装置中的每一个当其对应的帧存储器为空时，从第三操作状态转换到第一操作状态和第二操作状态之一。

在第三实施方案中，所述第一帧注入装置和所述第二帧注入装置中的每一个可包括大小存储器，存储在相应的帧存储器中存储的帧的大小。所述大小在整个帧存储在所述帧存储器中时存储。在所述尺寸为零时每个注入状态装置自动使相应的第一帧注入装置和第二帧注入装置在所述第一操作状态下操作。

在第三实施方案中，在所述尺寸不为零时，每个注入状态装置可自动使相应的第一帧注入装置和第二帧注入装置在所述第三操作状态下操作。

在第三实施方案中，所述第一帧注入装置和所述第二帧注入装置中的每一个可包括包括大小存储器，存储在所述帧存储器中存储的帧的大小，所述大小在整个帧存储在所述帧存储器中时存储。在所述尺寸为零时每个注入状态装置可自动使相应的第一帧注入装置和第二帧注入装置在所述第一操作状态下操作。

在第三实施方案中，在所述尺寸不为零时每个注入状态装置可自动使所述第一帧注入装置和所述第二帧注入装置中的每一个在所述第三操作状态下操作。

在第四实施方案中，提供用于从主机装置注入帧到交换以太网网络的装置，主机装置包括第一和第二主机接收输入和主机发送输出。所述装置包括都可耦合交换以太网网络的第一全双工端口和第二全双工端口。第一全双工端口包括第一端口接收输出和第一端口发送输入。第二全双工端口包括第二端口接收输出和第二端口发送输入。所述装置还包括：帧注入装置，具有注入器接收输入、注入器发送输出、和耦合主机发送输出的主机发送输入；第一接收分析装置，具有耦合第一端口接收输出的第一端口分析输入、耦合第一主机接收输入的第一端口分析第一输出、和第一端口分析第二输出；第二接收分析装置，具有耦合到第二端口接收输出的第一分析端口输入、耦合到第二主机接收输入的第一端口分析第一输出、和第二端口分析第二输出；以及有源方向逻辑，包括耦合到所述第一端口分析第二输出的第一输入、耦合到所述第二端口分析第二输出的第二输入、耦合到所述注入器接收输入的方向接收输出、耦合到注入器发送输出的方向发送输入、耦合到第一端口发送输入的第一发送输出、以及耦合到第二端口发送输入的第二发送输出。所述装置可操作以经由所述第一全双工端口和第二全双工端口中的一个将帧从主机装置选择性地注入交换以太网网络。

在第四实施方案中，帧注入装置包括帧存储器、大小存储器、接收路由器和发送帧选择器。帧存储器可操作以一次接收和存储一帧，并且包括第一存储器输入、第二存储器输入和存储器输出。第一存储器输入耦合注入器发送输出。大小存储器存储所述帧存储器中存储的每个以太网帧中的字节数。接收路由器包括耦合到注入器接收输入的路由器输入、第一路由器输出和第二路由器输出。接收路由器选择性地将第一接收输入耦合到第一路由器输出和第二路由器输出中的一个。发送帧选择器包括耦合到第一路由器输出的第一输入、耦合到存储器输出的第二输入和耦合到注入器发送输出的输出。注入状态装置可操作以自动选择第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括通过第一接收器和第一发送帧选择器将注入器接收输入处接收的网络帧耦合到注入器发送输出。第二操作状态包括将在注入器接收输入处接收到的主机帧存储在帧存储器中。第三操作状态包括将存储器输出耦合到主机发送输出以发送存储在帧存储器中的帧。

在第四实施方案中，帧注入装置可在帧注入装置操作第一操作状态的同时在第二操作状态下操作。

在第四实施方案中，帧注入装置在第一操作状态下操作，直到注入状态装置转换到第三操作状态为止。

在第四实施方案中，在帧存储器包括存储在其中的完整主机帧并且发送帧选择器不在发送网络帧的过程中时，帧注入装置转换到第三操作状态中的操作。

在第四实施方案中，当帧注入装置处于第三操作状态时，接收路由器可以将第一接收输入耦合到第二路由器输出，并且第二路由器输出耦合到第二存储器输入，以通过帧存储器和发送选择器将在第一接收输入处接收到的网络路由到第二路由器输出在存储在帧存储器中的主机帧正通过发送选择器发送到第二发送输出时发送输出。

在第四实施方案中，当帧注入装置处于第三操作状态时，每个网络帧通过帧存储器路由到第二发送输出。

在第四实施方案中，当所述帧存储器为空时，所述帧注入装置从所述第三操作状态转换到所述第一操作状态或所述第二操作状态之一。

在第四实施方案中，帧注入装置可包括大小存储器，存储在所述帧存储器中存储的帧的大小，所述大小在整个帧存储在所述帧存储器中时存储。在所述尺寸为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第一操作状态下操作。

在第四实施方案中，在所述尺寸不为零时所述注入状态装置自动使所述帧注入装置在所述第三操作状态下操作。

附图说明

结合附图阅读以下详细描述将更好地理解本主题，在附图中相同的标号标识相同的元件，并且其中：

图1示出了可包括连接到标准以太网交换机端口的以太网端节点的方法的示例；

图2示出了帧注入实施例；

图3示出了第二实施例；

图4示出了第三实施例；

图5示出了第四实施例；

图6、7、8和9示出了本发明第五实施例的不同状态或操作模式。

具体实施方式

图2示出了帧注入装置200的示例，该帧注入装置200可以允许构建可以连接到以太网网络的设备，而不需要图1所示类型的完整开关的开销和复杂性。帧注入装置200可用于全双工端口。在下面描述的各种实施例中，可以使用一个或多个帧注入装置200在两个交换以太网网络端口处提供全双工能力。

帧注入装置200可以被提供为从主机装置201向交换以太网网络注入主机帧。帧注入装置200可以包括注入器接收输入203(例如可以耦合到交换式以太网)、注入器发送输出205(例如可以耦合到开关以太网)主机发送输入207(例如可以耦合到用于接收主机帧的主机装置)、帧存储器209电路、接收路由器电路211、发送帧选择器电路213、注入状态装置215(如状态机)。

帧存储器209可以被配置和可操作以一次接收和存储一个主机帧。帧存储器209可以包括第一存储器输入209a、第二存储器输入209b、存储器输出209c。第一存储器输入209a可以耦合到主机发送输入207.

接收路由器211可以包括耦合到注入器接收输入203的路由器接收输入211a、耦合到第二存储器输入209b的第一路由器输出211b、第二路由器输出211c。接收路由器211可选的将注入器接收输入203耦合到例如第一路由器输出211b和第二路由器输出211c之一。接收路由器211可以包括逻辑电路以执行所描述的功能。接收路由器211在将帧传送到目的地之前不需要接收整个帧，例如，目的地是帧FIFO还是用于传送的端口。在某些实施方案中，接收路由器211只要接收到地址(例如，一个六字节的地址字段)就转发接收到的帧。这可以减少在网络的节点设备之间传送帧所涉及的等待时间。与以太网交换机相比，这简化了节点设备。

发送帧选择器213可以包括耦合到第二路由器输出211c的第一选择器输入213a、耦合到存储器输出209c的第二选择器输入213b、耦合到注入器发送输出205的选择器输出213c。

帧注入装置200的注入或操作状态可以包括以下一个或多个内容：

“空闲”-帧注入装置200没有数据，并且不参与主机帧穿过其关联的耦合到端口207的主机装置的移动。

“填充”-帧注入装置200正在将主机帧***其对应的主机装置中。

“发送”-帧注入装置200在传输过程中有帧数据注入器发送输出205，并且在注入器接收输入203接收的任何输入帧数据通过帧存储器209发送。

注入状态装置215可以被配置并可操作以自动确定帧注入装置200的第一、第二和第三操作状态。第一操作状态可以包括空闲状态，使得在注入器接收输入203处从以太网交换网络接收到的网络帧经由接收路由器211和发送帧选择器213耦合到注入器发送输出205。

第二操作状态可以包括将在主机发送输入207处接收到的主机帧存储在帧存储器209中。

第三操作状态可以包括发送状态，使得发送帧选择器213将帧存储器输出209c耦合到注入器发送输出205以将存储在帧存储器209中的帧发送到以太网交换网络。

帧注入装置200在操作第一操作状态的帧注入装置200的第二操作状态下可操作。

帧注入装置200在第一操作状态下操作，直到注入状态装置215转换到第三操作状态为止。

在帧存储器209接收并存储完整主机帧和发送帧选择器213不在发送网络帧的过程的同时，帧注入装置200转换到第三操作状态中的操作。

当帧注入装置200处于第三操作状态时，接收路由器211将在路由器接收输入211a处接收到的网络帧耦合到第一路由器输出211b，以通过帧存储器209路由在注入器接收输入203处接收到的网络帧，并且将发送帧选择器213发送到注入器发送输出205。

当帧注入装置200处于第三操作状态时，在注入器接收输入203处接收到的每个网络帧通过帧存储器209路由到注入器发送输出205。

当帧存储器209为空时，帧注入装置200从第三操作状态转换到第一操作状态和第二操作状态之一。

帧注入装置200进一步包括大小存储器217。大小存储器217可以用于存储存储在帧存储器209中的帧的大小。当整个帧存储在帧存储器209中时存储该大小。当存储在大小存储器217中的大小为零时，注入状态装置215自动使帧注入装置200在第一操作状态下操作。当存储在大小存储器217中的大小不为零时，注入状态装置215自动使帧注入装置200在第三操作状态下操作。

当帧注入装置200处于第一或空闲状态时，输入的接收帧与对应的数据有效信号一起作为输出发送帧直接转发。因此，在一个端口接收到的帧被耦合到并且以最小延迟传输出另一个端口。当接收到的帧完成时，接收帧的接收Rx数据有效信号被置为无效，发送帧的相应发送TX数据有效信号被取消置位，并且发送传输完成。如上所述，当帧注入装置200处于空闲状态时，帧存储器209和大小存储器217都是空的。

当帧注入装置200处于第二或填充状态时，任何输入的接收帧的处理与当帧注入装置200处于第一或空闲状态时相同，即，接收帧数据立即从另一端口发送出去。在第二状态中，来自主机接口的主机帧数据被加载到帧存储器209中。当所有的主机帧数据都存储在帧存储器209中时，刚存储在帧存储器209中的帧的大小(例如帧中的字节数)被存储到大小存储器217中。当要由主机发送的帧中的所有帧数据已被加载到帧存储器209中并且大小已被存储到大小存储器217中时，注入状态装置215使帧注入装置200转换到第三或传输状态。

当帧注入装置200处于第三或发送状态时，正在通过帧注入装置200发送的过程中的任何网络接收帧不中断地继续。当帧存储器209从非空转换为空时，注入状态装置215使帧注入装置200转换到第一或空闲状态。

在任何帧的帧边界上，发送帧选择器213评估帧注入装置200的注入状态。如果帧注入装置200处于第三状态，则发送帧选择器213将开始从帧存储器209发送帧数据。发送帧选择器213可以包括计数已经发送的字节数的计数器或其他组件。从大小存储器217读取的值确定在当前帧中要传输多少字节。当已经发送适当的字节数时，发送帧选择器213将取消确认发送TX数据有效信号，从而向发送MAC(未示出)发信号通知其应当完成当前帧。在此之后，发送帧选择器213将重新评估注入状态并相应地表现。

在任何帧边界上，接收路由器211也将评估注入状态。如果帧注入装置200处于第三状态，接收路由器211将开始将网络帧转发到帧存储器209中。接收路由器211维持当前网络帧中的字节数的计数。当接收路由器211检测到接收Rx数据有效无效时，它将网络帧中的字节数写入大小存储器217中。

利用帧注入装置200，主机帧可以注入到两个以太网端口P1、P2(接收和发送)之间的以太网业务流中。帧注入装置200可以包括或使用减少或甚至最小量的必要存储和操作逻辑。取决于以太网信道上的业务量，单个主机帧的注入可涉及经由帧存储器209转发的多个网络帧。

帧存储器209的大小是打算由主机端口发送的最大大小帧的函数。大小应该是最大传输主机帧的大小加上一些额外的存储空间，例如例如考虑接收端与发送端的时钟速率差异。

以太网的最大时钟差异是200百万分之一。因此，例如，如果主机可以传输1522字节的最大标准以太网帧，则1536字节的帧存储器209大小提供14个附加字节，这在最坏的情况下允许总共(14/200)*1百万＝70,000字节以第三或传输状态遍历帧存储器209而没有缓冲器溢出。

除了可以通过以太网接收的最小尺寸的网络帧之外，大小存储器217的尺寸也是最大尺寸主机帧的函数。如果主机发送以太网网络帧的最大尺寸(1522字节+8字节前导+12字节-数据包间间隔＝1542)，则可以接收的最大数量的最小尺寸帧(64字节数据+8字节前导+12字节-数据包间间隔＝84字节)是1542/84＝18.357帧。因此大小存储器217将具有至少19个大小条目的存储。

图3示出了根据单路径方向将主机装置201跨越两个以太网端口303、305耦合到以太网路径中的帧注入装置200的示例。仅示出以太网端口1Rx、第一全双工端口303的接收部分、端口1以太网MAC。类似地，只显示以太网端口2TX、第二全双工端口305的发送部分、端口2以太网MAC。

在图3中，用于将来自主机装置201的帧注入到以太网上的装置300可以包括连接到交换以太网网络的第一全双工端口303，并且可以包括第一端口接收输出303b和第一端口发送输入303a，可以连接到以太网并且可以包括第二端口接收输出305b和第二端口发送输入305a的第二全双工端口305，以及可连接或并入主机装置201的第三双工端口301，并且可以包括第一主机接收输入307和主机发送输出309。装置300进一步可以包括帧注入装置200和接收分析装置311。帧注入装置200可以包括注入器接收输入203、主机发送输入207和注入器发送输出205。注入器发送输出205可以耦合到第二端口发送输入305a。接收分析装置311可以包括耦合到第一端口接收输出303b的第一端口分析第一输入311a、耦合到第一主机接收输入307的第一端口分析第一输出311b、耦合到注入器接收输入203的第一端口分析第二输出311c。接收分析装置311可以自动将在第一端口接收输入303a处接收到的网络帧路由到第一主机接收输入307或者注入器接收输入203。

图2描述了图3的帧注入装置200的细节。上述帧注入装置200自动确定帧注入装置200的第一、第二和第三操作状态。第一操作状态包括空闲状态，使得在注入器接收输入203将来自以太网交换网络的网络帧被耦合到注入器发送输出205。第二操作状态包括存储在主机发送输出207处接收的主机帧。第三操作状态包括发送状态，使得存储的主机帧通过注入器发送输出传输到以太网交换网络上。当帧注入装置200处于第三操作状态时，每个网络帧通过帧存储器路由到注入器发送输出。

当主机帧和网络帧都不存储在其中时，帧注入装置200从第三操作状态转换到第一操作状态和第二操作状态之一。

主机接收输入303被示出为端节点Rx，其表示帧被转发到主机201所通过的双工端口的部分。

主机发送输出305被示出为表示主机向帧注入装置200发送帧的双工端口的发送部分的端节点TX。

当帧注入装置200处于第三或传输状态时，不允许作为端节点的主机201传输帧。

接收分析装置311可以包括决定如何处理传入网络帧的逻辑。接收分析装置311可以包括一个小存储器，用于存储传入的网络帧数据，直到接收到足够的数据作出转发决定。在某些实施方案中，接收分析装置被配置为在它接收到帧的目的地址和Ethertype类型字段中的一个或两个之后立即作出转发决定。Ethertype字段可以包含一个值，用于标识帧的分组数据字段中携带的高级协议数据的类型。在描述的实施方案中，可以作出的转发决定可以包括：

仅将收到的网络帧转发出第二全双工端口305；

只将收到的网络帧转发给主机装置或终端节点201；

将接收到的网络帧转发到第二全双工端口305和主机装置或终端节点201；

丢弃收到的网络帧。

图4示出了双端口设备400，其中可以复制帧注入装置200，例如复制，例如，可以为每个方向提供一个帧注入装置200、200A。例如，第一方向可以是网络帧从第一全双工端口303到第二全双工端口305的传输，第二方向可以是从第二全双工端口305到第一全双工端口303。

图4的实施例可以提供用于从包括第一主机接收输入307、第二主机接收输入307A、第一主机发送输出309、第二主机发送输出309A的主机装置201将帧注入到交换以太网上的装置400。装置400可以包括可以连接到交换以太网网络的第一全双工端口303R、305T。第一全双工端口可以包括第一端口接收输入303R和第一端口发送输出305T。装置400还可以包括连接到交换以太网网络的第二全双工端口305AR、303AT。第二全双工端口可以包括第二端口接收输入305AR和第二端口发送输出303AT。装置400可以进一步包括第一帧注入装置200和第一接收分析装置311。第一帧注入装置200可以包括第一注入器接收输入203、第一注入器发送输出205、耦合到主机第一发送输出309的第一注入器主机接收输入207。第一接收分析装置311可以包括耦合到第一端口接收输出303b的第一端口分析输入311a、耦合到第一主机接收输入307的第一端口分析第一输出311b、耦合到注入器接收输入203的第一端口分析第二输出311c。接收分析装置311可以被配置为将在第一端口接收输出303b处接收到的帧自动路由到帧注入装置200或主机装置201。第一帧注入装置200可以被配置为使得它可操作地通过第二全双工端口305T将来自主机装置201的帧注入到交换式以太网网络中。

装置400可以进一步包括第二帧注入装置200A和第二接收分析装置311A。第二帧注入装置200A可以包括第二注入器接收输入203A、第二注入器发送输出205A、耦合到主机第二发送输出309A的第二注入器主机发送输入207A。第二接收分析装置311A可以包括耦合到第二端口接收输出305ARb的第二端口分析输入311Aa、耦合到第二主机接收输入307A的第二端口分析第一输出311Ab、耦合到第二注入器接收输入203A的第二输出。接收分析装置311A可以被配置为将在第二端口接收输入305ARb处接收到的帧自动路由到第二帧注入装置200A或第二主机接收输入307A。第二帧注入装置200A可以被配置为可操作地通过第一全双工端口305AT将来自主机装置201的帧注入到交换式以太网网络中。

每个帧注入装置200、200A的操作可以彼此独立，允许帧同时从端口P1 303和端口P2 305发送出去。

图5显示了一个例子，可以减少使用的逻辑和存储器的数量。在图5的示例中，装置500可以包括可以跨端口P1 303和端口P2 305共享的单个共享注射设备200，如图5所示。

在操作中，主机201一次只沿一个方向发送一个帧。用于发送主机帧和结果连接的活动方向由有源方向逻辑块501管理。

装置500可以被配置为使得其可操作的从主机装置201注入帧，该主机装置201可包括第一和第二主机接收输入307以及交换式以太网网络上的主机发送输出309。装置500可以包括第一全双工端口P1 303和第二全双工端口P2 305，每一个都连接到交换以太网网络。第一全双工端口303可以包括第一端口接收输出303R和第一端口发送输入303T。第二全双工端口P2 305可以包括第二端口接收输出305R和第二端口发送输入305T。装置500进一步可以包括可以与上述的帧注入装置200相同的帧注入装置200；第一接收分析装置311可以与以上关于图4描述的相同；第二接收分析装置311A可以与以上关于图4描述的相同；并且可以进一步包括有源方向逻辑501。

有源方向逻辑501可以包括耦合到第一端口接收分析装置311第二输出311b的第一输入501A、耦合到第二端口接收分析装置311A第二输出311Ab的第二输入501B、耦合到注入器接收输入203的方向接收输出501c、耦合到注入器发送输出205的方向发送输入501d、耦合到第一端口发送输入303T的第一发送输出501e、耦合到第二端口发送输入305T的第二发送输出501f。装置500可以被配置为使得其可操作以经由第一全双工端口P1 303和第二全双工端口P2 305之一选择性地将帧从主机装置201注入到交换以太网网络上。

有源方向逻辑501可被配置为使得它可操作以从每个主机帧确定该帧是经由全双工端口P1 303还是全双工端口P2 305被传送到以太网交换网络。有源方向逻辑501的其他各种实现可以提供网络和主机帧的路由。

在其他实施方案中，帧注入装置可以与以太网接口模块EIM组合，例如图6、7、8和9所示。

每个以太网接口模块EIM可以包括全双工以太网端口P1、P2。每个以太网端口P1、P2可以包括以太网物理收发器和媒体访问控制。

以太网物理收发器可以被称为物理层发射器和/或接收器、物理层收发器、PHY收发器、PHYceiver或简称为PHY。PHY可以包含在以太网设备上。其目的可以包括提供对以太网链路的模拟信号物理访问。PHY可以实现以太网帧的硬件发送和接收功能。PHY可以连接到一侧的网络线路调制和另一侧的二进制分组信令。PHY可以与第二个芯片一起使用，也可以连接到可以配置为提供更高层媒体访问控制或MAC功能的微控制器。电气和电子工程师协会(“IEEE”)标准IEEE802.3-2002第4.1.4节规定了MAC所需的功能。

如本文所使用的，PHY和MAC分别指提供PHY和MAC功能的组件。

每个以太网接口模块EIM可以包括PHY和MAC，但是不需要包括或需要分组存储器、协议评估软件和每设备交换资源。在一个实施例中，以太网接口模块EIM可以包括仅允许相应设备的全双工操作的约束，并且与以太网接口模块EIM相关联的相应设备上的所有端口以相同的数据速率操作。

全双工操作允许一对设备之间同时进行双向通信。通过全双工操作，每个设备可以并发地发送和接收，因此，每个以太网接口模块能够并发地发送和接收帧。

以太网接口模块EIM可配置为通过至少一个帧目的地址字段读取每个传输帧。如果帧的目的地址与以太网接口模块EIM地址或以太网接口模块EIM被编程为接收的多播或广播地址之一不匹配，则以太网接口模块EIM可以丢弃该分组帧或转发它，例如如下面所描述的。在接收地址字段并且不接收整个帧时转发帧的能力可以减少EIM所需的电路并且可以减少帧与另一个设备的通信中的等待时间。

以太网接口模块EIM可以被布置成作为“现场节点”或作为“终端节点”来操作。指定为现场节点或终端节点是指以太网接口模块EIM在网络中的位置和角色。当两个端口P1、P2中只有一个端口具有以太网链路时，以太网接口模块EIM将作为端节点运行。如果以太网接口模块EIM同时连接端口P1、P2，则它将作为现场节点运行。

当以太网接口模块EIM作为现场节点操作时，当在端口P1、P2中的一个端口上接收到帧时，目的地址字节用于匹配设备201支持的MAC地址和一个或多个多播地址，并存储在以太网接口模块EIM中。如果存在地址匹配并且如果目的地址是设备201的单播地址，则将帧的目的地址替换为存储在以太网接口模块EIM中的选定的一个多播地址。

当以太网接口模块EIM被指定为端节点时，如果接收到的帧与MAC地址或其中一个支持的组播地址不匹配，或者其Ethertype不匹配，则将其丢弃。如果所有这些检查都通过，则输入帧的源地址将用作输出帧的目的地址，以便将帧发送回生成该帧的源控制器。设备200的MAC地址被用作发送帧中的源地址。在将帧反射回源的同一端口的发送部分开始发送帧。

通过将帧注入装置200与以太网接口模块EIM组合，具有以太网接口模块EIM的现场节点设备可用于将帧反射回接收帧的端口。在一些实施例中，当不包括EIM或网络注入器的网络设备连接到设备的端口之一时，现场节点可以将帧反映回帧的源。例如，如果现场节点设备具有连接到端口P1的EIM设备或帧注入器设备以及没有连接到端口P2的EIM或帧注入器的网络设备，则现场节点设备可以反映其在P1上从P1接收到的帧。在某些实施方案中，现场节点设备根据包含在帧中的Ethertype字段来反映帧。在某些实施方案中，现场节点设备反映匹配场地节点的地址和Ethertype中的一个或两个的帧，并丢弃不匹配地址和Ethertype字段中的一个或两个的帧。反映帧可能包括用源地址或其他预先配置的地址修改帧的目的地址。目的地址值可以使用寄存器预先配置，以保存返回地址的值。在一些实施例中，期望的返回地址被包括在帧中(例如，在Ethertype字段之后)。在某些实施方案中，源地址是用反射节点设备的地址修改的。

图6示出了用于作为反射装置的帧注入装置200的操作的配置的示例。设备201具有与之相关联的以太网接口模块EIM和帧注入装置200。以太网接口模块EIM可以包括转发逻辑601和反射逻辑603，并且可以耦合到可连接到交换以太网网络的第一全双工端口P1并且第二全双工端口P2也可以连接到交换以太网网络。提供帧注入装置200允许不在设备线末端的设备(即，它的两个端口上具有有效的以太网链路)将从设备发送的帧反射回接收端口。

在操作中，不寻址到设备201的网络帧可以将节点从接收端口转换到发送端口。作为例子，未在端口P1处接收到的针对节点设备201的帧可以沿着经由转发逻辑601到端口P2的路径。在端口P2接收到的未寻址到设备201的帧可以遵循经由反射逻辑603到端口P1的路径。

图7示出了当在接收端口P1处接收到网络帧寻址的设备201时用于设备201的操作的配置的示例。网络帧可以通过路径701从端口P2进行处理、源地址替换等。帧的处理可以通过与主机装置分离的逻辑来执行，并且主机装置不需要接收用于要修改的帧的网络帧。例如，如果帧要被反射回网络，则反射逻辑603可以被配置为执行帧中的目的地址和源地址中的一个或两个的替换。

在端口P1接收的网络帧寻址的设备201由反射逻辑603通过路径701指向帧注入装置200，并且用目的地址替换等缓存在帧注入装置200的帧存储器中，就好像它由一个末端节点反射。

在没有寻址到设备201的端口P1或端口P2中的一个端口处接收的任何网络帧可以分别被直接转发出另一个端口P2或端口P1。举例来说，在端口P2处接收到的未寻址到设备201的网络帧可以被直接转发到端口P1，如路径703所示。未定址到设备201的网络帧的转发可以继续，而指向设备201的帧在以太网接口模块EIM中被缓冲。

图8示出了用于操作的配置的示例，以便在待注释的网络帧寻址的设备201已经在帧注入装置200中被缓冲之后，在下一个当任何接收的网络帧的转发未完成到设备201时的机会中(即使有另一个网络帧不是寻址到紧接着的设备201)，缓存在帧注入装置200的帧存储器中的帧可以通过路径801从端口P1发送出去。

当从帧注入装置200发送时，在端口P2接收到的任何网络帧可以经由路径803被转发到帧注入装置200，并且例如以FIFO方式缓存在帧存储器中。在传输来自帧注入装置200的一帧或多帧期间在端口P1处接收到的任何网络帧可像往常一样经由路径805从端口P2转发出去。

在来自帧注入装置200的传输期间在端口P1处接收的寻址到设备201的任何帧可以由以太网接口模块EIM处理并且就好像该节点是标准的现场节点一样被转发。在前一反映过程完成之前(包括任何未被寻址到设备201的存储帧)，将不反映发往设备201的附加帧。

图9示出了用于操作的配置的示例，使得当反射帧的发送完成时，紧接着可以在此期间发送在端口2上接收到的任何缓冲的非LEN帧。可以使用帧的Ethertype字段来识别非LEN帧。在端口2上接收到的附加帧可以缓存到帧注入装置200中。在端口P1接收到的帧可以从端口P2转发出去。网络帧寻址的设备201仍未被缓冲用于反射，因为帧注入装置200仍然是活动的。该过程可以继续，直到帧注入装置200的帧存储器为空，使得帧传输完成并且在端口P2没有接收到额外的帧。当帧注入装置200的帧存储器的帧存储器为空时，装置200可以返回到图6所示的状态或模式。

所描述的几个实施例通常包括使用两个以太网端口连接到以太网的节点设备，所述两个以太网端口是能够发送和接收的每个双工端口。这导致贯穿实施的网络的双重路径。在一些实施例中，节点设备可以仅包括用于连接到网络的一个接收端口和一个发送端口。这可能是因为节点设备可能只包含一个双工端口，或者该节点只有一个专用于接收的端口，而只有一个专用于传输的端口。例如，节点设备可以是其中PHY层具有用于发送和接收的单独路径的传统设备，而不是各自能够发送和接收的路径。在这个情况下，一个设备的发送端口可以连接到网络中下一个设备的接收端口。这种互连将设备菊花链连接成一个单向网络，或以太网网络中的单向子网络环路。包括帧注入器(例如，图3的节点设备)和EIM(例如，图6的设备)中的一个或两个的节点设备可以经由单向网络进行通信。

已经根据各种实施例描述了本发明。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变和修改。不希望本发明在范围上限于本文公开的实施例。意图是本发明仅由所附权利要求限制在范围内。

Claims (14)

1.一种以太网帧注入装置，用于将来自节点的帧注入到以太网交换网络中，所述以太网帧注入装置包括：

注入器接收输入和注入器发送输出，分别经由第一端口和第二端口中的至少一个可耦合到所述以太网交换网络；

主机发送输入，与主机设备可耦合以通信主机帧；

帧存储器，用于存储包括网络帧和主机帧两者的帧；

接收路由器，耦合到所述第一端口并选择性地将网络帧路由到第一路由器输出和第二路由器输出中的一个，其中所述第一路由器输出耦合到所述帧存储器；

发送帧选择器，耦合以从所述帧存储器和所述第二路由器输出接收帧，并且选择性地向所述注入器发送输出提供帧；

注入状态装置，用于自动确定所述以太网帧注入装置的第一操作状态、第二操作状态和第三操作状态，其中：

所述第一操作状态包括空闲状态，其中在来自以太网交换网络的注入器接收输入处接收的网络帧经由所述接收路由器和所述发送帧选择器耦合到所述注入器发送输出；

所述第二操作状态包括将在所述主机发送输入处接收的主机帧存储在所述帧存储器中；和

所述第三操作状态包括发送状态，其中所述发送帧选择器将所述帧存储器耦合到所述注入器发送输出以将所述帧存储器中存储的帧发送到所述以太网交换网络上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一操作状态和所述第二操作状态可同时操作。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述以太网帧注入装置在所述第一操作状态下操作，直到所述注入状态装置转换到所述第三操作状态为止，此时所述帧存储器包括存储的完整主机帧，并且所述发送帧选择器未处于发送网络帧的过程中。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中当所述以太网帧注入装置处于所述第三操作状态时，所述接收路由器将所述接收路由器的输入耦合到所述第一路由器输出，以将在所述注入器接收输入处接收的网络帧通过所述帧存储器和发送帧选择器路由到所述注入器发送输出。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中当所述帧存储器为空时，所述以太网帧注入装置从所述第三操作状态转换到所述第一操作状态或所述第二操作状态之一。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，包括：

大小存储器，用于存储在所述帧存储器中存储的帧的大小，在整个帧存储在所述帧存储器中时所述大小被存储；

在所述大小为零时所述注入状态装置自动使所述以太网帧注入装置在所述第一操作状态下操作；和

在所述大小不为零时所述注入状态装置自动使所述以太网帧注入装置在所述第三操作状态下操作。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，包括：

主机接收输入，与所述主机设备可耦合以通信主机帧；和

接收分析装置，耦合到所述第一端口和所述主机接收输入，所述接收分析装置自动地将在所述第一端口接收的网络帧路由到所述主机接收输入或所述注入器接收输入中的任一者或两者。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，包括：

转发逻辑，可操作以将网络帧从所述第一端口选择性地耦合到所述第二端口，并且可操作以将网络帧从所述第二端口耦合到所述第一端口；

反射逻辑，可操作以将从所述第一端口接收的网络帧选择性地耦合到所述以太网帧注入装置，并且可操作以将从所述第二端口接收的网络帧耦合到所述以太网帧注入装置；和

其中所述以太网帧注入装置可选择性地操作以将在所述第一端口接收的网络帧反射回所述第一端口，并将在所述第二端口接收的网络帧反射回所述第二端口。

9.根据权利要求1所述的装置，

其中所述第一端口是第一全双工端口，并且所述第二端口是第二全双工端口；以及

其中所述装置还包括：

第一接收分析装置，所述第一接收分析装置包括耦合到第一端口接收输出的第一端口分析输入、耦合到第一主机接收输入的第一端口分析第一输出、以及第一端口分析第二输出；

第二接收分析装置，所述第二接收分析装置包括耦合到第二端口接收输出的第二端口分析输入、耦合到第二主机接收输入的第二端口分析第一输出、以及第二端口分析第二输出；

有源方向逻辑，包括耦合到所述第一端口分析第二输出的第一输入、耦合到所述第二端口分析第二输出的第二输入、耦合到所述注入器接收输入的方向接收输出、耦合到所述注入器发送输出的方向发送输入、耦合到第一端口发送输入的第一发送输出、以及耦合到第二端口发送输入的第二发送输出；和

其中所述装置可操作以经由第一全双工端口或第二全双工端口中的一个将来自所述主机设备的主机帧选择性地注入到所述以太网交换网络上。

10.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述帧注入装置包括第一帧注入装置和第二帧注入装置，各自分别经由第一网络端口和第二网络端口可耦合到所述以太网交换网络，并且各自耦合到接收分析装置，其中所述第一帧注入装置可操作以经由所述第二网络端口将主机帧从所述主机设备注入到所述以太网交换网络上，并且所述第二帧注入装置可操作以经由所述第一端口将主机帧从所述主机设备注入到所述以太网交换网络上。

11.一种用于将设备耦合到以太网交换网络上的装置，所述装置包括：

第一全双工端口，可耦合到所述以太网交换网络；

第二全双工端口，可耦合到所述以太网交换网络；

转发逻辑，可操作以将以太网帧从第一全双工端口选择性地耦合到第二全双工端口，并且可操作以将来自所述第二全双工端口的以太网帧耦合到所述第一全双工端口；

根据权利要求1所述的以太网帧注入装置，包括至少一个帧存储器，所述至少一个帧存储器选择性地可操作以存储在第一全双工端口接收的或在第二全双工端口接收的以太网帧；

反射逻辑，可操作以将从所述第一全双工端口接收的以太网帧选择性地耦合到所述以太网帧注入装置，并可操作以将从所述第二全双工端口接收的以太网帧耦合到所述以太网帧注入装置；和

其中所述以太网帧注入装置选择性地可操作以将在所述第一全双工端口接收的以太网帧反射回所述第一全双工端口，并将在所述第二全双工端口接收的以太网帧反射回所述第二全双工端口。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置是可操作的，使得在寻址到设备的第一全双工端口或第二全双工端口中的一个处接收的以太网帧被存储在所述帧存储器中，并被反射回所述第一全双工端口和第二全双工端口中的一个。

13.一种用于从耦合到以太网交换网络作为现场设备的设备提供以太网帧反射的方法，所述方法包括：

提供第一全双工端口；

提供第二全双工端口；

提供根据权利要求1所述的以太网帧注入装置，所述以太网帧注入装置可耦合到所述第一全双工端口和所述第二全双工端口；

在所述第一全双工端口或所述第二全双工端口中的一个端口处接收网络帧；

确定网络帧是否寻址到所述设备；

当寻址到所述设备时，将所述网络帧存储在所述以太网帧注入装置中；和

将存储在所述以太网帧注入装置中的网络帧经由所述第一全双工端口或所述第二全双工端口中的所述一个端口反射到所述以太网交换网络上。

14.根据权利要求13所述的方法，包括将反射的网络帧的目的地址改变为接收的网络帧的源地址。

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