CN112751788A - 一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，具体包括如下步骤：步骤1：设置高优先级转发表和低优先级转发表；步骤2：对IP核的每个端口进行MAC接收操作；步骤3：对步骤2得到的网络帧过滤并分为高、低两种优先级；步骤4：对高优先级网络帧和低优先级的网络帧分别进行预处理；步骤5：对IP核的各端口高、低优先级预处理缓存区中的数据帧分别进行高、低优先级交换处理；步骤6：输出缓存处理；步骤7：对IP核的每个端口进行MAC发送操作，返回步骤2。本发明的方法采用两个交换平面，能够并行工作且交换过程中数据相互不影响，使得***处理数据的效率大大提高。另外，输出模块优先处理高优先级流量，保证了高优先级的流量稳定传输。

Description

一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法

技术领域

本发明属于计算机网络领域，具体涉及一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法。

背景技术

从1973年鲍博梅卡列夫提出以太网的概念之后，以太网经过几十年的发展，已经成为世界上应用最广泛的通信标准。以太网解决了网络中信息的共享，为局域网中信息的互传建立了通道，但传统以太网并未解决信息传输的实时性与可靠性，特别是面对优先级、稳定性要求不同的网络流量时(如控制信息，音视频信息)，无法保证高优先级或者稳定性要求比较高的流量的带宽，这很大程度限制了以太网的应用范围及其进一步发展。

交换机作为网络中重要的一环，普通以太网交换机交换结构为单交换平面，对所有帧按照先后顺序进行流水式处理，对不同优先级的帧统一处理，无法优先处理高优先级的帧，这样，高优先级的帧无法保证实时性与可靠性。

发明内容

为了解决上述普通以太网中存在的问题，本发明的目的在于，提出一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法。

为了实现上述目的，本发明给出如下技术方案予以解决：

一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，具体包括如下步骤：

步骤1：设置高优先级转发表和低优先级转发表，具体操作如下：

步骤11，采用静态配置的方式分别设置高优先级转发表和低优先级转发表，配置项包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级；IP核所有的端口共用一张高优先级转发表和一张低优先级转发表。

步骤12，根据用户要求生成多个转发表项，每个转发表项内容包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级，并将生成的转发表项对应写入高优先级转发表和低优先级转发表；

步骤2：对IP核的每个端口进行MAC接收操作；

步骤3：对步骤2得到的网络帧过滤并分为高、低两种优先级；

步骤4：对高优先级网络帧和低优先级的网络帧分别进行预处理，预处理操作如下：

对IP核的每个端口设置一个高优先级预处理缓存区和一个低优先级预处理缓存区；

根据步骤3得到的网络帧的优先级查找对应的高或低优先级转发表，根据网络帧的目的MAC地址，查找该网络帧对应的交换目的端口及表项使能，如果有使能，将交换目的端口信息与帧长度添加到网络帧的帧头，然后根据优先级将网络帧写入对应的高或低优先级预处理缓存区；如果没有使能，则丢弃该网络帧；

步骤5：对IP核的各端口高、低优先级预处理缓存区中的数据帧分别进行高、低优先级交换处理，具体操作如下：

轮询IP核的各端口的高优先级预处理缓存区，如果有数据帧，则读取一帧数据帧，并根据帧头的交换目的端口信息，将该数据帧传送到交换目的端口信息显示的端口的输出口，然后执行步骤6；读取速率为步骤4的写入速率的N倍，N为交换***的端口个数；如果没有数据帧，直接执行步骤6；

对于IP核的各端口的低优先级预处理缓存区，进行上述如高优先级预处理缓存区同样的轮询处理。

步骤6：输出缓存处理，具体操作如下：

对IP核的每个端口设置高优先级输出缓存与低优先级输出缓存；

将步骤5得到的每个端口的输出口的数据帧根据其优先级，分别写入每个端口的高优先级输出缓存与低优先级输出缓存，并按照优先级读取缓存；

步骤7：对IP核的每个端口进行MAC(Media Access Control)发送操作。具体操作如下：

将步骤6输送过来的数据帧转换为网络字节序，并在帧之前添加前导码，在帧最后添加CRC字段，然后将该帧发送到IP核的每个端口的网络中；然后返回步骤2。

进一步的，所述步骤2的具体操作如下：

对于IP核的每个端口，该端口对应的MAC模块接收网络中的数据帧时，将网络帧的前导码去除，并做CRC校验，然后对网络帧解析得到网络帧的目的MAC地址、帧类型和帧长度。

进一步的，所述步骤3的具体操作如下：

根据用户对帧类型的过滤要求，将步骤2处理后的网络帧中不需要的网络帧过滤，同时根据用户对帧类型的优先级要求，将过滤后的网络帧分为高、低两种优先级。

进一步的，所述步骤6中写入操作具体包括如下步骤：

A、如果MAC模块处于空闲状态，且高优先级输出缓存不空，则开始读取高优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的长度信息，获取有效实际长度，将该数据帧输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换目的端口信息去掉，执行步骤7；

B、如果MAC模块处于空闲状态，高优先级输出缓存为空，低优先级缓存不为空，则读取低优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的帧长度信息，获取有效实际长度，将该数据帧输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换端口信息去掉，执行步骤7；

C、如果MAC模块不是空闲状态，则高优先级输出缓存和低优先级输出缓存中的数据帧都不被读取。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明中采用两个交换平面，基于FPGA并行处理的特点，两个交换平面能够并行工作，且交换过程中两个平面数据相互不影响，有效提高了***的交换能力，减小了***交换内部的阻塞，使得***处理数据的效率大大提高。

2、输出模块优先处理高优先级流量，这样保证了高优先级的流量不受低优先级流量的影响，保证了高优先级的流量的带宽。这种交换机制利用在可靠性比较高的***中，能够保证实时的高优先级流量不被其他非实时低优先级的流量影响，保证高优先级流量稳定传输。

附图说明

图1是标准的网络帧格式；

图2是高优先级转发表和低优先级转发表的配置格式；

图3是交换预处理缓存帧格式；

图4是本发明的装置的结构示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

本发明提供的支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，具体包括如下步骤：

步骤1：设置高优先级转发表和低优先级转发表。具体操作如下：

步骤11，采用静态配置的方式分别设置高优先级转发表和低优先级转发表，如图2所示，配置项包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级；IP核所有的端口共用一张高优先级转发表和一张低优先级转发表。

步骤12，根据用户要求生成多个转发表项，每个转发表项内容包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级，并将生成的转发表项对应写入高优先级转发表和低优先级转发表；

步骤2：对IP核的每个端口进行MAC(Media Access Control)接收操作。具体操作如下：

对于IP核的每个端口，该端口对应的MAC模块接收网络中的数据帧(以下称为网络帧)时，将网络帧的前导码去除，并做CRC校验，然后对网络帧解析得到网络帧的目的MAC地址、帧类型和帧长度；网络帧格式如图1所示。

步骤3：帧类别判断及过滤。具体操作如下：

根据用户对帧类型的过滤要求，将步骤2处理后的网络帧中不需要的网络帧过滤，同时根据用户对帧类型的优先级要求，将过滤后的网络帧分为高、低两种优先级；

步骤4：对高优先级网络帧和低优先级的网络帧分别进行预处理。预处理操作如下：

对IP核的每个端口设置一个高优先级预处理缓存区和一个低优先级预处理缓存区；

根据步骤3得到的网络帧的优先级查找对应的高或低优先级转发表，根据网络帧的目的MAC地址，查找该网络帧对应的交换目的端口及表项使能，如果有使能，将交换目的端口信息与帧长度添加到网络帧的帧头，然后根据优先级将网络帧写入对应的高或低优先级预处理缓存区；如果没有使能，则丢弃该网络帧。

步骤5：对IP核的各端口高、低优先级预处理缓存区中的数据帧分别进行高、低优先级交换处理。具体操作如下：

轮询IP核的各端口的高优先级预处理缓存区，如果有数据帧，则读取一帧数据帧，并根据帧头的交换目的端口信息，将该数据帧传送到交换目的端口信息显示的端口的输出口，然后执行步骤6；读取速率为步骤4的写入速率的N倍，N为交换***的端口个数；如果没有数据帧，直接执行步骤6；

对于IP核的各端口的低优先级预处理缓存区，进行上述如高优先级预处理缓存区同样的轮询处理。

步骤6：输出缓存处理。具体操作如下：

对IP核的每个端口设置高优先级输出缓存与低优先级输出缓存；

将步骤5得到的每个端口的输出口的数据帧根据其优先级，分别写入每个端口的高优先级输出缓存与低优先级输出缓存，并按照优先级读取缓存；上述动作具体操作如下：

A、如果MAC模块处于空闲状态，且高优先级输出缓存不空，则开始读取高优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的长度信息，获取有效实际长度，将该数据帧输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换目的端口信息去掉，执行步骤7；

B、如果MAC模块处于空闲状态，高优先级输出缓存为空，低优先级缓存不为空，则读取低优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的帧长度信息，获取有效实际长度，将该数据帧输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换端口信息去掉，执行步骤7。

C、如果MAC模块不是空闲状态，则高优先级输出缓存和低优先级输出缓存中的数据帧都不被读取。

实际操作中，不支持高优先级打断低优先级的操作，只有在低优先级数据帧传输结束之后才会进行判断是否发送高优先级网络帧。

步骤7：对IP核的每个端口进行MAC(Media Access Control)发送操作。具体操作如下：

将步骤6输送过来的数据帧转换为网络字节序，并在帧之前添加前导码，在帧最后添加CRC字段，然后将该帧发送到IP核的每个端口的网络中；然后返回步骤2。

具体实施时，本发明的方法基于FPGA实现。

Claims (4)

1.一种支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：设置高优先级转发表和低优先级转发表，具体操作如下：

步骤11，采用静态配置的方式分别设置高优先级转发表和低优先级转发表，配置项包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级；IP核所有的端口共用一张高优先级转发表和一张低优先级转发表。

步骤12，根据用户要求生成多个转发表项，每个转发表项内容包括表项使能、目的MAC地址、交换目的端口和优先级，并将生成的转发表项对应写入高优先级转发表和低优先级转发表；

步骤2：对IP核的每个端口进行MAC接收操作；

步骤3：对步骤2得到的网络帧过滤并分为高、低两种优先级；

步骤4：对高优先级网络帧和低优先级的网络帧分别进行预处理，预处理操作如下：

对IP核的每个端口设置一个高优先级预处理缓存区和一个低优先级预处理缓存区；

根据步骤3得到的网络帧的优先级查找对应的高或低优先级转发表，根据网络帧的目的MAC地址，查找该网络帧对应的交换目的端口及表项使能，如果有使能，将交换目的端口信息与帧长度添加到网络帧的帧头，然后根据优先级将网络帧写入对应的高或低优先级预处理缓存区；如果没有使能，则丢弃该网络帧；

步骤5：对IP核的各端口高、低优先级预处理缓存区中的数据帧分别进行高、低优先级交换处理，具体操作如下：

轮询IP核的各端口的高优先级预处理缓存区，如果有数据帧，则读取一帧数据帧，并根据帧头的交换目的端口信息，将该数据帧传送到交换目的端口信息显示的端口的输出口，然后执行步骤6；读取速率为步骤4的写入速率的N倍，N为交换***的端口个数；如果没有数据帧，直接执行步骤6；

对于IP核的各端口的低优先级预处理缓存区，进行上述如高优先级预处理缓存区同样的轮询处理。

步骤6：输出缓存处理，具体操作如下：

对IP核的每个端口设置高优先级输出缓存与低优先级输出缓存；

将步骤5得到的每个端口的输出口的数据帧根据其优先级，分别写入每个端口的高优先级输出缓存与低优先级输出缓存，并按照优先级读取缓存；

步骤7：对IP核的每个端口进行MAC(Media Access Control)发送操作。具体操作如下：

将步骤6输送过来的数据帧转换为网络字节序，并在帧之前添加前导码，在帧最后添加CRC字段，然后将该帧发送到IP核的每个端口的网络中；然后返回步骤2。

2.如权利要求1所述的支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作如下：

对于IP核的每个端口，该端口对应的MAC模块接收网络中的数据帧时，将网络帧的前导码去除，并做CRC校验，然后对网络帧解析得到网络帧的目的MAC地址、帧类型和帧长度。

3.如权利要求1所述的支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，其特征在于，所述步骤3的具体操作如下：

根据用户对帧类型的过滤要求，将步骤2处理后的网络帧中不需要的网络帧过滤，同时根据用户对帧类型的优先级要求，将过滤后的网络帧分为高、低两种优先级。

4.如权利要求1所述的支持多类型帧混合传输的双平面交换方法，其特征在于，所述步骤6中写入操作具体包括如下步骤：

A、如果MAC模块处于空闲状态，且高优先级输出缓存不空，则开始读取高优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的长度信息，获取有效实际长度，将该数据输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换目的端口信息去掉，执行步骤7；

B、如果MAC模块处于空闲状态，高优先级输出缓存为空，低优先级缓存不为空，则读取低优先级输出缓存的数据帧，根据数据帧头携带的帧长度信息，获取有效实际长度，将该数据帧输出到MAC模块时将帧头携带的帧长度信息与交换端口信息去掉，执行步骤7；

C、如果MAC模块不是空闲状态，则高优先级输出缓存和低优先级输出缓存中的数据帧都不被读取。

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