專利名稱：一種以太網(wǎng)電路交換裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種以太網(wǎng)電路交換裝置及方法。
背景技術(shù)：
以太網(wǎng)交換技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用規(guī)模和覆蓋范圍得以大幅度的提高，因此以 太網(wǎng)已經(jīng)成為局域網(wǎng)和城域網(wǎng)組網(wǎng)的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)交換技術(shù)是基于無連接的分 組交換(Connectionless Packet Switching)，以太網(wǎng)交換發(fā)生在 OSI (OpenSystem Interconnection 開放系統(tǒng)互連)七層網(wǎng)絡(luò)模型的二層，即數(shù)據(jù)鏈路層的 MAC(MediaAccess Control)子層。以太網(wǎng)將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成固定格式的數(shù)據(jù)包，即以 太網(wǎng)幀，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸；以太網(wǎng)幀的幀頭包括源和目的MAC地址，以太網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)源和目 的MAC地址判斷如何轉(zhuǎn)發(fā)接收到的以太網(wǎng)幀。以太網(wǎng)的交換方式以存儲轉(zhuǎn)發(fā)(Store and Forward)為主，如圖1所示，多個PHY 模塊1’通過各自對應(yīng)的MAC模塊2’連接到交換模塊3’，轉(zhuǎn)發(fā)表4’與交換模塊3’連接。 具體的工作流程如下1)某個PHY模塊1’將從其物理端口接收到模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、譯碼處理后， 成為符合MII(Media Independent Interface)規(guī)范的數(shù)據(jù)流并通過MII接口將該數(shù)據(jù)流 傳遞到MAC模塊2，進(jìn)行成幀處理；2)MAC模塊2，維護(hù)兩類以太網(wǎng)幀的緩存接收緩存21，和發(fā)送緩存22，，接收到的 以太網(wǎng)幀暫時存放在接收緩存21’中，要發(fā)送的以太網(wǎng)幀存放在發(fā)送緩存22’中；MAC模塊 2’對緩存中的以太網(wǎng)幀進(jìn)行校驗，丟棄錯誤的以太網(wǎng)幀；3)交換模塊3，維護(hù)一個轉(zhuǎn)發(fā)表4，，記錄與端口(PHY模塊1，的物理端口)連接 的各以太網(wǎng)設(shè)備的MAC地址；4)當(dāng)MAC模塊2，接收到以太網(wǎng)幀時，交換模塊3，讀取以太網(wǎng)幀頭中的源MAC地 址，這樣交換模塊3，就學(xué)習(xí)到包含該源MAC地址的以太網(wǎng)幀是從哪個端口(PHY模塊1，的 物理端口 )接收到的，并把學(xué)習(xí)到的“端口一一MAC地址”映射記錄寫到轉(zhuǎn)發(fā)表4’中；5)交換模塊3’再去讀取以太網(wǎng)幀頭中的目的MAC地址，并在轉(zhuǎn)發(fā)表4’中查找相 應(yīng)的端口 ；6)如轉(zhuǎn)發(fā)表4，中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口，則交換模塊3，把MAC模塊2， 接收緩存21’中的以太網(wǎng)幀直接復(fù)制到與這端口相連的MAC模塊2’的發(fā)送緩存22’中；7)如轉(zhuǎn)發(fā)表4’中找不到相應(yīng)的端口，則交換模塊3’把該以太網(wǎng)幀廣播到所有的 MAC模塊2’上；當(dāng)目的機(jī)器對源機(jī)器回應(yīng)時，交換模塊3’就可以學(xué)習(xí)到這一目的MAC地址 與哪個端口對應(yīng)并記錄到轉(zhuǎn)發(fā)表4 ’中，在下次傳送數(shù)據(jù)時就可以直接轉(zhuǎn)發(fā)。不斷的循環(huán)這 個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，以太網(wǎng)交換機(jī)就可以建立和維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)表 4，。以太網(wǎng)交換機(jī)采用的“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”模式存在交換處理能力限制的問題從而影響到 業(yè)務(wù)傳輸?shù)膶崟r性，具體表現(xiàn)在以下方面
4
(1)交換能力即數(shù)據(jù)吞吐量存在限制。交換模塊3’必須實現(xiàn)全矩陣交換，即每個 端口都有到其他所有端口的通道，才能保證所有端口間的通信互不影響。要實現(xiàn)全矩陣交 換，需要大量的CPU處理能力和內(nèi)存，造價昂貴。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)大都采用寬總線式交 換方式，即在背板上預(yù)留較寬的數(shù)據(jù)總線供各端口共享。這樣，在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時，就受到總線 帶寬的限制，會有部分端口需要等待總線資源，造成時延(Delay)。(2)以太網(wǎng)幀在通過一個分組交換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時，因為采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”模式，以太網(wǎng) 幀中接收緩沖21’和發(fā)送緩沖22’中被暫存，會產(chǎn)生時延。(3)以太網(wǎng)幀在分組交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，各以太網(wǎng)幀中沿途的交換節(jié)點中可能會 經(jīng)歷不同的時延，引起分組的總時延變化很大，產(chǎn)生抖動(Jitter)。(4)以太網(wǎng)幀在分組交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，各交換節(jié)點需要對每個以太網(wǎng)幀進(jìn)行“存 儲/查表/轉(zhuǎn)發(fā)”的處理，需要消耗時間，額外開銷大。由于以太網(wǎng)交換技術(shù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)是非實時的。而目前網(wǎng)絡(luò) 中承載的主要業(yè)務(wù)是流媒體和交互式應(yīng)用，如視頻點播(VOD =Video onDemand)、可視電話、 VoIP (Voice over Internet Protocol)等業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)的實時性好，時延和抖動小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以太網(wǎng)電路交換裝置及方法，以使網(wǎng)絡(luò)具有 較好的實時性。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明首次為以太網(wǎng)交換引入電路交換的概念，并采取以 下技術(shù)方案其以太網(wǎng)電路交換裝置包括流量控制模塊、兩個以上PHY模塊、交換控制模塊和 用以建立以太網(wǎng)交換電路的交換模塊；所述流量控制模塊與各PHY模塊和交換控制模塊分 別連接；所述各PHY模塊分別與交換模塊連接；所述交換控制模塊與交換模塊、流量控制模 塊分別連接。參與以太網(wǎng)電路交換的PHY模塊會與各自對端的以太網(wǎng)設(shè)備協(xié)商物理端口的工 作模式，所述工作模式包括PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式，因此參與以太網(wǎng)交換 電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式可能會不同。由于電路交換不對以太網(wǎng)幀 進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，參與以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式不同將會 弓I起數(shù)據(jù)丟包、抖動甚至無法正常工作。因此本發(fā)明的流量控制模塊用于接收交換控制模 塊發(fā)送的以太網(wǎng)電路交換信息，控制需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的工作模式， 使以太網(wǎng)交換電路的數(shù)據(jù)流量相匹配。流量控制模塊包括提取單元，用于接收所述交換控制模塊發(fā)送的以太網(wǎng)電路交換信息，且根據(jù)以太 網(wǎng)電路交換信息提取需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的工作模式并將所述工作模 式發(fā)送到判決單元，所述工作模式包括所述PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式；判決單元，用于判斷需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和 雙工模式是否一致并將判斷結(jié)果發(fā)送到交換控制模塊，并在需要建立以太網(wǎng)交換電路的各 PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式不一致的情況下由該判決單元向所述執(zhí)行單元發(fā)送 工作模式匹配指令；
執(zhí)行單元，用于根據(jù)所述工作模式匹配指令將需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY 模塊的物理端口的速率和雙工模式設(shè)為一致。所述PHY模塊用于將從其物理端口接收到模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、譯碼處理后， 將物理層的載荷傳遞給所述交換模塊；并接收來自交換模塊的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換 后從其物理端口發(fā)出。本發(fā)明需要至少兩個的PHY模塊以組成以太網(wǎng)交換電路。PHY模塊 還可在流量控制模塊的控制下進(jìn)行工作模式的調(diào)整，或?qū)⒐ぷ髂Ｊ椒祷亓髁靠刂颇K。所述交換控制模塊用于控制以太網(wǎng)交換電路的建立，交換控制模塊發(fā)送需要建立 以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的信息到流量控制模塊，接收流量控制模塊反饋的需要建立 以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的工作模式匹配信息并根據(jù)該工作模式匹配信息控制交換 單元建立以太網(wǎng)交換電路。所述交換模塊用于在需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊之間建立交換電路。本發(fā)明進(jìn)行以太網(wǎng)電路交換的方法包括如下步驟(1)交換控制模塊向流量控制模塊發(fā)送需要建立以太網(wǎng)交換電路的以太網(wǎng)電路交 換信息；(2)流量控制模塊根據(jù)所述以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換電路的 各PHY模塊的工作模式，并判斷所讀取的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式是否一 致并將判斷結(jié)果發(fā)送到交換控制模塊；(3)當(dāng)需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式一致 時，則交換控制模塊將交換指令發(fā)送到交換模塊，交換模塊根據(jù)所述交換指令建立所述各 PHY模塊間的以太網(wǎng)交換電路。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)按以下步驟進(jìn)行1)流量控制模塊的提取單元根據(jù)以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換 電路的各PHY模塊的工作模式并將讀取到的工作模式發(fā)送到流量控制模塊中的判決單元；2)流量控制模塊的判決單元判斷需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理 端口的速率和雙工模式是否一致若一致，則直接執(zhí)行步驟4)；若不一致，則執(zhí)行步驟3)；3)判決單元向流量控制模塊的執(zhí)行單元發(fā)送工作模式匹配指令；執(zhí)行單元根據(jù) 工作模式匹配指令將需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模 式設(shè)為一致；后提取單元再次根據(jù)以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換電路的各 PHY模塊的工作模式并將讀取到的工作模式發(fā)送到流量控制模塊的判決單元；判決單元再 次判斷需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式是否一致；4)判決單元將判斷結(jié)果發(fā)送到所述交換控制模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)現(xiàn)有技術(shù)中，以太網(wǎng)交換發(fā)生在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型的二層；而本發(fā)明為以太網(wǎng) 交換首次引入電路交換的概念，并在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型的一層(即物理層)實現(xiàn)以太網(wǎng)電 路交換。本發(fā)明在需要發(fā)生數(shù)據(jù)交換的以太網(wǎng)端口間建立物理層的交換電路，以太網(wǎng)幀直 接在交換電路上進(jìn)行傳輸，電路交換無需額外處理以太網(wǎng)幀的二層數(shù)據(jù)以獲取分組交換需 要的MAC地址、無需對以太網(wǎng)幀進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，交換電路為參與交換的以太網(wǎng)端口獨(dú)占，因 此不存在分組交換引起的時延、抖動等問題，實時性好。(2)在實際應(yīng)用時，由于電路交換不對以太網(wǎng)幀進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，如果參與以太網(wǎng)電路交換的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式不同，將會引起數(shù)據(jù)丟包、抖動甚至無 法正常工作。在本發(fā)明中，流量控制模塊獲取參與以太網(wǎng)電路交換的各PHY模塊的工作模 式并判斷各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式是否一致；如不一致，則按最低匹配原 則強(qiáng)制將參與以太網(wǎng)電路交換的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式設(shè)為一致。這樣 就保證參與以太網(wǎng)電路交換的各PHY模塊的總是工作在流量匹配的狀態(tài)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明以太網(wǎng)電路交換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為利用本發(fā)明以太網(wǎng)電路交換裝置所創(chuàng)建的一種交換電路的示意圖；圖4為利用本發(fā)明以太網(wǎng)電路交換裝置創(chuàng)建交換電路的流程圖。
具體實施例方式作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，如圖2所示，本發(fā)明以太網(wǎng)電路交換裝置包括 流量控制模塊1、兩個以上PHY模塊2、交換控制模塊3和交換模塊4。本發(fā)明以太網(wǎng)電路交 換裝置需要至少兩個的PHY模塊2以組成以太網(wǎng)交換電路。流量控制模塊1包括提取單元
11、判決單元12和執(zhí)行單元13，提取單元11、執(zhí)行單元13分別與各PHY模塊2連接，流量 控制模塊1中的提取單元11、判決單元12分別與交換控制模塊3連接。各PHY模塊2分別 與交換模塊4連接；交換控制模塊3與交換模塊4連接。作為本發(fā)明的一種實施方式，流量控制模塊1和交換控制模塊3可采用通用嵌 入式控制芯片，如Atmel公司的ARM芯片或MIPS公司的MIPS芯片；PHY模塊2可采用具 有以太網(wǎng)PHY功能的芯片組成，如Realtek公司生產(chǎn)的RTL8208C-GR芯片；交換模塊4由 FPGA(Field-Programmable Gate Array)芯片組成以太網(wǎng)電路交換矩陣完成以太網(wǎng)電路交 換功能，如ALTERA公司的FPGA芯片。以5端口的以太網(wǎng)電路交換裝置為例進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖3和圖4所示，連 接在PHY模塊201物理端口的以太網(wǎng)設(shè)備需要與連接在PHY模塊204物理端口的以太網(wǎng)設(shè) 備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此需要在PHY模塊201和PHY模塊204之間建立以太網(wǎng)交換電路，具體 步驟如下(1)交換控制模塊3向流量控制模塊1發(fā)送“PHY模塊201與PHY模塊204需要建 立以太網(wǎng)交換電路”的信息；(2)流量控制模塊1的提取單元11根據(jù)所述以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以 太網(wǎng)交換電路的PHY模塊201和204的工作模式，并將讀取到的工作模式發(fā)送到判決單元
12。其中，PHY模塊的工作模式包括物理端口的速率和雙工模式。(3)判決單元12判斷需要建立以太網(wǎng)交換電路的PHY模塊201和204的物理端口 的速率和雙工模式是否一致若一致，則直接執(zhí)行步驟(5)；若不一致，則執(zhí)行步驟(4)；(4)判決單元12向所述執(zhí)行單元13發(fā)送工作模式匹配指令；執(zhí)行單元13根據(jù)所 述工作模式匹配指令將PHY模塊201和204的物理端口的速率和雙工模式設(shè)為一致。工作 模式匹配按最低匹配原則進(jìn)行即判決單元12強(qiáng)制以太網(wǎng)交換電路兩側(cè)的PHY模塊201和 204中物理端口的速率和雙工模式高的一側(cè)按物理端口的速率和雙工模式低的一側(cè)的工作模式進(jìn)行工作，如下表所示
權(quán)利要求
1.一種以太網(wǎng)電路交換裝置，其特征是包括流量控制模塊、兩個以上PHY模塊、交換 控制模塊和用以建立以太網(wǎng)交換電路的交換模塊；所述流量控制模塊與各PHY模塊和交換 控制模塊分別連接；所述各PHY模塊分別與交換模塊連接；所述交換控制模塊與交換模塊、 流量控制模塊分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太網(wǎng)電路交換裝置，其特征是所述流量控制模塊包括提取單元，用于接收所述交換控制模塊發(fā)送的以太網(wǎng)電路交換信息，且根據(jù)以太網(wǎng)電 路交換信息提取需要建立以太網(wǎng)交換電路的各所述PHY模塊的工作模式并將所述工作模 式發(fā)送到判決單元，所述工作模式包括所述PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式；判決單元，用于判斷所述需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和 雙工模式是否一致并將判斷結(jié)果發(fā)送到交換控制模塊，并在需要建立以太網(wǎng)交換電路的各 PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式不一致的情況下由該判決單元向所述執(zhí)行單元發(fā)送 工作模式匹配指令；執(zhí)行單元，用于根據(jù)所述工作模式匹配指令將所述需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY 模塊的物理端口的速率和雙工模式設(shè)為一致。
3.一種使用權(quán)利要求1的裝置進(jìn)行以太網(wǎng)電路交換的方法，其特征是包括如下步驟(1)所述交換控制模塊向流量控制模塊發(fā)送需要建立以太網(wǎng)交換電路的以太網(wǎng)電路交 換信息；(2)所述流量控制模塊根據(jù)所述以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換電路的 各PHY模塊的工作模式，所述工作模式包括所述PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式；并 判斷所讀取的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式是否一致并將判斷結(jié)果發(fā)送到交 換控制模塊；(3)當(dāng)需要建立以太網(wǎng)交換電路的所述各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式一致 時，交換控制模塊將交換指令發(fā)送到交換模塊，交換模塊根據(jù)所述交換指令建立所述各PHY 模塊間的以太網(wǎng)交換電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行以太網(wǎng)電路交換的方法，其特征是所述步驟(1)中，交換控制模塊是向流量控制模塊中的提取單元發(fā)送需要建立以太網(wǎng) 交換電路的以太網(wǎng)電路交換信息；所述步驟(2)按以下步驟進(jìn)行1)流量控制模塊的提取單元根據(jù)所述以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換 電路的所述各PHY模塊的工作模式并將讀取到的工作模式發(fā)送到流量控制模塊中的判決 單元；2)所述判決單元判斷需要建立以太網(wǎng)交換電路的所述各PHY模塊的物理端口的速率 和雙工模式是否一致若一致，則直接執(zhí)行步驟4)；若不一致，則執(zhí)行步驟3)；3)所述判決單元向所述執(zhí)行單元發(fā)送工作模式匹配指令；執(zhí)行單元根據(jù)所述工作模 式匹配指令將需要建立以太網(wǎng)交換電路的所述各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式 設(shè)為一致；后所述提取單元再次根據(jù)所述以太網(wǎng)電路交換信息讀取需要建立以太網(wǎng)交換電 路的所述各PHY模塊的工作模式并將讀取到的工作模式發(fā)送到流量控制模塊的判決單元； 所述判決單元判斷所述需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工 模式是否一致；4)所述判決單元將判斷結(jié)果發(fā)送到所述交換控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開一種以太網(wǎng)電路交換裝置及方法。其裝置中的流量控制模塊與兩個以上PHY模塊和交換控制模塊分別連接；各PHY模塊分別與用以建立以太網(wǎng)交換電路的交換模塊連接；交換控制模塊與交換模塊、流量控制模塊分別連接。進(jìn)行以太網(wǎng)電路交換時包括如下步驟(1)交換控制模塊向流量控制模塊發(fā)送需要建立以太網(wǎng)交換電路的以太網(wǎng)電路交換信息；(2)流量控制模塊讀取需要建立以太網(wǎng)交換電路的各PHY模塊的工作模式，并判斷所讀取的各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式是否一致并將判斷結(jié)果發(fā)送到交換控制模塊；(3)當(dāng)各PHY模塊的物理端口的速率和雙工模式一致時，交換控制模塊將交換指令發(fā)送到交換模塊，交換模塊建立各PHY模塊間的以太網(wǎng)交換電路。
文檔編號H04L12/56GK102006239SQ20101058830
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者彭亮, 沈陽, 陳仲懷 申請人:杭州通谷科技有限公司