CN1366399A - 在数据交换网络中的控制信道的实现 - Google Patents

Abstract

一种用于在数据包交换网络中事先控制信道的系统和方法。在一种计算机网络中,例如局域网(LAN),已知利用以太网来在各站之间发布信息。该以太网采用标准的帧格式,其中包括报头帧,并且特别是一个前导帧,其可用于在交换设备或节点之间提供同步化信息。前导帧在吉比特以太网应用中是不需要的,并且本发明采用前导帧的一部分来实现交换设备之间的控制信道。

Description

在数据包交换网络中的控制信道的实现

技术领域

本发明涉及数据包交换通信网络，特别涉及用于实现在这种网络中的交换节点之间的控制信道的系统和方法。

背景技术

具有由以太网连接的多交换节点的数据包交换网络广泛应用于基于计算机的通信系统中。该以太网例如用于局域网(LAN)中，以把多个客户机互联或链接到一个客户机服务器上。以太网一般在交换节点之间通过例如双绞铜线、同轴电缆、光缆等等这样的物理介质上传送数据包或帧。早期的以太网系统工作在10Mb/s数据率并且一般采用同轴电缆。第二代以太网系统工作在100Mb/s，并且被称为吉比特(Gigabit)以太网的最近的以太网系统工作在1吉比特每秒的数据率上，并且一般采用光缆。

以太网已经由IEEE的LAN标准委员会根据以太网标准IEEE 802.3而标准化。根据该标准，以太网帧具有一种数据包格式，其中包括前导、来源和目的地址、数据区长度和数据区本身。在以太网中，数据区是可变长度，其可以多达1500字节或者8位元组。

作为一个8位元帧的前导帧被用于在10Mb/s和100Mb/s系统中的同步化。但是，在吉比特以太网系统中，由于该链路总是有效并且总是保持同步，因此该同步化功能是不必要的。本发明通过选择部分未使用的8位元组来利用该前导帧实现交换节点之间的控制信道。

发明概述

本发明通过利用以太网帧前导部分提供一种在以太网交换节点之间实现无成本的控制信道的应用。在交换网络中，通常需要在设备之间传送信息，例如，基于端口的控制流或者优先级信息。

因此，根据本发明第一方面，在此提供一种用于实现在数据包交换通信网络中的交换设备之间交换信息的控制信道的方法，其中包括：选择用于在交换设备之间进行通信的数据包格式的一个未使用部分；以及把控制信息嵌入在该未使用部分中。

根据本发明另一个方面，在此提供一种用于实现在数据包交换网络中的交换设备之间交换信息的控制信道的系统，其中包括：选择用于执行交换设备之间的通信的数据包格式的一个未使用部分的装置；以及用于把控制信息嵌入在该未使用部分中的装置。

附图说明

下面将参照附图更加详细地描述本发明，其中：

图1为以太网系统的方框图；

图2示出该以太网帧格式；

图3示出用于以及网帧的标准64位前导帧；以及

图4示出用于具有额外的嵌入信息的吉比特以及网帧的一个可能前导帧。

具体实施方式

图1为一种简化的以太网系统，其中采用连接到以太网介质的多个计算机，该以太网介质可以是双绞铜线、同轴电缆或者在吉比特以太网应用中的光纤。为了更加详细地讨论，存在有需要在各个计算机之间传送控制信息许多情况。如上文所述，在吉比特以太网应用中，一般用于同步化目的的前导帧是不需要的，并且它是用于本发明中在计算机或交换节点之间传送控制信息的前导帧。

图2示出一种典型的以太网帧格式，其具有一个八字节前导帧、一个六字节目的地址、一个六字节来源地址、一个两字节长度的数据区以及一个数据区本身，它的长度可以从0至1500字节之间变化。

本发明新颖性来源于应用控制信道的便利性、有效性和廉价性。通过简单地利用上述以太网帧格式，获得该控制信道而没有任何资源成本。没有牺牲数据带宽并且没有损害以太网的功能性。

如上文所述，以太网帧的前8个字节构成该前导部分。图3示出由从字节0到字节7的8字节帧的构成。如图3中所示，该前导部分的前7个字节都为10101010。该半导部分的最后一个字节被称为帧分隔符的起始(SFD)，并且由10101011所表示。如上文所述，该数据包报头接在该前导部分之后，并且包括例如来源和目的MAC地址这样的信息。

该前导部分一般用作为同步化模式(pattern)。它允许接收站对所发送的信号频率进行同步化。该前导部分的第一字节可能由于锁相等待时间而造成丢失，从而该字节包含不重要的内容。但是，在实践中，由于在吉比特以太网的链路有效并且总是保持同步，因此该同步化功能是不需要的。但是，另一方面，吉比特以太网仅仅是一种高速以太网。特别地，标准的以太网帧格式是相同的。对于吉比特以太网，以太网帧的前导部分本质上是被浪费的带宽。但是，应当注意，当前导帧不需要用于同步化时，整个帧不可用于保存控制信息。例如，一般需要分隔符来把数据包相互分隔。

根据本发明，该被浪费的带宽被回收利用来在由吉比特以太网链路所连接的设备之间传送控制信息。图4示出如何实现该目的一个例子。

请注意，在图4中，该前导部分具有特定的格式，把特定的代码01010101置于字节2中。接下来的3个字节包含所嵌入的信息。还请注意，字节3至5的高位比特被设置为0，以把它与标准的字节6和7相对比，如上文所述，需要一个定位符字节，并且在图4的应用中，前3个字节不用于控制信息。而在理论上，可以仅仅保持一个字节作为定位符来表示新数据包的到来，并且字节7作为帧定位符，在实践中，在一个或多个这些区域中可能存在错误。为了保证出错的可能性相当小，在该应用中，字节1和2以及字节6不被用于保存控制信息。

可以采用其它前导格式，只要它们可以利用在吉比特以太网中导致带宽浪费的字节即可。本申请人没有得知任何以前的关于通过在利用吉比特以太网帧的前导部分的控制信道中携带数据包信息的设计方案。

在此存在多种应用，其中用于交换设备之间的信息交换的信道是非常有价值的。

许多这些应用属于集群(clustering)的类别，其中两个或多个交换机被管理为单个单元，并且用于作为单个单元而工作。为了使集群能够工作，关于每个数据包的附加信息可能需要在设备之间传送，使得该系统可以作为一个统一的整体。可以被传送的附加信息的例子如下：

1.流控制终止/启动：假设当一个数据包到达交换机组中的目的设备时，其输出端口受到拥塞。为了保证对于该系统的服务质量，可以对该数据包排队，但是把一个流控制消息发送回数据包的原来源端口。另一方面，如果在数据包的来源端口终止流控制，则该数据包可能被简单地抛弃。是否对流控制启动或终止数据包的原访问端口是需要在交换机之间交换的控制信息的一个例子。

2.基于端口的优先级：在基于端口的优先级方案中，来源于相同来源端口的所有数据包被指定相同的发送优先级。在交换机组中，如果数据包的来源端口和目的端口位于不同的设备中，则一旦数据包通过设备之间时，它失去优先级。在这些情况中，在该输出用于发送调度的唯一方式是得知数据包在设备间通信中的优先级。

3.端口中继(trunking)：在交换系统中，干线是作为单个逻辑端口的一组物理端口。如果一个数据包要到达一个干线，则采用散列算法来确定该数据包将被转发到干线中的哪个物理端口。在交换机组中，该物理端口包括位于多个设备上的干线。因此，为了实现交换机组中的端口中继，需要在设备之间传送散列结果。

4.端口镜像：在交换系统中的端口镜像特征允许任何端口的所接收或所发送数据被复制到该系统中的任何其它端口。与端口中继相同，在交换机组中，构成镜像对的端口可以位于两个不同的设备上，再次驱动用于信息交换的控制信道。

5.在环路中的多点传送分布：假设一个交换机组采用环路结构来组成，并且一个多点传送数据包被从该环路周围转发到多个目的地。使设备得知多点传送数据包通过整个环路并且现在应当抛弃的一种方式是把其自身的标识与数据包的来源数据标识相比较。如果两个标识相等，则该数据包通过整个环路，并且可以被抛弃。没有这种协议，则多点传送数据包可能会永远绕着该环路循环。多点传送数据包的源数据标识是可能需要在交换机之间交换的控制信息的另一个例子。

本发明不限于吉比特以太网。相同的方法应用于任何当前或未来的以太网的具体形式，其中帧前导部分不需要用于同步化。而本发明的特定实施例已经被描述和说明，显然对于本领域内的专业人员来说可以作出各种改变而不脱离本发明的基本思想。应当知道，这种改变将落入在由所附权利要求定义的本发明的第一范围内。

Claims (16)

1.一种用于实现在数据包交换通信网络中的交换设备之间交换信息的控制信道的方法，其中包括：

选择用于在交换设备之间进行通信的数据包格式的一个未使用部分；以及

把控制信息嵌入在该未使用部分中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述通信网络是以太网网络。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述以太网网络是吉比特以太网网络。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述未使用部分是一个8字节的前导帧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述前导帧的3字节包含用于表示随后的帧包含控制信息的特定代码。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述控制信息被嵌入在所述3字节之后的3个字节中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于具有所嵌入的控制信息的所述3个字节具有独特的高阶数位。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述交换设备被管理作为按照集群方式多层的一组交换机。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述控制信息涉及终止和启动流控制。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述控制信息涉及交换设备之间的数据包的传输优先级。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述控制信息涉及作为所述集群中的端口之间采用的一种散列算法的结果。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述控制信息涉及构成与交换机集群相关的镜像对的端口。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述控制信息涉及分布到所述网络中的集群交换机的多点传送数据包协议。

14.一种用于实现在数据包交换网络中的交换设备之间交换信息的控制信道的系统，其中包括：

选择用于执行交换设备之间的通信的数据包格式的一个未使用部分的装置；以及

用于把控制信息嵌入在该未使用部分中的装置。

15.根据权利要求14中所述的系统，其特征在于所述通信网络是以太网。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于所述通信网络是一个吉比特以太网。

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