[发明专利]一种以太网电路交换装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种以太网电路交换装置及方法。

背景技术

以太网交换技术使网络的应用规模和覆盖范围得以大幅度的提高，因此以太网已经成为局域网和城域网组网的默认标准。以太网交换技术是基于无连接的分组交换(Connectionless Packet Switching)，以太网交换发生在OSI(OpenSystem Interconnection：开放系统互连)七层网络模型的二层，即数据链路层的MAC(MediaAccess Control)子层。以太网将要传输的数据封装成固定格式的数据包，即以太网帧，在网络上传输；以太网帧的帧头包括源和目的MAC地址，以太网交换机根据源和目的MAC地址判断如何转发接收到的以太网帧。

以太网的交换方式以存储转发(Store and Forward)为主，如图1所示，多个PHY模块1’通过各自对应的MAC模块2’连接到交换模块3’，转发表4’与交换模块3’连接。具体的工作流程如下：

1)某个PHY模块1’将从其物理端口接收到模拟信号进行模数转换、译码处理后，成为符合MII(Media Independent Interface)规范的数据流并通过MII接口将该数据流传递到MAC模块2’进行成帧处理；

2)MAC模块2’维护两类以太网帧的缓存：接收缓存21’和发送缓存22’，接收到的以太网帧暂时存放在接收缓存21’中，要发送的以太网帧存放在发送缓存22’中；MAC模块2’对缓存中的以太网帧进行校验，丢弃错误的以太网帧；

3)交换模块3’维护一个转发表4’，记录与端口(PHY模块1’的物理端口)连接的各以太网设备的MAC地址；

4)当MAC模块2’接收到以太网帧时，交换模块3’读取以太网帧头中的源MAC地址，这样交换模块3’就学习到包含该源MAC地址的以太网帧是从哪个端口(PHY模块1’的物理端口)接收到的，并把学习到的“端口←→MAC地址”映射记录写到转发表4’中；

5)交换模块3’再去读取以太网帧头中的目的MAC地址，并在转发表4’中查找相应的端口；

6)如转发表4’中有与这目的MAC地址对应的端口，则交换模块3’把MAC模块2’接收缓存21’中的以太网帧直接复制到与这端口相连的MAC模块2’的发送缓存22’中；

7)如转发表4’中找不到相应的端口，则交换模块3’把该以太网帧广播到所有的MAC模块2’上；当目的机器对源机器回应时，交换模块3’就可以学习到这一目的MAC地址与哪个端口对应并记录到转发表4’中，在下次传送数据时就可以直接转发。不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，以太网交换机就可以建立和维护转发表4’。

以太网交换机采用的“存储转发”模式存在交换处理能力限制的问题从而影响到业务传输的实时性，具体表现在以下方面：

(1)交换能力即数据吞吐量存在限制。交换模块3’必须实现全矩阵交换，即每个端口都有到其他所有端口的通道，才能保证所有端口间的通信互不影响。要实现全矩阵交换，需要大量的CPU处理能力和内存，造价昂贵。因此，以太网交换机大都采用宽总线式交换方式，即在背板上预留较宽的数据总线供各端口共享。这样，在存储转发时，就受到总线带宽的限制，会有部分端口需要等待总线资源，造成时延(Delay)。

(2)以太网帧在通过一个分组交换网络节点时，因为采用“存储转发”模式，以太网帧中接收缓冲21’和发送缓冲22’中被暂存，会产生时延。

(3)以太网帧在分组交换网络中传输时，各以太网帧中沿途的交换节点中可能会经历不同的时延，引起分组的总时延变化很大，产生抖动(Jitter)。

(4)以太网帧在分组交换网络中传输时，各交换节点需要对每个以太网帧进行“存储/查表/转发”的处理，需要消耗时间，额外开销大。

由于以太网交换技术的存储转发模式，以太网传输数据是非实时的。而目前网络中承载的主要业务是流媒体和交互式应用，如视频点播(VOD：Video onDemand)、可视电话、VoIP(Voice over Internet Protocol)等业务，这些业务要求网络的实时性好，时延和抖动小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以太网电路交换装置及方法，以使网络具有较好的实时性。

为解决以上技术问题，本发明首次为以太网交换引入电路交换的概念，并采取以下技术方案：