直通转发模式低速率端口适配高速率端口的实现方法与流程

1.本发明涉及以太网网络处理芯片集成电路的实现领域，尤其涉及一种直通转发模式低速率端口适配高速率端口的实现方法。


背景技术：

2.报文在分组交换网络的交换或路由节点的转发存在两种方式，一种为存储转发，一种为直通转发方式。存储转发是先将整个报文接收下来后再进行报文的分流、过滤、统计、路由/交换转发等处理。存储转发方式具有比较大的存包时延，如1542字节的以太网报文以千兆速率接收下来，需要花费12.336us，时延较大。直通转发不需要将整个报文全部接收下来，只需接收到报文的一部分，比如以太网报文的前14个字节或报文的前64个字节等，就开始进行报文处理，这样大大的减少了报文的存包时延，同时也可以减少因报文长度不同带来的抖动，常用于对低时延或抖动有要求的场景，比如tsn时间敏感网络等。
3.因端口速率适配的问题，直通转发模式下无法实现从低速率端口转发到高速率端口，即在遇到低速率端口向高速率端口转发报文时无法使用直通转发模式，如100mbps端口向1gbps端口或1gbps端口向10gbps端口转发数据，通常的解决方法是改为存储转发方式。但是存储转发的方式就必定带来比较大的转发时延。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决在特定场景下，网络设备遇到从低速率端口向高速率端口进行数据转发情况下时仍然能使用直通转发模式，减少报文的转发时延。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种直通转发模式低速率端口适配高速率端口的实现方法，其包括：根据低速率端口数目将高速率端口的数据链路层mac层拆分为若干个子mac层，从而每个低速率端口对应一个高速率端口的一个子mac层；在高速率端口的mac层与物理层phy层之间增加mac合并层，高速率端口的各子mac层通过mac合并层与phy层连接；按低速率端口的速率等级将高速率端口的带宽划分为若干个时隙，按时隙划分出来的逻辑通信链路速率等于对应低速率端口的接入速率，时隙个数等于逻辑通信链路的个数；低速率端口按速率一致原则将数据发送到高速率端口的对应的子mac层中。
6.在进一步的技术方案中，从低速率端口将接收到的报文分片，转发到低速率端口对应的高速率端口的子mac层中，由高速率端口的mac合并层将报文分片封装成以太网分片报文，并按时隙转发各子mac层的报文分片。
7.在进一步的技术方案中，在将报文分片封装成以太网分片报文时，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息。
8.在进一步的技术方案中，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息包括：将以太网报文7字节的原前导码改为5字节，原前导码的第6字节改为分片起始分隔符，分片起始分割符包括指示当前分片为第一分片的首分片分隔符和指示当前分片为后续分片的非首分片分隔符，原前导码的第7字节改为通道识别id，用于指示分片所在的逻
辑通信链路。
9.在进一步的技术方案中，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息还包括：将以太网报文起始分隔符改为分片有效数据长度，指示当前以太网分片报文的数据域的有效数据长度，当最后一分片数据不足60字节时，填充数据至60字节，数据域用于存放报文分片内容，循环冗余校验码crc用于识别分片结束和报文结束。
10.在进一步的技术方案中，高速率端口按时隙将各个子mac中的数据按分片依次发送出去，并在高速率端口的接收端按时隙接收各逻辑通信链路的数据信息，并处理报文分片。
11.在进一步的技术方案中，高速率端口在接收报文时，若为直通模式，则继续按照直通转发模式进行报文处理，若为存储转发模式，则根据以太网分片报文的中的通道识别id和分片有效数据长度，提取各分片的有效数据，组成完整以太网报文。
附图说明
12.图1是本发明的产品用途的示例图；
13.图2是本发明的高速率端口的数据链路层的模型示意图；
14.图3是本发明的网络芯片内部数据通路映射的示例图；
15.图4是本发明的报文分片转发过程的示例图；
16.图5是本发明的以太网分片报文封装格式的示意图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
18.本发明旨在解决在特定场景下，网络设备遇到从低速率端口向高速率端口进行数据转发情况下时仍然能使用直通转发模式，减少报文的转发时延。如图1所示的，vpn用户以千兆ge速率接入到网络中，汇聚到10ge的端口上，然后通过10ge的链路将两地网络连接起来，使用直通存储转发方式减少转发时延，若直通转发模式的报文处理深度为64字节(报文分为64字节的分片)，则在每一跳报文的存包时延减少到512ns，大大提高了网络性能。
19.本发明的设计要点包括：
20.(1)根据速率匹配等级将高速率端口的mac层分拆出若干个子mac。
21.(2)在高速率端口的mac层与phy层之间增加mac合并层。
22.(3)按低速端口的速率等级将高速率端口的带宽划分为若干个时隙，即将高速率通道按低速率的速率等级划分为若干个逻辑通信链路。
23.(4)低速率端口按速率一致原则将数据发送到高速率端口的对应的子mac中。
24.(5)修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息。
25.(6)高速率端口按时隙将各个子mac中的数据按分片依次发送出去，并在高速率端口的接收端按时隙接收各逻辑通信链路的数据信息，并处理报文分片。
26.如图2所示,本发明是对osi网络参考模型的以太网数据链路层进行设计改造，根据低速率端口数目将高速率端口的mac拆分为若干个子mac，高速率端口的各子mac通过mac合并层和phy层连接。如图3所示，每个低速率端口对应一个高速率的端口的子mac。按低速
端口的接入速率等级划分高速率端口的时隙，按时隙划分出来的逻辑通信链路速率等于对应低速端口的接入速率，时隙个数等于逻辑通信链路的个数，设直通转发模式的报文分片长度为l，则l大于等于64字节，最小时隙长度应能发送长度为l的分片。
27.如图4所示，直通模式下，从低速率端口将接收到的报文分片，转发到低速率端口对应的高速率端口子mac中，由高速率端口的mac合并层将报文分片封装成以太网分片报文，并按时隙转发各子mac的报文分。
28.如图5所示以太网分片报文的封装格式，将802.3协议中的以太网报文7字节的原前导码改为5字节，原前导码的第6字节改为分片起始分隔符，分片起始分割符包括指示当前分片为第一分片的首分片分隔符和指示当前分片为后续分片的非首分片分隔符。原前导码的第7字节改为通道识别id，用于指示分片所在的逻辑通信链路。将802.3协议中的以太网报文起始分隔符改为分片有效数据长度，指示当前以太网分片报文的数据域的有效数据长度，当最后一分片数据不足60字节时，填充数据至60字节。数据域用于存放报文分片内容，循环冗余校验码crc用于识别分片结束和报文结束(最后一个分片)，其识别方式采用ieee 802.3br中的可抢占报文分片识别相同的方式。
29.高速率端口在接收报文时，若为直通模式，则继续按照直通转发模式进行报文处理，若为存储转发模式，则根据以太网分片报文的中的通道识别id和分片有效数据长度，提取各分片的有效数据，组成完整以太网报文。
30.以图3为例，有10个低速1gbps的接入端口汇聚到1个10g的端口上，将10g的端口按以上原则设置10个子mac(mac0～mac9),分别承载低速接入端口ge0～ge9的汇聚报文，将10g端口划分为10个时隙，相当于1个1gbps的逻辑通信链路，和接入端口的速率一致。
31.在本发明的实施方式中，提供了一种直通转发模式低速率端口适配高速率端口的实现方法，其包括：根据低速率端口数目将高速率端口的数据链路层mac层拆分为若干个子mac层，从而每个低速率端口对应一个高速率端口的一个子mac层；在高速率端口的mac层与物理层phy层之间增加mac合并层，高速率端口的各子mac层通过mac合并层与phy层连接；按低速率端口的速率等级将高速率端口的带宽划分为若干个时隙，按时隙划分出来的逻辑通信链路速率等于对应低速率端口的接入速率，时隙个数等于逻辑通信链路的个数；低速率端口按速率一致原则将数据发送到高速率端口的对应的子mac层中。
32.在进一步的技术方案中，从低速率端口将接收到的报文分片，转发到低速率端口对应的高速率端口的子mac层中，由高速率端口的mac合并层将报文分片封装成以太网分片报文，并按时隙转发各子mac层的报文分片。
33.在进一步的技术方案中，在将报文分片封装成以太网分片报文时，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息。
34.在进一步的技术方案中，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息包括：将以太网报文7字节的原前导码改为5字节，原前导码的第6字节改为分片起始分隔符，分片起始分割符包括指示当前分片为第一分片的首分片分隔符和指示当前分片为后续分片的非首分片分隔符，原前导码的第7字节改为通道识别id，用于指示分片所在的逻辑通信链路。
35.在进一步的技术方案中，修改报文前导码，增加逻辑链路识别标识信息和报文分片信息还包括：将以太网报文起始分隔符改为分片有效数据长度，指示当前以太网分片报
文的数据域的有效数据长度，当最后一分片数据不足60字节时，填充数据至60字节，数据域用于存放报文分片内容，循环冗余校验码crc用于识别分片结束和报文结束。
36.在进一步的技术方案中，高速率端口按时隙将各个子mac中的数据按分片依次发送出去，并在高速率端口的接收端按时隙接收各逻辑通信链路的数据信息，并处理报文分片。
37.在进一步的技术方案中，高速率端口在接收报文时，若为直通模式，则继续按照直通转发模式进行报文处理，若为存储转发模式，则根据以太网分片报文的中的通道识别id和分片有效数据长度，提取各分片的有效数据，组成完整以太网报文。
38.本发明解决了低速率端口向高速率端口进行数据转发无法使用直通存储转发方式的问题。在某些特定场景下可以使用本发明降低网络时延，提高网络性能。
39.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。