專利名稱：實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)，尤其涉及各種路由器、交換機等設備。本發(fā)明還涉及一種采用單播、組播、廣播技術合并使用的方式使得板間通信一次完成的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，尤其涉及到各種分布式系統(tǒng)的板卡之間的消息處理。
背景技術：
分布式系統(tǒng)由主控板(一般為協(xié)議處理板、交換網(wǎng)板合一板，分為主用主控板和備用主控板)和各種業(yè)務線卡組成。系統(tǒng)的各種單板之間需要大量的信息交互，包括主控板往線卡同步的信息，如各種表的同步、版本加載等信息；線卡往主控板的同步信息，板卡的離線、在線信息，板卡的各種告警信息等。
需要發(fā)送到其他單板的信息通常由板間通信適配模塊將這些信息分類、分段組成適合介質發(fā)送的包，再添加適當?shù)哪康陌宓刂?、源板地址和校驗等字段，就可以交由交換通道來發(fā)送。
分布式系統(tǒng)有兩種通信模式帶內通信和帶外通信。
帶內通信是指板間通信消息占用數(shù)據(jù)通道帶寬，需要發(fā)送的板間通信包插入到數(shù)據(jù)交換矩陣中，到達目的單板后，再從數(shù)據(jù)通道中分離出來，從而實現(xiàn)板間通信。
帶外通信是指板間通信消息有自己的獨立通道，通常由單獨的一塊多端口交換芯片把所有單板連接起來，需要發(fā)送的板間通信包直接在這個獨立通道上轉發(fā)到目的單板。如圖1所示，描述分布式系統(tǒng)設備的各種單板的連接關系，其中業(yè)務數(shù)據(jù)通道用于正常的業(yè)務數(shù)據(jù)交換，板間通信專用通道則用于各單板之間的消息交互。
目前的分布式系統(tǒng)采用點到點通信方式，當需要向某一特定單板發(fā)送信息時，這種方式準確高效；當需要向某幾塊單板發(fā)送信息時，往往采用多次的點到點發(fā)送方式。
上述方式即點到點通信方式應用于帶內通信模式或帶外通信模式時存在明顯的缺陷主用主控板往往需要同時向多塊線卡和備用主控板同步大量信息，這些消息大多是公用的，如果使用點到點發(fā)送，就需要拷貝多份或者串行發(fā)送，浪費大量的板間通信帶寬，同時對主用主控板的處理器的資源和效率重復占用。在實時信息較多的環(huán)境下，消息不能及時到達各線卡導致系統(tǒng)響應速度變慢，致使整個分布式系統(tǒng)性能下降。從上面的介紹可以看出，板間通信采用單播的點到點方式無法應付一塊單板向其他多塊單板發(fā)送消息的應用，既浪費資源，又降低效率，嚴重時，會造成板間通信通道的擁塞。

發(fā)明內容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種一塊單板同時向多塊單板通信一次就能使任意組合的多塊其它單板接收到此消息的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)。此外本發(fā)明的另一目的還要提供一種單播、組播、廣播合并使用的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法。
為達到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)，包括單板和板間通信交換芯片，單板和板間通信交換芯片通過端口連接，所述的單板為主控板和線卡；本發(fā)明的系統(tǒng)還包括運行在主控板上的板間通信交換芯片初始化模塊，用于配置所述單板的所有組合并下發(fā)到所述板間通信交換芯片上；運行在單板上的板間通信收發(fā)包適配模塊和板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包適配模塊用于封裝組播或廣播幀，并發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊把收到的組播或廣播幀寫入所述板間通信交換芯片再發(fā)送給一個以上的目的單板。
其中，所述的主控板包括主用主控板和備用主控板。
為達到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，包括如下幾個步驟①系統(tǒng)初始化，板間通信交換芯片初始化模塊對板間通信收發(fā)包適配模塊和板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊的數(shù)據(jù)結構進行初始化，并配置板間通信交換芯片；②若任一單板向一塊以上單板發(fā)送板間通信消息，則板間通信收發(fā)包適配模塊封裝組播或廣播幀，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊；③板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將收到的廣播幀或組播幀寫入板間通信交換芯片，板間通信交換芯片將此幀發(fā)送到一塊以上目的單板。
其中，在步驟①和步驟②之間還包括如下步驟I、判斷任一單板是僅向一塊單板發(fā)送板間通信消息還是向一塊以上的單板發(fā)送消息；
II、若任一單板僅向一塊單板發(fā)送消息，則板間通信收發(fā)包適配模塊采用點到點的通信方式，把信息封裝在單播幀中，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊；III、板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將要發(fā)送的單播幀寫入板間通信交換芯片，板間通信交換芯片并將此幀發(fā)送到唯一的目的單板。
其中，系統(tǒng)初始化的具體步驟為板間通信交換芯片初始化模塊依據(jù)各單板與板間通信交換芯片相連接的端口和VLAN的對應關系或端口和組播MAC的對應關系，將所有單板之間的任意組合寫入板間通信交換芯片，即填寫VLAN表或組播表的端口位圖。
其中，板間通信收發(fā)包適配模塊封裝組播或廣播幀的具體步驟為先依據(jù)發(fā)往的單板號列表獲取交換芯片的物理端口位圖信息，計算出相關的VLAN號，然后添加相關的本板地址為源MAC地址和目的MAC地址到發(fā)送幀中。
其中，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊向板間通信交換芯片寫入幀信息的步驟為，先依據(jù)板間通信交換芯片的功能，在幀中添加VLAN標簽域，然后計算以太網(wǎng)的FCS(幀校驗序列)域并添加到幀的最后，最后將幀的相關信息寫入板間通信交換芯片的描述符表，將幀的數(shù)據(jù)寫入芯片的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)是按照交換芯片和線卡之間的端口對應關系，將單板的所有組合寫入交換芯片，使用單播、廣播或者單播、組播的方式使得板間通信一次完成，提高系統(tǒng)對板間通信的處理能力，提升效率，減少資源占用，減少可能出現(xiàn)的通道擁塞。
上述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，采用單播、組播和廣播合并使用的方式，使得板間通信快速有效，滿足一次發(fā)送使任意組合的其他單板接收到此消息的需求。


圖1是現(xiàn)有的分布式系統(tǒng)單板業(yè)務和通信連接關系圖；圖2是本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)模塊組成圖；圖3是本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)和方法的板間通信數(shù)據(jù)流向示意圖；圖4是本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)，包括單板和板間通信交換芯片，單板與板間通信交換芯片通過端口相連接，該系統(tǒng)還包括運行在主控板上的板間通信交換芯片初始化模塊，用于配置所述單板的所有組合并下發(fā)到所述板間通信交換芯片上；運行在單板上的板間通信收發(fā)包適配模塊和板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包適配模塊用于封裝組播或廣播幀，并發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊把收到的組播或廣播幀寫入所述板間通信交換芯片再發(fā)送給一個以上的目的單板。
如圖2、圖3所示，本發(fā)明的系統(tǒng)組成和板間通信數(shù)據(jù)流向示意圖，該系統(tǒng)由板間通信交換芯片初始化模塊、板間通信收發(fā)包適配模塊、板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊等組成。
其中，板間通信交換芯片初始化模塊依據(jù)板間通信交換芯片和單板之間的端口連接關系，按照VLAN和端口的對應關系配置單板的所有組合并下發(fā)到板間通信交換芯片，這些配置將用于單板向其他任意組合單板發(fā)送消息時使用，板間通信交換芯片初始化模塊只在板間通信交換芯片的控制板上運行，控制板一般為主控板，主控板分為主用主控板和備用主控板。
其中，板間通信收發(fā)包適配模塊運行在所有單板上，當單板需要往其它單板發(fā)送消息時，本模塊依據(jù)要發(fā)往的單板獲取交換芯片的端口位圖，由端口位圖計算出相應的VLAN，對要發(fā)送的消息進行封裝，添加必要的字段，形成完整的以太網(wǎng)幀，交給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊。
其中，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊運行在所有單板上，將板間通信收發(fā)包適配模塊計算并封裝的以太網(wǎng)幀發(fā)送到交換芯片發(fā)往目的單板。
如圖4所示，本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法如下，包括①系統(tǒng)初始化，板間通信交換芯片初始化模塊依據(jù)各單板所接的板間通信交換芯片的物理號端口，確定需要初始化的VLAN或者組播表，填入相應的端口信息，然后進入步驟②；②任一單板向其它單板發(fā)送板間通信消息時，若僅向一單板發(fā)送板間通信消息，則進入步驟③，若向多塊單板發(fā)送板間通信消息，則進入步驟④；③板間通信收發(fā)包適配模塊采用點到點的通信方式，把信息封裝在單播幀中，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將要發(fā)送的單播幀寫入板間通信交換芯片，將此幀發(fā)送到唯一的目的單板；
④板間通信收發(fā)包適配模塊依據(jù)要發(fā)往的單板號，計算出相應的VLAN或組播號，封裝成組播或廣播幀，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將要發(fā)送的組播或廣播幀寫入板間通信交換芯片，交換芯片將此幀發(fā)送到多塊目的單板。
若利用單播和組播方式(VLAN+組播MAC地址為索引來獲取端口位圖)時，在初始化模塊中填寫相應的組播和端口的對應表。這種方式適用于交換芯片支持較多VLAN的情況。
第一步，系統(tǒng)初始化時，板間通信初始化模塊初始化板間通信收發(fā)包適配模塊、板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊的數(shù)據(jù)結構，配置板間通信通道使用的交換芯片，按照端口和VLAN的對應關系，填寫VLAN表的端口位圖，以8塊單板為例VLAN10000 0001VLAN20000 0010……VLAN2551111 1111該計算方式，就是以VLAN號的二進制寫入端口位圖。
第二步，某塊單板欲發(fā)送板間通信消息給其他單板，相關模塊調用板間通信收發(fā)包適配模塊進行處理，板間通信收發(fā)包適配模塊根據(jù)交換芯片的MTU(最大傳輸單元)決定是否對消息分段，然后依據(jù)發(fā)往的單板號列表獲取交換芯片的物理端口位圖，計算出相關VLANVLAN id＝(mn*2n)+(mn-1*2n-1)+…+(m1*21)+(m0*20)其中，M0…Mn是端口位圖信息，包括此端口則為1，否則為0，計算完畢后，按照以太網(wǎng)幀格式對消息進行必要的封裝，添加相關的本板地址為源MAC地址，添加全1的目的MAC地址即廣播MAC地址。
調用板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊。
第三步，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊依據(jù)交換芯片的功能，決定是否為以太網(wǎng)幀添加VLAN標簽域，如果添加，則在目的、源MAC地址后添加4個字節(jié)0x8100和VLAN id號，然后計算以太網(wǎng)幀的FCS(幀校驗序列)域并添加到幀的最后。這時的以太網(wǎng)幀就是一個完整的可以交由硬件發(fā)送的幀。板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將幀的相關信息寫入交換芯片的描述符表，將幀的數(shù)據(jù)寫入交換芯片的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，交換芯片就可以把這個幀發(fā)給需要接收此消息的單板。
下面這種方式適用于交換芯片支持較少VLAN，但支持簡單二層組播的情況。
第一步，系統(tǒng)初始化時，板間通信初始化模塊初始化板間通信收發(fā)包適配模塊、板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊的數(shù)據(jù)結構，配置板間通信通道使用的交換芯片，按照端口和組播MAC的對應關系，填寫組播表的端口位圖，以8塊單板為例VLANz+MAC10000 0001VLANz+MAC20000 0010……VLANz+MAC2551111 1111其中，VLANz是交換芯片能支持的任一VLAN，以組播MAC地址的后8位的二進制寫入端口位圖。
第二步，某塊單板欲發(fā)送板間通信消息給其他單板，相關模塊調用板間通信收發(fā)包適配模塊進行處理，板間通信收發(fā)包適配模塊根據(jù)交換芯片的MTU(最大傳輸單元)決定是否對消息分段，然后依據(jù)發(fā)往的單板號列表獲取交換芯片的物理端口位圖，計算出相關組播MAC地址MAC＝(mn*2n)+(mn-1*2n-1)+…+(m1*21)+(m0*20)其中，M0…Mn是端口位圖信息，包括此端口則為1，否則為0。置MAC地址的D40為1，使其成為組播MAC地址，計算完畢后，按照以太網(wǎng)幀格式對消息進行必要的封裝，添加相關的本板地址為源MAC地址，添加上述計算出的組播MAC為目的MAC地址。
調用板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊。
第三步，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊依據(jù)交換芯片的功能，決定是否為以太網(wǎng)幀添加VLAN標簽域，如果添加，則在目的、源MAC地址后添加4個字節(jié)0x8100和VLAN id號，然后計算以太網(wǎng)幀的FCS域并添加到幀的最后。這時的以太網(wǎng)幀就是一個完整的可以交由硬件發(fā)送的幀。板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將幀的相關信息寫入交換芯片的描述符表，將幀的數(shù)據(jù)寫入交換芯片的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，交換芯片就可以把這個幀發(fā)給需要接收此消息的單板。
本發(fā)明實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)是按照交換芯片和單板之間的端口對應關系，將單板所有組合寫入交換芯片，使用單播、廣播或者單播、組播的方式使得板間通信一次完成，提高系統(tǒng)對板間通信的處理能力，提升效率，減少資源占用，減少可能出現(xiàn)的通道擁塞。
上述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，采用單播、組播和廣播合并使用的方式，使得板間通信快速有效，滿足一次發(fā)送，使任意組合的其他單板接收到此消息的需求。
權利要求
1.實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)，包括單板和板間通信交換芯片，所述單板與板間通信交換芯片通過端口連接，所述單板為主控板和線卡，其特征在于，還包括運行在主控板上的板間通信交換芯片初始化模塊，用于配置所述單板的所有組合并下發(fā)到所述板間通信交換芯片上；運行在單板上的板間通信收發(fā)包適配模塊和板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包適配模塊用于封裝組播或廣播幀，并發(fā)送到板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊，所述的板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊把收到的組播或廣播幀寫入所述板間通信交換芯片再發(fā)往一個以上的目的單板。
2.按照權利要求1所述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控板包括主用主控板和備用主控板。
3.實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，其特征在于，包括以下幾個步驟①系統(tǒng)初始化，板間通信交換芯片初始化模塊對板間通信收發(fā)包適配模塊和板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊的數(shù)據(jù)結構進行初始化，并配置板間通信交換芯片；②若任一單板向一塊以上單板發(fā)送板間通信消息，則板間通信收發(fā)包適配模塊封裝組播或廣播幀，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊；③板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將收到的組播幀或廣播幀寫入板間通信交換芯片，板間通信交換芯片將此幀發(fā)往一塊以上目的單板。
4.按照權利要求3所述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，其特征在于，在步驟①和步驟②之間還包括如下步驟I、判斷任一單板是僅向一塊單板發(fā)送板間通信消息還是向一塊以上的單板發(fā)送消息；II、若任一單板僅向一塊單板發(fā)送消息，則板間通信收發(fā)包適配模塊采用點到點的通信方式，把信息封裝在單播幀中，發(fā)送給板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊；III、板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊將要發(fā)送的單播幀寫入板間通信交換芯片，板間通信交換芯片并將此幀發(fā)送到唯一的目的單板。
5.按照權利要求3所述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，其特征在于，系統(tǒng)初始化的具體步驟為板間通信交換芯片初始化模塊依據(jù)各單板與板間通信交換芯片相連接的端口和虛擬局域網(wǎng)的對應關系或端口和組播介質訪問控制的對應關系，將所有單板之間的任意組合寫入板間通信交換芯片，即填寫虛擬局域網(wǎng)表或組播表的端口位圖。
6.按照權利要求3所述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，其特征在于，板間通信收發(fā)包適配模塊封裝組播或廣播幀的具體步驟為先依據(jù)發(fā)往的單板號列表獲取交換芯片的物理端口位圖信息，計算出相關的虛擬局域網(wǎng)號，然后添加相關的本板地址為源介質訪問控制地址和目的介質訪問控制地址到發(fā)送幀中。
7.按照權利要求3所述的實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的方法，其特征在于，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊向板間通信交換芯片寫入幀信息的步驟為先在幀中添加虛擬局域網(wǎng)標簽域，然后計算以太網(wǎng)的幀校驗序列域并添加到幀的最后，最后將幀的相關信息寫入板間通信交換芯片的描述符表，將幀的數(shù)據(jù)寫入芯片的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)分布式系統(tǒng)板間通信的系統(tǒng)和方法，為解決現(xiàn)有的分布式系統(tǒng)采用點到點通信方式無法應付一塊單板向其它多塊單板發(fā)送消息的問題而發(fā)明。本發(fā)明中板間通信交換芯片初始化模塊依據(jù)板間通信交換芯片和單板之間的端口連接關系配置單板的所有組合并下發(fā)到板間通信交換芯片，板間通信收發(fā)包適配模塊運行在單板上，計算封裝要發(fā)送的以太網(wǎng)幀，板間通信收發(fā)包實現(xiàn)模塊也運行在單板上，將板間通信收發(fā)包適配模塊封裝的以太網(wǎng)幀寫入交換芯片再發(fā)往目的單板。本發(fā)明使用單播、組播、廣播組合的方式使得板間通信一次完成，提高系統(tǒng)對板間通信的處理能力，減少資源占用，減少可能出現(xiàn)的通道擁塞。
文檔編號H04L12/56GK1825804SQ20061006708
公開日2006年8月30日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權日2006年4月4日
發(fā)明者陳曉, 邵國 申請人:中興通訊股份有限公司