一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝置制造方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝置，屬于通信【技術領域】，本發(fā)明提供的方法包括：切分方法和重組方法。其中切分方法包括：將數(shù)據(jù)包預切分再緩存，采用信息緩存與數(shù)據(jù)緩存的數(shù)據(jù)管理方式，當緩存了一個內(nèi)部信元凈荷大小的數(shù)據(jù)即開始生成并發(fā)送信元；重組方法包括：采用信息緩存和VIQ緩存的數(shù)據(jù)管理方式，在將信元凈荷分別存入VIQ緩存的過程中即完成了數(shù)據(jù)包重組。本發(fā)明提供的裝置，包括：交換機中的切分模塊和重組模塊，以實現(xiàn)上述方法。該方法和裝置能高效完成數(shù)據(jù)包切分與重組，數(shù)據(jù)管理簡單易行，能有效減少切分延遲和延遲抖動，提高交換效率。
【專利說明】一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術領域】，特別是涉及一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝 置。

【背景技術】
[0002] 交換機是現(xiàn)代大型網(wǎng)絡的基礎。在目前的交換機設計中，為了提高交換系統(tǒng)的性 能，對數(shù)據(jù)包的處理廣泛采用定長分組交換技術。定長分組交換技術，要求將變長數(shù)據(jù)包在 交換機輸入端切分成固定長度的信元，再通過交換結構進行交換，最后在輸出端將信元重 組為原始數(shù)據(jù)包再進行轉發(fā)。定長分組交換使得整個交換結構的各個交換單元都同步操 作，實現(xiàn)簡單，交換的信元顆粒小，交換時延短。
[0003] 現(xiàn)行的交換機一般包括交換模塊和對應于每個端口的切分模塊、重組模塊和網(wǎng)絡 接口模塊。網(wǎng)絡接口模塊,根據(jù)協(xié)議完成物理介質中的物理信號和并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包之間 的相互轉換，并維護鏈路。網(wǎng)絡接口模塊收到物理介質傳來的數(shù)據(jù)后得到有效的數(shù)據(jù)包，發(fā) 給切分模塊。切分模塊根據(jù)數(shù)據(jù)包頭部中的信息生成信元頭部，將目的地址對應為目的端 口號，并將數(shù)據(jù)包切分為定長信元，發(fā)給交換模塊。交換模塊根據(jù)信元頭部中的目的端口 號，將信元轉發(fā)給目的端口的重組模塊。重組模塊將交換模塊發(fā)送來的信元重組為原始數(shù) 據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊。網(wǎng)絡接口模塊根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。
[0004] 現(xiàn)有的切分技術大都是接收數(shù)據(jù)包并存儲于RAM中，當接收并存儲一個完整的數(shù) 據(jù)包后，從RAM讀出該數(shù)據(jù)包再切分為信元。這種方法存在以下問題：
[0005] 1.在數(shù)據(jù)包較長時，導致數(shù)據(jù)包切分延時很大?，F(xiàn)有切分技術采用等待一個數(shù)據(jù) 包被完整地接收并存儲之后，再開始切分并發(fā)送信元。因此數(shù)據(jù)包較長時，需要等待的時間 較長，導致切分延時大。
[0006] 2.在數(shù)據(jù)包長度變化大的情況下延遲抖動明顯。當數(shù)據(jù)包較短時，延時較小，數(shù)據(jù) 包較大時延遲大。如光纖通道協(xié)議中最長幀為2148字節(jié)，最短幀為36字節(jié)，采用現(xiàn)有切分 技術在切分模塊延時相差數(shù)十倍。
[0007] 3.需要大量存儲資源，地址管理復雜?，F(xiàn)有技術采用RAM存儲，需要專門的地址管 理模塊。
[0008] 專利"一種星上交換模塊的數(shù)據(jù)報分段與重組系統(tǒng)及實現(xiàn)方法"中，在"分段器"模 塊采用兩倍于內(nèi)部信元凈荷長度大小的RAM，用乒乓操作的方式每存入一個信元凈荷長度 的數(shù)據(jù)，則讀出并生成一個內(nèi)部信元。此技術方案緩解了上述延時大和延時抖動問題，但存 在以下問題：
[0009] 1.采用兩級緩存，存儲利用率不高。先將數(shù)據(jù)包存儲在"輸入緩存器"，然后從"輸 入緩存器"中讀出，提取信息，然后在"分段器"中完成切分操作。其中"分段器"中包含兩 倍于內(nèi)部信元凈荷長度大小的緩存，用乒乓操作的方式完成切分。
[0010] 2.數(shù)據(jù)包存入"輸入緩存器"到讀出"輸入緩存器"仍然存在長數(shù)據(jù)包延時較大和 數(shù)據(jù)包長度變化大時延時抖動較大的情況。
[0011] 3.在交換機內(nèi)發(fā)生數(shù)據(jù)堵塞時，數(shù)據(jù)不能從"分段器"中的切分緩存中被及時讀 出，而切分緩存不足以存儲完整數(shù)據(jù)包，因此可能會在此部分發(fā)生數(shù)據(jù)包內(nèi)容丟失。解決此 問題需要在其"輸入緩存器"和"分段器"間添加復雜的流量控制。
[0012] 4.在"分段器"中地址管理復雜，需要專門的地址管理模塊。
[0013] 現(xiàn)有的交換機的內(nèi)部信元重組技術主要采用RAM存儲，通過對地址的處理達到重 組的目的，此技術地址管理復雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組 的方法與裝置，從而達到高效可靠，延遲低，抖動小，數(shù)據(jù)管理簡單的目的。
[0015] 本發(fā)明的解決方案為一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法，該方法包括數(shù)據(jù)包切 分和數(shù)據(jù)包重組。
[0016] 數(shù)據(jù)包切分,接收由網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包并緩存，提取數(shù)據(jù)包頭部中的信 息生成信元頭部，將數(shù)據(jù)包切分為定長信元，與信元頭部組成完整信元后發(fā)送到交換模 塊；
[0017] 數(shù)據(jù)包重組，接收由交換模塊發(fā)來的信元并緩存，提取信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)將 其重組為完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊。
[0018] 在所述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法中，數(shù)據(jù)包切分具體包括以下步驟：
[0019] 步驟11 :接收到由網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包后，提取數(shù)據(jù)包頭部中的源地址信 息、目的地址信息，生成信元頭部所需的交換機中的源端口號、目的端口號信息；
[0020] 步驟12 :將數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)依次存入數(shù)據(jù)緩存中；
[0021] 步驟13 :生成信元頭部所需的其他信息，如信元的有效凈荷長度、信元在所屬數(shù) 據(jù)包中的編號等，利用這些信息和步驟11生成的信息生成信元頭部，并將其存入信息緩存 中；
[0022] 步驟14,若信息緩存非空，則從信息緩存中取出首個信元頭部；
[0023] 步驟15,根據(jù)步驟14信元頭部中的有效凈荷長度，從數(shù)據(jù)緩存中取出對應有效凈 荷長度大小的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，即為信元的有效凈荷數(shù)據(jù)；
[0024] 步驟16,利用信元的有效凈荷數(shù)據(jù)和信元頭部，組成一個完整的信元并發(fā)送到交 換模塊。
[0025] 所述步驟13的具體方法為：
[0026] (1)在接收數(shù)據(jù)包的過程中，若數(shù)據(jù)包未結束且當步驟12緩存的數(shù)據(jù)大小達到一 個信元的最大凈荷長度時，則生成信元頭部所需的其他信息，如信元的有效凈荷長度、信元 在所屬數(shù)據(jù)包中的編號等，然后按照所采用的信元頭部格式生成一個信元頭部，并將其存 入信息緩存中，用于組成一個信元；
[0027] (2)若數(shù)據(jù)包結束，此時步驟12中緩存的是最后一個信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，其長 度可能小于最大凈荷長度，則將該信元的有效凈荷長度、信元在數(shù)據(jù)包中的編號和尾信元 標志等信息組成信元頭部，并存入信息緩存中。
[0028] 所述步驟16的具體方法為：
[0029] (1)若信元的有效凈荷長度為最大凈荷長度，則直接將信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù) 組成完整的信元，并發(fā)送到交換模塊；
[0030] (2)若信元的有效凈荷長度小于最大凈荷長度，則需要在有效凈荷數(shù)據(jù)后添加填 充數(shù)據(jù)，長度為最大凈荷長度減去有效凈荷長度，以達到最大凈荷長度，再將信元頭部、有 效凈荷數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)組成完整的信元，并發(fā)送到交換模塊。
[0031] 在所述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法中，數(shù)據(jù)包重組具體包括以下步驟：
[0032] 步驟21，接收到由交換模塊發(fā)來的信元，提取信元頭部中的源端口號、有效凈荷長 度和尾信元標志；
[0033] 步驟22,分離信元中的信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù)，將有效凈荷數(shù)據(jù)依次存入步驟 21中源端口號對應的虛擬輸入隊列（Virtual Input Queue, VIQ)中，并產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)包對 應的信息，存入信息緩存中。其中虛擬輸入隊列為數(shù)據(jù)緩存，每一個虛擬輸入隊列對應交換 機的一個輸入端口，存儲此端口發(fā)來的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)；
[0034] 步驟23,若信息緩存非空，則從信息緩存中取出首個數(shù)據(jù)包信息；
[0035] 步驟24,根據(jù)數(shù)據(jù)包信息中的源端口號，從對應的虛擬輸入隊列中取出大小等于 數(shù)據(jù)包信息中數(shù)據(jù)包長度的數(shù)據(jù)，即完整的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊。
[0036] 所述步驟22的具體方法為：
[0037] (1)若尾信元標志為無效，即此信元不為此數(shù)據(jù)包的最后一個信元，則根據(jù)信元格 式和有效凈荷長度，拆去信元頭部，提取出信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)，再根據(jù)源端口號將有效 凈荷數(shù)據(jù)依次存入對應的虛擬輸入隊列中，同時對存入此虛擬輸入隊列的此信元所屬的數(shù) 據(jù)包長度進行計數(shù)；
[0038] (2)若尾信元標志為有效，即此信元為此數(shù)據(jù)包的最后一個信元，則拆去信元頭部 和填充數(shù)據(jù)，提取出信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)，將有效凈荷數(shù)據(jù)存入虛擬輸入隊列，再將源端 口號和通過計數(shù)所得的此數(shù)據(jù)包長度組成一個數(shù)據(jù)包信息，并存入信息緩存中，與對應虛 擬輸入隊列中的此數(shù)據(jù)包相對應，并將此虛擬輸入隊列數(shù)據(jù)包長度的計數(shù)進行清零。
[0039] 本發(fā)明基于此方法提出了一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置，該裝置包括：切 分模塊，重組模塊，切分模塊用于接收網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包并緩存，將其切分為若干 個信元，并發(fā)送給交換模塊；重組模塊用于接收交換模塊發(fā)來的若干信元并緩存，將這些信 元的有效載荷數(shù)據(jù)重組為一個完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊。
[0040] 在上述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置中，切分模塊包括數(shù)據(jù)包預切分單元、路 由表單元、信息緩存單元、數(shù)據(jù)緩存單元和信元生成與發(fā)送單元；
[0041] 所述路由表單元，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包頭部中的源地址、目的地址與交換機端口號對應 關系的存儲，可采用CAM(Content Addressable Memory,內(nèi)容可尋址存儲器）實現(xiàn)；
[0042] 所述數(shù)據(jù)包預切分單元，用于提取數(shù)據(jù)包頭部中生成信元頭部所需的信息，通過 查找路由表單元將源地址、目的地址信息對應為交換機中源端口號和目的端口號，并生成 信元頭部所需的其他信息，利用這些信息生成信元頭部并存入信息緩存單元中，將數(shù)據(jù)包 數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩存單元中；
[0043] 所述信息緩存單元，用于存儲數(shù)據(jù)包預切分單元所生成的信元頭部，采用 FIFO (First-Input First-Output,先入先出存儲隊列）實現(xiàn)；
[0044] 所述數(shù)據(jù)緩存單元，用于存儲完整的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，采用FIFO (First-Input First-Output,先入先出存儲隊列）實現(xiàn)；
[0045] 所述信元生成與發(fā)送單元，用于從信息緩存單元中取出信元頭部，從數(shù)據(jù)緩存單 元中取出大小等于信元頭部中有效凈荷長度的數(shù)據(jù)，即信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，利用有效凈 荷數(shù)據(jù)和信元頭部，組成一個完整的信元并發(fā)送給交換模塊。
[0046] 在上述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置中，重組模塊包括信元處理單元、信息緩 存單元、若干虛擬輸入隊列（Virtual Input Queue, VIQ)和數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元；
[0047] 所述信元處理單元，用于將接收到的信元中的信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù)分離，根 據(jù)信元頭部中的源端口號，將有效凈荷數(shù)據(jù)存入對應的虛擬輸入隊列中，將源端口號和通 過計數(shù)所得的數(shù)據(jù)包長度組成數(shù)據(jù)包對應的信息，并存入信息緩存單元中；
[0048] 所述信息緩存單元，用于存儲每個數(shù)據(jù)包對應的信息，采用FIFO(First_Input First-Output,先入先出存儲隊列）實現(xiàn)；
[0049] 所述虛擬輸入隊列，用于存儲經(jīng)過信元處理單元得到的信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，每 一個虛擬輸入隊列對應交換機的一個輸入端口，采用FIFO (First-Input First-Output,先 入先出存儲隊列）實現(xiàn)；
[0050] 所述數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元，用于利用信息緩存單元中的數(shù)據(jù)包對應的信息，從 對應的虛擬輸入隊列中取出完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給網(wǎng)絡接口模塊。
[0051] 本發(fā)明提出的交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝置，高效可靠，延遲低，抖動 小，數(shù)據(jù)管理簡單。在切分模塊，與現(xiàn)有技術的先緩存再處理相比，本發(fā)明在緩存數(shù)據(jù)包前 采用預切分的技術提前處理數(shù)據(jù)包；在數(shù)據(jù)緩存方面，與現(xiàn)有技術的二級緩存相比，采用 FIFO實現(xiàn)的信息緩存和數(shù)據(jù)緩存管理數(shù)據(jù)，在緩存中數(shù)據(jù)足以生成一個內(nèi)部信元時即開始 生成并發(fā)送信元。在重組模塊，采用FIFO實現(xiàn)的VIQ緩存和信息緩存實現(xiàn)重組并管理數(shù) 據(jù)，操作簡單，易于實施。并且本發(fā)明采用異步FIFO隔開內(nèi)部信元處理部分和數(shù)據(jù)包處理 部分，因此方便應用于內(nèi)部信元交換需要加速的交換機設計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052] 圖1為本發(fā)明一種實施方式中交換機整體系統(tǒng)框圖；
[0053] 圖2為FC幀格式示意圖；
[0054] 圖3為本發(fā)明一種實施方式中光纖通道交換機內(nèi)部信元格式示意圖；
[0055] 圖4為切分模塊的內(nèi)部框圖；
[0056] 圖5為圖4中的數(shù)據(jù)包預切分處理單元具體處理流程圖；
[0057] 圖6為圖4中的信元生成與發(fā)送單元具體處理流程圖；
[0058] 圖7為重組模塊的內(nèi)部框圖；
[0059] 圖8為圖7中的信息緩存內(nèi)存儲的信息格式示意圖；
[0060] 圖9為圖7中的信元處理單元具體處理流程圖；
[0061] 圖10為圖7中的數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元具體處理流程圖。

【具體實施方式】
[0062] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0063] 本發(fā)明一實施方式中的交換機整體系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括網(wǎng)絡接口模塊1(對 應于每個端口），切分模塊2 (對應于每個端口），交換模塊3和重組模塊4 (對應于每個端 □)。
[0064]網(wǎng)絡接口模塊1，實現(xiàn)協(xié)議交互，接收端接收來自物理介質上的信號，得到有效的 數(shù)據(jù)包發(fā)給切分模塊2 ;發(fā)送端將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包按照協(xié)議通過物理介質發(fā)出，并按協(xié)議 維護鏈路。
[0065] 切分模塊2,接收網(wǎng)絡接口模塊1發(fā)來的數(shù)據(jù)包，將其緩存并切分為預定格式的定 長信元，發(fā)送到交換模塊3。
[0066] 交換模塊3,根據(jù)信元頭部中的目的端口號，將信元轉發(fā)給目的端口的重組模塊 4。
[0067] 重組模塊4,收到交換模塊3發(fā)來的信元并緩存，將信元的有效凈荷數(shù)據(jù)重組為完 整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊1。
[0068] 具體地，本發(fā)明一種實施方式針對在光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C)交換機中實現(xiàn) 的情況，此時數(shù)據(jù)包即為FC幀。FC幀格式示意圖如圖2所示，其中包括4字節(jié)的幀起始符 S0F，24字節(jié)的FC幀頭，0-2112字節(jié)的載荷，4字節(jié)的CRC校驗，4字節(jié)的幀結束符EOF。FC 幀最長為2148字節(jié)，最短為36字節(jié)。但本發(fā)明應用并不局限于光纖通道交換機。
[0069] 圖3所示為本發(fā)明一種實施方式中光纖通道交換機內(nèi)部信元格式示意圖。信元大 小為64字節(jié)，首個32位（4字節(jié)）為信元頭部，之后的15個32位（60字節(jié)）為凈荷。
[0070] 所述信元頭部中，包括 FLAG、P_ID、V_Len、S_ID、D_ID 和 Priority 位段。
[0071] FLAG (2位），為首尾信元標志，其第一位為尾信元標志位，為1表示本信元為本FC 中貞的最后一個信元，為〇表示不是尾信元；其第二位為首信元標志位，為1表示本信元為本 FC巾貞的首個信元，為0表示不是首信元。特殊的，F(xiàn)LAG為00表示本信元非首尾信元，11表 示本信元為本FC幀所含的唯一信元，本FC幀不超過60字節(jié)。
[0072] P_ID(6位），為本信元在所屬FC幀中的信元編號。
[0073] V_Len (4位），為本信元的有效凈荷長度，以位寬（32位）為單位,滿負載時即為 15(11112)。
[0074] S_ID(5 位），為源端口號。
[0075] D_ID(5位），為目的端口號。
[0076] Priority (7位），為優(yōu)先級，用于交換模塊進行有優(yōu)先級的信元交換。
[0077] 圖4所示為本發(fā)明一實施方式中切分模塊2的內(nèi)部框圖，切分模塊2采用32位位 寬。切分模塊2接收來自網(wǎng)絡接口模塊1的FC幀，緩存并添加信元頭部，切分為定長的信 元，發(fā)送到交換模塊3。該模塊具體包括：路由表單元21，數(shù)據(jù)包預切分處理單元22,信息 緩存單元23,數(shù)據(jù)緩存單元24和信元生成與發(fā)送單元25。
[0078] 路由表單元21，存儲著FC幀頭中源地址、目的地址與交換機端口號的對應關系， 采用CAM實現(xiàn)，輸入一個地址則返回其對應的端口號。
[0079] 數(shù)據(jù)包預切分處理單元22,對接收到的FC幀進行預切分，并將FC幀存入數(shù)據(jù)緩存 單元24,將預切分所得的信元頭部存入信息緩存單元23。
[0080] 信息緩存單元23,存儲數(shù)據(jù)包預切分處理單元22所生成的信元頭部，采用FIFO實 現(xiàn)，F(xiàn)IFO位寬為32位。
[0081] 數(shù)據(jù)緩存單元24,存儲完整的FC幀數(shù)據(jù)，采用FIFO實現(xiàn)，F(xiàn)IFO位寬為32位。
[0082] 信元生成與發(fā)送單元25,根據(jù)信息緩存單元23中的信元頭部和數(shù)據(jù)緩存單元24 中的數(shù)據(jù)，完成信元的生成并發(fā)送到交換模塊3。
[0083] 所述的數(shù)據(jù)包預切分處理單元的具體處理流程圖如圖5所示，具體包括以下步 驟：
[0084] 步驟51 :提取FC幀頭中所需的信息，并生成信元頭部中所需的信息。當收到FC 幀，提取FC幀頭中的目的地址、源地址，通過路由表單元21將其對應為交換機中目的端口 號D_ID和源端口號S_ID，根據(jù)FC幀頭中的優(yōu)先級信息生成優(yōu)先級Priority。
[0085] 步驟52 :將FC幀依次存入數(shù)據(jù)緩存單元24。
[0086] 步驟53 :如果未收到E0F，則FC幀未結束。每收到并緩存一個信元最大凈荷長度 大小的數(shù)據(jù)（60字節(jié)），生成此信元的信元頭部所需的其他信息，包括信元的有效凈荷長度 V_Len、信元在所屬FC幀中的編號P_ID和首尾信元標志FLAG ;結合步驟51得到的目的端口 號0_10、源端口號S_ID和優(yōu)先級信息Priority，按照所采用信元頭部格式組成信元頭部， 將信元頭部依次存儲在信息緩存單元23中。
[0087] 步驟54 :如果收到E0F，則FC幀結束，此時存入數(shù)據(jù)緩存單元24的是最后一個信 元的有效凈荷數(shù)據(jù)，可能小于最大凈荷長度（60字節(jié)），生成此信元的有效凈荷長度V_Len、 此信元在FC幀中的編號P_ID和首尾信元標志FLAG信息，結合步驟51得到的其他信息組 成信元頭部，將信元頭部依次存入信息緩存單元23中。
[0088] 所述的信元生成與發(fā)送單元的具體處理流程圖如圖6所示，具體包括以下步驟：
[0089] 步驟61 :如果信息緩存單元23非空，則從信息緩存單元23中讀出首個信元頭部， 即其中首個32位數(shù)據(jù)。
[0090] 步驟62 :根據(jù)信元頭部中有效凈荷長度V_Len，從數(shù)據(jù)緩存單元24中讀出對應大 小的數(shù)據(jù)，即為信元的有效凈荷數(shù)據(jù)。
[0091] 步驟63 :如果信元的有效凈荷長度V_Len為15,為滿負載，則直接將信元頭部和有 效凈荷數(shù)據(jù)拼接為完整信元，并發(fā)送到交換模塊3。
[0092] 步驟64 :如果信元的有效凈荷長度V_Len小于15,則需要在有效凈荷數(shù)據(jù)后填充 (15-V_Len)個32位的填充數(shù)據(jù)，以達到最大凈荷長度，優(yōu)選的全部填充0。將信元頭部、有 效凈荷數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)拼接為完整信元，并發(fā)送到交換模塊3。
[0093] 圖7所示為本發(fā)明一實施方式中重組模塊4的內(nèi)部框圖，重組模塊4采用32位位 寬。該模塊收到交換模塊3發(fā)來的信元并緩存，將信元的有效凈荷數(shù)據(jù)重組為完整的FC幀， 并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊1。重組模塊4包括：信元處理單元41，信息緩存單元42, N個VIQ 緩存43,數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元44。
[0094] 信元處理單元41，將接收到信元的有效凈荷數(shù)據(jù)存入VIQ緩存43,并產(chǎn)生每個FC 幀對應的信息，存入信息緩存單元42。
[0095] 信息緩存單元42，存入每個FC幀對應的信息，其信息格式如圖8所示，包括源端口 號5_10和FC幀長度。其中，F(xiàn)C幀長度以數(shù)據(jù)位寬（32位）為單位，信息緩存單元42采用 FIFO實現(xiàn)。
[0096] VIQ43,虛擬輸入隊列，共有N個，VIQi對應第i個端口，用于存儲端口 i通過交換 模塊3發(fā)來的數(shù)據(jù)。經(jīng)過信元處理單元41處理后，存入VIQi的只有每個信元的有效凈荷 數(shù)據(jù)，若已經(jīng)存入了 FC幀最后一個信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，則此VIQi中完整存儲了此FC幀。 VIQ43采用FIFO實現(xiàn)。
[0097] 數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元44,根據(jù)信息緩存單元42中的FC幀對應的信息，讀取對應 VIQ43中完整的FC幀，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊1。
[0098] 所述的信元處理單元的具體處理流程圖如圖9所示，具體包括以下步驟：
[0099] 步驟91 :提取信元頭部中的源端口號S_ID，有效凈荷長度V_Len和首尾信元標志 FLAG。
[0100] 步驟92 :如果尾信元標志位為無效，即此信元不為此FC幀的最后一個信元，則根 據(jù)有效凈荷長度￥_1^11，將有效凈荷數(shù)據(jù)即信元中第2個字到第（V_Len+l)個字，依次存入 源端口號SID對應的緩存VIQi43中；同時對存入VIQi43的此信元所屬FC幀的長度以32 位為單位進行計數(shù)。
[0101] 步驟93 :如果尾信元標志位為有效,則此信元為此FC巾貞的最后一個信元,將其有 效凈荷數(shù)據(jù)存入VIQi43后，則此FC幀全部收到且存入對應VIQi43。將其源端口號和通過 計數(shù)所得的FC幀長度組成一個信息，依次存入信息緩存單元42中，與VIQi43中的此FC幀 所對應；清零此VIQi43中FC幀長度的計數(shù)。
[0102] 所述的數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元的具體處理流程圖如圖10所示，具體包括以下步 驟：
[0103] 步驟101 :如果信息緩存單元42非空，則讀出首個32位的信息得到其對應FC幀 的源端口號S_ID與FC幀長度。
[0104] 步驟102 :從源端口號S_ID對應的VIQi43中讀取所述長度的FC幀，得到完整的 FC幀，并將FC幀發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊1。
[0105] 相比與現(xiàn)有技術的缺點和不足，本發(fā)明有以下有益效果：
[0106] (1)本發(fā)明提出的交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法與裝置，高效可靠，延時低，抖 動小，數(shù)據(jù)管理簡單。
[0107] (2)在切分模塊，與現(xiàn)有技術的先緩存再處理相比，本發(fā)明在緩存數(shù)據(jù)包前采用預 切分的技術提前處理數(shù)據(jù)包；在數(shù)據(jù)緩存方面，與現(xiàn)有技術的二級緩存相比，采用FIFO實 現(xiàn)的信息緩存和數(shù)據(jù)緩存管理數(shù)據(jù)，在緩存中數(shù)據(jù)足以生成一個內(nèi)部信元時即開始生成并 發(fā)送信元。
[0108] (3)在重組模塊，采用FIFO實現(xiàn)的VIQ緩存和信息緩存實現(xiàn)重組并管理數(shù)據(jù)，操作 簡單，易于實施。并且本發(fā)明采用異步FIFO隔開內(nèi)部信元處理部分和數(shù)據(jù)包處理部分，因 此方便應用于內(nèi)部信元交換需要加速的交換機設計。
[0109] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明?？蓪⒋朔桨感薷?為應用于其他協(xié)議；信元格式和信息緩存中信息格式可以按具體需求設置；數(shù)據(jù)位寬亦可 根據(jù)所應用具體系統(tǒng)而更改。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換等， 均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法，該方法包括數(shù)據(jù)包切分和數(shù)據(jù)包重組： 數(shù)據(jù)包切分，接收由網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包并緩存，提取數(shù)據(jù)包頭部中的信息生 成信元頭部，將數(shù)據(jù)包切分為定長信元，與信元頭部組成完整信元后發(fā)送到交換模塊； 數(shù)據(jù)包重組，接收由交換模塊發(fā)來的信元并緩存，提取信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)將其重 組為完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊； 其特征在于在所述數(shù)據(jù)包切分具體包括以下步驟： 步驟11 :接收到由網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包后，提取數(shù)據(jù)包頭部中的源地址信息、 目的地址信息，生成信元頭部所需的交換機中的源端口號、目的端口號信息； 步驟12 :將數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)依次存入數(shù)據(jù)緩存中； 步驟13 :生成信元頭部所需的其他信息，如信元的有效凈荷長度、信元在所屬數(shù)據(jù)包 中的編號等，利用這些信息和步驟11生成的信息生成信元頭部，并將其存入信息緩存中； 步驟14,若信息緩存非空，則從信息緩存中取出首個信元頭部； 步驟15,根據(jù)步驟14信元頭部中的有效凈荷長度，從數(shù)據(jù)緩存中取出對應有效凈荷長 度大小的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，即為信元的有效凈荷數(shù)據(jù)； 步驟16,利用信元的有效凈荷數(shù)據(jù)和信元頭部，組成一個完整的信元并發(fā)送到交換模 塊； 在所述數(shù)據(jù)包重組具體包括以下步驟： 步驟21，接收到由交換模塊發(fā)來的信元，提取信元頭部中的源端口號、有效凈荷長度和 尾信元標志； 步驟22,分離信元中的信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù)，將有效凈荷數(shù)據(jù)依次存入源端口號 對應的虛擬輸入隊列中，并產(chǎn)生每個數(shù)據(jù)包對應的信息，存入信息緩存中，其中虛擬輸入 隊列為數(shù)據(jù)緩存，每一個虛擬輸入隊列對應交換機的一個輸入端口，存儲此端口發(fā)來的數(shù) 據(jù)包數(shù)據(jù)； 步驟23,若信息緩存非空，則從信息緩存中取出首個數(shù)據(jù)包信息； 步驟24,根據(jù)數(shù)據(jù)包信息中的源端口號，從對應的虛擬輸入隊列中取出大小等于數(shù)據(jù) 包信息中數(shù)據(jù)包長度的數(shù)據(jù)，即完整的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊。
2. 如權利要求1所述的一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法，其特征在于所述步驟13 的具體方法為： (1) 在接收數(shù)據(jù)包的過程中，若數(shù)據(jù)包未結束且當步驟12緩存的數(shù)據(jù)大小達到一個信 元的最大凈荷長度時，則生成信元頭部所需的其他信息，如信元的有效凈荷長度、信元在所 屬數(shù)據(jù)包中的編號等，然后按照所采用的信元頭部格式生成一個信元頭部，并將其存入信 息緩存中，用于組成一個信元； (2) 若數(shù)據(jù)包結束，此時步驟12中緩存的是最后一個信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，其長度可 能小于最大凈荷長度，則將該信元的有效凈荷長度、信元在數(shù)據(jù)包中的編號和尾信元標志 等信息組成信元頭部，并存入信息緩存中。
3. 如權利要求1所述的一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法，其特征在于所述步驟16 的具體方法為： (1)若信元的有效凈荷長度為最大凈荷長度，則直接將信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù)組成 完整的信元，并發(fā)送到交換模塊； (2)若信元的有效凈荷長度小于最大凈荷長度，則需要在有效凈荷數(shù)據(jù)后添加填充數(shù) 據(jù)，長度為最大凈荷長度減去有效凈荷長度，以達到最大凈荷長度，再將信元頭部、有效凈 荷數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)組成完整的信元，并發(fā)送到交換模塊。
4. 如權利要求1所述的一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的方法，其特征在于所述步驟22 的具體方法為： (1) 若尾信元標志為無效，即此信元不為此數(shù)據(jù)包的最后一個信元，則根據(jù)信元格式和 有效凈荷長度，拆去信元頭部，提取出信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)，再根據(jù)源端口號將有效凈荷 數(shù)據(jù)依次存入對應的虛擬輸入隊列中，同時對存入此虛擬輸入隊列的此信元所屬的數(shù)據(jù)包 長度進行計數(shù)； (2) 若尾信元標志為有效，即此信元為此數(shù)據(jù)包的最后一個信元，則拆去信元頭部和填 充數(shù)據(jù)，提取出信元中的有效凈荷數(shù)據(jù)，將有效凈荷數(shù)據(jù)存入虛擬輸入隊列，再將源端口號 和通過計數(shù)所得的此數(shù)據(jù)包長度組成一個數(shù)據(jù)包信息，并存入信息緩存中，與對應虛擬輸 入隊列中的此數(shù)據(jù)包相對應，并將此虛擬輸入隊列數(shù)據(jù)包長度的計數(shù)進行清零。
5. -種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置，該裝置包括：切分模塊，重組模塊，切分模塊 用于接收網(wǎng)絡接口模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包并緩存，將其切分為若干個信元，并發(fā)送給交換模塊； 重組模塊用于接收交換模塊發(fā)來的若干信元并緩存，將這些信元的有效載荷數(shù)據(jù)重組為一 個完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到網(wǎng)絡接口模塊； 在上述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置中，切分模塊包括數(shù)據(jù)包預切分單元、路由表 單元、信息緩存單元、數(shù)據(jù)緩存單元和信元生成與發(fā)送單元； 所述路由表單元，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包頭部中的源地址、目的地址與交換機端口號對應關系 的存儲； 所述數(shù)據(jù)包預切分單元，用于提取數(shù)據(jù)包頭部中生成信元頭部所需的信息，通過查找 路由表單元將源地址、目的地址信息對應為交換機中源端口號和目的端口號，并生成信元 頭部所需的其他信息，利用這些信息生成信元頭部并存入信息緩存單元中，將數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù) 存入數(shù)據(jù)緩存單元中； 所述信息緩存單元，用于存儲數(shù)據(jù)包預切分單元所生成的信元頭部； 所述數(shù)據(jù)緩存單元，用于存儲完整的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)； 所述信元生成與發(fā)送單元，用于從信息緩存單元中取出信元頭部，從數(shù)據(jù)緩存單元中 取出大小等于信元頭部中有效凈荷長度的數(shù)據(jù)，即信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，利用有效凈荷數(shù) 據(jù)和信元頭部，組成一個完整的信元并發(fā)送給交換模塊。 在上述交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置中，重組模塊包括信元處理單元、信息緩存單 元、若干虛擬輸入隊列和數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元； 所述信元處理單元，用于將接收到的信元中的信元頭部和有效凈荷數(shù)據(jù)分離，根據(jù)信 元頭部中的源端口號，將有效凈荷數(shù)據(jù)存入對應的虛擬輸入隊列中，將源端口號和通過計 數(shù)所得的數(shù)據(jù)包長度組成數(shù)據(jù)包對應的信息，并存入信息緩存單元中； 所述虛擬輸入隊列，用于存儲經(jīng)過信元處理單元得到的信元的有效凈荷數(shù)據(jù)，每一個 虛擬輸入隊列對應交換機的一個輸入端口； 所述數(shù)據(jù)包生成與發(fā)送單元，用于利用信息緩存單元中的數(shù)據(jù)包對應的信息，從對應 的虛擬輸入隊列中取出完整的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給網(wǎng)絡接口模塊。
6. 如權利要求5所述的一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置，其特征在于所述路由表 單元采用內(nèi)容可尋址存儲器實現(xiàn)。
7. 如權利要求5所述的一種交換機數(shù)據(jù)包切分與重組的裝置，其特征在于所述信息緩 存單元、數(shù)據(jù)緩存單元、虛擬輸入隊列采用先入先出存儲隊列實現(xiàn)。
【文檔編號】H04L12/931GK104158770SQ201410413780
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】王憶文, 胡浩, 張微, 彭春, 郭華儉, 王曉婷, 李輝 申請人:電子科技大學