CN1299202A - 在以太网交换器中的地址搜索设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在有多个端口的以太网交换器中执行有效地址搜索的设备和方法,所述设备包括相应于多个端口中的每一个的局部搜索单元;该局部搜索单元包括:多个局部搜索块,用于分析在其端口中接收的输入信息包的目的地址,以便搜索以太网交换器的传输端口,并提供其源地址;一个主搜索单元,用来分析源地址以便建立多个局部搜索块的地址数据结构,并且用于响应来自多个局部搜索块至少之一的目的地址请求;和一个调度程序,用来控制局部搜索块和主搜索单元。

Description

在以太网交换器中的地址搜索设备和方法
本申请要求首标为“在以太网交换器中的地址搜索设备和方法”的、于1999年11月22日在韩国工业产权局申请的并且指定序列号为NO.1999-51825的申请的优先权，其公开的内容通过参考合并在此。
本发明涉及一种数据网络，尤其涉及用于在交换网络中执行有效地址搜索的一种设备和一种方法。
以太网是在数据网络中占据一个非常重要的部分的LAN(局域网)的一种最典型的协议。以太网已经在产业中被广泛接受，并且它的应用延伸到各种数据网络。现在，由于用户迅速地增加和更多各种服务得到提供，对网络的带宽要求与常规技术相比变得更宽。提供宽的网络带宽能以显著地快速从一个被称为网络集成器的转发器转换到一个交换器。与共用传输介质的转发器相比较，交换器有效地利用了从传输设备到接收设备仅需的资源，因此具有非常快的传输速度。
在这里，“地址搜索”指的是以太网交换器建立需要的信息以便确定一个输出终端，并且收集和利用用于地址的信息。地址搜索在地址管理是高度必需的应用中是特别重要的。这种应用例子包括ARP(地址解析协议)管理、NMS(网络管理系统)、RMON(远程监控)等等。
在如图1所示的现有技术的以太网交换器中的地址搜索方法的范例中，搜索内存接口(SMI)6从端口设备2-0、2-1、……2-7中的每一个的PCU(端口控制单元)中接收一个输入信息包的一个首标和一个端口号以便在搜索内存上建立关于源地址的数据，并且在已经建立的数据基础上确定每一个信息包的输出端口。
更详细地参考图1，例如相应于每一个端口0、1、……7的每一个端口设备2-0、2-1、……2-7包括一个用于起到物理层作用的物理层单元，一个用于起媒体存取控制作用的MAC(媒体存取控制)单元，和一个PCU(端口控制单元)。当一个信息包随机地被至少一个端口接收时，相应于接收的信息包的端口的端口设备2-0、2-1、……2-7中的某些分别输出控制信号命令可用(cmd_avl)给调度程序4。当接收控制信号cmd_avl时，被周期性操作的调度程序4控制将通过竞争被选择的端口并且启用关于被选择的一个端口(设备)的地址搜索。换句话说，当接收控制cmd_avl时，调度程序4在预定控制的基础上排定优先级设定或者在循环的基础上排定端口选择次序，并且给多路复用器(MUX)10和多路分解器(DEMUX)12提供结果端口选择信号。例如，预定的控制能由用户设定。多路复用器10响应由调度程序4提供的端口选择信号，从8个端口设备2-0、2-1、……2-7中选择一个端口，并且从被选择端口设备中接收一个首标和一个端口号，以便输出到搜索内存接口6。首标能包括目标地址、源地址等等。然后，搜索内存接口6在搜索内存8上建立关于源地址的数据，在已经建立的数据基础上确定对应于被选择的输入信息包的一个输出端口。在确定输出端口之后，搜索内存接口6通过多路分解器12给8个端口设备2-0、2-1、……2-7中的相应端口输出确定的信息。在那之后，搜索内存接口6给调度程序4输出一个通知输出端口确定完成的控制信号cmd_cpl。
然而，在前述的常规技术中，由于8个端口设备需要通过利用相同的搜索单元，即搜索内存接口6来确定输出端口，所以只能搜索一个端口(设备)的输入信息包，而剩余的端口(设备)被留下来等待。并且，在实现管理交换器所要求的搜索逻辑中有一些结构问题，这里的管理交换器也就是具有用于控制以太网交换器的控制单元的交换器，而此时现有技术的交换器结构是一个非管理交换器，即没有用于控制以太网交换器的控制单元的交换器。用于与其它单元共享地址数据的接口也没有定义。换句话说，在非管理交换器结构中，用于管理交换器的地址结构不适宜被实现。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在以太网交换网络中执行有效地址搜索的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种使从非管理交换器结构到管理结构或者端口扩展的转换是容易的设备和方法。
根据本发明的前述目的，它拥有一个在其中许多端口使用一个搜索单元的处理结构，所述结构包括一个对应于每一个端口的局部搜索块以便作为一个分布式处理结构来执行搜索操作。它还拥有一个在其中用于端口的局部搜索块和主搜索块之间的信息交换和在个别地址上的搜索操作能被无误进行的结构。
而且，它拥有在一个有多个端口的以太网交换器中的地址搜索设备，包括一个相应于多个端口中的每一个的局部搜索单元；其中，局部搜索单元包括：多个局部搜索块，用于分析在其端口中被接收的输入信息包的目的地址，以便搜索以太网交换器的传输端口，并且提供其源地址；一个主搜索单元，用于分析源地址以便建立多个局部搜索块的地址数据结构，并且用于响应来自多个局部搜索块中的至少一个的目的地址请求，以便通过利用地址数据结构给相应的局部搜索块提供被请求的目的地址；以及一个调度程序，用于控制局部搜索块和主搜索单元以便启动它们之间的一个接口。
图1是一个依据现有技术用来显示在以太网交换器中的地址搜索方法的视图；
图2是一个依据本发明用来显示在以太网交换器中的地址搜索方法的视图；
图3是一个用来显示如图2中所示的一个局部搜索块的详细框图；
图4是一个如在图2中所示的一个主搜索块的详细框图；和
图5是一个依据本发明的实施例用于搜索块之间接口的信息格式图表。
在下文中，本发明的优选实施例将参考附图被详细描述。应该理解，在附图中同样的标号用来指示同样的元件，并且为了简洁而省略其描述。关于可能不必要地妨碍本发明特征的已知功能和结构的详细描述也被省略。
图2是一个依据本发明的一个实施例用来显示在以太网交换器中的地址搜索方法的视图。参考图2，依据本发明的一个实施例的地址搜索设备包括例如20-0、20-1、……20-7的8个局部搜索块，和一个主搜索块26，在其中接口协议被定义用于局部搜索块20-0、20-1、……20-7和主搜索块26之间的信息交换。8个局部搜索块20-0、20-1、……20-7中的每一个被排列以便对应于被排列在以太网交换器中的8个端口设备22-0、22-1、……22-7中的每一个，并且主搜索块26被排列在调度程序24和搜索内存(图2中未显示)之间。8个局部搜索块20-0、20-1、……20-7中的每一个分析在其端口中接收的输入信息包的目的地址，以便搜索以太网交换器的传输端口，主搜索块26分析目的地址以便建立局部搜索块的地址数据结构。当传输和接收数据时，被周期性操作的调度程序24许可从多个端口中选择出一个端口，并在局部搜索块20-0、20-1、……20-7和主搜索块26之间接合控制信号。
图3是一个用来显示如图2中所示的局部搜索决20-0、20-1、……20-7中的一个的详细的框图。
参考图3，每一个局部搜索块20-0、20-1、……20-7有2个地址表，即目的地址表30和源地址表32。在目的地址表30中，目的地址和目的信息(例如传输端口号)是匹配的。在源地址表32中，源地址和源信息(例如输入端口号)是匹配的。并且，配备对应于目的地址表30和源地址表32中的每一个的地址分拣逻辑34、36，用以将以太网地址分类成必要多的组。每一个局部搜索块20-0、20-1、……20-7有一个用于控制相应搜索域的控制逻辑38和一个用于数据暂时存储的寄存器单元40。
图4是一个如在图2中所示的主搜索块26的详细框图。
主搜索块26包括一个地址表50，一个表访问逻辑48，一个地址分拣逻辑46，一个控制逻辑42，和一个寄存器单元44。地址表50是一个用于存储系统已知的地址的内存。在正在使用的内存中，散列函数被用来满足以太网地址的特性。散列函数能够依据用于获得散列关键字的方法被细分，其中，在本发明的实施例中采用使用XOR门(“异或”门)的方法。表访问逻辑48是用于访问如上述所构建的地址表50的访问逻辑。表访问逻辑48执行前述的散列函数。因此，当单独地址被搜索时，存储在地址表50中的所要的信息能通过表访问逻辑48获得。地址分拣逻辑46是用于分类有相同特性的地址以便将系统已知的数据存储到地址表50中的逻辑功能块。控制逻辑42和寄存器单元44有功能块，即依据功能用于控制这些块中的每一个并且用于确定其条件的外部处理器和接口。并且，控制逻辑42和寄存器单元44通过在相应于每一个端口设备22-0、22-1、……22-7的局部搜索块20-0、20-1、……20-N之间的接口交换信息，并构造每个地址表。
图5是一个依据本发明的实施例用于搜索块之间接口的信息格式图表。
参考图5，消息包括一个命令字段CMD，一个ID字段(标识符字段)和依照CMD信息的说明信息字段。在命令字段CMD中，能记录诸如搜索、添加、删除和更新这样的命令(CMD)，并且ID字段包括用于发送图5中的消息的发送器ID和用于接收消息的接收器ID。例如，当从局部搜索块20-0传输信息到主搜索块26的时候，发送器ID将是局部搜索块20-0的ID，并且接收器ID将是主搜索块26的ID。依据CMD信息的说明信息字段包括依据CMD信息的说明信息。CMD信息可以包括如上所述的搜索、添加、删除、更新等等，并且所得的说明信息可以包括MAC地址、信息包的首标信息、端口ID、设备号、输入端口号等等。信息包的首标信息包括源地址和目的地址。
在下文中，依据本发明的实施例用于地址搜索的操作将参考图2到图5被更详细地描述。
当一个信息包在8个端口设备22-0、22-1、……22-7的一特定端口设备22-N(这里，N是0到7中的一个)中被接收时，相应于端口设备22-N的局部搜索块20-N从信息包的首标信息中读取目的地址以便与在目的地址表30中的目的地址进行比较。前述的比较由地址分拣逻辑34执行。地址分拣逻辑34执行地址分类，即用于将以太网地址分类成必要多的组的操作，因此更容易访问内部目的表30。用于分类成多组的算法的范例可以包括一个散列算法。当输入信息包的目的地址存在于地址表30中时，局部搜索块20-N的控制逻辑38获得所需信息，即目的信息(传输端口)。在那之后，当目的信息(传输端口)被证实是它自己的端口的时候局部搜索块22-N通过滤波拒绝输入信息包。现在更详细地描述这一点，当获得目的信息(传输端口)时，地址分拣逻辑36比较在源地址表32中的源地址和输入信息包的目的地址。当输入信息包的目的地址存在于源地址表32中时，输入信息包通过滤波被拒绝。换句话说，这个信息包被证实到其它端口的传输是不必需的，然后被滤波。依次地，当从目的地址表30中获得的目的信息(传输端口)与在源地址表32中的输入信息包的目的地址不相同时，或者当从目的地址表30中得到的目的信息(传输端口)是不同的端口时，地址分拣逻辑36提供相应的信息给相应的端口设备22-N。
依次地，当输入信息包的目的地址不存在于局部搜索块20-N中的地址表30中时，地址分拣逻辑36从主搜索块26中接收一个相应的目的地址以便更新局部搜索块20-N中的目的地址表30。现在更详细地描述这一点，局部搜索块20-N依据在局部搜索块20-0、20-1、……20-7和主搜索块26之间定义的协议给主搜索块26发送一条消息，这条消息在命令字段CMD中装有搜索命令、在标识字段ID中装有源ID和目的ID，在依据CMD信息的说明信息字段中装有信息包首标信息。然后，主搜索块26执行对接收的首标信息中的目的地址的内部搜索，并且当地址搜索成功完成时，给相应的局部搜索块20-N传输关于被搜索目的地址的信息。然后相应的局部搜索块20-N给相应的端口设备20-N传输这个从主搜索块26接收的目的信息(传输端口)，从而允许端口设备22-N传输这个输入信息包，并且同时更新在局部搜索块20-N中的目的地址表30的表信息。如果相应的目的地址(下文中称为“端口信息”)的信息在主搜索块26中也不存在，主搜索块26发送一个目的的无端口信息给相应的局部搜索块20-N，因为关于地址的端口信息在当前系统中不存在。当相应的局部搜索块20-N接收这个无端口信息时，相应的端口设备22-N执行发送操作。发送操作指的是广播。换句话说，由于不能确定输入信息包需要被传输到哪个端口，信息包被传输到以太网交换器中所有可用的端口(除了输入端口)。
依次地，分别对应于端口的局部搜索块20-0、20-1、……20-7和主搜索块26周期地执行源和目的地址的更新操作。在下文中，将详细描述这个操作。
分别对应于端口的局部搜索块20-0、20-1、……20-7周期地给主搜索块26传输首标信息(例如源地址、目的地址等等)，以使得主搜索块26能执行地址更新。主搜索块26通过从分别相应于端口的局部搜索块20-0、20-1、……20-7中传输的首标信息(例如源地址、目的地址等等)的输入通过地址学习建立地址数据结构。换句话说，用于建立地址数据的信息是系统的子主机的端口信息和对其分配的地址。这些信息能被获得是因为每一个主机在发送和接收信息包时使得它的地址信息被包括在信息包的首标中。相应于源地址的信息，虽然可以依据系统针对的目标而被改变，但在系统中能被简单地假定为一个端口信息(即关于源地址对应的端口)。
现在更详细地描述该地址学习过程，主搜索块26搜索相应的信息(例如地址信息、端口信息等等)是否存在于关于目的和源地址的主搜索块26的地址表50中。当相应的信息存在时，主搜索块26执行一个由包括老化地址的系统所要的信息更新操作。在这里，地址老化指的是从存储在主搜索块26的地址表50中的地址中清除老化的地址数据，即已经有一预定时期未被使用的地址数据。执行包括象这样的地址老化的信息操作能建立新的信息作为地址数据。当相应的数据不存在时，执行地址学习操作。地址学习通常由外部处理器执行，并且数据插入通过利用在主搜索块26中的散列被执行到链接结构中。换句话说，相对于相关源地址而被连接的搜索信息(例如MAC地址、端口号以及添加命令)由外部处理器提供，但是依据散列关键字将数据连接到链接的实际操作是在主搜索块26中完成的。
依次地，当输入信息包的目的和源地址不存在于局部搜索块20-N的目的表30和源地址表32中时，局部搜索块20-N请求针对主搜索块26的目的和源地址的端口信息。然后，主搜索块26给局部搜索块20-N提供所请求的目的地址和源地址的端口信息以便局部搜索块20-N可以更新在目的地址表30和源地址表32中的目的和源地址和相应的端口信息。
如上所述，本发明通过为每个端口管理一个小表，能比在共享单独搜索逻辑时通过竞争被执行的现有技术的搜索操作减少大量必需的时间。因此，主搜索块能执行更多任务。同样，和其它系统的地址信息的交换能通过向管理交换结构或者端口扩展的转化来实现，并且总的搜索效率由于每一个端口的适合的表的管理而提高。
虽然本发明通过详细参考象一个以太网交换器这样的优选实施例进行描述，但应该理解：在不脱离本发明实质的精神和范围的情况下，可以获得对本发明的变化和修改。换句话说，对包括至少一个信息包交换器、ATM网络等的交换网络可以作出变化和修改。因此，应该理解，本发明的实质精神和范围不仅仅局限于上述的实施例，还由后附的权利要求书和它的等同所限定。

Claims (4)

1、一个在有多个端口的以太网交换器中的地址搜索设备，包括一个相应于所述多个端口中的每一个的局部搜索单元；其中，所述局部搜索单元包括：
多个局部搜索块，用于分析在其端口中接收的输入信息包的目的地址以便搜索所述以太网交换器的一个传输端口并且提供其源地址；
一个主搜索单元，用于分析所述源地址以便建立所述多个局部搜索块的一个地址数据结构，并且用于响应一个来自所述多个局部搜索块中至少一个的目的地址请求，以便通过利用所述地址数据结构给相应的局部搜索块提供所述请求的目的地址；以及
一个调度程序，用于控制所述局部搜索块和所述主搜索单元以便启动它们之间的接口。
2、依据权利要求1的地址搜索设备，所述多个局部搜索块中的每一个包括：
一个目的地址表，具有目的地址和在其中被匹配的相应于所述目的地址的目的信息；
一个源地址表，具有源地址和在那里被匹配的相应于所述源地址的源信息；
一个地址分拣逻辑，用于将以太网地址分类成需要多的组，并且对应于所述目的地址表和所述源地址表中的每一个；
一个控制逻辑，用于相应局部搜索块的控制；以及
一个寄存器单元，用于数据的暂时存储。
3、依据权利要求1的地址搜索设备，所述主搜索单元包括：
一个地址表格，用于存储以太网交换系统已知的地址和相应于所述地址的端口信息；
一个表访问逻辑，用于访问所述地址表；
一个地址分拣逻辑，用于将有相同特性的地址分类以便将以太网交换系统已知的数据存储进入所述地址表；
一个控制单元，用于元件的控制和条件检测。
4、一种用于在有多个端口的以太网交换器中的地址搜索设备的地址搜索方法，所述设备包括一个相应于所述多个端口中的每一个的用于局部地址搜索的局部搜索单元和一个用于以太网交换系统的全部地址搜索的主搜索单元，所述地址搜索方法包括下列步骤：
通过利用在多个端口中的一个中接收的信息包的目的地址，判断相应的局部搜索单元是否有一个相应于目的地址的目的端口信息；和
当局部搜索单元没有目的端口信息时，请求一个到主搜索单元的相应于目的地址的目的端口信息。
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