融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备

摘要

一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法，其中：以太网端口输出部分按定长以太网帧的单位传输时间划分输出时隙，且各输出时隙被灵活指定参加分组交换或时分交换；以太网端口输入部分接收定长以太网帧后，交换单元对应的根据L2/L3转发表项将参与时分交换定长以太网帧交换至指定以太网端口的指定输出时隙，或将参与分组交换定长以太网帧交换至指定以太网端口；而以太网端口输出部分在同步信息协调下按输出时隙编号发送定长以太网帧。以及相应的以太网交换设备(500)，包括有交换单元(510)，转发表(520)，至少2个按定长以太网帧单位传输时间时分复用化的以太网端口(530)，和用于保持网络同步的同步单元(540)。

说明书

技术领域

本发明涉及网络领域，尤其涉及以太网领域；更具体地说，本发明涉及利用现有以太网交换机制在以太网上同时实现电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备。

背景技术

根据数据交换实现机制的不同，本专利申请文件将现有网络领域内数据交换业务分为时分业务和突发业务两大类。

时分业务是指要求恒速率传输，具有较小的端到端传输时延抖动的数据业务。并且，所述时分业务传输前需要建立链路，传输期间独占分配的链路。传统上采用PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字层级)或SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字层级)/SONET(Synchronous Optical NETwork，同步光纤网)中TDM(Time DivisionMultiplexing，时分复用)接口的一个或多个时隙来收发，并用电路交换来交换所述时分业务。这种交换方式能交换地保证其交换时延和抖动等QoS要求。

突发业务是指非恒速率传输，允许较大的端到端传输时延抖动的数据业务。一般采用普通L2/L3分组交换来交换所述突发业务，并以尽力而为方式来传输。这种交换方式可以复用线路带宽，具有线路带宽利用率较高的特点。

一方面，分组交换能较好地解决带宽复用，对突发业务的性价比较高，且已得到越来越广泛的应用；而以太网交换机(LanSwitch，Local areanetwork Switch)作为一种主要的分组交换设备，不仅在局域网普遍应用，在城域网的应用也越来越多。

现有以太网交换机的框图如图1所示：以太网交换机100中各端口130₁、130₂、…、130_n通过输入部分接收缓存140₁、140₂、…、140_n和输出部分发送缓存150₁、150₂、…、150_n与交换单元110相连，该交换单元110还连接有转发表120。

根据现有以太网交换机的工作原理，一个数据帧从输入以太网交换机100到由该以太网交换机100输出，如图2中所示，需要经过四步典型操作：S101分类(Classification)，从端口130₁、130₂、…、130_n的输入部分140₁、140₂、…、140_n接收数据包头具有L2/L3信息的数据包，辨识该数据包所属的流类别；S102访问控制(Admission Control)，对属于各种流的数据包施加预定的各种管理策略；S103交换(Switching)，交换单元110查找转发表120，根据该转发表120将该数据包交换到对应的端口130₁、130₂、…、130_n的输出部分150₁、150₂、…、150_n；以及S104输出队列(Output queue)，该数据包在所述端口130₁、或130₂、或…、或130_n的发送缓存150₁、或150₂、或…、或150_n中等待发送。

需要说明的是，为了确保最高优先级的数据包能最快发送出去，现有以太网交换机100的端口130₁、130₂、…、130_n一般都支持优先级算法：图1中各端口130₁、130₂、…、130_n一般均分别独立管理有若干个优先级不等的输出队列，各对应某特定优先级的输出队列均为支持FIFO(First In First Out，先进先出)算法的缓存结构；也就是说，各发送缓存150₁，150₂，…，150_n均可能包括有若干个优先级可灵活设置或固定的子缓存150₁₁、…、150_1K，150₂₁、…、150_2L，150_n1…、150_nM，其中K≥1、L≥1、且M≥1。这样，上述S104输出队列详细为：各端口130₁、130₂、…、130_n按优先级算法，只要线路有空闲，就从各自独立管理的若干输出队列中读取数据包进行发送。

表1：现有以太网交换中的L2/L3转发表项举例

 表项1 目的地址a  其它属性  →  到端口9的输出队列8  其它操作 表项2 目的地址b  其它属性  →  到端口7的输出队列3  其它操作

……

 表项n 目的地址x  其它属性  →  到端口1的输出队列4  其它操作

如上表1所示，现有以太网交换中转发表120的L2/L3转发表项由两部分组成：一部分表示数据帧/包的数据属性，比如，目的MAC(MediaAccess Control，媒体接入控制)地址、目的IP(Internet Protocol ，因特网协议)地址、或VLAN ID(Virtual Local Area Network Identifier，虚拟局域网标识符)等；另一部分说明需要对满足本表项属性的数据帧/包执行的操作，比如转发到某端口的某输出队列(组播时，可能转发到多个端口各自独立管理的某些输出队列)或修改某字段。

并且，表1中所示L2/L3转发表项可以设置为不可自动更新，也可以设置为可自动更新：当设置为可自动更新时，表项的地址和操作等内容受自动学习和老化等机制影响；当设置为不可自动更新时，表项的地址和操作等内容不受自动学习和老化等机制影响，只有系统管理员才能更新表项内容。

综上所述，现有以太网交换机端口的输出是尽力而为方式发送的，这使得每个数据包并非定时有节奏地被发送出去，因而无法保证数据包的从输入到输出的交换时延恒定；并且，由于以太网数据帧不定长，即使有同步信息，现有以太网交换机的输出端口也难于准确时分化。

另一方面，时分业务数据经常需要恒定速率到达用户端，电路交换能比较好保证时分业务的QoS(Quality of Service，网络服务质量)。现有的电路交换有PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字层级)和SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字层级)/SONET(Synchronous Optical NETwork，同步光纤网)两大体系，它们的主要思想是线路带宽时分复用化和定长帧结构。

TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)交换，也称时分交换，典型应用在数字程控交换机中多个TDM接口。图3为TDM交换示意图，其中各TDM接口230₁、230₂、…、230_n有相同的帧同步，一般为8KHz，且以所述帧同步为周期编号参与TDM交换的各时隙。同时，各TDM接口230₁、230₂、…、230_n速率相等或成整数倍关系，如E1速率2.048MHz、2倍E1速率4.096MHz、4倍E1速率8.192MHz、8倍E1速率16.384MHz、及16倍E1速率32.768MHz等。这样，各TDM接口拥有的时隙数量相同或成整数倍关系，如2.048MHz的E1速率TDM接口拥有32个时隙、4.096MHz的2倍E1速率TDM接口拥有64个时隙。并且，对于TDM交换而言，一般1个参与TDM交换的所述时隙承载1个字节。

图3所示TDM交换单元210内部一般具有如图4所示的功能结构，其交换原理是：各TDM接口230₁、230₂、…、230_n的各输入时隙数据写入数据存储器211(Data Memory，DM)中与该输入时隙编号对应的固定地址；同时，根据存储在接续关系存储器212(Connection Memory，CM)中可配置的输入时隙与输出时隙的交换关系，各TDM接口230₁、230₂、…、230_n按时隙编号发送数据存储器211中与该输出时隙编号对应的寄存器中内容。

现有数字程控交换机中表示输入时隙和输出时隙交换关系的接续关系存储器212中内容是在电话呼叫接续过程中由处理机根据信令要求和链路状态动态配置，并不需要人工干预。然而，现有SDH/SONET光网络中接续关系存储器212中内容大多还是由人手工配置。当然，为了减少手工配置的负担、以减低成本、以及对客户需求提供动态响应，SDH/SONET光网络中也可采用GMPLS(Generalized Multi-Protocol LabelSwitching，通用多协议标签交换)的体系结构和协议。

对于上述TDM交换，某个输入时隙到达配置的对应输出时隙的时延是固定的，不受其它时隙的影响，因而能较好地保证QoS。但是，现有TDM交换的缺点在于：由于一般以字节或字节的一部分为时隙单位进行交换，使得TDM接口的速率较低；并且TDM接口各时隙不能直接承载以太网数据包，使得需要借用某种封装格式进行封装/解封装。

通过以上介绍可知，基于以太网交换机的以太网分组交换和基于TDM交换的SDH/SONET电路交换，二者工作原理不同且各有优缺点。目前，以太网和SDH/SONET技术为目前通信网络中的两大主流技术；城域网和广域网主要采用SDH/SONET技术，但在局域网中主要采用以太网技术。随着以太网技术的飞速发展，以太网的应用已从局域网扩展到城域网和广域网，比如，EoS(Ethernet Over SDH/SONET)是目前解决以太网远距离传输和传统骨干网多业务接入的主要技术之一。

EoS的功能单元如图5所示：用户的以太网数据包首先经过以太网交换101和EoS311后，由分插复用器(ADM，Add/Drop Multiplexer)321借用SDH/SONET网点到点通道传输到远端SDH/SONET网的分插复用器322，再经过EoS312和以太网交换102，最后到达以太网用户。

上述EoS中以太网借用SDH/SONET网点到点通道进行数据传输，需要EoS封装/解封装，带宽利用率较低。此外，善于突发业务的以太网分组交换和善于时分业务的SDH/SONET电路交换是相互独立的交换功能单元，即使将两者设计在同一台设备内，由于两者是级连关系，因而仍然无法充分利用突发业务的带宽复用特性，也不能很灵活设置SDH/SONET中各虚容器(Virtual Container，VC)用于承载时分业务和/或以太网突发业务。

发明内容

针对上述现有技术的缺点和以太网技术发展态势，本发明目的在于提供一种以太网交换方法及相应的以太网交换设备，以在以太网上实现时分业务和突发业务的灵活的混合交换与传输，并保证以太网上承载时分业务具有严格时延抖动等QoS指标。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法，其中：以太网端口的输出部分按定长以太网帧的单位传输时间划分输出时隙，且各输出时隙分别被指定参与分组交换或参与时分交换；

所述以太网端口的输入部分接收所述定长以太网帧；

交换单元根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找转发表，确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将参与时分交换的所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙，或将参与分组交换的所述定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口；

同时，所述以太网端口的输出部分在同步信息协调下，按输出时隙编号读取相应的所述定长以太网帧并发送。

对于上述以太网交换方法，为了便于调度，所述以太网端口的输出部分各自独立维持M个分别具有不同优先级的分组交换输出队列，用于缓存所述参与分组交换的定长以太网帧；其中M≥1，且所述分组交换输出队列的优先级可灵活设置或为固定。这样，各所述以太网端口的输出部分均在所述同步单元协调下，在所述被指定参与分组交换的输出时隙，按优先级策略读取所述分组交换输出队列中所述参与分组交换的定长以太网帧并发送；其中所述优先级策略一般已在交换前预先设定，且最简单常用的设定为按优先级高低排序先后。

对于上述以太网交换方法，为了便于调度，各所述以太网端口的输出部分中各所述被指定参与时分交换的输出时隙均分别独立维持一个时分交换输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所处参与时分交换定长以太网帧。这样，各所述以太网端口的输出部分均在所述同步单元协调下，在所述被指定参与时分交换的输出时隙读取该输出时隙独立维持的时分交换输出队列中所述参与时分交换的定长以太网帧并发送。

对于上述以太网交换方法，为了能够支持时隙子速率时分业务，优选地，所述时分交换输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据，或者在所述空闲时间片按优先级策略读取所述分组交换输出队列中所述参与分组交换的定长以太网帧并发送。

对于上述以太网交换方法，其中，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，且所述以太网端口的输出部分在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

对于上述以太网交换方法，其中，所述以太网端口的速率相等或者成整数倍关系；并且，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数。

对于上述以太网交换方法，其中，可手工配置所述转发表；也可采用协议动态设置来配置所述转发表，比如采用SDH/SONET网络中应用的GMPLS来配置所述转发表中用于时分交换的L2/L3转发表项，以及采用二层MAC自动学习和老化机制、或者三层路由协议和其他协议来配置所述转发表中用于分组交换的L2/L3转发表项。

对于上述以太网交换方法，其中，通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取所述同步信息；

或者，通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；

或者，利用GPS同步系统获取所述同步信息；

或者，利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。

一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换设备，包括有交换单元，转发表，及2个或2个以上的以太网端口；其特征在于：

该以太网交换设备还包括有同步单元，用于使各所述以太网端口和该以太网交换设备的上下游设备保持同步；

所述以太网端口的输入部分，用于接收定长以太网帧；

所述以太网端口的输出部分，按所述定长以太网帧的传输时间为单位划分输出时隙，且各输出时隙分别被指定参与分组交换或参与时分交换，用于在所述同步单元协调下按输出时隙编号读取相应的所述定长以太网帧并发送；

所述转发表配置有L2/L3转发表项，用于为具有特定L2/L3信息、参与时分交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙，以及为具有特定L2/L3信息、参与分组交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口；

所述交换单元，用于根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找所述转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述参与时分交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙，或者将所述参与分组交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口。

这样，简述该以太网交换设备的工作原理如下：各所述以太网端口的输入部分接收具有L2/L3信息的定长以太网帧；所述交换单元根据所述定长以太网帧的L2/L3信息查找所述转发表，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项后，将所述参与时分交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口的指定输出时隙并等待发送，或者将所述参与分组交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口并等待发送；同时，在所述同步单元的协调下，各所述以太网端口的输出部分按时隙编号读取相应的所述定长以太网帧并发送，具体为在被指定参与时分交换的输出时隙读取并发送与该输出时隙对应的所述参与时分交换定长以太网帧，和/或在被指定参与分组交换的输出时隙读取并发送与该以太网端口对应的所述参与分组交换定长以太网帧。

对于上述以太网交换设备，为了便于调度，所述以太网端口的输出部分各自独立维持M个分别具有不同优先级的分组交换输出队列，用于缓存所述参与分组交换的定长以太网帧；其中M≥1，且所述优先级可灵活设置或为固定。这样，各所述以太网端口的输出部分均在所述同步单元协调下，在所述被指定参与分组交换的输出时隙，按优先级策略读取所述分组交换输出队列中所述参与分组交换的定长以太网帧并发送；其中所述优先级策略一般已在交换前预先设定，且最简单常用的设定为按优先级高低排序先后。

对于上述以太网交换设备，为了便于调度，各所述以太网端口的输出部分中各所述被指定参与时分交换的输出时隙均分别独立维持一个时分交换输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所处参与时分交换定长以太网帧。这样，各所述以太网端口的输出部分均在所述同步单元协调下，在所述被指定参与时分交换的输出时隙，读取为该输出时隙独立维持的所述时分交换输出队列中所述参与时分交换的定长以太网帧并发送。

对于上述以太网交换方法，为了能够支持时隙子速率时分业务，优选地，所述时分交换输出队列将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，并在所述空闲时间片内不发送数据，或者在所述空闲时间片按优先级策略读取所述分组交换输出队列中所述参与分组交换的定长以太网帧并发送。

对于上述以太网交换设备，其中，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧，且各所述以太网端口的输出部分均在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

对于上述以太网交换设备，其中，所述以太网端口的速率相等或者成整数倍关系；并且，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数。

对于上述以太网交换设备，其中，所述转发表可手工来配置；也可采用协议动态设置来配置，比如采用SDH/SONET网络中应用的GMPLS来配置所述转发表中用于时分交换的L2/L3转发表项，以及采用二层MAC自动学习和老化机制、或者三层路由协议和其他协议来配置所述转发表中用于分组交换的L2/L3转发表项。

对于上述以太网交换设备，其中，所述同步单元通过计算所述定长以太网帧的发送和到达时间获取同步信息，所述同步信息用于使各所述以太网端口和该以太网同步时分交换机的上下游设备保持同步；

或者，所述同步单元通过提取上游线路时钟获取所述同步信息；

或者，所述同步单元利用GPS同步系统获取所述同步信息；

或者，所述同步单元利用PDH或SDH同步网获取所述同步信息。

本发明的优点在于：通过使同一个交换单元既可进行时分业务的电路交换，又可进行突发业务的普通以太网L2/L3分组交换；不仅能保证以太网承载时分业务的严格时延抖动等QoS指标，同时又能维持以太网承载突发业务的线路带宽高复用率，从而有利于推广低成本以太网技术在城域网的应用。

本发明的另一优点在于：通过将时分交换输出队列中无数据包输入的时间片标记为空闲时间片，在所述空闲时间片内不发送数据，或者在所述空闲时间片内发送突发业务数据；使得本发明所提供融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备不仅能够支持时隙子速率时分业务，甚至能够进一步提高线路带宽的利用率。

附图说明

图1：现有以太网交换机的示意框图；

图2：现有以太网交换数据的操作流程图；

图3：现有TDM交换的示意图；

图4：现有TDM交换中TDM交换单元的功能框图；

图5：现有EoS功能单元的示意图；

图6：IEEE802.3给出的以太网帧的结构示意图；

图7：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备中定长以太网帧的结构示意图；

图8：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备中以太网端口时分复用化示意图；

图9：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法的示意图；

图10：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换设备的示意框图；

图11：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备中以太网端口输出部分的时分复用示意图；

图12：本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备支持时隙子速率时分业务的交换示意图。

具体实施方式

如上所述，本发明同时提供一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法和相应的以太网交换设备，以在低成本以太网上实现时分业务和突发业务的混合传输交换。并且，其实现基础是定长以太网帧和以太网端口时分复用化，下面将首先参照图6以及图7介绍定长以太网帧。

IEEE802.3给出的以太网MAC(Media Access Control，媒体接入控制)帧的帧结构如图6所示，其包括有：前导码410(Preamble)占7字节，帧首定界符420(SFD，Start Frame Delimiter)占1字节，目的地址431(DA，Destination Address)占6字节，源地址(SA，Source Address)432)占6字节，长度/类型433(Length/Type)占2字节，数据域434(Data)和填充域435(PAD)一起占46～1500字节，帧校验位436(FCS，FrameCheck Sequence)占4字节，以及扩展域440(Extension)占不定长的字节数。并且，其中所述目的地址431、源地址432、及长度/类型433一起构成14字节的MAC帧头；其中所述MAC帧头、数据域434、填充域435、帧校验位436一起构成帧有效内容430；其中所述扩展域440是为了填充载波到规定最小长度的无效数据位，即其只出现在帧长小于载波规定最小长度的情况下，且其占用字节数为0或为载波最小长度减帧长。此外，IEEE 802.3还规定10Mbps，100Mbps，及1000Mbp5的帧间隔(IFG，Inter Frame Gap)最少占12字节。

如图7所示，本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备涉及的定长以太网帧与上述现有以太网帧兼容，仍然保持7字节的前导码410，1字节的帧首定界符420，及大于或等于12字节的帧间隔450；只是该定长以太网帧的帧有效内容430部分包含的数据长度固定。比如：当前导码410占7字节，帧首定界符420占1字节，帧有效内容430占601字节，帧间隔450占16字节时，整个帧长为625字节；对于10Mbps的以太网，625字节相当于125μs*4＝500μs的传输长度；对于100Mbps以太网，625字节相当于50μs的传输长度。

如果所需传输的以太网帧小于定长时，可以用无效数据位扩展该以太网帧至所述定长；也就是，直接输出该小于定长的以太网帧，并用无效数据位填充发送完该以太网帧后的时隙剩余时间片。其中，所述无效数据位可以为扩展域440，也可以为帧间隔450。

如果所需传输的以太网帧大于定长时，对该以太网帧进行分片使其各分片不大于所述定长后再输出所述各分片，以实现跨帧传输。可用于进行分片的方法有很多，其中之一为现有的IP(Internet Protocol，因特网协议)包分片技术，其中之二为本申请人提出的MAC帧分片技术。

关于定长以太网帧的产生，本申请人于2006年12月26日提交的名称为“同步时分以太网传输方法及相应的传输装置”的中国专利申请中公开有详细技术实施方案，援引于此，以资参考。

如上所述，本发明实现以太网上时分业务和突发业务混合交换与传输的基础有定长以太网帧和以太网端口时分复用化，介绍完定长以太网帧后，下面将参照图8介绍以太网端口的时分复用化。

本发明所提供融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备中涉及的各以太网端口，其输出部分均按照上述定长以太网帧的传输时间为单位划分输出时隙，以输出时隙为单位进行传输调度；一个所述输出时隙承载一个所述定长以太网帧，并且在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

通过上述以太网端口的时分复用化，使得所述以太网端口能够承载恒速率时分业务数据流。所述恒速率时分业务数据流的一系列数据包在固定时间间隔(TS，Time Slot)中由所述时分复用化以太网端口顺序均匀发送；当某个TS没有被分配时，则在其对应的时间片内所述时分复用化以太网端口不发送数据，也即让线路保持空闲。

比如：假设定长以太网帧的定长为625字节，对于100Mbps的以太网端口，625字节相当于50μs的传输长度，则以50μs为单位对该100Mbps以太网端口划分输出时隙。如果实际数据传输中一个以太网帧只需20μs就能发送完成，则发送完该以太网帧后的剩余30μs(＝50μs-20μs)时间片内将让线路空闲，直到下一个50μs开始才再发送下一帧。

这样，如图8所示，一个所述时分复用化的以太网端口的整个带宽被分成n份，且最多可由n个恒速率时分业务数据流分别占用，其中n≥2；也就是说，一个恒速率时分业务数据流占用该时分复用化以太网端口整个带宽的1/n，每n个时隙TS₀，TS₁，…，TS_n发送一次该恒速率业务数据流的数据包。

在上述定长以太网帧和以太网端口时分复用化的基础之上，本发明提供一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法，下面将参照图9详细介绍该方法。

首先，参与本发明以太网交换方法的以太网端口530₁、530₂、…、530_n(n≥2)为上述时分复用化的以太网端口，其输出部分被按照定长以太网帧的传输时间为单位划分为一系列定长输出时隙，各所述输出时隙均分别承载一个所述定长以太网帧；在图9中将所述一系列定长输出时隙表示为一系列方框，其中，有色方框表示本输出时隙承载有恒速率的时分业务数据流，白色方框表示本输出时隙承载有普通以太网业务数据流。并且，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分以所述输出时隙为单位进行传输调度，其在所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

进一步，为了在上述时分复用化基础上有效融合电路交换和分组交换，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的一系列定长输出时隙均分别被指定参与分组交换或参与时分交换。并且，所述指定可由用户根据其实际需要灵活设定，并在转发表项中体现。

其次，为了保持所述时分复用化以太网端口530₁、530₂、…、530_n的本地准确数据交换及上下游准确时隙对应，如图9所示，本发明以太网交换方法还涉及用于保持网络同步的同步信息。

目前已经有不少方法用于在以太网系统中提供同步信息，比如：方法之一是通过提取上游线路时钟获取所述同步信息，开为该以太网时分交换机的网络下游设备提供发送时钟；方法之二是通过计算数据包发送和到达时间获取所述同步信息，如IEEE 1588，IEEE 802.1as等；方法之三是利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的同步系统；方法之四是利用传统的PDH或SDH的同步网。

同时，本申请人于2006年12月7日提交的名称为“基于以太网时分化的时钟同步传递方法和装置及保护方法”的中国专利申请“200610153146.5”公开了定长以太网帧情况下如何获取所述同步信息的详细技术实施方案，援引于此，以资参考。

再次，为了借助现有以太网交换技术完成本地所述时分复用化以太网端口530₁、530₂、…、530_n之间的数据交换，如图9所示，本发明借助现有的L2/L3转发表项来表达所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输入输出交换关系；也就是说，通过L2/L3转发表项来为具有特定L2/L3信息、参与时分交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙，以及为具有特定L2/L3信息、参与分组交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口的指定输出队列。

并且，所述L2/L3转发表项的具体配置方式可为手工配置，也可为采用协议动态配置。比如，对于用于时分交换的各L2/L3转发表项，既可采用手工来逐个定义，也可在实现了GMPLS系统中采用GMPLS的方式来动态定义；类似地，对于用于分组交换的各L2/L3转发表项，既可采用手工来逐个定义，也可采用二层MAC自动学习和老化机制、或者三层路由协议和其他协议来动态定义。

通过具体定义所述用于时分交换和/或用于分组交换的各L2/L3转发表项，将使得各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n输出部分中：被指定参与时分交换的各输出时隙，均分别关联有一个特定的MAC地址、或一个特定的IP地址、或一个特定的其他L2/L3信息；而剩余不被指定参与时分交换(也即间接被指定参与分组交换)的所有输出时隙，则一起关联有某些特定的MAC地址、或某些特定的IP地址、或某些特定的其他L2/L3信息。并且，如前所述，所述各输出时隙是否被指定参与时分交换，也即是否被指定输出所述参与时分交换的定长以太网帧，可由用户根据实际需要灵活设定，并在所述L2/L3转发表项中体现。

这样，对于各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分来说，其中：被指定参与时分交换的输出时隙，可通过各自独立关联的所述特定L2/L3信息进行相互区别；同时，通过所述特定L2/L3信息，还能将所述被指定参与时分交换的输出时隙与剩余间接被指定参与分组交换的输出时隙区别开来，换句话说，将被指定输出参与时分交换定长以太网帧的输出时隙与间接被指定输出参与分组交换定长以太网帧的输出时隙区别开来。

最后，如图9所示，在本发明以太网交换方法中，以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输入部分接收具有L2/L3信息的定长以太网帧。交换单元根据所述输入的定长以太网帧内L2/L3信息查找转发表确定对应的L2/L3转发表项后，将所述参与时分交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口530₁、530₂、…、530_n输出部分的指定输出时隙，或者将所述参与分组交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分。同时，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分在所述同步信息协调下，按时隙编号一个输出时隙发送一个所述定长以太网帧，其中：在被指定参与时分交换的输出时隙，发送指定该输出时隙的所述参与时分交换的定长以太网帧；在不被指定参与时分交换的输出时隙(也即间接被指定参与分组交换)的剩余输出时隙，则发送指定该以太网端口的所述参与分组交换的定长以太网帧。

其中，图9中有色方框表示本时隙与所述参与时分交换的时分业务数据流相关联，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的所述特定L2/L3信息；图9中白色方框表示本时隙与所述参与分组交换的普通以太网突发业务数据流。对于所述时分业务数据流，其交换后从预先配置L2/L3转发表项所指定的固定输出时隙输出，在带宽被保证的同时还具有恒定交换时延，因而具有与现有普通TDM交换类似的QoS性能。而所述突发业务数据流，按现有普通以太网L2/L3转发机制进行分组交换，具有与现有普通以太网交换类似的丢包率和时延抖动等QoS性能，但相对而言其能有效提高线路带宽的利用率。

此外，为了便于调度，在本发明以太网交换方法中，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分中各所述被指定参与时分交换的输出时隙均分别独立维持一个时分交换输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所处参与时分交换定长以太网帧；同时，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分还各自独立维持M个分别具有不同优先级的分组交换输出队列，用于缓存所述参与分组交换的定长以太网帧；其中M≥1，且所述优先级可灵活设置或为固定。这样，本发明以太网交换方法所涉及各以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分就像多个输入和一个输出组成的时分复用器。

如图11所示，所述以太网端口之一530₁同时管理有多个时分交换输出队列x、y、z、…和M个分别具有不同优先级的分组交换输出队列1、…、M，其中M≥1。并且，所述以太网端口之一530₁在同步信息的协调下按时隙编号循环发送所述定长以太网帧：在所述被指定参与时分交换的输出时隙，从该输出时隙独立维持的时分交换输出队列x、y、z、…中读取所述参与时分交换的定长以太网帧并发送；在所述被指定参与分组交换的输出时隙，则按优先级策略从分组交换输出队列1、…、M中读取所述参与分组交换的定长以太网帧并发送；其中所述优先级策略一般已在交换前预先设定，且最简单常用的设定为按优先级高低排序先后。

其中，图11中有色方框表示本时隙与所述参与时分交换的时分业务数据流相关联，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的所述特定L2/L3信息；图11中斜线方框表示本时隙与所述参与分组交换的普通以太网突发业务数据流相关联；而图11中白色方框表示本时隙无数据包存储或输出，也即本时隙空闲。

同时，在上述定长以太网帧和以太网端口时分复用化基础之上，本发明还提供了一种融合了电路交换和分组交换的以太网交换设备，其一般结构与普通以太网交换机类似，只是其对外业务接口为多个时分复用化的以太网端口，且各所述时分复用化以太网端口的输出采用按定长以太网帧的单位传输时间划分的时隙定时调度。

下面将参照图10详细介绍该以太网交换设备的组成结构，以及其中各组成单元的具体功能。

如图10所示，本发明提供的以太网交换设备500与现有普通以太网交换机100一样，也包括有交换单元510/110，转发表520/120，及n(n≥2)个以太网端口530₁/130₁、530₂/130₂、…、530_n/130_n。

相比现有普通以太网交换100，图10中所示本发明以太网交换设备500的主要改进点在于：

1、该以太网交换设备500还包括有同步单元540，用于为所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n和/或该以太网交换设备500的上下游设备提供同步信息，以保持所述各以太网端口530₁、530₂、…、530_n的本地准确数据交换及上下游准确时隙对应。

目前已经有不少方法用于在以太网系统中提供同步信息，比如：方法之一是通过提取上游线路时钟获取所述同步信息，并为该以太网时分交换机的网络下游设备提供发送时钟；方法之二是通过计算数据包发送和到达时间获取所述同步信息，如IEEE 1588，IEEE 802.1as等；方法之三是利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的同步系统；方法之四是利用传统的PDH或SDH的同步网。

同时，本申请人于2006年12月7日提交的名称为“基于以太网时分化的时钟同步传递方法和装置及保护方法”的中国专利申请“200610153146.5”公开了定长以太网帧情况下所述同步单元技术实施方案的详细内容，援引于此，以资参考。

2、所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n为上述时分复用化的以太网端口，每个所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分被按定长以太网帧的单位传输时间划分为一系列定长输出时隙，一个所述输出时隙承载一个所述定长以太网帧；并且，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分以所述输出时隙为单位进行传输调度，其在每个所述输出时隙开始时刻才开始发送所述定长以太网帧。

而为了在上述时分复用化基础上进一步有效融合电路交换和分组交换，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的一系列定长输出时隙均分别被指定参与分组交换或参与时分交换。并且，所述指定可由用户根据其实际需要灵活设定，并在所述转发表520中得到体现。

同时，与TDM接口类似，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的速率相等或者成整数倍关系，其中，速率相等的以太网端口拥有相同的时隙数，速率成整数倍的以太网端口拥有成整数倍的时隙数；比如，10Mbps的以太网端口拥有10个时隙，100Mbps的以太网端口拥有100个时隙。

3、为了借助现有以太网交换技术完成本地所述时分复用化以太网端口530₁、530₂、…、530_n之间的数据交换，如图9所示，本发明借助现有的L2/L3转发表项来表达所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输入输出交换关系；也就是说，通过L2/L3转发表项来为具有特定L2/L3信息、参与时分交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口和输出时隙，以及为具有特定L2/L3信息、参与分组交换的定长以太网帧指定其输出以太网端口。

并且，所述转发表520的具体配置方式可为手工配置，也可为采用协议动态配置。比如，对于所述转发表520中用于时分交换的各L2/L3转发表项，既可采用手工来逐个定义，也可在实现了GMPLS系统中采用GMPLS的方式来动态定义；类似地，对于所述转发表520中用于分组交换的各L2/L3转发表项，既可采用手工来逐个定义，也可采用二层MAC自动学习和老化机制、或者三层路由协议和其他协议来动态定义。

通过具体定义所述转发表520中用于时分交换和/或用于分组交换的各L2/L3转发表项，将使得各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n输出部分中：被指定参与时分交换的各输出时隙，均分别关联有一个特定的MAC地址、或一个特定的IP地址、或一个特定的其他L2/L3信息；而剩余不被指定参与时分交换(也即间接被指定参与分组交换)的所有输出时隙，则一起关联有某些特定的MAC地址、或某些特定的IP地址、或某些特定的其他L2/L3信息。并且，如前所述，所述各输出时隙是否被指定参与时分交换，也即是否被指定输出所述参与时分交换的定长以太网帧，可由用户根据实际需要灵活设定，并在所述转发表520中所述L2/L3转发表项得到体现。

这样，对于各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分来说，其中：被指定参与时分交换的输出时隙，可通过各自独立关联的所述特定L2/L3信息进行相互区别；同时，通过所述特定L2/L3信息，还能将所述被指定参与时分交换的输出时隙与剩余间接被指定参与分组交换的输出时隙区别开来，换句话说，将被指定输出参与时分交换定长以太网帧的输出时隙与间接被指定输出参与分组交换定长以太网帧的输出时隙区别开来。

下表2为本发明以太网交换设备基于L2信息进行数据转发的转发表520举例，其具有n个转发表项。

表2：本发明以太网交换设备基于L2转发表的转发表举例

 表项1 目的MAC 地址a  其它属性  → 到端口3的时分交换输 出队列1  其它操作 表项2 目的MAC 地址b  其它属性  → 到端口5的时分交换输 出队列8  其它操作

……    

 表项m 目的MAC 地址c  其它属性  →  到端口24的时分交换  输出队列9  其它操作 表项 m+1 目的MAC 地址x  其它属性  →  到端口24的分组交换  输出队列1  其它操作

……

 表项n 目的MAC 地址y  其它属性  →  到端口4的分组交换输  出队列2  其它操作

前m个表项给时分电路交换使用，用于根据所述参与时分交换定长以太网帧的目的MAC地址(L2信息的一种)，为所述参与时分交换定长以太网帧指定其对应的输出以太网端口和输出时隙。

而第m+1～n个表项给普通以太网分组交换使用，用于根据所述参与分组交换定长以太网帧的目的MAC地址，为所述参与分组交换的定长以太网帧指定其对应的输出以太网端口。其中，n＞1、m＞1、且n＞m。

与现有普通以太网交换机100的L2转发表120一样，表2中本发明以太网交换设备500的L2转发表520中L2转发表项由两部分组成：一部分表示数据帧/包的数据属性，如目的MAC地址；另一部分说明对满足本表项属性的数据帧/包需要的操作，如转发到某以太网端口由其于某输出时隙发送出去(组播时，可能转发到多个以太网端口由所述多个以太网端口分别于某些输出时隙发送出去)。

需要说明的是：表2中用于时分交换的前m个转发表项，在时分链路建立时设置且维持到时分链路拆除为止，其并不会因MAC地址自动学习和老化等因素影响而被更新；而表2中用于分组交换的第m+1～n个转发表项，与现有普通以太网交换机的L2转发表一样，其支持现有的MAC地址自动学习和老化更新。

4、为了便于定时调度，如表2所示，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分中各所述被指定参与时分交换的输出时隙均分别独立维持一个时分交换输出队列，用于缓存被指定在该输出时隙输出的所处参与时分交换定长以太网帧；同时，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分还各自独立维持M(＝n-m)个分别具有不同优先级的分组交换输出队列，用于缓存所述参与分组交换的定长以太网帧；其中M≥1，且所述优先级可灵活设置或为固定。

通过上述介绍可知，本发明以太网交换设备500用于恒速率时分业务数据流的交换传输时，其操作分类S101、访问S102、及交换S103中的数据处理过程与现有普通以太网交换机类似，但其操作输出队列S104中的数据处理过程却与现有普通以太网交换机有很大区别。

这主要因为，本发明以太网交换设备500中以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分被时分复用化，也即被按定长以太网帧的单位传输时间划分为一系列定长时隙。从而使得本发明以太网同步时分交换机500中，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分就像多个输入和一个输出组成的时分复用器。

如图11所示，所述以太网端口之一530₁同时管理有多个时分交换输出队列x、y、z、…和M个分别具有不同优先级的分组交换输出队列1、…、M，其中M≥1。并且，所述以太网端口之一530₁在所述同步单元540提供的同步信息协调下按时隙编号循环发送所述定长以太网帧：在所述被指定参与时分交换的输出时隙，从该输出时隙独立维持的时分交换输出队列x、y、z、…中读取所述参与时分交换的定长以太网帧并发送；在所述间接被指定参与分组交换的输出时隙，则按优先级策略从分组交换输出队列1、…、M中读取所述参与分组交换的定长以太网帧并发送；其中所述优先级策略一般已在交换前预先设定，且最简单常用的设定为按优先级高低排序先后。

综上所述，图10中所示本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换设备500的工作原理为：各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输入部分接收定长以太网帧，所述定长以太网帧帧内L2/L3信息为某些特定L2/L3信息之一。所述交换单元510根据所述定长以太网帧帧内L2/L3信息查找所述转发表520，并在确定所述定长以太网帧对应的L2/L3转发表项之后，将所述参与时分交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口530₁、530₂、…、530_n的指定输出时隙并等待发送，或者将所述参与分组交换的定长以太网帧交换至所述对应的L2/L3转发表项指定以太网端口530₁、530₂、…、530_n并等待发送。同时，在所述同步单元540提供的同步信息协调下，各所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分，按输出时隙编号一个输出时隙发送一个所述定长以太网帧，其中：在被指定参与时分交换的输出时隙，发送指定该输出时隙的所述参与时分交换的定长以太网帧；在间接被指定参与分组交换的剩余输出时隙，则发送指定该以太网端口的所述参与分组交换的定长以太网帧。

其中，与图9类似，图10中有色方框表示本时隙与所述参与时分交换的时分业务数据流相关联，且所述有色方框的不同灰度代表所述时隙关联至不同的所述特定L2/L3信息；图10中白色方框表示本时隙与所述参与分组交换的普通以太网突发业务数据流。对于所述时分业务数据流，其交换后从预先配置L2/L3转发表项所指定的固定输出时隙输出，在带宽被保证的同时还具有恒定交换时延，因而具有与现有普通TDM交换类似的QoS性能。而所述突发业务数据流，按现有普通以太网L2/L3转发机制进行分组交换，具有与现有普通以太网交换类似的丢包率和时延抖动等QoS性能，但相对而言其能有效提高线路带宽的利用率。

总之，在以太网端口530₁、530₂、…、530_n按定长以太网帧单位传输时间时分复用化和同步单元540提供同步信息保持网络同步的基础之上，通过合理配置转发表520中的具体L2/L3转发表项可以让一个交换单元510利用现有普通以太网L2/L3转发机制实现电路交换和分组交换的有效融合。其中，所述合理配置转发表520包括：首先，灵活地根据实际需要将各以太网端口530₁、530₂、…、530_n输出部分中某些输出时隙与时分业务数据流相关联；随后，各以太网端口530₁、530₂、…、530_n输出部分中不与时分业务数据流相关联的剩余输出时隙，间接地缺省与突发业务数据流相关联。

此外，当某恒速率时分业务数据流只占用定长时隙带宽的一部分，我们称此时分业务数据流为时隙子速率时分业务。

举例来说：对于带宽为10Mbps的定长时隙而言，5Mbps的时隙子速率时分业务只占用所述10Mpbs定长时隙带宽的1/2。则如图12所示，每个10Mbps定长时隙的两个时间片中只有一个承载有有效数据(图12示为灰色方框)，而另一个时间片空闲(图12示为白色方框)。

为了能够支持时隙子速率时分业务数据流的交换与传输，在本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备中，所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分中，各所述被指定参与时分交换的输出时隙独立维持的时分交换输出队列并非简单的FIFO(First In FirstOut，先进先出)结构，其将无数据包输入的时间片标记为空闲时间片。这就使得，当所述以太网端口530₁、530₂、…、530_n的输出部分读取所述时分交换输出队列中的数据时，其能够判断本时间片是否为空闲时间片，是则可以在所述空闲时间片内不发送数据，也即在该空闲时间片让线路保持空闲；或者在所述空闲时间片内发送所述参与分组交换的定长以太网帧。

这样，如图12所示，接收时有数据输入的时间片经交换后对应为发送时有数据输出的时间片，而接收时无数据输入的空闲时间片经交换后对应为发送时无数据输出的空闲时间片。也就是说，本发明融合了电路交换和分组交换的以太网交换方法与设备，其不仅能够有效支持时隙子速率时分业务数据流的交换与传输，且可通过利用所述时分交换输出队列中空闲时间片传输突发业务来进一步提高线路带宽的利用率。

在利用所述时分交换输出队列中空闲时间片传输突发业务时，由于突发业务数据包与时分业务数据包分别具有不同的L2/L3信息，因此经时分交换输出队列发送至下游设备的突发业务数据包，根据其具体的帧内L2/L3信息仍将被判定参与分组交换，且如有再次交换仍将再次进入所述分组交换输出队列，而并不会影响时分业务的时分交换。从这个意义看，只要可管理，多个具有不同L2/L3信息的时隙子速率时分业务也可以复用到一个输出时隙中不同时间片内进行发送。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。