用于使用优选目的地列表处理交换机的方法和设备

摘要

本发明涉及切换技术，例如以太网，其中基于易于冲突的切换表(31)执行数据切换。本发明提供了防止困难的冲突造成的泛洪的可能性，并且可以使用简单且便宜的切换设备，而不必担心冲突造成的泛洪的后果。提供了一种优选目的地列表(43)。该列表标识一个或多个优选切换目的地(1，11)。针对每个优选目的地，获取(53)切换地址和相应的端口标识。然后发出命令(55)将所获得的切换地址和相应的端口标识输入和锁定至切换表(31)。

说明书

技术领域

本发明涉及切换领域，更具体地，涉及使用易于冲突的切换表执行切换的领域的一部分。

背景技术

传统地，ATM(异步传输模式)经常用于许多蜂窝通信网络中的数据传输，例如3GPP(第三代合作伙伴计划)、标准WCDMA(宽带码分多址)，但是现在正在引入基于IP(因特网协议)的传输。以太网是经常用作针对IP分组的载波的一种技术。以太网是基于48比特MAC(媒体接入)地址的分组传输技术，并且支持从二到几千或者更多节点的网络。通常，基于以太网的网络的节点使用以太网交换机(switch)以树形、环形或网络集线器结构连接。以太网交换机是从一个端口接收以太网分组、查看目的地MAC地址，并将分组转发至将会到达目的地的另一个端口、或可以将分组转发到目的地的另一个交换机的设备。以太网交换机是自我学习的。通过查看输入分组，以太网交换机获知输入分组的源MAC地址与接收输入分组的输入端口相关联，并且将端口/MAC地址关联存储在切换表中。然后，切换表用于对输入分组进行切换。在切换表中搜索目的地MAC地址，交换机可以看到将分组转发至哪个端口。如果在切换表中没有找到目的地地址，则交换机不能够知道转发至哪个端口。这通过被称为泛洪(即，将分组发送至除分组所来自的端口(输入端口)的所有端口)的过程来解决。泛洪是与所使用的遭到反对的先前技术“以太网网络集线器”相同的方法。以太网网络集线器具有很简单、但会浪费以太网网络容量的设计，它将所有分组泛洪至每个目的地。以太网交换机的引入通过仅将分组发送至意向目的地/接收机、而非整个以太网上的每一位，显著地改进了情况。但是如上所述，有时当交换机不能获知地址时，交换机被迫通过泛洪浪费容量。

出于例如成本的考虑，通常不可能设计切换表以获知每个MAC地址。因而切换表通常限于几千个MAC地址，因为大的RAM(随机接入存储器)将花费更多MAC地址，而大多数交换机将不会需要更多MAC地址。因此，不可能有48比特的MAC地址对切换表中的位置的一对一映射，因为针对合理大小的RAM，指示切换表中的位置的表地址将会只是10-20比特。已经开发了针对合适的位置搜索切换表的算法。此外，需要(通常通过在该位置自身处存储有效的MAC地址)验证该位置是有效的。针对该切换表查看的更一般的算法中的一些如下：内容可寻址的存储器，很快但很昂贵(消耗许多RAM)；搜索，便宜但是缓慢；以及地址的散列或截断(truncation)，既快又便宜。

因而，散列和截断查找具有一些优势。然而，这些技术也易于引起冲突。也就是说，多于一个MAC地址会被映射至切换表中的相同位置。当两个(或多个)MAC地址被分配给切换表中的相同位置时，仅有其中一个地址可以被存储在切换表中。因此，以太网交换机仅能够作为针对其中一个地址(碰巧被存储的地址)的交换机而工作。将必须通过泛洪对与切换表中的相同位置相关联的任何其它MAC地址进行处理。出于各种原因，在面向传统IP/以太网数据通信的网络中通常可以接受该行为。针对小的网络(小数量的MAC地址)，冲突的可能性相当低。此外，网络经常是超尺寸(over-dimensioned)的。例如，大多数以太网LAN(本地局域网络)针对每个计算机具有明显过剩的容量。此外，业务量经常是猝发的，这使问题临时化。两个具有冲突MAC地址的计算机也不会在相同时间传输延长的时间段。在计算机之一空闲之后，交换机将刷新切换表，并停止另一个计算机的泛洪。此外，如果泛洪变成严重的问题，那么可以替换计算机或以太网板。由于该设备改变，那么MAC地址改变，并且冲突消失，并最终看做“没发现故障”，即在大多数情况下，解决问题的人甚至检测不到问题。

然而，随着在小区和其它面向电信的网络中使用以太网交换机的数据传输的引入，使用易于冲突的切换表带来的困难更为显著。在传输网络中，所有节点本质上一直是活跃的。因此，任何MAC查找冲突将导致业务量的持久性泛洪。另一方面，只有当两个冲突MAC地址在同一时间都是活跃的，数据通信网络才将看到这种类型的泛洪。此外，在蜂窝网络中，RBS(无线电基站)分布在很大的区域上，并且经常在难以到达的位置。因此，由于使用具有有限带宽的微波链路或具有高成本/容量的租用线，所以传输链路容量的成本经常是一个问题。这就期望保持低的最高容量。结果，泛洪将是昂贵容量的浪费。在电信世界，设备可靠性十分高，并且随机困难的接受很低。将会检测到非执行RBS。运营商将取代板，并且针对RBS的MTBF(故障之间的平均时间)统计将受到影响。由于分组处理和/或链路的有限容量，一些以太网连接也可以调速至低比特率(例如1Mbit/s或10Mbit/s)。这可以是节点内部链路、板上链路以及传输网络中的链路。由于意向为另一个目的地的泛洪分组正添加至有意向的有效载荷，所以这些链路将会经历通过减少的分组和/或延迟的泛洪。此外，向RBS站点添加各种类型的站点设备(例如站点控制设备、网络摄像头、天气控制设备、或膝上型电脑(针对访问技师))正变为惯例。来自站点设备的业务量负载一般很低，并且如果应该泛洪时，通常不会成为问题。然而，站点设备将MAC地址添加至切换表，因而增加了冲突的可能性。

克服利用易于冲突切换表而引发的上述困难的一个方法是使所有的传输链路超尺寸，以能够处理泛洪的最坏情况。尽管这针对一些链路是可行的，但是当考虑所有链路时，这通常过于昂贵。

另一个方法是引入某种形式的高级MAC地址规划和/或检测和修正。这针对小的网络或网络的有限部分是可行的，但是针对大的网络是复杂的，并且增加了维护成本。

因此，需要以简单和具有成本有效的方式克服或至少减少利用易于冲突的切换表引发的上述困难。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是提供允许克服或至少减少利用基于易于冲突切换表的切换而引发的上述困难。

根据本发明的一个方面，利用用于处理具有易于冲突切换表的交换机的方法实现上述目的。根据本方法，建议提供优选目的地列表。该列表标识一个或多个优选切换目的地。针对每个优选目的地，获取切换地址和相应的端口标识。然后发出命令将所获得的切换地址和相应的端口标识输入和锁定至切换表。

因此，上述方法提供了针对特定标识目的地(优选目的地)，使交换机避免冲突造成的泛洪的可能性。提供这个机会具有很大的价值，这是由于在许多切换场景中，通常只有相对较少的目的地，它们在发生冲突时将会引起真正困难的泛洪的情况。将这些情况去除而不考虑使得可以避免使用更复杂或昂贵的切换设备，而仍然不必担心冲突造成的泛洪的后果。

根据本发明的另一个方面，利用能够执行上述方法的切换设置实现上述目的。

因此，本发明的一个主要优势在于，允许仍然相对简单和成本有效的改进的切换和切换设备。

正如将在详细描述中变得清楚地，本领域技术人员将理解其它目标和优势可以与本发明的特定实施例相关联。

将使用特定实施例并参照附图进一步描述本发明。

附图说明

图1是示出了可以应用本发明的场景的框图。

图2是示出了以太网帧的格式的示意图。

图3是示出了针对切换表中条目的格式的示意图。

图4是示出了根据本发明实施例的切换设备的框图。

图5a-5c是示出了针对根据本发明实施例的优选目的地列表的格式的表。

图6是示出了根据本发明实施例的方法的流程图。

图7是示出了根据本发明实施例的方法的流程图。

图8是示出了根据本发明实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1是示出了可以有利地应用本发明的一个示例性情形的框图。控制节点(这里RNC 1(无线电网络控制器))通过数据传输链路与RBS 3相连。在该示例中，RNC 1和RBS形成WCDMA系统的一部分，并且RNC1和RBS 3之间的连接是所谓的Iub接口。从纯逻辑的角度，该连接是点对点的。然而，从物理角度，该连接依赖于实施方式，且可以基于链状或树型结构，其中一些RBS用作网络集线器，一些RBS构成链或树中的“叶子”。当RBS用作网络集线器时，它不但接收和传送与其自身操作相关的数据，而且也负责将数据转发至一个或多个其它RBS，或从一个或多个其它RBS转发数据。叶RBS不将数据转发至其它RBS，或从其它RBS转发数据，而只是接收和传送与其自身操作相关的数据。

图1中的RBS 3包括具有交换机控制器7的以太网交换机5。为了简便，只在图1中示出了以太网交换机5的3个端口p1-p3。当然，以太网交换机5可以(且通常会)包括更多个端口。端口p1在这里与RBS控制单元9相连。在该WCDMA示例中，RBS控制单元9可以3GPP规定的Iub控制平面终端；它也可以是3GPP Mub O&M(操作和维护)终端。端口p2通过Iub接口与RNC 1相连。端口p3与RBS基带单元11相连。在该WCDMA示例中，RBS基带单元11可以是3GPP规定的Iub控制平面终端。

以太网交换机5能够基于切换地址在端口p1-p3之间切换以太网帧。在以太网系统中，(48比特)MAC地址用作切换地址。通过图2中的示意图示出以太网帧结构。该帧包括目的地MAC地址12a、源MAC地址12b、类型指示符12c、有效载荷12d以及CRC 12e(循环冗余校验)。使用切换表(图1中未示出)执行切换。切换表包括多个位置，其中每个位置包括指示如何在以太网交换机5的端口之间执行切换的信息条目。以图3中的示意图示出了切换表中条目的典型格式。该条目包括MAC地址13a和标识与MAC地址13a相关联的输出端口的输出端口标识符13b。该条目也可以包括用于锁定条目(即提供不允许条目被改变的指示)的锁定比特13c。该条目还包括指示是否最近使用了该条目的最近使用比特13d，以及指示该条目是否有效的有效比特13e。当以太网交换机5接收以太网帧时，识别目的地MAC地址12a，且交换机控制器7尝试找到切换表中具有MAC地址13a与目的地MAC地址12a相对应的条目的位置。如果可以找到这样的位置，那么将接收到的以太网帧转发至该位置的条目所指定的输出端口。在该示例中，假定切换表示易于冲突的。例如，散列函数可以用于在切换表中进行定位。散列函数形式上是从MAC地址集到切换表中的位置集的映射。然而，切换表中位置的数量(例如由于成本原因)比可能的MAC地址的数量要少。这样，映射不可能是单射的(injective)，从而在切换表中有各与两个或多个MAC地址相对应的位置。如果在散列函数指定的位置不能发现目的地MAC地址12a(例如因为该条目是空的、无效的或因为另一个MAC地址(冲突)占据了该条目)，则以太网交换机5采取泛洪。

最近使用的比特13d可以用于被称为“老化”的过程中，该“老化”过程是切换表更新的形式。在老化过程中，依次检查切换表中的每个条目。如果锁定比特13c指示锁定被检查的条目，则不会执行其它的行动。如果没有锁定该条目，则检查最近使用的比特13d是否指示最近没有使用该条目，在这种情况下设定有效比特13e指示该条目无效；然后可以利用新信息重写该条目。另一方面，如果最近使用的比特13d指示最近使用了该条目，则改变最近使用的比特13d以指示最近没有使用该条目。以这种方式，可以从切换表中去除不经常使用的条目。

在图1中，最高的数据速率发生在Iub下行链路上，即，针对通过以太网交换机5从RNC 1发送到基带单元11的数据。针对该下行链路的典型的峰值速率可以在大约170Mbit/s。针对Iub上行链路(基带单元11至RNC 1)的数据速率也相当高。针对该上行链路的典型峰值速率可以是大约68Mbit/s。然而，至或自RBS控制单元9的数据速率相当地低，典型地低于1Mbit/s。因此，以太网交换机5处理的大多数以太网帧发送至基带单元11或来自基带单元11。假定RNC 1具有MAC地址A，RBS控制单元9具有MAC地址B，以及基带单元11具有MAC地址C。此外，假定在切换表中存在冲突，从而通过一些其它MAC地址占据由散列函数分配MAC地址C所至的位置。在这种情况下，以太网交换机5必须通过在所有端口(除了p2)上的泛洪处理Iub下行链路。这意味着，RBS控制单元9将接收极大超出所设计的数据速率。这会打乱RBS控制单元9的正常操作。例如，端口p1和/或RBS控制单元9会过载，造成实际上意向为MAC地址B的以太网帧丢失或延迟。如果针对MAC地址A存在冲突，则会发生类似的情况。然而，针对MAC地址B的冲突不那么严重。这会增加一些附加负载，但与正常的上行链路/下行链路Iub负载相比，该附加负载几乎可以忽略。

根据本发明的实施例，提供了可以避免与易于冲突的切换表相关联的各种有问题的情况(例如如图1中所示)的方法和装置。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的切换设备的框图。图4的设备包括可以是以太网交换机的交换机21，以及外部交换机控制器(这里是板控制器23的形式)。

交换机21包括交换机结构25，其中发生实际的切换。交换机21也包括内部交换机控制器27，该内部交换机控制器与交换机结构25以及交换机的其它部分相连(如图中所示)。基于易于冲突的切换表31执行交换机21的切换操作。在该特定实施例中，提供散列函数计算器29来将切换地址(例如MAC地址)解译成切换表31的位置。切换表31中条目可以例如是以图3所指示或类似的格式。为了避免不必要的细节，仅在图4中示出了3个端口p1-p3。端口p1-p3都包括输入侧和输出侧。然而，为了简便，仅在图4中示出了端口p2的输入侧和端口p1和p3的输出侧。这里，端口p2的输入侧包括FIFO(先入先出)列表，其中临时获取输入数据分组(例如以太网帧)，从而可以例如为了切换和学习的目的而提取目的地和源地址。端口p1的输出侧包括输出队列35，其中缓冲输出数据分组(例如以太网帧)以等待传输。端口p3包括相应的输出队列37。这里，板控制器23也包括与控制逻辑39相连的ARP检测器38。然而，ARP检测器可以位于其它地方(例如交换机21中)、或包括在控制逻辑39中。将在之后描述ARP检测器38的有利使用。

板控制器23包括负责板控制器操作的控制逻辑39。板控制器23还包括将板控制器23与交换机21相连的接口设备41。在该特定实施例中，接口设备41提供对内部交换机控制器27以及对交换机结构25的连接。板控制器也包括具有与一个或多个优选切换目的地相关的信息的优选目的地列表43。该优选目的地列表43可以存储在电子存储设备上(例如诸如RAM的存储器)。优选切换目的地是应当优先于其它目的地将其切换地址和相应的端口标识输入在切换表31中的目的地。优选切换目的地可以是在冲突情况下引起泛洪的最坏情况的那些目的地，即通常是可以期待接收最高数据速率的那些目的地。在蜂窝或其它电信网络中，这通常是负责接收用户平面数据的目的地。例如，在图1示出的情况中，在优选的目的地列表43中可以指示RBS基带单元11以及可能的RNC 1。

优选目的地列表43也可以位于其它地方，例如在交换机21中。

以图5a中的表来示出优选目的地列表43的格式的示例。这里，优选目的地列表包括关于切换地址(例如MAC地址)的信息，以及直接或间接与和切换地址相关联的优选目的地相连的交换机端口的标识。该列表也包括列表中每个优选目的地的一些一般性描述(完全可选的)。在该特定实施例中，仅有一个优选目的地(图1的RBS基带单元)包括在列表中。因此，图5a的优选目的地列表指示MAC地址MAC C作为切换地址，以及指示端口p3作为与RBS基带单元11连接的端口。

以图5b中的表来示出优选目的地列表43的另一个示例格式。图5b中的列表与图5a中的列表的不同之处在于：该表包括针对优选目的地的IP地址，而不是切换地址(例如MAC地址)。这里，可以根据IP地址(例如通过使用传统的协议)获取切换地址(例如MAC地址)。例如，在以太网实施例中，可以使用ARP(地址解析协议)，基于IP地址获取MAC地址。

以图5c中的表来示出优选目的地列表43的另一个示例格式。这里，在列表中提供了切换地址(这里是MAC地址)和IP地址。

在图4的实施例中，交换机控制功能分为外部控制和内部控制。该划分只是示例性的，且例如，交换机控制可以完全在交换机21中执行，或以其他方式进行划分。

图6是示出了用于根据本发明的一个实施例的处理具有易于冲突的切换表的交换机的流程图。例如，图6的方法可以在图4的切换设备中执行。

在图6中，假定提供了优选目的地。优选目的地列表指示一个或多个优选目的地。在可以包括提供优选目的地列表的开始51之后，在块53处，从优选目的地列表读取与第一优选目的地(例如基带单元11)相关的信息。所读取的信息包括切换地址(例如MAC C)以及第一优选目的地所连接的关联端口(例如p3)的标识。可选地，正如之前所解释的，可以基于IP地址获取切换地址。可以通过优选目的地列表提供IP地址。在图4的实施例中，例如可以通过板控制器23的控制逻辑39执行块53。在块55中，将锁定命令发送至切换表。锁定命令将与第一优选目的地相关的切换地址和关联交换机端口通知给切换表。锁定命令具有以下效果：例如通过使用散列函数或其它查找算法，切换表将切换地址和端口标识输入基于切换地址的位置中。该命令也具有以下效果：例如通过设置锁定比特来指示位置被锁定，切换表锁定该位置。这意味着，例如通过老化过程或其它方式，与第一优选目的地相关的条目不可以改变。在图4的实施例中，例如，可以通过板控制器23的控制逻辑39产生锁定命令，并将该命令通过接口设备41和内部交换机控制器27传送至切换表31。在块57处，确定优选目的地列表是否包括更多的优选目的地。如果是，则方法返回块53，并针对列表中下一个优选目的地执行块53和55的操作。这一直持续到已经对列表中所有的优选目的地进行了处理，之后方法在59处停止。

尽管有些不可能，但是会发生两个(或多个)优选目的地的切换地址与切换表(冲突)中的相同位置相关联。因此，建议引入优选目的地的某种形式的重要性等级。例如，基于该等级，可以设置优选目的地，从而最重要的优选目的地(例如泛洪的最坏情况)是列表中第一优选目的地，在最重要的优选目的地之后，按照重要性的降序设置任何其它的优选目的地。这将保证较重要的优选目的地在切换表中总是优先于较为不重要的优选目的地。利用图8中的简单的流程图总结了该过程。在块71处，根据重要性对优选的目的地进行等级划分。之后，在块73基于重要性等级对优选目的地列表中的优选目的地进行排序。

图7是示出了用于根据本发明的另一实施例处理具有易于冲突的切换表的交换机的流程图。例如，图7的方法可以在图4的切换设备中执行。图7的方法具有与图6的方法相同的几个块；这些块具有与图6中相同的参考号，且不再进行第二次解释。图7的方法介绍了彼此独立使用的两个新的方面。第一，该方法考虑优选目的地最初不向其自身的切换地址隐蔽。第二，该方法考虑接下来可以改变针对优选目的地的切换地址。因此，在块54a中，确定是否将优选目的地列表中的切换地址通知给优选目的地。这可以根据包括在优选目的地列表中的信息、或在其他处获得的信息确定。如果确定应当将切换地址通知给考虑中的优选目的地，那么在块54b处，将切换地址发送至优选目的地。在图4的实施例中，例如可以通过板控制器23中的控制逻辑39执行或启动块54a和54b。在一些类型的系统中，可以针对目的地分配新的切换地址。因此，在块61处，检测到新的切换地址已经分配到优选目的地列表中的目的地。响应块61处的检测，利用新的切换地址更新优选的目的地列表。在更新了优选的目的地列表之后，在块65处将更新的锁定命令发送到切换表。更新的锁定命令使输入先前切换地址的切换表条目解锁；然后允许重写该条目，并最终通过老化过程将该条目标记为无效。更新的锁定命令也使新的切换地址和相应的端口标识输入到切换表中。在特定实施例中，可以通过ARP、免费的ARP、或类似消息检测新切换地址的分配。ARP(地址分辨协议)是用于找到使用哪个MAC地址来到达具有给定IP地址的目的地的以太网协议(在IETFRFC 826中规定)。免费ARP是特殊情况，其中以太网节点宣布其IP地址，以通知要使用新的MAC地址到达该IP地址。这使得变化立即有效，因为以太网上所有的节点将接收免费ARP，且可以更新MAC地址的本地副本，以用于到达所宣布的IP地址。如上所述，优选的目的地列表可以针对列表中的任何优选目的地提供至少一个IP地址，从而帮助新MAC地址的检测。利用图4的特定实施例，当然可以通过ARP检测器38执行新切换地址的上述基于ARP的检测。

本发明可以提供免受与泛洪相关的任何程度的困难的简单的以及低成本的切换和切换设备。本发明可以应用在许多系统和场景中。例如，本发明可以有利地应用在蜂窝和其它面向电信的网络中。尤其，本发明可以用于使接收高数据速率的目的地(例如负责接收用户平面数据的目的地)避免遭受泛洪。

VLAN(虚拟LAN)系统构成针对本发明的另一个应用。VLAN是对以太网标准的附加，其中将VLAN标识标签被添加至每个以太网帧。这可以使一个物理以太网交换机用作多达4096个虚拟交换机。因此，运营商可以在一个物理网络上运行多达4096个逻辑独立的网络。由于泛洪将呆在一个VLAN中，所以将缓和泛洪效果。然而，由于所有的VLAN共享相同的物理切换表，所以冲突的风险通常将增加。

综上，使用各种实施例描述了本发明。然而，所描述的和所指示的实施例仅意在非限制性示例。相反，通过所附权利要求定义保护的范围。