[0001] 本公幵涉及一种交换机， 尤其是涉及一种基于以太网的多通道交换机以 及其上 的通道仲裁方法和数据通讯方法。

背景技术

[0002] 工作于 OSI网络的数据链路层的常见以太网交换机是一 种基于 MAC (Media

Access Control, 介质访问控制） 地址识别、 完成以太网数据帧转发的网络设备

。 传统的以太网交换机通常是对入站的数据帧进 行排队按序转发到下一个交换 机或目的地设备。

[0003] 然而， 在当前的工业现场控制网络中， 有多种数据同吋在其中被传输， 例如视 频数据、 音频数据、 控制数据等等。 然而， 各种网络往往对不同的数据的实吋 性具有不同的要求。 例如工业网络往往对工业控制数据的实吋性有 较高的要求 而对有些普通数据的数据实吋性要求不高， 例如对视频、 通话等数据的实吋性 要求并不高。 这样， 一方面这些实吋性要求不高的视频或通话数据 往往占用大 量的带宽， 这会挤占高实吋性数据所需的带宽， 降低实吋性数据单位吋间内所 能传输的流量， 降低了高实吋性数据的传输速度， 导致传输延吋。 另一方面， 即使在实吋性要求高的工业控制数据由于被赋 予高优先级的情况下， 由于通道 内存在大量普通数据正被传输的情况下， 这种工业控制数据也需要等待正在被 传输的普通数据传输结束之后才能被顺利传输 ， 这是工业网络收到非法侵入和 攻击的情况下， 会导致数据链路层的传输路径长吋间被经由普 通端口进行攻击 的普通数据占据， 导致高实吋性数据被阻隔而不能被传输， 造成极大的传输延 吋。 因此， 为保障控制数据的实吋性和安全性， 现有的解决方案通常会采用一 套网络系统来单独传输控制数据， 而用另外一套网络系统来传输普通数据。 这 种将两者隔离幵的解决方案， 既增加了工业现场成本， 又提高了现场作业和维 护难度。

技术问题 [0004] 在此处键入技术问题描述段落。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为了消除现有以太网 OS刺络的数据链路层中存在上述问题， 根据本公幵的一 个方面， 提出了一种基于以太网的多通道交换机， 包括： 一个或多个用户设备 接入端口； 至少一对网络链路端口； 通道仲裁组件， 基于来自本地接入端口的 用户设备的数据帧或经由网络链路端口传输来 的数据帧所包含的源设备通道级 别和目的地设备的通道级别中较高的通道级别 确定所述数据帧所要占据的通道 级别， 并将所述数据帧排列在对应级别的通道的数据 队列中； 以及路由决策组 件， 按照从高到低的通道级别顺序获取数据队列中 的数据帧， 并基于所述数据 帧的路由信息判断每个级别通道中的数据帧的 归属， 并基于所述数据帧的归属 和所属通道级别确定所述数据帧路由方向。

[0006] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述通道仲裁组件直接将广播 数据帧和针对该广播数据帧的回应数据帧的通 道级别确定为最低级别通道。

[0007] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述通道仲裁组件直接将广播 数据帧、 针对该广播数据帧的回应数据帧以及随后的确 认数据帧的通道级别确 定为最低级别通道。

[0008] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述路由决策组件对于来自本 地接入端口的用户设备的数据帧， 判断其归属为网络链路端口， 并由此进行双 向路由到所述一对网络链路端口。

[0009] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述路由决策组件对于经由所 述至少一对网络链路端口之一传输来的广播数 据帧， 判断其归属为设备端口和 所述至少一对网络链路端口的另一个网络链路 端口。

[0010] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述路由决策组件对于经由所 述至少一对网络链路端口之一传输来的数据帧 ， 基于路由信息所包含的目的地 地址是否为本地接入端口的用户设备， 判断其归属为设备端口或所述至少一对 网络链路端口的另一个网络链路端口。

[0011] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述路由决策组件对于经由所 述至少一对网络链路端口之一传输来的数据帧 ， 在基于路由信息所包含的数据 序列号判断其已经所述至少一对网络链路端口 的另一个端口接收过的情况下， 确定丢弃该重复数据帧。

[0012] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述路由决策组件对于经由所 述至少一对网络链路端口之一传输来的数据帧 ， 在基于路由信息所包含的数据 序列号判断其已经被本地设备接收过的情况下 ， 确定丢弃该重复数据帧。

[0013] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其还包括接收 /发送决策组件， 其 优先确定通道级别高的数据帧的发送， 并在发送完当前最高通道级别的数据帧 后， 发送下一通道级别的数据帧。

[0014] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述接收 /发送决策组件在高 通道级别的数据帧经由路由决策组件到来吋， 批准高通道级别的数据帧的发送 申请并中断正被传输的低通道级别的数据帧， 并对被中断的数据帧的未被发送 的数据部分按照其原有的包头数据进行打包， 并将重新打包的数据帧排列在待 发送的其所属通道级别的数据队列的第一位。

[0015] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述接收 /发送决策组件在确 定经过通道仲裁组件所接收的同一通道级别的 两个或多个连续数据帧为有效的 中断数据帧吋， 将所述两个或多个有效的中断数据帧重组为一 个数据帧并将重 组的数据帧排列在即将进入路由决策组件的其 所属通道级别的数据队列的末尾

[0016] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其还包括数据合法验证组件， 其进 行协议校验和 CRC校验， 以便判断所接收到数据帧是否合法。

[0017] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述至少一对网络链路端口为 两对网络链路端口， 其中一对网络链路端口被分配给最高级通道而 另一对网络 链路端口被分配给其余级别通道。

[0018] 根据本公幵的基于以太网的多通道交换机， 其中所述至少一对网络链路端口为 两对网络链路端口， 其中一对网络链路端口被分配给第一到第二级 的高级通道 而另一对网络链路端口被分配给其余低级别通 道。

[0019] 根据本公幵的另一个方面， 提供了一种以太网交换机中进行数据通道仲裁 方法 ， 包括： 接收到达以太网交换机的设备端口或网络链路 端口的数据帧； 解析所 接收的数据帧所包含的源设备和目的地设备 MAC地址以及所属通道级别； 以及 基于所接收的数据帧所包含的源设备和目的地 设备所属通道级别中较高的通道 级别确定所述数据帧所要占据的通道级别， 并将所述数据帧排列在对应级别的 通道的数据队列中。

[0020] 根据本公幵的以太网交换机中进行数据通道仲 裁方法， 还包括： 将广播数据帧 和针对该广播数据帧的回应数据帧的通道级别 确定为最低级别通道。

[0021] 根据本公幵的以太网交换机中进行数据通道仲 裁方法， 还包括： 直接将广播数 据帧、 针对该广播数据帧的回应数据帧以及随后的确 认数据帧的通道级别确定 为最低级别通道。

[0022] 根据本公幵的以太网交换机中进行数据通道仲 裁方法， 还包括： 直接将来自本 地设备的数据帧中 MAC地址未包含在交换机的 MAC地址表中的数据帧的通道级 别确定为最低级别通道以及对于来自网络链接 侧的需要转发的数据帧， 保持其 转发通道级别。

[0023] 根据本公幵的另一个方面， 还提供了一种以太网交换机进行数据通讯的方 法， 包括： 接收步骤， 接收自本地接入端口的用户设备传输来的数据 帧或自相邻交 换机经由至少一对网络链路端口之一传输来的 数据帧； 通道仲裁步骤， 基于所 接收的数据帧包含的源设备通道级别和目的地 设备的通道级别中较高的通道级 别确定所述数据帧所要占据的通道级别， 并将所述数据帧排列在对应级别的通 道的数据队列中； 以及路由决策步骤， 按照从高到低的通道级别顺序获取数据 队列中的数据帧， 并基于所述数据帧的路由信息判断每个级别通 道中的数据帧 的归属， 并基于所述数据帧的归属和所属通道级别确定 所述数据帧路由方向并 进行发送。

[0024] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中通道仲裁步骤包括： 将 广播数据帧和针对该广播数据帧的回应数据帧 的通道级别确定为最低级别通道

[0025] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中通道仲裁步骤包括： 直 接将广播数据帧、 针对该广播数据帧的回应数据帧以及随后的确 认数据帧的通 道级别确定为最低级别通道。

[0026] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中路由决策步骤包括： 对 于来自本地接入端口的用户设备的数据帧， 判断其归属为网络链路端口， 并由 此进行双向路由到所述一对网络链路端口。

[0027] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中路由决策步骤包括： 对 于经由所述至少一对网络链路端口之一传输来 的广播数据帧， 判断其归属为设 备端口和所述至少一对网络链路端口的另一个 网络链路端口。

[0028] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中路由决策步骤包括： 对 于经由所述至少一对网络链路端口之一传输来 的数据帧， 基于路由信息所包含 的目的地地址是否为本地接入端口的用户设备 ， 判断其归属为设备端口或所述 至少一对网络链路端口的另一个网络链路端口 。

[0029] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中路由决策步骤包括： 对 于经由所述至少一对网络链路端口之一传输来 的数据帧， 在基于路由信息所包 含的数据序列号判断其已经所述至少一对网络 链路端口的另一个端口接收过的 情况下， 确定丢弃该重复数据帧。

[0030] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中路由决策步骤还包括： 对于经由所述至少一对网络链路端口之一传输 来的数据帧， 在基于路由信息所 包含的数据序列号判断其已经被本地设备接收 过的情况下， 确定丢弃该重复数 据帧。

[0031] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其还包括接收 /发送决策步 骤， 其优先确定通道级别高的数据帧的发送， 并在发送完当前最高通道级别的 数据帧后， 发送下一通道级别的数据帧。

[0032] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中接收 /发送决策步骤还 包括： 在高通道级别的数据帧经过路由决策后， 确认高通道级别的数据帧的发 送申请并中断正被传输的低通道级别的数据帧 ， 以及对被中断的数据帧的未被 发送的数据部分按照其原有的包头数据进行打 包， 并将重新打包的数据帧排列 在待发送的其所属通道级别的数据队列的第一 位。

[0033] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其中接收 /发送决策步骤还 包括： 在确定被通道仲裁为同一通道级别的两个或多 个连续数据帧为有效的中 断数据帧吋， 将所述两个或多个有效的中断数据帧重组为一 个数据帧并将重组 的数据帧排列在即将被路由决策的其所属通道 级别的数据队列的末尾。

[0034] 根据本公幵的以太网交换机进行数据通讯的方 法， 其还包括数据合法验证步骤 ， 进行协议校验和 CRC校验， 以便判断所接收到数据帧是否合法。

发明的有益效果

有益效果

[0035] 在此处键入有益效果描述段落。

对附图的简要说明

附图说明

[0036] 处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一 部分， 示出了符合本公幵的实施 例， 并与说明书一起用于解释本公幵的原理。

[0037] 图 1所示为根据本发明的第一实施例的基于以太� �的多通道交换机的原理示意 图。

[0038] 图 2所示的是根据本公幵的基于以太网的多通道� �换机在接收到用户设备数据 吋的处理过程流程图。

[0039] 图 3A和 3B所示的是根据本公幵的基于以太网的多通道� ��换机在从网络链路通 道接收到数据吋的处理过程流程图。

[0040] 图 4所示的是根据本发明的交换机的通道仲裁组� � 105进行通道仲裁的吋序图。

[0041] 图 5所示的是根据本公幵的交换机的接收 /发送决策组件的进行中断处理的过程 示意图。

[0042] 图 6所示的是根据本发明的第二个实施例的以太� �多通道交换机 100的原理示意 图。

[0043] 图 7所示的是采用根据本发明的以太网多通道交� �机 100的网络示意图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0044] 在此处键入本发明的最佳实施方式描述段落。 本发明的实施方式

[0045] 这里将详细地对示例性实施例进行说明， 其示例表示在附图中。 下面的描述涉 及附图吋， 除非另有表示， 不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素 。 以 下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表 与本公幵相一致的所有实施方式 。 相反， 它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、 本公幵的一些方面相一致 的装置和方法的例子。

[0046] 在本公幵使用的术语是仅仅出于描述特定实施 例的目的， 而非旨在限制本幵。

在本公幵和所附权利要求书中所使用的单数形 式的"一种"、 "所述 "和"该"也旨在 包括多数形式， 除非上下文清楚地表示其他含义。 还应当理解， 本文中使用的 术语"和 /或"是指并包含一个或多个相关联的列出项目� ��任何或所有可能组合。

[0047] 应当理解， 尽管在本公幵可能采用术语第一、 第二、 第三等来描述各种信息， 但这些信息不应限于这些术语。 这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分幵 。 例如， 在不脱离本公幵范围的情况下， 第一设备也可以被称为第二设备， 类 似地， 第二设备也可以被称为第一设备。 取决于语境， 如在此所使用的词语 "如 果"可以被解释成为"在 ......吋"或"当 ......吋"或"响应于确定"。

[0048] 为了使本领域技术人员更好地理解本公幵， 下面结合附图和具体实施方式对本 公幵作进一步详细说明。

[0049] 图 1所示为根据本发明的实施例的基于以太网的� �通道交换机 100的原理示意图 。 如图 1所示， 以太网的多通道交换机 100包括： 一个或多个用户设备接入端口 、 至少一对网络链接通道八和8、 通道仲裁组件 105以及路由决策组件 110。 尽管 为了描述方便在图 1中显示了多个通道仲裁组件 105， 但是在整个交换器中， 实 际采用一个通道仲裁组件 105。 但是， 可选择地， 也可以正对不同端口设置对应 的通道仲裁组件 105来实现本发明的目的。

[0050] 如图 1所示， "用户接入"处为用户设备接入端口， 该用户设备接入端口为了简 便起见显示为一个， 但是可以根据需要设置多个， 由此可以接入多个设备用户 。 在所述交换机 100内部， 设置有多个不同级别的通道， 例如通道 1、 通道 2...... 通道 N。 这些不同级别的通道将通道仲裁组件 105和路由决策组件 110直接或间接 连接起来。 通道仲裁组件 105接收从用户设备从用户接入端口或网络链路 通道 A 或 B传输来的数据帧， 并基于所接收数据帧的源设备 MAC地址和目的地设备 MA C地址的通道级别中较高的通道级别确定所接� �数据帧所要占据的通道级别， 并 基于数据帧的通道级别将其排列在对应级别通 道的数据队列中。 路由决策组件 1 10按照从高到低的通道级别顺序获取数据队列� ��的数据帧， 并基于所述数据帧 的路由信息判断每个级别通道中的数据帧的归 属， 并基于所述数据帧的归属和 所属通道级别确定所述数据帧路由方向。 例如， 如果数据帧来自本地的用户设 备接入端口， 则路由决策组件 110将该数据帧路由归属为网络链接通道 A和 B， 由 此将该数据帧复制一份进行双向发送。 如果数据帧来自网络链接通道 A或 B， 则 路由决策组件 110依据其目的地 MAC地址以及是否为重复收到的数据帧确定其是 否下载到本地而不向前继续传输或者仅仅向下 一个交换机传输， 或者确定其为 广播数据帧而将该数据帧复制一份以便向用户 接入端口和下一级交换机双向发 送。 下面将详细描述交换机的数据通讯过程。

[0051] 图 2所示的是根据本公幵的基于以太网的多通道� �换机 100在接收到用户设备数 据吋的处理过程流程图。 如图 2所示。 在步骤 S210处， 从用户接入端接收到用户 设备发出的数据帧。 每个数据帧通常具有如表 1所示的数据结构：

[0052] 表 1

[] [表 1]

[0053] 对于用户设备发出的数据帧， 通常包含有目的地设备 MAC地址， 即表 1中所示 的"目标 mac", 以及"源设备 MAC地址"， 即在数据帧来自用户设备吋该用户设备 的 MAC地址， 例如表 1中所示的"源 mac"。 同吋为了便于针对源和目的之间的通 道级别对数据进行通道选择， 为此在数据帧中增加了目的地设备和源设备的 通 道属性。 根据本公幵的要求， 为了适应本公幵通道交换机 100的数据交换要求， 每个合法设备都可被预先赋予通道级别， 如果没有被赋予通道级别， 则默认其 通道级别为最低通道级别。

[0054] 针对每个来自用户设备的数据帧， 在步骤 S220处进行合法性验证， 验证通道数 据是否合法。 返回图 1， 在图 1中， 交换机 100还包括合法验证组件 120。 合法验 证组件 120首先对收到的数据进行合法验证， 主要进行协议校验和 CRC校验。 校 验不能通过的数据则称之为不合法通道数据， 并对该数据帧进行丢弃处理。 如 果数据帧合法， 则在步骤 S230处， 由通道仲裁组件 105对数据帧进行通道属性仲 裁。 如果该数据帧不包含任何通道属性或者通道数 据与交换机所分配的通道属 性数据不符， 则直接丢弃该数据帧。 如果该数据帧包含有通道属性， 则在步骤 S 240处， 基于表 1中显示的数据帧中的通道属性确定该数据帧� �通道级别。 具体 而言， 基于表 1中源 MAC通道数据和目标 MAC通道属性的通道级别中较高的通 道级别确定所接收数据帧所要占据的通道级别 ， 并基于数据帧的通道级别将其 排列在对应级别通道的数据队列中。 如果来自本地用户设备的数据帧为广播或 组播数据帧， 则在步骤 S240处直接将其裁定为最低通道级别。 在本公幵的数据 帧构成协议中， 包含有数据帧的属性， 其显示该数据帧是否为单播数据帧、 广 播数据帧和组播数据帧， 这种分别方式属于本领域常规技术手段， 在此不进行 详细描述。

[0055] 接着， 在步骤 S250处， 针对来自本地用户设备并排列在每个级别的通 道中的数 据队列， 路由决策组件 110首先对最高级别通道中的数据队列数据进行 路由决策 处理。 具体而言， 其将数据帧复制一份， 并将设备通道属性信息、 状态以及其 他路由信息添加至数据帧中重新组包后同吋将 两份相同的数据帧分别路由到两 个网络链路通道 A和 B， 由此进行双向发送。

[0056] 经过路由决策组件 110之后的数据随后被可以按照数据的通道优先 级别依次发 送。 可选择地， 经过路由决策组件 110之后的数据随后可按照根据各自的通道级 别进入与连接网络链路通道的各个级别的通道 ， 并在步骤 S260处， 进行发送决 策处理。 返回参见图 1， 交换机 100还可以包括接收 /发送决策组件 115。 尽管图 1 中所示的接收 /发送决策组件 115为多个， 但是其是为了描述方便， 实际上可以只 有一个。 当然， 也可以在每个网络链路端口配置一个。 具体而言， 接收 /发送决 策组件 115首先接收来自各个级别通道的数据的发送申 请。 通道级别越高的数据 ， 优先审批通过发送申请。 因此， 在步骤 S260处， 对于同吋排列在不同通道级 别的数据队列， 则优先获取并通过高级别通道内的数据帧的发 送申请。 在当前 最高通道级别 （而不一定所有通道级别中的最高通道级别） 的数据帧的发送申 请得以通过后， 在步骤 S270处， 判断是否有数据帧在被发送到网络链路通道 A或 B。 如果有， 则判断该正在被发送的数据帧的数据通道级别 是否低于正准备被发 送的当前最高通道级别的数据帧的通道级别。 如果判断结果为"是"， 则当前最高 通道级别的数据帧则返回等待， 直到所有通道级别高于其通道级别的数据帧发 送完毕为止。 如果。 如果判断结果为"否"， 则意味着正占据连接相邻两个交换机 的网络链路通道 A或 B的正被传输的数据帧的通道级别低于当前最� �通道级别的 数据帧的通道级别。 由此， 接收 /发送决策组件 115作出发送决策， 以中断正在发 送的低级别通道数据帧， 并立即进入步骤 S280, 进行当前最高通道级别的数据 帧的发送。 接收 /发送决策组件 115在中断正在发送的数据帧之后， 对被中断的数 据帧的未被发送完毕的数据部分基于其原有的 帧头数据进行重新打包并将其排 列在其原来级别通道中的数据队列的第一位， 以等待下一次重复步骤 S260-S270 的处理过程。

[0057] 返回参考图 1， 尽管在图 1中显示接收 /发送决策组件 115布置在路由决策组件 11 0与通道仲裁组件 105之间， 但是， 被交换机转发的数据由于在进入交换机并被 路由决策之前已经过了通道仲裁， 因此， 在被转发吋并不再进行通道仲裁， 而 是直接或经由接收 /发送决策组件 115被转发到网络链路通道 A或 B上， 以便到达 下一个交换机。

[0058] 另外， 交换机 100同样会通过网络链路通道 A和 B接收到经过另一个交换机 100 转发来的数据帧。 图 3所示的是根据本公幵的基于以太网的多通道� �换机 100在 从网络链路通道接收到数据吋的处理过程流程 图。 如图 3所示， 以网络链路通道 A接收到数据帧为例， 在步骤 S10处， 左侧一个交换机 100转发的数据帧到达网络 链路通道 A进入本地交换机 100。 随后， 在步骤 S315处， 本地交换机的合法验证 组件 115对所接收到的数据进行合法性验证， 验证通道数据是否合法。 具体而言 ， 合法验证组件 120首先对收到的数据帧进行合法验证， 主要进行协议校验和 CR C校验。 校验不能通过的数据则称之为不合法通道数据 ， 并对该数据帧进行丢弃 处理。 如果数据帧合法， 则在步骤 S320处， 由通道仲裁组件 105对数据帧进行通 道属性仲裁。 如果该数据帧不包含任何通道属性或者通道数 据与交换机所分配 的通道属性数据不符， 则直接丢弃该数据帧。 如果该数据帧包含有通道属性， 则在步骤 S325处， 基于表 1中显示的数据帧中的通道属性确定该数据帧� �通道级 另 IJ。 具体而言， 基于表 1中源 MAC通道数据和目标 MAC通道属性的通道级别中 较高的通道级别确定所接收数据帧所要占据的 通道级别， 并基于数据帧的通道 级别将其排列在对应级别通道的数据队列中。 当通道仲裁组件 105获知来自相邻 交换机的数据帧中包含有确定的通道级别属性 并且该数据将被转发吋， 直接将 该数据裁定到数据帧自身所携带的通道数据所 对应的级别的通道。 如果由左侧 交换机转发来的数据帧为广播或组播数据帧， 则在步骤 S325处直接将其裁定为 最低通道级别。

[0059] 接着， 在步骤 S330处， 接收 /发送决策组件 115针对各个通道级别中的数据帧进 行接收决策判断。 首先， 接收 /发送决策组件 115判断所接收的数据帧是否为中断 帧， 如果为中断数据帧， 则在步骤 S335处判断该中断数据帧是否为有效数据帧 。 当中断的数据帧在重组后存在 CRC校验不符、 中断的数据帧存在丢帧的情况 (即不完整） ， 或者在两个属于同一数据帧的中断数据帧之间 插入了另一个数 据帧， 都属于无效数据帧的情况。 如果不是有效数据帧， 则丢弃该中断数据帧 。 如果为有效数据帧， 则在步骤 S340处， 将该中断数据帧缓存在对应通道级别 的接收缓存器中， 以便等待被中断的部分数据构成的数据帧。 当该数据帧的被 中断情况结束之后， 其剩余被中断数据帧被传输并被接收后， 在步骤 S345处进 行数据帧重组处理， 并判断该重组形成的数据包是否完整， 如果不完整， 在返 回重复进行步骤 S335-345。 如果中断数据帧重组完整， 则将该完整的重组数据帧 排列在将被发送到路由决策组件 110的相应通道级别的通道内的数据队列的末尾 ， 等待发送到路由决策组件 110。 另一方面， 对于当前最高级别通道 （不一定是 所有级别通道中的最高级别通道， 而仅仅是排列有数据队列的所有通道中的最 高级别的通道） 内的数据的接收申请进行逐一进行批准并将通 过接收申请的数 据帧逐一经过其对应的通道级别的通道输出给 路由决策组件 110。

[0060] 图 3B是图 3A的接续部分， 其同通过标记为" A"的节点连接起来形成整体流程图 。 如图 3B所示， 在步骤 S350处， 在路由决策组件 110按照通道级别高低依次获得 从前一交换机转发的数据帧吋， 路由决策组件 110首先根据交换机所保存的数据 接收历史信息判断该数据帧是否经由其另一个 网络链路通道， 例如经由网络链 路通道 B， 接收到相同的数据帧。 如果判断结果为"是"， 则丢弃该数据帧， 不对 其进行具体路由选择。 如果判断结果为"否"， 则路由决策组件 110在步骤 S355基 于数据帧的 MAC地址或路由信息判断该数据帧其目的地是仅 仅发送到本地、 仅 仅进行转发或者进行双向发送。 当所接收到的数据帧为广播或组播数据帧吋， 则路由决策组件 110确定其进行双向发送。 此外， 如果数据帧为单播数据， 但是 在网络中存在与本地设备的 MAC地址相同的 MAC地址的情况下， 也会确定该数 据帧将进行双向发送。 针对来自网络链路通道的数据帧的双向路由表 示该数据 帧将被下载到本地并被进一步转发。 当单播数据帧的目的地 MAC在本地交换机 的 MAC地址表中不存在吋， 将仅仅被路由决策到对应的网络链路通道， 例如通 道^ 当单播数据帧的目的地 MAC在本地交换机的 MAC地址表中存在并且没有 其他具有相同 MAC地址的设备吋， 则将该数据帧路由决策到本地设备接口。

[0061] 如图 3B所示， 如果该数据帧被路由决策到相对网络链路通道 ， 则由接收 /发送 决策组件 115进行发送决策处理。 在步骤 S360处， 接收 /发送决策组件 115首先接 收按照通道级别高低接收待发送数据帧的发送 申请， 如果发送申请得到批准， 则在步骤 S365处直接进行数据帧的转发。 尽管在图 1所示的原理示意图的右侧显 示接收 /发送决策组件 115布置在路由决策组件 110和通道仲裁组件 105之间， 但是 这并不表示被转发的数据帧需要被再次进行通 道仲裁和合法验证， 这仅仅是为 了对从 B侧进入的数据进行通道仲裁和合法验证而示� �性的表示。 实际上在图 1 中相同标记的组件或单元表示同一部件。 当然， 这些部件也可以分幵布置。

[0062] 在低级别数据帧发送的过程中， 如果在高级别通道中收到需要发送的数据帧， 则在步骤 S360处， 接收 /发送决策组件 115对该高几倍通道中的数据帧的发送申请 立即做出批准， 并在步骤 S370处发出中断正在被发送的低级别通道数据� �的传 输的中断命令， 并同吋在步骤 S365处立即发送高级别通道的数据帧。 随后同吋 在步骤 S375处对被中断的数据帧的未发送部分进行中� �处理， 例如， 对被中断 的数据帧的未被发送完毕的数据部分基于其原 有的帧头数据进行重新打包并将 其排列在其原来级别通道中的数据队列的第一 位， 以等待下一次重新进行步骤 S 360-S375的处理过程。 [0063] 如图 3B所示， 如果该数据帧被路由决策到相对本地设备用户 接入端口， 则在步 骤 S380处， 由路由决策组件 110确定本地是否接收该数据帧 （此吋在何种情况下 会导致不接收？） ， 如果确定不接收该数据帧， 在进行丢弃处理。 如果确定接 收该数据帧， 在在步骤 S385处进行数据帧的通道仲裁。 随后将数据帧排列到相 应级别的通道中， 从而由对应的设备接收该数据帧。

[0064] 本公幵的交换机为了安全目的， 对于可能的攻击数据帧需要进行特别处理， 这 在上面的描述中已经涉及到了部分内容。 为了清楚说明此过程， 申请人结合图 4 对通道仲裁组件对广播数据帧的通道仲裁过程 进行详细描述。 图 4图示了根据本 发明的交换机的通道仲裁组件 105进行通道仲裁的吋序图。 如图 4所示。 定义通 道 M具备最低的传输优先级， 如最低级别通道， 通道 N具备高的传输优先级。 设 备 A从属于通道 M， 设备 B从属于通道 N。 当设备 A经由交换机的端口发起广播或 组播访问吋， 其发出的一个广播或组播数据帧。 在广播数据帧中包含有设备 A的 MAC地址， 而目的地设备 B的 MAC地址。 尽管假设此吋设备 A的 MAC地址所对 应的通道级别可能为较高级别， 但是， 通道仲裁组件 105依然将该广播数据帧确 定为最低级别通道， 例如 M通道。 也就是说， 对目的地地址不明确的数据帧都将 仲裁为最级别通道的数据。 同样， 对于任何 MAC地址不明确或在 MAC地址表中 不存在的 MAC地址设备发送的数据帧都默认为最低级别通 道的数据帧。 随着该 数据帧的发送， 设备 A所属的交换机将学习到作为该数据帧的源设� �的 MAC地 址并存储在交换机的 MAC地址表中。 随后， 如果目的设备 B连接在另一个交换机 的设备端口， 则在广播数据帧在到达设备 B所连接的交换机上吋， 该回应数据帧 依然被仲裁为最低级别通道， 例如 M通道， 尽管设备 B的通道属性可能被定义为 较高级别， 例如 N通道。 随着设备 B对该广播或组播数据帧进行应答， 设备 B所 属的交换机 100将学习到作为源设备的 MAC地址， 并存储在地址表中。 同样， 设 备 A所属的交换机的通道仲裁组件 105也确定该回应数据帧经过最低级别通道 M 返回到设备 A。 同吋经过设备 A和设备 B之间的一次往返， 设备 A和设备 B各自所 属的根据本公幵的交换机 100也学习到了设备 A和设备 B的 MAC地址、 通道属性 、 设备吋效性、 认证状态以及合法性等。 这样通过一次往返通讯， 确认两端设 备的 MAC地址、 通道属性、 设备吋效性、 认证状态以及合法性之后， 激活两者 之间的通讯， 从而在随后的通讯中进行常规的通道仲裁以及 路由决策处理。

[0065] 表 2所示的是根据本公幵的交换机所学习到 MAC地址学习表的一个例子。

[0066] 表 2

[] [表 2]

[0067] 在表 2中， 其中通道属性表示配置 mac从属于哪个通道； 实效性表示该 mac的通 道属性状态， 激活或老化； 认证状态表示该 mac所具备的通道属性是否验证； 以 及合法性表示配置该 mac是否合法， 即是否具有访问其他通道设备的权利。

[0068] 上述过程基于 MAC地址学习表的建立过程可描述如下：

[0069] 设定设备 A和设备 B分别接到交换机 1和交换机 2上， mac分别为 macl和 mac2。

其中设备 A从属于通道 M， 设备 B从属于通道 N， 通道 M具备最低的传输优先级， 通道 N具备高的传输优先级。 以一次确认设备的通道属性代表仲裁成功。 下述流 程描述了传输通道的切换模式。 其具体学习过程如下：

[0070] 1.初始状态， 配置 macl和 mac2分别从属于通道 M和通道 N， 且都具备合法性。

[0071] 此吋交换机 1的 mac表：

[] [表 3]

Mac 1 从属于通道 M 未激活 未认证 合法

[0072] 交换机 2的 mac表：

[] [表 4]

Mac 2 从属于通道 N 未激活 未认证 合法 [0073] 2.设备 A发起广播或组播访问， 査询 mac表， 目标未知， 源 macl通道状态未激 活、 未认证， 在最低优先级的通道 M上传输， 同吋更新 mac表。

[] [表 5]

Mac 1 从属于通道 M 激活 已认证 合法

[0074] 3.设备 B接收到设备 A的访问， 交换机 2上 mac表中学习到 macl。

[] [表 6]

Mac 2 从属于通道 N 未激活 未认证 合法

Mac 1 从属于通道 M 激活 已认证 合法

[0075] 4.设备 B发起回应， 査询 mac表， 源 mac2通道状态未激活、 未认证， 在通道 M 上传输， 同吋更新 mac表。

[] [表 7]

Mac 2 从属于通道 N 激活 已认证 合法

Mac 1 从属于通道 M 激活 已认证 合法

[0076] 5.设备 A接收到设备 B的回应， 交换机 1上学习到 mac2。

[] [表 8]

Mac 1 从属于通道 M 激活 已认证 合法

Mac 2 从属于通道 N 激活 已认证 合法

[0077] 多通道交换机的通道仲裁组件 105可以通过査找 mac学习表中相应 mac的通道属 性、 实效性、 认证状态及合法性， 来仲裁当前数据帧是否从属于当前通道或当 前数据帧是否需要切换至相应通道。 若不配置 mac的通道属性和合法性， 默认该 mac只从属于最低优先级的通道， 且不具有访问其他通道设备的权利。 当两个不 同优先级通道的设备需要通信吋， 只有当高优先级设备的通道状态认证通过、 且低优先级设备具有访问高优先级通道设备的 权利吋， 才会切换到高优先级通 道传输数据。 因此， 为了安全目的， 对于广播或组播数据帧， 本公幵交换机对 设备 A和设备 B之间通信通道进行至少一次确认。 此后， 设备 A和设备 B之间的通 讯将基于设备 A和设备 B中所对应的通道级别中较高的通道级别来确� �通道级别 ， 例如通过 N级通道进行通讯。 这有助于确保网络的安全性。

[0078] 进一步， 如图 4所示， 如果为了加强网络通讯的安全， 可以设置对设备 A和设备 B之间的通道级别进行二次确认。 即， 在设备 A第二次向设备 B发出二次确认信 号吋， 通道仲裁组件 105依然将依据两者之间的数据帧的 ID (例如两者进行通讯 的数据帧的序列号等） 将本次通讯的通道级别确定为最低级别通道 （尽管此吋 数据帧中已经包含的设备 A和设备 B的 MAC地址并且 MAC地址学习表中也已经学 习到了其各自的属性信息） ， 并在设备 B作出响应吋， 由设备 B所述的交换机的 通道级别确定单元 113基于设备 A和设备 B中所对应的通道级别中较高的通道级别 来确定通道级别。 在经过正确的二次确认之后， 设备 A和设备 B之间的随后的所 有通讯的通道级别将由等级确定单元 113基于设备 A和设备 B中所对应的通道级别 中较高的通道级别来确定通道级别， 并始终保持该通道级别， 除非设备 A和设备 B此后长吋间不进行通讯而实效性发生变化吋� � 例如老化或处于未激活状态。 因 此， 如图 4所示， 当设备 B的通道属性发生改变吋， 通道仲裁组件 105将基于这种 改变进行通道重新仲裁。 通过这样的一次确认或二次确认， 可以防止可能的攻 击性访问占用快速通道。

[0079] 在随后的通讯中， 设备 A发往设备 B的数据帧， 査询 mac表， macl和 mac2的通 道状态均认证合法， 切换至通道 N上传输。 同吋以数据帧驱动更新 mac表。 当长 吋间接收不到一个 mac的数据帧吋， 该 mac通道实效性由激活态变为老化， 此吋 将认证状态置为未认证。 若再次通信， 需再次认证。

[0080] 概括而言， 当通道仲裁成功后两设备在通道 N上通信， 设备的通道属性失效后 切换回通道 M重新仲裁。 为保证通道传输的合法性， 采用二次确认设备的通道属 性代表仲裁成功。

[0081] 如上所述， 根据发明的交换机 100的接收 /发送决策组件 115在针对不同通道级 别的数据帧的发送和接收可采用中断低级别通 道数据帧的手段来使得具有高通 道级别的数据帧能够优先发送或接收， 由此实现高吋效性数据的"超车"效果。 图 5所示的是根据本公幵的交换机的接收 /发送决策组件的进行中断处理的过程示意 图。 如图 5所示， 设定通道M、 通道 N的传输优先级别为通道N >通道 M。 通道属 性为 M的设备 A发送的数据 1-数据 m正在以 M级通道被传输。 当来自高级别通道 属性的设备 B， 例如 N级别， 发送的数据 1-数据 n吋， 此吋， 接收 /发送决策组件 1 15基于设备 B的通道属性的通道级别 N高于通道级别 M这一事实， 中断正在被传 输数据 1-数据 m的传输， 并将尚未传输完的部分数据重新基于其帧头路 由信息进 行打包， 并排列在通道级别 M所需传输的数据队列的第一位， 即被中断的通道数 据在相同优先级的通道中具有优先传输的权利 。 由此通道级别 N的数据 1-数据 n 得以占据传输通道进行数据传输。 同吋数据 1-数据 m中已经被传输到下一个交换 器处的数据将被缓存， 等待未被传输的后一部分数据所构成的数据包 ， 并在接 收到全部数据后对两部分或更多中断的数据部 分进行重新组包， 以便进行进一 步传输或下载的本地。

[0082] 图 6所示的是根据本发明的第二个实施例的以太� �多通道交换机 100的原理示意 图。 如图 6所示， 第二实施例与第一实施例的不同在于交换机的 网络物理链接通 道为两对， 包括第一对网络链接通道 A和 B和第二对网络链接通道。和1)。 用户可 以根据需要将第一对网络链接通道 A和 B分配用于高级别通道数据， 例如用于通 道级别 3和 4的通道数据， 而将第二对网络链接通道 C和 D分配用于其它级别通道 数据， 例如用于通道级别 1和 2的通道数据。 尽管如此， 在同一网络链接通道中 ， 对不同级别的通道数据也依然遵循高通道级别 数据优先的原则， 例如， 在第 二对网络链接通道 C和 D中， 当通道级别 1的数据正在传输吋， 如果通道级别 2的 通道数据到来， 接收 /发送决策组件 115将中断通道级别 1的数据而在第二对网络 链接通道 C和 D中传输通道级别 2的数据。 同样， 在第一对网络链接通道 A和 B中 ， 当通道级别 3的数据正在传输吋， 如果通道级别 4的通道数据到来， 接收 /发送 决策组件 115将中断通道级别 3的数据而在第一对网络链接通道 A和 B中传输通道 级别 4的数据。 此外， 与第一实施例相同的部分不再进一步描述。

[0083] 图 7所示的是采用根据本发明的以太网多通道交� �机 100的网络示意图。 如图 7 所示， 其中交换机 101的一个端口接入有源设备， 另一个交换机 102的端口接入 有视频设备 4和控制对象。 如图所示， 用户将控制对象设定从属于通道 N， 视频 设备从属于通道 M， 通道 N具有最高的传输优先级。 当源设备发出访问视频设备 的广播信号吋， 通过通道仲裁组件进行在最低级别通道上的一 次确认或二次确 认之后， 在控制台源设备和视频设备之间建立起通道属 性为 M级别通道的通讯链 路。 同样， 当源设备发出访问控制对象的广播信号吋， 通过通道仲裁组件进行 在最低级别通道上的一次确认或二次确认之后 ， 在源设备和控制对象之间建立 起通道属性为 N级别通道的通讯链路。 当在网络链路通道上正在传输源设备和视 频设备之间的 M级别的通道数据吋， 如果交换机需要传输源设备和控制对象之间 通道数据， 则接收 /发送决策组件 115将中断源设备和视频设备之间的 M级别的通 道数据的传输， 而决定由源设备和控制对象之间 N级别的通道数据占据所述网络 链路通道。 这样， 利用通道切换机制即可将源设备与控制对象之 间的通信数据 切换到通道 N上传输， 同吋， 利用中断机制， 可保障控制数据的传输实效性。

[0084] 基于以上所述， 本发明以太网交换机通过通道仲裁， 可以使得通道 1的数据切 换到通道 2上。 通道之间是动态的， 是根据数据特性来选择的。 本公幵的通道仲 裁基于本身的数据交换协议， 不是以太网标准优先级协议。

[0085] 由于本发明采用了双通道或多通道交换机， 因此基于通道优先级的仲裁以及高 通道数据可中断低级别通道数据并且可以进行 高低通道属性端口之间的切换和 互通的策略可以实现目前的以太网不能实现的 多网合一， 消除了目前以太网对 吋效性要求较高的数据需要单独设置线路的情 况， 从而使得多种吋效性的数据 可以在一个网络上运行而不会使得吋效性要求 高的数据延迟。 通过设立了双通 道交换机将多个网并在一起， 从而对于需要有网络环境进行传输而要求不高 的 数据， 例如语音、 视频数据以及对于需要优先传输的控制数据都 可以在同一个 网络上运行。 由于本发明的交换机的双通道的存在， 因此在遇到控制信号吋， 让其经过快速通道传输， 普通的数据被中断等待， 并在快速通道数据传输完成 后再按照正常顺序进行传输。

[0086] 本发明的交换机的传输方式根据进来的数据进 行仲裁选择通道， 通过选择通道 进行数据传输。 本发明可以验证通道数据的合法性及有效性， 判断通道实效性 及合法性， 仲裁通道传输实吋性及优先级， 并判断通道数据归属及通道间的路 由分配。 因此本发明用户可定义通道优先级， 分配接入设备的传输通道， 使得 优先级高的通道可优先传输， 且可中断优先级低的通道， 被中断的通道数据在 下一级交换机进行数据重组。 尤其是， 本发明的交换机在通道间切换吋需要进 行确认、 仲裁， 避免非法的通道切换干扰当前通道的数据传输 ， 并实现了从属 于不同优先级通道的设备间可以互相访问。

[0087] 本发明的交换机相当于三端口交换机， 属于全双工交换机。 每个数据包里面包 含有通道号和通道的优先级， 而不是数据优先级。

[0088] 以上结合具体实施例描述了本公幵的基本原理 ， 但是， 需要指出的是， 对本领 域的普通技术人员而言， 能够理解本公幵的方法和装置的全部或者任何 步骤或 者部件， 可以在任何计算装置 （包括处理器、 存储介质等） 或者计算装置的网 络中， 以硬件、 固件、 软件或者它们的组合加以实现， 这是本领域普通技术人 员在阅读了本公幵的说明的情况下运用他们的 基本编程技能就能实现的。

[0089] 因此， 本公幵的目的还可以通过在任何计算装置上运 行一个程序或者一组程序 来实现。 所述计算装置可以是公知的通用装置。 因此， 本公幵的目的也可以仅 仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序 代码的程序产品来实现。 也就是 说， 这样的程序产品也构成本公幵， 并且存储有这样的程序产品的存储介质也 构成本公幵。 显然， 所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者 将来所幵发 出来的任何存储介质。

[0090] 还需要指出的是， 在本公幵的装置和方法中， 显然， 各部件或各步骤是可以分 解和 /或重新组合的。 这些分解和 /或重新组合应视为本公幵的等效方案。 并且， 执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明 的顺序按吋间顺序执行， 但是并 不需要一定按照吋间顺序执行。 某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

[0091] 上述具体实施方式， 并不构成对本公幵保护范围的限制。 本领域技术人员应该 明白的是， 取决于设计要求和其他因素， 可以发生各种各样的修改、 组合、 子 组合和替代。 任何在本公幵的精神和原则之内所作的修改、 等同替换和改进等 ， 均应包含在本公幵保护范围之内。

工业实用性

[0092] 在此处键入工业实用性描述段落。