网关设备及其业务转发方法

本发明属于通讯设备设施，具体涉及一种网关设备及其业务转发方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，网络业务类型的多样性和业务传输的可靠性要求日益增长，对设备的冗余保护要求越来越高，特别是工业互联网时代，对设备的可靠性和业务的变化规则提出了更高的要求，当前企业网关设备和家庭网关设备应用众多，但是缺少对高可靠性的要求，存在网关设备转发故障定位和业务恢复时间过长的问题，在可维护性上存在较大的漏洞。

2、当前网关设备构成可以总结为3种模型：

3、模型1，模型特点：管理、控制、业务转发集成在一颗芯片上，该模型缺点：管理、控制、业务转发相互影响，当业务转发吞吐量过大时，影响设备管理反应速度；当管理、控制繁忙时，影响转发效率，转发会出现时延过大，甚至丢包；

4、模型2，将转发和管理控制进行部分分离，但是复杂业务的转发还是需要cpu参与，比如复杂的业务变换，类似udp业务层的数据修改，当前转发芯片一般处理到ip层的数据转发，只是将ip层或者mac层的转发下发给转发芯片完成，复杂的业务转换仍然依靠cpu处理，因此管理、控制和复杂业务仍然相互影响；

5、模型3，将管理控制放到cpu，将复杂业务转发放到fpga，完成了管理、控制和业务转发的分离，当业务转发的单节点出现故障时，也就是fpga出现故障时，整个设备的转发将受到影响。

6、上述现有的三种模型，都存在单转发结点的问题，当单转发结点出现问题时，设备处于不可用状态。

7、由此，基于现有技术存在的如上述技术问题，本发明提供一种网关设备及其业务转发方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种网关设备及其业务转发方法。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一方面，提供一种网关设备，包括：

4、m_cpu，用于协议交换、设备管理、外围电路控制；

5、转发芯片，连接于m_cpu，用于数据的转发；

6、ls线路交叉开关，连接于m_cpu，用于接口的交叉连接；

7、转发处理单元，连接于m_cpu，并根据m_cpu配置的转发规则，进行转发工作；

8、m_fpga，用于复位控制转发处理单元；

9、发包器，按照m_cpu定义的格式，执行定时发包。

10、进一步地，接口包括sgmii接口、pcie接口、10g-kr接口。

11、进一步地，转发处理单元包括f1转发处理单元和f2转发处理单元，f1转发处理单元和f2转发处理单元均连接于m_cpu，f1转发处理单元和f2转发处理单元均根据m_cpu配置的转发规则，进行转发工作。

12、另一方面，提供一种网关设备的业务转发方法，包括：

13、步骤1，业务从对外业务口进入，经过mac地址查找、或ip地址查找或acl，转发到转发芯片端口p1；

14、步骤2，业务从转发芯片传送至ls线路交叉开关，ls线路交叉开关将业务发送至f1转发处理单元进行业务处理，当f1转发处理单元故障时，ls线路交叉开关将业务发送至f2转发处理单元；

15、步骤3，f1转发处理单元或f2转发处理单元将处理后的业务发送至ls线路交叉开关；

16、步骤4，ls线路交叉开关将处理后的业务发送至转发芯片；

17、步骤5，转发芯片根据处理后的业务发送至对外业务端口。

18、进一步地，步骤1中，业务从对外业务口进入，经过mac地址查找、或ip地址查找或acl，转发到转发芯片的端口p1。

19、进一步地，步骤2中，业务从端口p1传送至ls线路交叉开关的la1端口，ls线路交叉开关将业务发送至f1转发处理单元进行业务处理。

20、进一步地，步骤3中，f1转发处理单元将处理后的业务发送至ls线路交叉开关的lb1端口。

21、进一步地，步骤3中，lb1端口将处理后的业务发送至la1端口，la1端口将处理后的业务发送至端口p1。

22、进一步地，网关设备的业务转发方法还包括业务检测的步骤：

23、s1，配置f1转发处理单元和f2转发处理单元匹配表和动作表项；

24、s2，m_cpu控制发包器，向业务从端口p1和业务从端口p2口发送l2_packet1、l2_packet2、l3_packet1、l3_packet2共四种数据包，四种数据包到达f1转发处理单元和f2转发处理单元；

25、s3，根据匹配表和动作表项，f1转发处理单元转回l2_packet1、l3_packet1，f2转发处理单元转回l2_packet2、l3_packet2；

26、s4，l2_packet1、l2_packet2、l3_packet1、l3_packet2通过ls线路交叉开关和端口p1及端口p2回到m_cpu；

27、s5，m_cpu收到数据包后，解析数据包，并设置收包超时定时器，若3个周期内未收到数据包，m_fpga的定时器超时，向m_cpu报送中断，m_cpu根据工作状态机执行动作，将业务倒换到正常的转发处理单元。

28、与现有技术相比，本发明的优越效果在于：

29、1.本发明所述网关设备，使管理控制和转发功能进行了分离，对转发单元进行了双冗余的结构设计，使管理控制功能不再受转发单元的影响，管理和控制安全性和效率得到大幅提升；

30、2.本发明所述网关设备及其业务转发方法，采用转发单元双冗余结构和转发芯片通过线路交叉芯片的连接关系，在转发单元切换时，不影响转发芯片的处理逻辑，转发单元切换时，只需要配置线路交叉芯片，使业务的损耗时间控制在20ms以内，大幅优于现网的故障恢复时间；

31、3.本发明所述网关设备及其业务转发方法，采用业务检测技术，能够监控到转发单元工作的每条业务和每个过程，做到业务级别的状态监控，监控力度更细。

技术特征：

1.一种网关设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，接口包括sgmii接口、pcie接口、10g-kr接口。

3.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，转发处理单元包括f1转发处理单元和f2转发处理单元，f1转发处理单元和f2转发处理单元均连接于m_cpu，f1转发处理单元和f2转发处理单元均根据m_cpu配置的转发规则，进行转发工作。

4.一种网关设备的业务转发方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求1所述的网关设备的业务转发方法，其特征在于，步骤1中，业务从对外业务口进入，经过mac地址查找、或ip地址查找或acl，转发到转发芯片的端口p1。

6.根据权利要求1所述的网关设备的业务转发方法，其特征在于，步骤2中，业务从端口p1传送至ls线路交叉开关的la1端口，ls线路交叉开关将业务发送至f1转发处理单元进行业务处理。

7.根据权利要求1所述的网关设备的业务转发方法，其特征在于，步骤3中，f1转发处理单元将处理后的业务发送至ls线路交叉开关的lb1端口。

8.根据权利要求7所述的网关设备的业务转发方法，其特征在于，lb1端口将处理后的业务发送至la1端口，la1端口将处理后的业务发送至端口p1。

9.根据权利要求1所述的网关设备的业务转发方法，其特征在于，网关设备的业务转发方法还包括业务检测的步骤：

技术总结
本发明提出一种网关设备及其业务转发方法，采用转发单元双冗余结构和转发芯片通过线路交叉芯片的连接关系，能够在转发单元切换时，不影响转发芯片的处理逻辑，转发单元切换时，只需要配置线路交叉芯片，使业务的损耗时间减少，大幅优于现网的故障恢复时间；采用业务检测技术，可以监控到转发单元工作的每条业务和每个过程，真正做到了业务级别的状态监控，监控力度更细。

技术研发人员：赵世凤
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15