[发明专利]以太网网桥的交换表

说明书

技术领域

本发明涉及数据处理，并特别涉及使用散列表(hash tables)存储和获取数据。

背景技术

散列表是一种存储和获取数据的技术，其关联计算的索引值与存储的数据。散列表对于数据查询操作特别有效率，因为它们使用对于检索很高效的索引值。为了存储数据值，一个散列函数在一个与该数据相关的关键码值上执行，由此决定一个散列值。这个散列值在一个存储数据值的表的一个条目中用作索引值。关键码值也存储，在一个与该数据值使用的条目相关的位置。例如，该关键码值可以存储在与该数据值相同的条目内，或者至可能存储该数据值的另一个存储位置的指针。

为了获取该数据值，一个查询项值服从于该散列函数，为了决定在关联数据值的表内的位置。该数据值能随后返回。在一些实施方式中，所述查询项值与存储的关键码值相比较以决定相同的关键码值用于存储该数据值。如果关键码值匹配，则该数据值返回。

作为一个使用散列表的例子，考虑到为联络存储电话号码。联络姓名用作关键码值，电话号码就是数据值。为了填充该存储表，联络姓名服从于一个散列函数，并且结果散列值用于指示存储有联络姓名和相关电话号码的表条目。为了获取电话号码，联络姓名作为查询项值，并且服从于散列函数。联络姓名和电话号码从具有该作为索引值的结果散列值的表条目中获取。联络姓名被比较，如果它们匹配，返回电话号码。

表条目可以指的是一个条目、位置或贮体，并且每个条目具有唯一的索引值。

一种特有的散列查询表是在以太网络中作数据包转发。以太网迅速成为最常用的连接电脑和其外设的数据网络。对于网络管理员以太网的部分吸引力是易于连接和寻址这些网络附加设备或通常称为的“终端站”。

附图中图1的结构图示出了一个简单的电脑网络。网络1包括若干个人电脑11a，11b，11c和一个服务器设备12，它们之间经由以太网桥14互相通信。以太网桥设备14包括许多端口15a、15b、15c和15d，和一个路由单元16。路由单元16操作以在连接至网桥设备14端口的源设备和目的地设备之间路由数据包(或“数据帧”)。

以太网桥拥有自动学习其直接连接的或经由其它中间站或提供以太网段之间交互互联的网桥连接的终端站地址的能力。该学习过程是动态地并且在每次网桥加电时执行。

当在终端站之间发送时以太网数据已封装进以太网数据帧。附图2示出了一个数据帧，具有包含一对用于在源和目的地之间转发该数据帧的终端站地址的报头。以太网终端站地址由IEEE802标准媒体链接控制(MAC)地址空间定义，每个网络附属设备具有独一无二的在制造时分配的MAC地址。

通常，以太网桥设备14通过使用IEEE802.1Q VLAN标签也将支持多个逻辑以太网段其中MAC地址由VLAN(虚拟局域网)标签补充以指示逻辑以太网段通过它与特定数据帧关联。该数据帧剩余部分由有效载荷(将传输的数据)和为保持数据完整的CRC(循环冗余码校验)组成。

以太网桥设备14包括转发数据库为了传输数据帧接近目的地终端站其用于从网桥的入站端口至网桥正确的出站端口路由以太网数据帧。在图1示出的简单例子中，这使得数据包在个人电脑和服务器12之间传输。在更复杂的网络布局中，数据包路由至下一网桥直到抵达目的地。

这种转发数据库使用以上描述的散列表技术并且由路由传过构建网络的以太网段之间的网桥的数据帧填充，通过中间节点连接终端站。当一个数据帧由网桥在一个端口(对该数据帧的入站端口)接收，网桥14学习该数据帧的终端站详情(MAC地址，VLAN标签)，并映射这些详情至相关端口。该映射存储进转发数据库以后续用于路由，通过将源地址详情服从于该转发数据库的散列函数，并且存储端口信息进表的对应于结果索引值的条目中。随后来临的数据帧需要决定该数据帧将要路由的输出连接。该数据帧的所述终端站源详情(MAC地址，VLAN标签)用于通过在转发数据库中执行一个散列查询决定正确的出站端口。

转发数据库的大小和构造必须仔细考虑，由于不可能在该数据库中查询一个端口条目，则以太网桥设备14要求该数据帧路由至所有其它对该数据帧可能的出站端口。理想地，这仅发生在该转发数据库已经获悉源终端站的MAC地址。然而，如果随后的MAC地址要求存储进转发数据库中相同的位置则将替换先前的地址并且导致不必要的数据帧泛播。

当散列函数为两个不同的关键码产生相同的索引，则散列冲突发生并且需要一个机制解决这一问题。这种情况发生的可能性依赖于散列表相对于其存储的条目数量的尺寸和散列函数在散列表记录槽中分布关键码的程度如何。由于散列表变得很满，散列冲突的可能性非线性增加。