CN100594698C - 用于高级交换的分组聚合协议 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合分组的方法和系统。从媒体接收多个分组。这些分组被聚合成单个高级交换(“AS”)分组，并作为单个AS分组传输到AS结构上。

Description

用于高级交换的分组聚合协议

技术领域

本公开内容一般涉及高级交换(“AS”)，并且特别涉及但并非只是涉及将多个小分组复用/聚合成单个AS分组用于传输穿过AS结构。

背景技术

通信设备中的底板结构通常由专用分组交换网络构成，这些网络在结构的端节点之间以端节点商定的通信协议移动数据。结构应能在端节点之间传送各种上层协议(“ULP”)。用于支持和传送这样的各种ULP穿过单个结构的一种技术是在端节点封装和提取。

封装使得入口端节点能从外部媒体接收数据分组、将数据分组在结构协议中封装并将封装后的数据分组传送到结构的出口端节点。为了灵活，结构应提供多个能够支持大量不同的ULP(例如，IP、TCP/IP、UDP等)的结构服务。为此，结构可以附加结构标题(以及任选地附加结构脚注)以提供交换和/或路由功能，包括服务的种类(“CoS”)、服务的质量(“QoS”)、优先级、重排序、数据完整性、错误报告、拥塞管理、流控制、可靠传送和结构管理等。出口端节点随后去掉这些标题和脚注，以在数据分组被传送到接收的外部媒体之前提取数据分组。

然而，通过封装和提取来实施能够支持这样的不同ULP的交换结构可能由于附加的标题和脚注而导致相当大的额外开销。当传送大数据分组穿过交换结构时，额外开销可能小得可以忽略。然而，当传输小分组流穿过交换结构时，额外开销可能变得相当大。事实上，在一些例子中，额外开销使用的带宽可与传输实际数据消耗的带宽相比拟，或者甚至超过传输实际数据消耗的带宽。示例性ULP中，其中小分组流是常见的，包括互联网协议(“IP”)、ATM AAL-0(异步转移模式ATM适配层-0)和语音控制通道。

附图说明

参考下列附图对本发明的非限制的并且非详尽的实施例进行说明，其中，如果没有另外说明，在各图中类似的参考标记指类似的部件。

图1是一个方框图，根据本发明的一个实施例示出了高级交换(“AS”)体系结构的协议栈。

图2是一个方框图，根据本发明的一个实施例示出了AS结构。

图3是一个流程图，根据本发明的一个实施例示出了将多个从网络接收的分组聚合成单个AS分组以传输穿过AS结构的过程。

图4是一个方框图，根据本发明的一个实施例示出了将从外部媒体接收的分组聚合成单个AS分组。

图5是一个方框图，根据本发明的一个实施例示出了携带着多个子分组的AS分组的字段。

图6是一个方框图，根据本发明的一个实施例示出了在AS结构上实现分组聚合的线卡。

图7示出了包括耦合到AS底板的线卡以在AS结构上实现分组聚合的示范性系统的立体图。

具体实施例

在此说明将多个从媒体接收的分组聚合成单个高级交换(“AS”)分组以传输穿过AS结构的系统和方法的实施例。在下面的说明中，陈述了大量的具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，在此描述的技术可以在不采用这些具体细节中的一个或更多个或者采用其他方法、组件、材料等的情况下实现。在其他示例中，为了避免使得某些方面变得不清楚，已知的结构、材料或操作未详细地描述或示出。

整个说明书中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着结合该实施例描述的特殊特点、结构或特征被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，整个说明书中各处出现的措词“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定总是指同一个实施例。此外，这些特殊的特点、结构和特征可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。

图1是一个方框图，根据本发明一个实施例示出了高级交换(“AS”)体系结构的协议栈100。如图1所示，AS是多层协议，包括物理层105、数据链路层110、AS事务处理层120以及AS结构服务层123。物理层105致力于在通信通道上传输原始比特，数据链路层110获得原始传输功能并将其转换成行，该行对AS事务处理层120来说显示出无未检测的传输差错，而AS事务处理层120主要与从上层协议(“ULP”)125接收数据有关，如果需要的话，将该数据分割成分段，将分段后的数据传送至数据链路层110，并确保所有的段都正确地到达另一端。数据链路层110和AS事务处理层120还可以与它们的等同配对物协商它们各自层的操作模式的配置。

在端节点，AS事务处理层120可以被逻辑地划分为两组接口-协议接口和结构接口。结构接口处理系统发现、配置、事件信令、拥塞管理和分割/重新装配。协议接口是封装后ULP 125的载体，并且与ULP 125直接相互作用。AS规范(例如AS核心体系结构规范v1.0，2003)定义了一组标准的协议接口(“PI”)，如表130中所示。PI 0至7是为各种结构管理任务和结构服务预留的，而PI 8至256被用来使ULP 125隧道传输通过AS结构。在本发明的一个实施例中，新PI，此后被称为PI-MUX，被定义来将从外部媒体接收的分组聚合成单个AS分组，以传输穿过AS结构。这个PI-MUX的实施例能够将各种不同协议的分组聚合成单个AS分组。这些实施例还能够将多个小分组或者至少一个小分组和大分组的分段聚合成单个AS分组。PI-MUX可以作为AS结构的服务来提供，并且被指定有效的PI代码，以由AS事务处理层120调用。

图2是一个方框图，根据本发明一个实施例示出了AS结构200。所示的AS结构200的实施例包括端节点205A、B、C和D(统称为205)以及AS底板210。AS底板210可以包括一个或更多用于路由AS分组215使其穿过AS结构200的AS交换单元(未图示)。每一个端节点205还可以耦合成从外部媒体225接收分组220，并耦合成向该外部媒体225传输分组220。虽然，图2的实施例示出了以星型拓扑耦合的四个端节点205，但是AS结构200也可以包括更多或更少利用其他已知的结构拓扑包括双星型及网型等耦合在一起的端节点205。

外部媒体225可包括任何数量的网络和/或数据源/目的地，包括以太网、异步转移模式(“ATM”)通道、光纤通道(“FC”)、外部PCI Express通道、例如串行ATA(“SATA”)和串行SCSI(“SAS”)的存储互连等。封装各种协议的AS分组215还可以在端节点205发起和/或终止。可以利用高速串行总线或其他为特殊的实施提供充足带宽的物理层媒体来实施AS底板210。在一个实施例中，AS底板210包括PCI Express高速串行链路和AS交换。AS底板210可支持对等连接以及更高级协议的主/从配置。AS体系结构使得互连拓扑灵活，从而使得内部AS交换(未图示)以及端节点205自由地一起工作。

每一个端节点205执行协议栈100以聚合和传输分组220穿过AS结构200。当例如在端节点205A接收到分组220时，端节点205A确定接收到的分组220的尺寸以及接收到的分组220共有的特征是否将使得能够聚合成单个AS分组215，以传输穿过AS结构200。共有特征可以包括相同的源/目的地、相同的服务质量(“QoS”)等。接收到的分组220不需要是单个流的部分，只要共有足够的特征以使组传输穿过AS结构200即可。

在计算机软件和硬件方面对下面解释的过程进行说明。所描述的技术可以构成包含在机器(例如计算机)可读媒体中的机器可执行指令，这些指令在由机器执行时会使机器执行所描述的操作。此外，这些过程可以被包含在硬件中，例如专用集成电路(“ASIC”)等中。出现在每一个过程的一些或所有过程块的顺序不应被视为限制性的。相反地，了解了本发明的优点的本领域普通技术人员将理解：一些过程块可以以各种未图示的顺序来执行。

图3是一个流程图，根据本发明一个实施例示出了过程300，用于将多个从外部媒体225接收的或在端节点205中产生的小分组聚合成单个AS分组215，以便组传输穿过AS结构200。在该上下文中，“小分组”可以包括较大分组的第一或最后分段，该较大分组被分割以传输穿过AS结构200。

在过程块305中，入口端节点205A从外部媒体225和/或从入口端节点205A内部的源接收分组220。在过程块310中，端节点205A确定是否多个接收到的分组220小得足够适于放置在单个AS分组215的分组数据单元(“PDU”)中，并且确定是否多个接收到的分组220享有充足的共同特征以进行组传输。如果端节点205A确定接收到的分组220不够小以至于不能聚合或者它们没有享有充足的共同特征，那么过程300从判决块315进入过程块320。在过程块320中，各接收的分组220被封装，并在相应的各AS分组内隧道传输传送穿过AS结构200。

回到判决块315，如果接收到的分组220足够小并且享有足够相似的特征，那么过程300进入过程块325。在过程块325中，PI-MUX被AS事务处理层120调用以开始聚合。

在过程块330中，多个接收到的分组220被计算以封装在子分组中，从而连接成单个AS分组215。在一个实施例中，要被聚合的分组220的数量是在每一个AS分组215产生之前根据当前缓冲的所接收的分组220来确定的。在一个实施例中，接收到的分组220是在分组220成为可获得的时候被加入到正在产生的AS分组中的，而没有先将所有的分组缓冲从而在单个AS分组215中连接在一起。在单个AS分组335内聚合的接收到的分组220的数量可以依赖于AS结构200的最大分组尺寸(MPS)和分组220(注意分组220可以是可变尺寸的)的一个或多个尺寸以及接收到的分组220的到达定时/时间间隔和可用性。

图4是一个方框图，根据本发明一个实施例示出了从外部媒体225之一接收的分组220的聚合。如图所示，PI-MUX可以将多个小分组220聚合成单个AS分组215。然而，如图所示，本发明的实施例还能够将从外部媒体225之一接收的较大的分组420的分段与一个或更多小分组220一起连接在单个AS分组215中。将分段与其他小分组220一起并入AS分组215，由于减少了传输穿过AS底板210的具有多余填充的AS分组215的数量，而增加了带宽的利用。

回到图3，在判决块335中，AS事务处理层120确定是否要包括较大的分组的分段，例如大分组420的“A”分段。再次根据可获得或不能获得其他的小分组220来聚合和/或聚合了可获得的小分组220后AS分组305内的剩余空间来作出这个确定。此外，由于排列次序的约束，可以阻止其他可获得的小分组220绕过大分组420。如果大分组420的分段A将要被包括，那么过程300继续到过程块340。

在过程块340中，分段和重新装配(“SAR”)协议接口(“PI-SAR”)(例如表130的PI-2)被调用来对大分组420进行分割(过程块345)。在一个实施例中，在SAR判决之前进行聚合分组220还是420的确定。在过程块350中，产生标题和任选填充来封装每一个接收到的分组220(或分组的分段)以产生将被连接在单个AS分组中的子分组。

图5是一个方框图，根据本发明一个实施例示出了携带多个子分组505的AS分组500的字段。AS分组500是AS分组215的一个可能的实施例。所示出的AS分组500的实施例是利用AS结构200的PI-MUX服务协议产生的，并包括帧标题510、序列号515、AS标题520、结构服务PI标题525、多个子分组505以及校错字段530(例如，循环冗余校验)。

在一个实施例中，帧标题510、序列号515以及校错字段530是链路级结构成分，由AS结构200中两个链路级伙伴的数据链路层110产生和使用。帧标题510可包括帧描述器，以区分在AS结构200中单个链路上接收的连续的AS分组215之间的分割。序列号515可以用来跟踪在AS结构200中链路对等实体(例如，AS底板210中AS交换之间的链路以及端节点225和AS底板210中交换之间的链路)之间传输的连续的AS分组215。

在一个实施例中，AS标题520和结构服务PI标题525是由AS事务处理层120和AS结构服务层123产生的事务处理级结构成分。AS标题520和结构服务PI标题525是由端节点205产生和使用的。在一个实施例中，AS标题520可以包括目的地信息、源信息、长度数据、帧类型以及QoS信息。结构服务PI标题525可以包括一个或更多PI代码，指示PDU的协议类型和将何种结构服务应用到AS分组500。在一个实施例中，结构服务PI标题525包括指定到PI-MUX协议的PI代码。结构服务标题525可以还包括多个链接在一起的PI代码(例如，PI-MULTICASTING(组播)和PI-MUX)。结构服务PI标题525可以包括其他信息，例如SAR功能的事务处理级序列号。

每一个子分组505包括子标题540、有效负荷545以及任选的填充550。有效负荷545表示封装的分组220或者大分组420的分段A。填充550可以被附加到有效负荷545上以将子分组505的整个长度上舍入至标准或预定尺寸(例如4或8字节)或者至预定的边界。确保子分组505每一个都是标准尺寸或者标准尺寸的倍数简化了出口端节点(例如，端节点205C)处的去复用/解聚处理。

在一个实施例中，子标题540包括有效负荷标识符、流量标识符、长度索引以及序列号中的一个或多个。有效负荷标识符标识有效负荷545的协议类型(例如，TCP、UDP和IP等)，并通常被称为PROTO字段。流量标识符标识流或逻辑队列，有效负荷454将在出口端节点(例如，端节点205C)被去复用/解聚到所述流或逻辑队列中。流量标识符还可以与流或逻辑队列相对应，来自该流或逻辑队列的特定分组220在入口端节点(例如，端节点205A)处被复用。长度索引标识有效负荷545的长度。在一个实施例中，子分组505包括填充550，长度索引可以标识有效负荷545的长度加上填充550的长度。最后，子标题540的序列号根据其他在出口端节点处先前被解聚或将被解聚到相同流或逻辑队列中的有效负荷标识有效负荷545的顺序。子分组级的序列号保证了小分组220或单个大分组420的分段没有在出口端节点处以颠倒的次序接收或者完全丢失。在又一个实施例中，子标题540可以捎带与有效负荷545无关的信令信息，以在端节点225之间进行传输。应理解：本发明的实施例不必在子标题540中包括所有上面列出的字段，或者可以包含未在上面列出的其他为特定实施定制的专用的字段。

在一个实施例中，整个子标题560被包括在AS分组500的PDU中。在这个实施例中，整个子标题560可以包括一般的关于子分组505的元数据或者携带在端节点225之间传输的信令信息。例如，元数据可包括子分组505的数量、每一个子分组505的长度和/或PDU中所有子分组505的总长度。整个子标题560可以被并入以补充提供在每一个子标题540中的信息，因此减小了每一个子标题540的尺寸以及其中携带的标题数据量。替代地，整个子标题560可以完全代替所有子标题540，并因此每一个子分组505将仅包括有效负荷545和任选地还包括填充550。

在一个实施例中，子标题540可以是简单的指向标题信息(或与其关联)的索引或句柄，其中标题信息已经被存储在出口端节点205的存储器中。在这个实施例中，标题信息将在较早的AS分组中被传送到出口端节点，并被存储在规定位置中。在另一实施例中，通过在AS结构200或出口端节点205中某一位置进行操作的管理代理将标题信息传送到出口端节点205。接着，子标题540将被分析，以获得包含用来访问已存储的标题数据的信息的索引或句柄。在一个替代实施例中，AS分组500中的每一个子分组505的定位被用来将特定子分组505与存储在出口端节点205中的标题信息关联。利用索引值(或者句柄)实施子标题540可以有助于减小链路开销并增加某些应用中的吞吐量带宽。

图6是一个方框图，根据本发明一个实施例示出了在AS结构200上实施分组聚合的线卡600。所示的线卡600的实施例包括网络处理单元(“NPU”)605、处理器610、AS结构接口控制器(“FIC”)615、媒体接口620以及存储器625和630。线卡600是端节点205的代表实施例。

媒体接口620耦合到媒体225之一以在它们之间接收/发送分组220(和大分组420)。媒体接口620可包括成帧器或者媒体访问控制器(“MAC”)部件以及物理层(“PHY”)部件。媒体接口620被耦合到NPU 605，以通过通信链路例如SPI-4.2与其通信，而NPU 605和处理器610可通过通信链路例如PCIExpress来互相通信。在所示的实施例中，处理器610还通过通信链路(例如，PCI-Express)耦合到FIC 615，并且NPU 605还通过通信链路(例如，CSIX、SPI-4.2等)耦合到FIC 615。NPU 605被耦合到存储器625，以执行存储在该存储器中的指令，并且存储分组和与程序有关的数据。在一个实施例中，存储器625包含实施AS事务处理层120以及在此描述的分组聚合技术的指令。可以提供处理器610来执行AS结构200上的管理功能，并且处理器610可以提供线卡600的管理以及控制和内容处理功能。

图7是示范性系统700的立体图，包括耦合到AS底板210的线卡600的实施例。系统700包括用来安装线卡600以及AS底板210(未图示)的机壳705，以使线卡600互连。在一个实施例中，机壳705是刀片(blade)服务器机柜，并且线卡600表示各刀片服务器。在一个实施例中，机壳705是高级电信计算机体系结构(“ATCA”)机壳，并且线卡600表示ATCA板。在一个实施例中，AS底板210被实施为网状体系结构，在每一个线卡600上具有AS交换元件。在另一个实施例中，AS底板210被实施为安装在交换卡上的AS交换元件，然后其在星型拓扑中连接其他线卡600。在这个星型拓扑实施例中，两个交换卡可以耦合在双星型拓扑中，以供更鲁棒的系统，每一个交换卡与每一个线卡600上不同的AS端口连接。在一个实施例中，AS底板210是利用高速串行接口来实现的。

本发明所示实施例的上述的说明，包括摘要中的说明，不是企图穷举或者将本发明限制于所公开的精确的形式。虽然，出于举例的目的，已在此描述本发明的具体实施例和示例，但是在本发明的范围之内，作出各种等同的修改是可能的，正如相关领域技术人员将认识到的那样。

可以根据上述的说明来对本发明作出这些修改。在所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限制为说明书和权利要求书中公开的具体实施例。本发明的范围将全部由所附权利要求书确定，权利要求书被按照所确立的权利要求解释原则而被解释。

Claims (23)

1、一种将多个从媒体接收的分组聚合成单个高级交换AS分组以传输穿过AS结构的方法，包括：

接收多个分组；

将所述多个分组聚合成单个高级交换分组；以及

传输所述高级交换分组到高级交换结构上，

其中将所述多个分组聚合成单个高级交换分组包括：

将所述多个分组中的每一个封装在子分组中；

连接所述子分组；以及

产生合并了所连接的子分组的高级交换分组。

2、如权和要求1所述的方法，其中接收所述多个分组包括从媒体接收所述多个分组。

3、如权利要求2所述的方法，其中每一个所述子分组封装所述多个分组中的完整一个。

4、如权利要求2所述的方法，其中至少一个所述子分组封装所述多个分组中的完整一个，并且至少一个所述子分组仅封装所述多个分组中一个分组的分段。

5、如权利要求4所述的方法，其中将所述多个分组聚合成单个高级交换分组还包括调用所述高级交换结构提供的分割和重新装配服务，以对所述多个分组中有分段被封装在至少一个所述子分组内的那个分组进行分割。

6、如权利要求5所述的方法，其中在聚合判决之后执行分割和重新装配判决。

7、如权利要求2所述的方法，其中将所述多个分组聚合成所述单个高级交换分组是通过调用所述高级交换结构的协议接口来执行的。

8、如权利要求2所述的方法，其中所述子分组包括子标题以及有效负荷，所述有效负荷中包含了所述多个分组中的一个，所述子标题包括：

有效负荷标识符，用来标识所述有效负荷的协议类型；

流量标识符，用来标识有效负荷要被解聚到其中的流和逻辑队列之一；

长度索引，用来标识所述有效负荷的长度；以及

序列号，用来相对于解聚到与所述流和逻辑队列之一相同的流或逻辑队列中的其他有效负荷来标识所述有效负荷的顺序。

9、如权利要求8所述的方法，其中所述子分组还包括填充部分，以将所述子分组的长度上舍入至标准化长度。

10、如权利要求2所述的方法，其中所述高级交换分组还包括整个子标题，所述整个子标题标识聚合在所述高级交换分组中的多个子分组，并包括与所述多个子分组有关的标题信息。

11、如权利要求10所述的方法，其中所述标题信息包括有效负荷标识符、流量标识符、长度索引以及所标识的多个所述子分组的每一个的序列号中的至少一个，并且所标识的多个所述子分组的每一个的子标题不包括包含在所述整个子标题中的标题信息的至少一部分。

12、如权利要求2所述的方法，其中将所述多个分组聚合成单个高级交换分组包括将利用各种不同的传输协议从所述媒体接收的所述多个分组聚合成单个高级交换分组。

13、如权利要求1所述的方法，其中所述高级交换结构包括高级交换底板交换结构。

14、如权利要求2所述的方法，还包括：

在通信地耦合到所述高级交换结构的出口端节点处存储子标题信息，所述子标题信息包括有效负荷标识符、流量标识符、长度索引以及序列号中的至少一个；以及

将所述子标题信息与至少一个所述子分组关联。

15、如权利要求14所述的方法，其中将所述子标题信息与至少一个所述子分组关联包括通过所述高级交换分组中的子分组位置将所述子标题信息与至少一个所述子分组关联。

16、如权利要求14所述的方法，其中将所述子标题信息与至少一个所述子分组关联包括通过包括在至少一个所述子分组中的关联信息将所述子标题信息与至少一个所述子分组关联。

17、一种将多个从媒体接收的分组聚合成单个高级交换AS分组以传输穿过AS结构的装置，包括：

媒体接口，用来从媒体接收分组；

高级交换交换单元，其被链接来与所述媒体接口进行通信，并包括耦合到高级交换结构的连接；

网络处理器单元，其被链接来与所述高级交换交换单元进行通信；以及

存储设备，所述设备内存储了指令，在所述网络处理器单元执行这些指令时，将使得所述网络处理器单元执行下面的操作：

从所述媒体接收所述分组；

利用高级交换结构提供的服务协议接口将所述分组聚合成单个高级交换分组；以及

传输所述高级交换分组到所述高级交换结构上，

其中将所述分组聚合成所述单个高级交换分组，包括：

将每一个所述分组封装在子分组内；

连接所述子分组；以及

产生合并了所连接的子分组的高级交换分组。

18、如权利要求17所述的装置，其中将每一个所述分组封装在子分组内包括将所述分组中完整的一个封装在所述子分组之一中，并且仅将所述分组之一的一个分段封装在所述子分组中的另一个中。

19、如权利要求18所述的装置，其中将所述分组聚合到单个高级交换分组还包括调用所述高级交换结构提供的分割和重新装配服务，以对所述分组中有分段被封装在所述子分组中的另一个中的那个分组进行分割。

20、一种将多个从媒体接收的分组聚合成单个高级交换AS分组以传输穿过AS结构的系统，包括：

包括一个互连的机壳；

耦合到所述互连的第一端节点；

耦合到所述互连的第二端节点；以及

至少一个耦合到所述互连、包括高级交换结构的交换装置，

其中第一端节点包括部件，如果第一端节点执行所述部件时，将使得第一端节点执行下面的操作：

从耦合到第一端节点的外部媒体接收分组；

利用所述高级交换结构提供的服务协议接口将所述分组聚合成单个高级交换分组；以及

传输所述高级交换分组到所述高级交换结构上，其中将所述分组聚合成所述单个高级交换分组包括：

将每一所述分组封装在子分组中；

连接所述子分组；以及

产生合并了所连接的子分组的高级交换分组。

21、如权利要求20所述的系统，其中所述互连包括底板。

22、如权利要求21所述的系统，其中所述机壳包括高级电信计算机体系结构ATCA机壳，并且第一端节点和第二端节点包括ATCA板。

23、如权利要求21所述的系统，其中第一端节点和第二端节点包括刀片服务器，并且所述机壳包括所述刀片服务器的机柜。

Images