CN101252535A - 集中式转发网络设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中式转发网络设备及方法，网络设备包括：第一控制引擎、转发引擎、第二控制引擎和路由引擎，且，第一控制引擎位于线卡板上，转发引擎和第二控制引擎位于第一主控板上，路由引擎位于第二主控板上，其中：第一控制引擎，将控制报文或协议报文发给路由引擎；转发引擎，接收各线卡板发来的数据报文，若找到报文对应的转发表项，根据转发表项转发报文；否则，将报文发给路由引擎；路由引擎，当收到协议报文或数据报文时，计算报文路由，将得到的转发表项发给第二控制引擎；第二控制引擎，将转发表项发给转发引擎。本发明通过将路由引擎、控制引擎、转发引擎分离，提高了集中式转发性能。

Description

集中式转发网络设备及方法

技术领域

本发明涉及集中式数据转发技术领域，具体涉及一种集中式转发网络设备及方法。

背景技术

目前的网络设备如：路由器、网关等，一般分为集中式转发网络设备和分布式转发网络设备。分布式转发网络设备是由多个转发引擎进行转发，而集中式转发网络设备是由一个独立的转发引擎完成，转发引擎一般由中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、网络处理器(NP，Network Processor)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)芯片、多核处理器等实现，当接口较多、流量较大时，集中式转发网络设备的瓶颈在转发引擎的转发性能上。

现有的集中式转发网络设备通常分为两种结构模型，一种是路由引擎、控制引擎、转发引擎都集成在一个CPU上实现，一种是路由引擎和控制引擎集成在一个CPU上实现，转发引擎单独实现。路由引擎、控制引擎、转发引擎的功能如下：

路由引擎：接收路由协议报文，下发转发表项到转发引擎。

控制引擎：接收控制信息，完成相应接口的配置、寄存器配置、状态统计信息上报等。

转发引擎：接收报文，查找转发表，对报文进行调度后，发送报文。

路由引擎、控制引擎集成在一个CPU上时，可称为路由控制引擎。

图1为现有的一种集中式转发网络设备的结构模型图，如图1所示，该集中式转发网络设备的CPU集成了路由引擎、控制引擎和转发引擎的功能，CPU可以选择PowerPC系列处理器或无内部互锁流水级(MIPS，Microprocessor without interlocked piped stages)系列处理器等，CPU内部还可集成加密模块，CPU具有多个配置和管理接口，以及两条可以向业务接口卡传送控制信号和数据信号的外设部件互连(PCI，Peripheral ComponentInterconnect)总线，另外，CPU还可以外挂内存。其中，业务接口卡可以灵活地外接以太网、异步传输模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode)、E1/T1、IP数字同步体系(POS，IP over SDH)等接口。

图1所示集中式转发网络设备的缺点如下：

路由引擎、转发引擎和控制引擎由一个CPU完成，对CPU的性能要求很高，一般无法达到很高的转发性能；

数据平面和控制平面共用一条PCI总线，总线带宽是瓶颈；

路由或者控制使CPU出现异常时，导致转发也出现问题；

路由引擎、转发引擎都无冗余倒换，可靠性低。

图2为现有的另一种集中式转发网络设备的结构模型图，如图2所示，CPU集成了路由引擎和控制引擎的功能，可以选择PowerPC系列处理器或MIPS系列处理器。CPU可以外挂内存，CPU具有多个配置和管理接口以及一条PCI总线，该PCI总线连接到业务接口卡用于对业务接口卡进行配置，同时连接到转发引擎对转发引擎进行配置和转发表项下发等，同时转发引擎通过千兆以太网(GE)接口上报控制报文到CPU。转发引擎只进行报文的集中式转发，由NP或者专用ASIC实现能够得到较高的性能。

图2所示集中式转发网络设备具有以下缺点：

路由引擎、控制引擎由一个CPU完成，对CPU的性能要求很高；

路由引擎使CPU出现异常时，导致控制引擎也出现问题，反之亦然；

路由引擎、转发引擎都无冗余倒换，可靠性低。

发明内容

本发明提供一种集中式转发网络设备及方法，以提高集中式转发性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种集中式转发网络设备，包括：第一控制引擎、转发引擎、第二控制引擎和路由引擎，且，第一控制引擎位于线卡板上，转发引擎和第二控制引擎位于第一主控板上，路由引擎位于第二主控板上，其中：

第一控制引擎，接收控制报文或协议报文，将报文发给路由引擎；

转发引擎，接收各线卡板发来的数据报文，查找报文对应的转发表项，若找到，根据转发表项转发报文；否则，将数据报文发给路由引擎；

第二控制引擎，将路由引擎发来的转发表项下发给转发引擎；

路由引擎，当收到协议报文或数据报文时，计算报文路由，将得到的转发表项发给第二控制引擎。

一种集中式转发网络设备中的线卡板，包括：

报文区分模块，接收报文，检测报文是否为控制报文或协议报文，若为，将报文发送给第一控制引擎；否则，确定报文为数据报文，将报文发送给转发引擎；

第一控制引擎，接收控制报文或协议报文，将报文发送给路由引擎。

一种集中式转发方法，应用在所述集中式转发网络设备中，包括：

A、线卡板接收报文，判断报文是否为控制报文或协议报文，若是，通过本线卡板的第一控制引擎将报文发送给路由引擎，转至步骤C；否则，确定报文为数据报文，将报文发送给转发引擎，执行步骤B；

B、转发引擎接收数据报文，查找报文对应的转发表项，若找到，执行步骤D；否则，将数据报文发给路由引擎，执行步骤C；

C、路由引擎接收协议报文或数据报文，计算报文的路由，将得到的转发表项通过第二控制引擎下发给转发引擎，且，若报文为数据报文，将数据报文返回给转发引擎，并执行步骤D；路由报文接收控制报文，根据报文作相应控制处理，本流程结束；

D、转发引擎根据数据报文对应的转发表项，将报文转发出去。

与现有技术相比，本发明通过将路由引擎、控制引擎、转发引擎分离，其中任意一个引擎的异常，都不会对其它引擎产生影响，提高了集中式转发性能；同时，数据平面和控制平面通过不同的接口接入转发引擎和路由引擎，提高了集中式转发的可靠性。

另外，本发明实施例中，通过路由引擎、转发引擎的备份，进一步提高了集中式转发的可靠性；通过设置多个转发引擎进行负载分担，进一步提高了集中式转发的性能。

附图说明

图1为现有的一种集中式转发网络设备的结构模型图；

图2为现有的另一种集中式转发网络设备的结构模型图；

图3为本发明实施例提供的集中式转发网络设备的结构图；

图4为本发明实施例提供的线卡板的结构图；

图5为本发明实施例提供的转发引擎的结构图；

图6为本发明实施例提供的路由引擎的结构图；

图7为在图3～6所示集中式转发网络设备中转发报文的流程图；

图8为本发明实施例提供的采用路由引擎备份的集中式转发网络设备的结构图；

图9为在图8所示的集中式转发网络设备中进行路由引擎备份的流程图；

图10为本发明实施例提供的采用转发引擎备份的集中式转发网络设备的结构图；

图11为在图10所示的集中式转发网络设备中进行转发引擎备份的流程图；

图12为本发明实施例提供的采用转发引擎负载分担的集中式转发网络设备的结构图；

图13为在图12所示集中式转发网络设备中进行负载分担的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图3为本发明实施例提供的集中式转发网络设备的结构图，如图3所示，其主要包括：第一控制引擎31、转发引擎32、第二控制引擎33、路由引擎34，其中：第一控制引擎31位于线卡板上，每个线卡板上具有一个第一控制引擎，转发引擎32和第二控制引擎33位于第一主控板上，路由引擎34位于第二主控板上，且，第一控制引擎31与路由引擎34之间的接口为控制接口如：GE接口，第二控制引擎33与路由引擎34之间的接口为控制接口如：GE接口，转发引擎32与路由引擎34、线卡板之间通过背板高速总线传输数据，转发引擎32与第二控制引擎33之间的接口控制接口如：GE或快速PCI(PCIE，PCI Express)或高速传输(HT，Hyper Transport)接口，各组成部分的功能如下：

第一控制引擎31：接收路由引擎34发来的携带寄存器配置信息的控制报文，按照该信息对本线卡板和业务接口卡进行寄存器配置；对本线卡板和业务接口卡进行状态信息统计，将统计结果携带在控制报文中上报给路由引擎34；接收业务接口卡发来的控制报文或协议报文，将控制报文或协议报文发送给路由引擎34。

状态信息统计例如：统计线卡板的每个接口收、发报文的数目等。

第一控制引擎31还可以外挂内存，还可具有BIOS及应用程序接口，用于接收外部输入的BIOS及应用程序，并根据该应用程序对本线卡板和业务接口卡进行程序升级；另外，还有具有逻辑单元，用于控制看门狗、热插拔信号等。

转发引擎32：接收第二控制引擎33发来的转发表项，根据该转发表项更新自身的转发表；接收线卡板发来的数据报文，查找与报文对应的转发表项，若查找到，按照该转发表项将数据报文转发出去；若未查找到，则确定该报文为首包，将该数据报文发送给路由引擎34。

转发引擎32还可以外挂缓存，用于缓存已接收但未开始处理报文或者已处理完毕等待发送的报文。转发引擎32可以将转发表项存储在自身，也可以存储在外挂内存中。

第二控制引擎33：接收路由引擎34发来的携带寄存器配置信息的控制报文，按照该信息对转发引擎32进行寄存器配置，对转发引擎32进行状态信息统计，将统计结果携带在控制报文中发送给路由引擎34；接收路由引擎34发来的转发表项，将该转发表项下发给转发引擎32。

第二控制引擎32还可以外挂内存，还可具有BIOS及应用程序接口，用于接收外部输入的BIOS及应用程序，并根据该应用程序对转发引擎32进行程序升级。

路由引擎34：接收第一控制引擎31发来的协议报文，计算协议报文的路由，并将得到的转发表项发送给第二控制引擎33；将各线卡板的寄存器配置信息携带在控制报文中下发给各线卡板的第一控制引擎31，接收第一控制引擎31发来的携带状态信息统计结果的控制报文，接收第一控制引擎31发来的控制本路由引擎的控制报文，根据该报文进行相应处理；将转发引擎32的寄存器配置信息携带在控制报文中发送给第二控制引擎33，接收第二控制引擎33发来的携带状态信息统计结果的控制报文。

第一控制引擎31、第二控制引擎33和路由引擎34一般由PowerPC系列处理器或MIPS系列处理器实现，若要进一步降低成本，则可采用集成了以太网控制器、PCIE或PCI控制器的片上系统(SoC，System of Chip)；转发引擎32一般由NP或ASIC或多核处理器实现。

图4为本发明实施例提供的线卡板的结构示意图，如图4所示，其主要包括：报文区分模块41和第一控制引擎31，其中：

报文区分模块41：接收业务接口卡发来的报文，判断报文是否为控制报文或协议报文，若是，将报文发送给第一控制引擎31；否则，确定报文为数据报文，将报文发送给转发引擎32。

第一控制引擎31：接收路由引擎34发来的寄存器配置信息，按照该信息对本线卡板和业务接口卡进行寄存器配置；对本线卡板和业务接口卡进行状态信息统计，将统计结果上报给路由引擎34；接收报文区分模块41发来的控制报文或协议报文，将控制报文或协议报文发送给路由引擎34。

在实际应用中，业务接口卡通过高速总线将报文发送给线卡板时，线卡板的物理层实体有可能不能识别该报文，此时，线卡板还需包括一个：第一接口转换模块40，该模块通过背板高速总线与转发引擎32相连，同时通过高速总线与业务接口卡1～n相连，用于从高速总线上提取业务接口卡发来的报文，将报文转换成线卡板可以识别的报文后发送给报文区分模块41；接收报文区分模块41发来的数据报文，将报文转换成可以承载在线卡板与转发引擎32之间的背板高速总线上的报文后发送给转发引擎32。

同时，报文区分模块41在确定报文为数据报文后，将数据报文返回给第一接口转换模块40。

在实际应用中，当线卡板通过背板高速总线将数据报文发送给转发引擎32时，转发引擎32也有可能不能识别该报文，例如：线卡板与转发引擎32之间的背板高速总线为XAUI总线，但转发引擎32只支持SPI4.2总线，此时转发引擎32也需要具有一个第二接口转换模块。

图5为本发明实施例提供的转发引擎的结构示意图，如图5所示，其主要包括：第二接口转换模块321和转发模块322，其中，第二接口转换模块321通过背板高速总线与各线卡板和路由引擎34相连，各模块的功能如下：

第二接口转换模块321：从背板高速总线上提取线卡板发来的数据报文，将报文转换成转发模块322可以识别的报文后发送给转发模块322。

转发模块322：接收第二控制引擎33发来的转发表项，根据该转发表项更新自身的转发表；接收第二接口转换模块321发来的数据报文，查找与报文对应的转发表项，若查找到，按照该转发表项将数据报文转发出去；若未查找到，则确定该报文为一个数据流的首包，将该数据报文发送给路由引擎34。

在实际应用中，转发引擎32还可进一步包括：加密模块323，用于接收转发模块322发来的具有解密标志的数据报文，按照预先设定的解密规则，对该报文进行解密处理，并将解密后的数据报文返回给转发模块322；接收转发模块322发来的具有加密标志的数据报文，则按照预先设定的加密规则，对报文进行加密处理，将加密后的数据报文返回给转发模块322。

同时，转发模块322进一步，在发现第二接口转换模块321发来的数据报文被加密时，为报文打上解密标志后发送给加密模块323，之后接收加密模块323返回的解密后的数据报文；根据自身保存的加密条件，发现将要转发的数据报文需加密，为报文打上加密标志后发送给加密模块323，之后接收加密模块323返回的加密后的数据报文。

在实际应用中，由于路由引擎34要与第二控制引擎33相连，并分别与每个线卡板上的第一控制引擎31相连，而路由引擎本身具有的控制接口如：以太网接口是有限的，因此，通常需要对路由引擎的以太网接口进行扩展，可通过为路由引擎34增加一个以太网接口扩展模块实现；另外，路由引擎34的物理层实体可能不支持转发引擎32通过背板高速总线发来的数据报文，此时，还需要为路由引擎34增加一个第三接口转换模块。

图6为本发明实施例提供的路由引擎的结构示意图，如图6所示，其主要包括：以太网接口扩展模块341、第三接口转换模块342和路由模块343，其中，以太网接口扩展模块341与路由模块之间的接口可为GE接口，第三接口转换模块342与路由模块343之间的接口可为PCIE或HT接口，第三接口转换模块342通过背板高速总线连接到转发引擎32，各模块的主要功能如下：

以太网接口扩展模块341：对路由引擎34的以太网接口进行扩展，将路由模块343发来的转发表项下发给第二控制引擎33；接收路由模块343发来的各携带线卡板的寄存器配置信息的控制报文，将该控制报文下发给各线卡板的第一控制引擎31；接收各线卡板的第一控制引擎31发来的携带状态信息统计结果的控制报文，将该控制报文发送给路由模块343；接收路由模块343发来的携带转发引擎32的寄存器配置信息的控制报文，将该控制报文下发给第二控制引擎33；接收第二控制引擎33发来的携带转发引擎32的状态信息统计结果的控制报文，将该控制报文发送给路由模块343。

第三接口转换模块342：从背板高速总线上提取转发引擎32发来的数据报文，将报文转换成路由模块343可以识别的报文后发送给路由模块343。

路由模块343：接收以太网接口扩展模块341发来的协议报文或第三接口转换模块342发来的数据报文，计算报文的路由，并将得到的转发表项发送给以太网接口扩展模块341；将各携带线卡板的寄存器配置信息的控制报文发送给以太网接口扩展模块341，接收以太网接口扩展模块341发来的各携带线卡板的状态信息统计结果的控制报文；将携带转发引擎32的寄存器配置信息的控制报文发送给以太网接口扩展模块341，接收以太网接口扩展模块341发来的携带转发引擎32的状态信息统计结果的控制报文。

图7为在图3～6所示的集中式转发网络设备中转发报文的流程图，如图7所示，其具体步骤如下：

步骤701：线卡板的第一接口转换模块从与业务接口卡之间的高速总线上提取报文，将报文转换成本线卡板可以识别的报文后发送给报文区分模块。

步骤702：报文区分模块接收报文，判断报文是否为控制报文或协议报文，若是，执行步骤703；否则，执行步骤707。

步骤703：报文区分模块将控制报文或协议报文发送给本线卡板的第一控制引擎，第一控制引擎将控制报文发送给路由引擎。

步骤704：路由引擎的以太网接口扩展模块接收控制报文或协议报文，将报文发送给路由模块。

步骤705：路由模块接收协议报文，计算报文的路由，并将得到的转发表项通过以太网接口扩展模块发送给第二控制引擎；路由模块接收控制报文，根据报文内容进行相应处理。

步骤706：第二控制引擎接收转发表项，将转发表项下发给转发引擎的转发模块，转发模块根据该转发表项更新自身的转发表，本流程结束。

步骤707：报文区分模块确定报文为数据报文，将数据报文返回给第一接口转换模块，第一接口转换模块将数据报文转换成可以承载在与转发引擎之间的背板高速总线上的报文后，发送给转发引擎。

步骤708：转发引擎的第二接口转换模块从背板高速总线上提取数据报文，将报文转换成转发模块可以识别的报文后发送给转发模块。

步骤709：转发模块接收数据报文，在自身查找与报文对应的转发表项，判断是否查找到，若是，执行步骤714；否则，执行步骤710。

步骤710：转发模块将数据报文发送给第二接口转换模块，第二接口转换模块将数据报文转换成可以承载在与路由引擎之间的背板高速总线上的报文后，发送给路由引擎。

步骤711：路由引擎的第三接口转换模块从背板高速总线上提取数据报文，将报文转换成路由模块可以识别的报文后发送给路由模块。

步骤712：路由模块接收数据报文，计算报文的路由，并将得到的转发表项发送给以太网接口扩展模块，同时将数据报文返回给第三接口转换模块。

步骤713：以太网接口扩展模块将转发表项下发给第二控制引擎，第二控制引擎将转发表项下发给转发模块；第三接口转换模块将数据报文发送给转发引擎，转发引擎的第二接口转换模块接收数据报文，将报文发送给转发模块。

步骤714：转发模块根据数据报文对应的转发表项，将数据报文发送出去。

在实际应用中，路由引擎可能由于种种故障而无法继续工作，导致数据转发中断，为了解决该问题，本发明实施例中，在集中式转发网络设备中设置两个路由引擎，当正在工作的路由引擎发生故障时，另一路由引擎可以接替该路由引擎工作。

图8为本发明实施例提供的采用路由引擎备份的集中式转发网络设备的结构图，如图8所示，路由引擎A位于第二主控板上，路由引擎B位于第三主控板上；路由引擎A、B通过各自的控制接口如：GE接口与第一控制引擎31和第二控制引擎33相连，通过背板高速总线与转发引擎32相连；同时，路由引擎A、B之间通过控制接口如：GE接口相连。

图9为在图8所示的集中式转发网络设备中进行路由引擎备份的流程图，如图9所示，其具体步骤如下：

步骤901：路由引擎A、B启动，选择其中一个作为主路由引擎。

路由引擎A、B可通过协商确定谁为主路由引擎。

步骤902：主路由引擎将自身标识通知转发引擎和第一控制引擎，以便转发引擎将数据流首包发给主路由引擎，第一控制引擎将控制报文或协议报文发送给主路由引擎。

主路由引擎标识可以是其所在的主控板号，或者，可将路由引擎A、B分别用信号0、1表示，当路由引擎A为主路由引擎时，将信号“0”发送给转发引擎和第一控制引擎，当路由引擎B为主路由引擎时，将信号“1”发送给转发引擎和第一控制引擎。

步骤903：主路由引擎将自身的配置信息和路由信息同步到备路由引擎。

步骤904：主路由引擎检测到自身的配置信息或路由信息更新，将更新后的配置信息或路由信息同步到备路由引擎。

步骤905：备路由引擎检测到主路由引擎异常如：复位，则切换为主路由引擎，转至步骤902。

若主路由引擎异常，则其复位后自动成为备路由引擎。

备路由引擎可通过以下方式发现主路由引擎异常：

方式一、主、备路由引擎周期性地向对方发送在位消息，若备路由引擎在一个周期内未收到主路由引擎发来的在位消息，则确定主路由引擎异常。

方式二、主路由引擎在发生异常时向备路由引擎上报中断信号，备路由引擎收到该中断信号，确定主路由引擎异常。

在实际应用中，转发引擎也可能由于种种故障而无法继续工作，导致数据转发中断，为了解决该问题，本发明实施例中，在集中式转发网络设备中设置两个转发引擎A、B，当正在工作的转发引擎发生故障时，另一转发引擎可以接替该转发引擎工作。

图10为本发明实施例提供的采用转发引擎备份的集中式转发网络设备的结构图，如图10所示，转发引擎A位于第一主控板上，转发引擎B位于第三主控板上；转发引擎A通过控制接口如：GE接口与本主控板上的第二控制引擎A相连，转发引擎B通过控制接口如：GE接口与本主控板上的第二控制引擎B相连；转发引擎A、B通过背板高速总线与路由引擎34、各线卡板相连，第二控制引擎A、B通过控制接口如：GE接口与路由引擎34相连；转发引擎A、B之间无通信接口。

图11为在图10所示的集中式转发网络设备中进行转发引擎备份的流程图，如图11所示，其具体步骤如下：

步骤1101：转发引擎A、B上电，路由引擎选择其中一个转发引擎为主转发引擎，另外一个转发引擎为备转发引擎，同时将与主转发引擎位于同一主控板的第二控制引擎作为主第二控制引擎，将与备转发引擎位于同一主控板的第二控制引擎作为备第二控制引擎。

步骤1102：路由引擎将主转发引擎所在的主控板号发送给所有线卡板的第一接口转换模块。

步骤1103：各线卡板的第一接口转换模块收到主转发引擎所在的主控板号，根据该主控板号，与主转发引擎的第二接口转换模块建立连接。

步骤1104：路由引擎向主转发引擎和备转发引擎下发配置信息和转发表。

步骤1105：路由引擎确定转发表项更新，将更新的转发表项同时下发给主转发引擎和备转发引擎。

步骤1106：路由引擎确定配置信息更新，将更新的配置信息同时下发给主转发引擎和备转发引擎。

步骤1107：路由引擎监测主转发引擎、备转发引擎、主第二控制引擎、备第二控制引擎的状态。

路由引擎可通过以下方式监测主转发引擎：

方式一、路由引擎周期性地向主转发引擎发送测试数据报文，若未收到主转发引擎返回的响应报文或收到错误的响应报文，则确定主转发引擎异常。

方式二、主转发引擎复位时，通过主第二控制引擎向路由引擎上报中断信号，路由引擎收到中断信号，确定主转发引擎异常。

路由引擎监测备转发引擎的方式与监测主转发引擎的方式相同。

路由引擎可通过以下方式监测主第二控制引擎：

方式一、路由引擎周期性地向主第二控制引擎发送测试控制报文，若未收到主第二控制引擎返回的响应报文或收到错误的响应报文，则确定主第二控制引擎异常。

方式二、主第二控制引擎复位时，向路由引擎上报中断信号，路由引擎收到中断信号，确定主第二控制引擎异常。

路由引擎监测备第二控制引擎的方式与监测主第二控制引擎的方式相同。

步骤1108：当路由引擎发现主转发引擎或主第二控制引擎异常时，路由引擎进行转发引擎和第二控制引擎的主备倒换。

主备倒换过程具体为：路由引擎将第二转发引擎标识如：其所在的主控板号发送给各线卡板的第一接口转换模块，各线卡板的第一接口转换模块根据第二转发引擎标识与第二转发引擎的第二接口转换模块建立连接。

步骤1109：当路由引擎发现备转发引擎或备第二控制引擎异常时，路由引擎复位备转发引擎或备第二控制引擎。

在实际应用中，若线卡板的数目较多，则全部线卡板的数据流量都由一个转发引擎处理，则转发引擎的处理负担较重，可能会影响数据的处理效率。为解决该问题，可在集中式转发网络设备中设置两个以上转发引擎进行负载分担，提高数据处理效率。

图12为本发明实施例提供的采用转发引擎负载分担的集中式转发网络设备的结构图，如图12所示，转发引擎A位于第一主控板上，转发引擎B作为转发引擎A的分担转发引擎位于第三主控板上；转发引擎A通过背板高速总线与线卡板1～m(m＜n)相连，转发引擎B通过背板高速总线与线卡板m+1～n相连；转发引擎A、B通过背板高速总线与路由引擎34相连，转发引擎A通过控制接口如：GE接口与本主控板上的第二控制引擎A相连，转发引擎B通过控制接口如：GE接口与本主控板上的第二控制引擎B相连，第二控制引擎A、B通过控制接口如：GE接口与路由引擎34相连，转发引擎A、B之间通过背板高速总线相连。

图13为在图12所示的集中式转发网络设备中进行负载分担的流程图，如图13所示，其具体步骤如下：

步骤1301：路由引擎将所有线卡板划分给转发引擎A和转发引擎B，保存转发引擎A所在的主控板号与划分给转发引擎A的线卡板号间的对应关系，保存转发引擎B所在的主控板号与划分给转发引擎B的线卡板号间的对应关系。

步骤1302：路由引擎向各线卡板发送其所属的转发引擎所在主控板号，各线卡板的第一接口转换模块根据该主控板号，与自身所属的转发引擎的第二接口转换模块建立连接。

以下以转发引擎A为例，对数据报文的处理流程进行说明：

步骤1303：转发引擎A接收线卡板发来的数据报文。

步骤1304：转发引擎A在自身查找报文对应的转发表项，判断是否查找到，若是，执行步骤1308；否则，执行步骤1305。

步骤1305：转发引擎A将数据报文发送给路由引擎。

步骤1306：路由引擎接收数据报文，计算报文的路由，将得到的转发表项发送给转发引擎A和B，同时将数据报文返回给转发引擎A。

步骤1307：转发引擎A接收并保存路由引擎发来的转发表项，接收路由引擎发来的数据报文，查找报文对应的转发表项。

步骤1308：转发引擎A判断转发表项中的出接口号对应的线卡板是否与自身相连，若是，执行步骤1309；否则，执行步骤1310。

步骤1309：转发引擎A根据转发表项将报文转发出去，本流程结束。

步骤1310：转发引擎A将数据报文发送给转发引擎B。

转发引擎B对数据报文的处理过程与转发引擎A相同。或者，在步骤1310中，转发引擎A在将数据报文发送给转发引擎B的同时，可将报文对应的转发表项中的目的线卡板号、目的槽位号、出接口号发送给转发引擎B，这样，转发引擎B无需再进行查表操作，而可根据上述信息直接将报文转发出去。

图12、13给出的是在集中式转发网络设备中设置两个转发引擎进行负载分担的实现方案，在实际应用中，可以根据实际需要，设置三个以上转发引擎如：转发引擎1～n(n≥3)进行负载分担，每个转发引擎位于一个主控板上，该主控板上同时具有一个第二控制引擎，所有线卡板被划分为n部分，每个转发引擎与一部分线卡板相连，每个转发引擎实现负载分担的过程可由图12、13直接得到。需要说明的是，每个转发引擎需要保存自身及其它每个转发引擎的标识如：主控板号、该转发引擎的出接口信息、每个出接口对应的线卡板标识之间的对应关系，以便在转发引擎收到数据报文，并查找到报文对应的转发表项时，若发现转发表项中的出接口对应的线卡板不与自身相连，则根据所述对应关系确定出接口对应的线卡板所在的转发引擎标识，从而将数据报文转发给该转发引擎。

以上所述仅为本发明的过程及方法实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1. 一种集中式转发网络设备，其特征在于，包括：第一控制引擎、转发引擎、第二控制引擎和路由引擎，且，第一控制引擎位于线卡板上，转发引擎和第二控制引擎位于第一主控板上，路由引擎位于第二主控板上，其中：

第一控制引擎，接收控制报文或协议报文，将报文发给路由引擎；

转发引擎，接收各线卡板发来的数据报文，查找报文对应的转发表项，若找到，根据转发表项转发报文；否则，将数据报文发给路由引擎；

第二控制引擎，将路由引擎发来的转发表项下发给转发引擎；

路由引擎，当收到协议报文或数据报文时，计算报文路由，将得到的转发表项发给第二控制引擎。

2. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述第一控制引擎与路由引擎之间的接口为以太网接口；

所述第二控制引擎与路由引擎之间的接口为以太网接口。

3. 如权利要求1或2所述的网络设备，其特征在于，所述转发引擎与第二控制引擎之间的接口为以太网接口或快速外设部件互连PCIE接口或高速传输HT接口；

所述转发引擎与路由引擎之间通过背板高速总线连接；

所述转发引擎与各线卡板之间通过背板高速总线连接。

4. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述转发引擎包括：

第二接口转换模块，从线卡板与转发引擎之间的背板高速总线上提取数据报文，将报文转换成转发模块可识别的报文后发给转发模块；

转发模块，根据第二控制引擎发来的转发表项更新自身的转发表；接收第二接口转换模块发来的数据报文，查找与报文对应的转发表项，若查找到，按照转发表项将报文转发出去；否则，将报文发送路由引擎。

5. 如权利要求4所述的网络设备，其特征在于，所述转发引擎进一步包括：加密模块，用于接收转发模块发来的数据报文，对报文进行加密或解密处理，将加密或解密后的数据报文返回给转发模块。

6. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述路由引擎包括：

以太网接口扩展模块，用于扩展路由引擎的以太网接口，接收第一控制引擎发来的控制报文或协议报文，将报文发送给路由模块，将路由模块发来的转发表项下发给第二控制引擎；

路由模块，当收到以太网接口扩展模块发来的协议报文或者转发引擎发来的数据报文时，计算报文的路由，将得到的转发表项发送给以太网接口扩展模块。

7. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述路由引擎包括：

第三接口转换模块，从转发引擎与路由引擎之间的背板高速总线上提取数据报文，将报文转换成路由模块可识别的报文后发送给路由模块；

路由模块，当收到第三接口转换模块发来的数据报文或者第一控制引擎发来的协议报文时，计算报文的路由，将得到的转发表项发送给第二控制引擎。

8. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备进一步包括：位于第三主控板上的备路由引擎，且备路由引擎与所述路由引擎、第一控制引擎、转发引擎相连，

所述路由引擎将自身的配置信息和转发表项同步到备路由引擎，所述备路由引擎在发现所述路由引擎异常时，将本备路由引擎标识通知转发引擎和第一控制引擎，并开始执行所述路由引擎的功能。

9. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备进一步包括：位于第三主控板上的备转发引擎和备第二控制引擎，且备第二控制引擎与路由引擎和备转发引擎相连，备转发引擎与各线卡板和路由引擎相连，

且，所述路由引擎将配置信息、转发表项同时下发给所述转发引擎和备转发引擎，并在发现所述转发引擎或所述第二控制引擎异常时，将备转发引擎标识通知各线卡板，以便各线卡板与备转发引擎建立连接，

所述备转发引擎在所述转发引擎异常后，执行所述转发引擎的功能；

所述备第二控制引擎在所述第二控制引擎异常时，执行所述第二控制引擎的功能。

10. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备进一步包括：分别位于第3～n主控板上的分担转发引擎1～n-2、分担第二控制引擎1～n-2，且每个分担第二控制引擎分别与路由引擎相连，同时每个分担第二控制引擎与自身所在主控板上的分担转发引擎相连，每个分担转发引擎分别与路由引擎相连，且所有线卡板被划分为n-1部分，每个分担转发引擎和所述转发引擎分别与一部分线卡板相连，

所述分担转发引擎1～n-2，用于保存所述转发引擎和所有分担转发引擎的出接口信息与线卡板信息的对应关系，接收与自身相连的线卡板发来的数据报文，查找报文对应的转发表项，若找到，判断转发表项中的出接口对应的线卡板是否与自身相连，若相连，根据转发表项转发报文，若不相连，确定出接口对应的线卡板所在的转发引擎或分担转发引擎，将报文发送给所确定的转发引擎或分担转发引擎；若未找到，将数据报文发给路由引擎；

所述分担第二控制引擎1～n-2，用于将路由引擎发来的转发表项下发给与自身相连的分担转发引擎，

其中，n为不小于3的整数。

11. 如权利要求10所述的网络设备，其特征在于，所述转发引擎和分担转发引擎之间通过背板高速总线相连。

12. 如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述第一控制引擎由PowerPC系列处理器或无内部互锁流水级MIPS系列处理器，或者由集成了以太网控制器、快速外设部件互连PCIE或PCI控制器的片上系统SoC实现，

所述第二控制引擎由PowerPC系列处理器或MIPS系列处理器，或者由集成了以太网控制器、PCIE或PCI控制器的片上系统SoC实现，

所述路由引擎由PowerPC系列处理器或MIPS系列处理器，或者由集成了以太网控制器、PCIE或PCI控制器的片上系统SoC实现，

所述转发引擎由网络处理器NP或专用集成电路ASIC或多核处理器实现。

13. 一种集中式转发网络设备中的线卡板，其特征在于，包括：

报文区分模块，接收报文，检测报文是否为控制报文或协议报文，若为，将报文发送给第一控制引擎；否则，确定报文为数据报文，将报文发送给转发引擎；

第一控制引擎，接收控制报文或协议报文，将报文发送给路由引擎。

14. 如权利要求13所述的线卡板，其特征在于，所述线卡板进一步包括：第一接口转换模块，用于从本线卡板与业务接口卡相连的背板高速总线上提取报文，将报文转换成本线卡板可识别的报文后发送给报文区分模块。

15. 一种集中式转发方法，应用在权利要求1所述的集中式转发网络设备中，其特征在于，包括：

A、线卡板接收报文，判断报文是否为控制报文或协议报文，若是，通过本线卡板的第一控制引擎将报文发送给路由引擎，转至步骤C；否则，确定报文为数据报文，将报文发送给转发引擎，执行步骤B；

B、转发引擎接收数据报文，查找报文对应的转发表项，若找到，执行步骤D；否则，将数据报文发给路由引擎，执行步骤C；

C、路由引擎接收协议报文或数据报文，计算报文的路由，将得到的转发表项通过第二控制引擎下发给转发引擎，且，若报文为数据报文，将数据报文返回给转发引擎，并执行步骤D；路由报文接收控制报文，根据报文作相应控制处理，本流程结束；

D、转发引擎根据数据报文对应的转发表项，将报文转发出去。

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