CN101325551B - 一种报文处理方法和报文处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种报文处理的方法和报文处理装置，通过设置两个数据转发单元即路由单元和交换单元，分别负责不同路由接口单元以及不同交换接口之间的数据转发，并且，每个路由接口单元能够根据报文中的转发信息查找路由转发表从而确定出接口和出接口所在的路由接口单元，从而实现了广域网(WAN)接口的分布式转发，将CPU的负担分担到各路由接口单元，提高了报文的处理能力；并且，本发明中每个交换接口单元也能够根据报文中的转发信息查找二层或三层转发表从而确定出接口和出接口所在的交换接口单元，而不再单单只有硬件转发功能，并在出接口和入接口不在同一个交换接口单元时，能够通过交换单元实现了针对局域网(LAN)接口的跨板转发。

Description

一种报文处理方法和报文处理装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种融合以太网交换机和路由器功能的报文处理装置和方法。

背景技术

在当前的网络中，以太网交换机和路由器是应用较广泛的网络节点设备。以太网交换机和路由器功能不同，网络位置也不同，且在当前的组网中，通常两者需要配合使用。

路由器是工作在开放系统互连(OSI，Open System Interconnection)协议模型的第三层，具有连接不同类型的网络的能力，并能够选择数据传输路径。路由器根据接收到的数据包中的转发信息，即目的IP地址，查找路由器内部维护的路由转发表确定出接口和下一跳地址，实现数据报文的转发。路由器接口种类丰富，其提供的接口一般统称为广域网(WAN，Wide AreaNetwork)接口，主要包括：SDH承载数据包(POS，Packet Over SDH)、通道化的POS接口(CPOS，Channelized POS)、E1/T1、E3/T3、同异步串口、异步传输模式(ATM)接口、以太网接口等。一般而言，异种网络互连、多个子网互连都是通过路由器实现。路由器支持的网络协议较多，除了完成通常的报文转发外，还能实现网络地址转换、网络服务质量保证、网络流量统计、报文加密解密、网络安全隧道、网络访问控制等等。由于路由器实现的接口种类多，支持网络协议复杂，路由能力强，转发模式较多，路由器的报文转发一般由中央处理器(CPU)、多核处理器、网络处理器实现，相比较同一网络位置的以太网交换机的报文转发性能，路由器的报文转发性能较低。

以太网交换机包括二层交换机和三层交换机，二层交换机工作在OSI协议模型的第二层即数据链路层上，实现路径的选择、完成链路层数据交换。二层以太网交换机根据接收到数据报文的媒体访问控制(MAC，MediaAccess Control)地址决定转发路径，实现交换功能。二层以太网交换机提供了大量的10/100/1000Mb/s的以太网接口，二层交换机提供的以太网接口一般称为局域网(LAN，Local Area Network)接口。由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽，所以可以同时为很多端口进行数据交换，又由于二层交换机一般都含有专门用于处理报文转发的专用集成电路(ASIC，Application specific Integrated Circuit)芯片，因此转发速度可以非常快。二层交换机大量使用在小型的企业网和宽带用户接入的环境中，大型的局域网通常使用三层交换机。三层交换机是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，使用三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，揉合进去的路由功能也是为这个目的服务的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。

由以上描述可以看出，路由器和交换机的主要区别在于：路由器支持的接口类型丰富，而交换机提供单一的以太网接口；路由器大多使用软件转发，支持业务较多，而交换机则采用交换芯片进行硬件转发，速度快；路由器的路由转发表容量较大，交换机的二层或三层转发表容量较小；路由器基于软件转发，容易升级实现新的复杂的业务，交换机基于硬件转发，业务升级难。

目前的组网系统中，路由器和交换机通常是相互独立的两个设备，由二层或三层交换机做网内的交换，由路由器专门负责网间的路由工作。这样，一方面需要维护的设备较多，管理复杂；另一方面，需要分别购买不同的设备，成本较高。因此，路由器和以太网交换机的功能日趋融合将是网络设备发展的一个趋势。

目前现有技术中融合路由器和交换机功能的报文转发设备，既提供WAN接口实现WAN接口之间的报文转发，也提供LAN接口实现LAN接口之间的报文转发。图1为现有的报文转发设备的结构图，如图1所示，其中，LAN接口为交换接口，用于进行局域网内的二层报文转发，该LAN接口采用硬件转发的方式，WAN接口为路由接口，用于进行网间三层报文转发，所有WAN接口的转发处理工作都由报文转发设备的CPU完成。CPU对LAN接口和WAN接口进行配置和控制，通过PCI总线接口对WAN接口的报文进行转发处理。

图1所示报文转发设备具有以下缺点：

1、由于所有WAN接口接收到的报文都需要通过CPU进行集中式转发，因此，给CPU造成很大负担，处理性能比较低。

2、由于LAN接口为硬件转发的方式，该报文转发设备的结构不能实现LAN接口的跨板转发。

发明内容

本发明提供一种报文处理的方法和报文处理装置，以便于实现基于WAN接口的报文处理性能，并实现LAN接口的跨板转发。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种报文处理装置，该装置包括：至少一个路由接口单元、至少一个交换接口单元、路由单元和交换单元；

所述路由接口单元，用于通过广域网WAN接口接收报文，利用该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元，如果出接口所在的路由接口单元为自身，则通过确定的出接口发送该报文，否则，将确定的出接口所在的路由接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给路由单元；接收到所述路由单元发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过所述出接口发送该报文；

所述路由单元，用于接收所述路由接口单元发送来的报文，根据报文中出接口所在的路由接口单元信息，将该报文发送给对应的路由接口单元；

所述交换接口单元，用于通过局域网LAN接口接收报文，利用该报文中的转发信息查找二层或三层转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元，如果出接口所在的交换接口单元为自身，则通过确定的出接口发送该报文，否则，将确定的出接口所在的交换接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给交换单元；接收到所述交换单元发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过所述出接口发送该报文；

所述交换单元，用于接收所述交换接口单元发送的报文，根据报文中出接口所在的交换接口单元信息，将该报文发送给对应的交换接口单元。

一种报文处理的方法，应用于包含至少一个路由接口单元、至少一个交换接口单元、路由单元和交换单元的报文处理装置，该方法包括：

第一路由接口单元通过WAN接口接收到报文后，利用该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元；如果出接口所在的路由接口单元为该第一路由接口单元，则通过确定的出接口转发该报文，如果所述报文处理装置包含两个以上的路由接口单元且出接口所在的路由接口单元为第二路由接口单元，则将确定的出接口信息和出接口所在的第二路由接口单元信息封装在该报文中发送给路由单元，由所述路由单元将该报文转发给所述第二路由接口单元；所述第二路由接口单元根据接收到的来自路由单元的报文中包含的出接口信息，通过出接口发送该报文；或者，

第一交换接口单元通过LAN接口接收到报文后，利用该报文中的转发信息查找二层或者三层转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元；如果出接口所在的交换接口单元为该第一交换接口单元，则通过确定的出接口转发该报文，如果所述报文处理装置包含两个以上的交换接口单元且出接口所在的交换接口单元为第二交换接口单元，则将确定的出接口信息和出接口所在的第二交换接口单元信息封装在该报文中发送给交换单元，由所述交换单元将该报文转发给所述第二交换接口单元；所述第二交换接口单元根据接收到的来自交换单元的报文中包含的出接口信息，通过出接口发送该报文。

由以上技术方案可以看出，本发明提供的方法和装置中，设置两个数据转发单元即路由单元和交换单元，分别负责不同路由接口单元以及不同交换接口之间的数据转发，并且，每个路由接口单元能够根据报文中的转发信息查找路由转发表从而确定出接口和出接口所在的路由接口单元，而不需要像现有技术一样统一由一个CPU进行路由转发表的查找、出接口和出接口所在的路由接口单元的确定以及数据转发工作，从而实现了WAN接口的分布式转发，将CPU的负担分担到各路由接口单元，提高了报文的处理能力；并且，本发明中每个交换接口单元也能够根据报文中的转发信息查找二层或三层转发表从而确定出接口和出接口所在的交换接口单元，而不再单单只有硬件转发功能，并在出接口和入接口不在同一个交换接口单元时，能够通过交换单元实现LAN接口的跨板转发。

附图说明

图1为现有的报文转发设备的示意图；

图2为本发明实施例提供的报文转发装置的组成图；

图3为本发明实施例提供的转换单元和路由接口单元的空闲缓存地址列表结构关系图；

图4a为本发明实施例提供的转换单元对来自交换单元的报文处理流程；

图4b为本发明实施例提供的转换单元对来自路由单元的报文处理流程；

图5a为本发明实施例提供的从交换接口单元到路由接口单元方向的报文格式转换图；

图5b为本发明实施例提供的从路由接口单元到交换接口单元方向的报文格式转换图；

图6为本发明实施例的装置中主控单元的优选实例图；

图7为本发明实施例提供的控制单元的结构图；

图8为本发明实施例提供的路由接口单元的结构图；

图9为本发明实施例提供的交换接口单元的结构图；

图10为本发明实施例提供的转换单元结构图。

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。

本发明的核心思想：在融合了以太网交换机和路由器功能的报文处理装置中构建两个数据转发单元：路由单元和交换单元，路由单元连接一个或一个以上的路由接口单元，交换单元连接一个或一个以上的交换接口单元，在每个路由接口单元和交换接口单元上实现转发表的查找、出接口和出接口位置的确定功能，从而实现WAN接口和LAN接口的分布式转发和跨板转发。

下面具体对本发明进行详细描述。图2为本发明实施例提供的报文处理装置的组成图，如图2所示，其主要包括：至少一个路由接口单元200，路由单元201，至少一个交换接口单元202和交换单元203。

路由接口单元200，用于接收通过WAN接口接收到的报文，根据该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元；如果出接口所在的路由接口单元为自身，则通过确定的出接口转发该报文；如果出接口所在的路由接口单元不是自身，则将确定的出接口所在的路由接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给路由单元201。接收到路由单元201发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过对应的WAN接口发送该报文。

路由单元201，用于接收路由接口单元200发送来的报文，根据报文中的出接口所在的路由接口单元200信息，将该报文发送给对应的路由接口单元200。

其中，报文中的转发信息可以为报文的目的IP地址、或策略路由等。如果路由接口单元确定的出接口就在自身，则无需路由单元进行报文转发，如果出接口在其它路由接口单元上，则需要通过路由单元将报文转发给出接口所在的路由接口单元。本发明中的每一个路由接口单元具备了查找路由转发表、确定出接口和出接口位置的功能，并可以通过设置的路由单元来完成跨板转发，即实现了分布式报文转发，而不需要CPU参与所有报文的转发处理。需要说明的是，通常路由接口单元是以接口板的形式存在于该报文处理装置中的，因此，在本发明的所有实施例中，跨路由接口单元的报文转发也就是跨板转发。

另外，路由接口单元200在发送报文给路由单元201时，需要将该报文重新封装为路由单元201的接口协议类型后发送给路由单元201，接收到路由单元201发送的报文后，需要将报文重新封装为出接口的协议类型。其中，路由单元201的接口协议可以为PCI Express接口、Serial RapidIO接口等。

除了上述基本功能外，路由接口单元200还可以根据运营商的实际需求额外增加对报文的一些附加处理功能，例如计费功能、网络地址转换功能、加密解密功能、网络访问控制功能、流量统计功能等。

路由接口单元200中对报文的上述处理功能可以通过中央处理器、多核处理器、网络处理器等作为报文转发引擎来进行处理。

下面举一个具体的实例，例如，路由接口单元1通过自身的一个WAN接口接收到报文后，利用该报文的目的IP地址信息，查找路由转发表，如果确定该报文的出接口是自身的另一个WAN接口，如果该另一个WAN接口与接收该报文的WAN接口采用不同的接口协议，则该路由接口单元1将该报文封装为该另一个WAN接口的协议类型后，通过该另一个WAN接口将该报文发送出去，其中，如果出接口的WAN接口和入接口的协议类型不同，则交换接口单元1需要将报文重新封装为出接口协议类型后再通过出接口发送；如果确定该报文的出接口是路由接口单元2的一个WAN接口，则路由接口单元1将出接口信息和出接口所在的路由接口单元2的信息封装在该报文中，并将该报文加上路由单元的接口协议头后发送给路由单元；路由单元接收到该报文后，根据该报文中出接口所在的路由接口单元2的信息，将该报文发送给路由接口单元2；路由接口单元2接收到该报文后，剥离路由单元的接口协议头和出接口信息，将该报文重新封装为出接口的协议类型，并根据其中的出接口信息通过对应的WAN接口发送该报文。

交换接口单元202，用于通过LAN接口接收报文，根据该报文中的转发信息查找二层或三层转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元；如果出接口所在的交换接口单元为自身，则通过确定的出接口转发该报文；如果出接口所在的交换接口单元不是自身，则将确定的出接口所在的交换接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给交换单元203。接收到交换单元203发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过对应的LAN接口发送该报文。

同样，交换接口单元202在发送报文给交换单元203时，需要将报文重新封装为交换单元203的端口协议类型后发送给交换单元203，接收到交换单元203的报文后，需要将报文重新封装为出接口的协议类型后发送出去。该交换单元203的端口协议类型可以为HiGig端口、HyperG.Link等。

交换单元203，用于接收交换单元203发送来的报文，根据报文中的出接口所在的交换接口单元202信息，将该报文发送给对应的交换接口单元202。

同样，报文中的转发信息可以为报文的目的IP地址或目的MAC地址等。如果交换接口单元202确定的出接口就在自身，则无需交换单元203进行报文转发，如果出接口在其它交换接口单元上，则需要通过交换单元203将报文转发给出接口所在的交换接口单元。本发明中的每一个交换接口单元具备了查找二层或三层转发表，确定出接口和出接口位置的功能，并可以通过设置的交换单元203来完成跨板转发。同样，通常交换接口单元202是以接口板的形式存在于该报文处理装置中的，因此，在本发明的所有实施例中，跨交换接口单元的报文转发也就是跨板转发。

同样举一个具体的实例描述通过LAN接口接收到报文后的处理过程，例如，如果交换接口单元1通过一个LAN接口接收到报文后，利用该报文的转发信息即目的IP地址或MAC地址信息，查找二层或三层转发表，如果确定该报文的出接口是自身的另一个LAN接口，则该交换接口单元1通过该另一个LAN接口将该报文发送出去；如果确定该报文的出接口是交换接口单元2的一个LAN接口，则交换接口单元1将出接口信息和出接口所在的交换接口单元2的信息封装在该报文中，并将该报文加上交换单元的接口协议头后发送给交换单元；交换单元接收到该报文后，根据该报文中出接口所在的交换接口单元2的信息，将该报文发送给交换接口单元2；交换接口单元2接收到该报文后，剥离交换单元的接口协议头，将该报文重新封装为出接口的协议类型，并根据其中的出接口信息通过对应的LAN接口发送该报文。

该报文处理装置还可以包括：主控单元204和控制单元205。

其中，主控单元204，用于对上述路由单元201、交换单元203进行配置和控制，并通过控制单元205对路由接口单元200和交换接口单元202进行配置、控制和状态检测。

控制单元205，用于实现主控单元204和路由接口单元200、主控单元204和交换接口单元202之间的通信。

其中，主控单元204对路由单元201和交换单元203进行的配置主要是初始配置信息的下发。

主控单元204对路由接口单元200和交换接口单元202进行的配置可以是初始配置信息的下发，路由转发表、二层或三层转发表的同步等；对路由接口单元200和交换接口单元202进行的控制可以是热插拔控制、主备倒换控制、控制报文和协议报文的下发、接口单元状态的控制、时钟同步控制等，另外，还可以实现路由计算功能；对路由接口单元200和交换接口单元202进行的状态检测可以为：通过控制单元205收集各路由接口单元200或交换接口单元202的单板标识信息、单板状态信息等。

另外，在实际组网时，可能会出现WAN接口与LAN接口之间报文的转发，例如：该报文处理装置可能处于公司内部网络和外部网络的交界处，为内部网络提供LAN接口，为外部网络提供WAN接口，当内部网络的设备需要访问外部网络时，会需要报文处理装置将来自LAN接口的报文转发至WAN接口。鉴于诸如此类的情况，本发明实施例提供的装置还可以用于实现WAN接口与LAN接口之间报文的转发，由于路由单元201和交换单元203的接口协议类型并不相同，通常路由单元201的接口协议类型支持的报文长度比交换单元203的接口协议类型所支持的长度要小，因此，需要对这样的报文进行特殊处理，即必要的组包和切片处理。此时，该装置还可以包括转换单元206。

路由接口单元200，还用于确定出接口所在的交换接口单元202，并将出接口信息和出接口所在的交换接口单元202信息封装在报文中，并在该报文中添加交换单元203的接口协议头，按照路由单元201的接口地址顺序地将报文发送给路由单元201；从自身的空闲缓存地址列表所对应的缓存中读取报文，并按照报文中的出接口信息从相应的出接口发送该报文。

路由单元201，还用于将路由接口单元200发送的包含出接口所在的交换接口单元信息的报文，按照路由单元201的接口地址顺序地发送给转换单元206；将转换单元206发送的报文按照该报文中的出接口所在的路由接口单元信息送入相应的路由接口单元200的空闲缓存地址列表对应的缓存区。

转换单元206，用于将路由单元201发送的报文按照路由单元201的接口地址顺序进行组包后发送给交换单元203；接收到交换单元203发送的报文后，将属于同一路由接口单元的报文按照该路由接口单元的空闲缓存地址列表和路由单元201的接口协议类型进行切片，并封装为路由单元201的接口协议类型后发送给路由单元201。

在该转换单元206中会存在并实时维护跟各路由接口单元200的空闲缓存地址列表一致的空闲缓存地址列表，在接收到交换单元203的报文后，会根据该报文中出接口所在的路由接口单元200，获取该路由接口单元200的空闲缓存地址列表信息。由于路由接口单元200是按照空闲缓存地址列表的顺序读取报文并从出接口发送报文的，因此，转换单元206根据该空闲缓存地址列表进行切片，能够保证该报文转发的正确性。转换单元206中空闲缓存地址列表的维护可以通过主控单元204获取路由接口单元200中的空闲缓存地址列表信息后发送给转换单元206；也可以由路由接口单元200通过特定的控制报文将自身的空闲缓存地址列表信息发送给转换单元206，该特定的控制报文的目的地址为特殊维护地址，转换单元206接收到目的地址为特殊维护地址的报文后，不转发该控制报文，而是利用该控制报文维护自身的空闲缓存地址列表。上述转换单元206和路由接口单元200中的空闲缓存地址列表的结构关系可以如图3所示，图3中交换单元203的接口协议类型以为HiGig接口为例，路由单元201的接口协议类型以PCI-Express接口为例。

交换单元203，还用于接收转换单元206发送的报文后，按照该报文中出接口所在的交换接口单元202信息，将该报文发送给相应的交换接口单元202；接收交换接口单元202发送的包含出接口所在的路由接口单元200信息的报文，并将该报文发送给转换单元206。

主控单元204还用于对转换单元206进行初始配置和控制。

其中，转换单元针对来自不同方向的报文，其执行过程可以如图4a和图4b所示，图4a为接收到来自交换单元的报文处理过程，图4b为接收到来自路由单元的报文处理过程。在图4a和图4b的流程中，交换单元的接口协议类型为HiGig接口，路由单元的接口协议类型为PCI-Express接口。

如图4a所示，对来自交换单元的报文处理过程主要包括以下步骤：

步骤401a：转换单元接收来自交换单元的HiGig报文，确定该HiGig报文中的出接口所在的路由接口单元。

由于交换单元发送来的HiGig报文中已经携带该报文的出接口信息和出接口所在的路由接口单元信息，且这些信息被交换接口单元封装在HiGig报文头中，因此，转换单元接收到来自交换单元到HiGig报文后，从该报文的HiGig报文头中可以获取出接口所在的路由接口单元信息。

步骤402a：判断该出接口所在的路由接口单元的空闲缓存地址列表是否存在可用的地址，如果否，执行步骤403a；否则，执行步骤404a。

步骤403a：确定路由接口单元的缓存发送拥塞，丢弃该报文，结束流程。

步骤404a：根据该空闲缓存地址列表的信息对该HiGig报文进行切片处理，并封装为PCI-Express报文发送给路由单元，结束流程。

转换单元从空闲缓存地址列表中按照顺序选择一个空闲的地址封装在PCI-Express报文中，路由单元接收到该PCI-Express报文后，根据该PCI-Express报文中封装的该地址将报文送入路由接口单元中该地址所对应的缓存区。

HiGig报文中的出接口信息通常是以出接口的接口号表示，出接口所在的路由接口单元通常是以标识号(MOD ID)表示。

由于HiGig端口支持4k字节长度的报文，而PCI-Express接口支持256字节长度的报文，因此，可以将报文都切片为256字节长度，其报文格式结构转换可以如图5a所示。转换单元接收到的报文结构为：HiGig头+报文净荷，利用HiGig头中的MOD ID和出接口的接口号信息生成PCI-Express头，并将HiGig报文按照PCI-Express接口的地址顺序进行切片，然后将报文结构为PCI-Express头+报文净荷转换单元的报文发送给路由单元。

如图4b所示，对来自路由单元的报文处理过程主要包括以下步骤：

步骤401b：转换单元接收来自路由单元的PCI-Express报文。

步骤402b：转换单元判断该PCI-Express报文的目的地址是否为特殊维护地址，如果是，执行步骤403b；否则执行步骤404b。

步骤403b：转换单元根据该PCI-Express报文的内容对相应的空闲缓存地址列表进行维护，结束流程。

步骤404b：转换单元剥离PCI-Express头，并对剥离PCI-Express头的报文按照PCI-Express接口地址的顺序进行组包处理后发送给交换单元，结束流程。

上述过程的报文结构转换如图5b所示，路由接口单元将从WAN接收到的报文在转换为PCI-Express协议类型时，需要进行切片处理并加上PCI-Express头，并且在切片后的第一个报文中添加HiGig头，将出接口信息和出接口所在的交换接口单元信息封装在每一个PCI-Express头和第一个报文的HiGig头中，该第一个报文的格式为：PCI-Express头+HiGig头+报文净荷，其它报文的格式为：PCI-Express头+报文净荷。路由单元根据PCI-Express头中的交换接口单元信息将报文发送给转换单元；转换单元直接剥离PCI-Express头，并按照PCI-Express地址进行组包后，报文结构变为HiGig头+报文净荷；然后将组包后形成的报文发送给交换单元，交换单元根据HiGig头中出接口所在的交换接口单元信息将该报文发送给交换接口单元。

另外，由于该报文处理单元支持多个路由接口单元，因此，转换单元中需要维护多个路由接口单元的空闲缓存地址列表，为了使该装置具有更高的可扩展性，每个路由接口单元和交换接口单元的槽位可以任意插入路由接口单元或交换接口单元，转换单元可以为每个槽位均设置空闲缓存地址列表，当某个槽位插入路由接口单元时，使能该槽位对应的空闲缓存地址列表；当某个槽位插入交换接口单元时，禁用该槽位对应的空闲缓存地址列表。

上述主控单元可以采用通用CPU外加北桥芯片来实现，也可以实用集成内存控制器、以太网控制器、外设部件互连(PCI/PCI-E)控制器、本地总线的SoC处理器等来实现；路由单元可以采用PCI-Express交换芯片来实现，转换单元可以采用现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)芯片来实现，交换单元可以采用HiGig交换芯片来实现。主控单元、交换单元、路由单元和转换单元的优选实例结构可以如图6所示，其中的程序和逻辑用于对CPU芯片进行初始配置时使用，管理配置接口用于外部对主控单元下发控制指令时实使用。当然，其具体结构并不限于图6所示的结构。

下面分别用具体的实施例来对报文转发装置中的各单元结构进行详细描述。

图7为本发明实施例提供的控制单元的结构图，如图7所示，该控制单元可以包括：以太网交换子单元701、复用子单元702、时钟驱动子单元703、逻辑子单元704和总线驱动子单元705。

其中，以太网交换子单元701上面连接主控单元提供的百兆或千兆以太网接口，接收主控单元下发的控制报文、协议报文、配置信息，并提供给相应的交换接口单元和/或路由接口单元。

复用子单元702接收主控单元提供的I²C仲裁，并对各交换接口单元和/或路由接口单元进行信息提取和状态控制，例如，提取各交换接口单元和/或路由接口单元的单板制造信息，对各交换接口单元和/或路由接口单元进行温度监控、风扇控制，电源电压监控，MAC地址提取等。

时钟驱动子单元703将来自主控单元的时钟信号下发给各交换接口单元和/或路由接口单元，实现整个系统的时钟同步。

逻辑子单元704通过本地总线与主控单元相连，接收主控单元提供的热插拔信号、主备倒换信号、控制信号等，通过总线驱动子单元705下发给各交换接口单元和/或路由接口单元；通过总线驱动子单元705接收各交换接口单元和/或路由接口单元的单板ID、单板状态等信号提供给主控单元。

图8为本发明实施例提供的路由接口单元的结构图，如图8所示，该路由接口单元可以包括：WAN通信子单元801、报文处理子单元802和路由通信子单元803。

WAN通信子单元801，用于实现与WAN接口之间的通信，即接收通过WAN接口发送来的报文，并将该报文发送给报文处理子单元802；接收报文处理子单元802发送来的报文，通过对应的WAN接口发送出去。

该WAN通信子单元801可以为一个或一个以上，与WAN接口的数量对应。该WAN通信子单元801可以为系统包接口(SPI4.2)、10Gb独立于媒体接口(XGMII)、超线程(HT)接口、PCI Express接口或快速输入输出接口(RapidIO)等。

报文处理子单元802，用于接收到WAN通信子单元801发送来的报文后，根据该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元；如果出接口所在的路由接口单元为自身所在的路由接口单元，则将该报文发送给与出接口对应的WAN通信子单元801；如果出接口所在的路由接口单元不是自身所在的路由接口单元，则将确定的出接口所在的路由接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给路由通信子单元803；接收路由通信子单元803发送来的报文，并根据该报文中的出接口信息将该报文发送给出接口对应的WAN通信子单元801。

该报文处理子单元802可以为CPU、多核处理器、网络处理器等。

路由通信子单元803，用于将报文处理子单元802发送来的报文发送给路由单元；将路由单元发送来的报文发送给报文处理子单元。

该路由通信子单元803是路由接口单元与路由单元之间的通信接口，可以是PCI Express接口、Serial RapidIO接口等。

另外，路由接口单元还可以包括：控制通信子单元804，是路由接口单元与控制单元之间的接口，用于接收控制信息、配置信息和状态信息的上报，可以采用以太网接口。

另外，该路由接口单元还可以包括存储子单元805，用于存储路由转发表；还可以用来存储空闲缓存地址列表，该存储子单元805中还包括多个缓存区，每个缓存区与空闲缓存地址列表中的地址对应，用于缓存路由通信子单元803发送来的报文。

另外，报文处理子单元802还可以用来在确定出接口在交换接口单元时，将出接口信息和出接口所在的交换接口单元信息封装在报文中，并在该报文中封装交换接口单元的接口协议头后，按照路由单元的接口地址顺序将报文发送给路由通信子单元。

图9为本发明实施例提供的交换接口单元的结构图，如图9所示，该交换接口单元可以包括：以太网交换子单元901、PCI控制器902、管理子单元903和控制通信子单元904。

其中，以太网交换子单元901一方面提供LAN接口，另一方面提供与交换单元之间的通信接口例如HiGig接口；用于通过LAN接口接收报文，根据该报文中的转发信息，查找二层或三层转发表，确定该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元；如果出接口所在的交换接口单元为自身所在的交换接口单元，则通过确定的出接口发送该报文；如果出接口所在的交换接口单元不是自身所在的交换接口单元，则在该报文中封装出接口信息和出接口所在的交换接口单元信息，并将该报文发送给交换单元；接收交换单元发送来的报文，根据该报文中的出接口信息，通过出接口发送该报文。

另外，以太网交换子单元901在查找三层转发表过程中，如果确定该报文的出接口在路由接口单元上，则将该报文的出接口信息和出接口所在的路由接口单元信息封装在报文中，并将该报文发送给交换单元。需要说明的是：交换接口单元的三层转发表是路由接口单元的路由转发表的子集，如果以太网交换子单元901查找到出接口所在的具体路由接口单元，则将出接口和出接口所在的路由接口单元信息封装在报文中发送给交换单元；如果以太网交换子单元901不能查找到该报文的出接口信息，则可以将该报文转发到默认的路由接口单元，该路由接口单元通常为默认网关接口所在的接口单元，即将默认网关接口信息和默认的路由接口单元信息封装在该报文中发送给转发单元。

管理子单元903通过PCI控制器902对以太网交换子单元901进行二层或三层转发表的配置，利用控制通信子单元904接收到的控制信息和配置信息，对交换接口单元中的各单元进行控制和配置。

控制通信子单元904是交换接口单元与控制单元之间的接口，用于接收控制信息、配置信息和状态信息的上报，可以采用以太网接口。

另外，该交换接口单元还可以包括存储子单元905，用于存储二层或三层转发表。

图10为本发明实施例提供的转换单元结构图，如图10所示，该转换单元可以包括：路由接口适配子单元1001、路由接口缓存子单元1002、报文转发子单元1003、交换接口缓存子单元1004、交换接口适配子单元1005和报文转发表子单元1006。

路由接口适配子单元1001，用于接收来自路由单元的报文，将该报文送入路由接口缓存子单元1002的入队列；从路由接口缓存子单元1002的出队列中读取报文，加上路由单元接口协议头后，发送给路由单元。

路由接口缓存子单元1002，用于在入队列中缓存路由接口适配子单元1001发送来的报文；在出队列中缓存报文转发子单元1003发送来的报文。

报文转发子单元1003，用于从路由接口缓存子单元1002的入队列中读取报文，并判断该报文的目的地址是否为特殊维护地址，如果是，利用该报文进行报文转发表子单元1006中空闲缓存地址列表的维护，否则，剥离该报文的路由单元接口协议头，并按照路由单元接口地址的顺序进行组包处理后，送入交换接口缓存单元1004的出队列中；从交换接口缓存子单元1004的入队列中读取报文，确定该报文中的出接口所在的路由接口单元，判断报文转发表子单元1006中该路由接口单元的空闲缓存地址列表是否存在可用的地址，如果否，丢弃该报文，如果是，根据该路由接口单元中可用的地址信息对该报文进行切片处理后送入路由接口缓存子单元1002的出队列中。

需要说明的是，由于从路由单元发来的报文中，已经由路由接口单元在报文中加入了交换单元接口协议头，即该报文中包含交换单元接口协议头和路由单元接口协议头，因此，在报文转发子单元中直接剥离路由单元接口协议头即可，无需添加交换单元接口协议头。

交换接口缓存子单元1004，用于在出队列中缓存报文转发子单元1003发送的报文；在入队列中缓存交换接口适配子单元1005发送的报文。

交换接口适配子单元1005，用于从交换接口缓存子单元1004的出队列中读取报文，发送给交换单元；接收交换单元发送来的报文，将该报文发送到交换接口缓存子单元1004的入队列中。

除了上述基本功能外，路由接口适配子单元1001和交换接口适配子单元1005还可以用于完成其它物理层和数据链路层的处理，如差分驱动、串并转换、编码解码、报文错误检查、链路协商等。

报文转发表子单元1006，用于存储各路由接口单元的空闲缓存地址列表。

另外，报文转发子单元1003还可以接收主控单元发送的配置信息，根据该配置信息进行自身配置，还可以接收主控单元发送的空闲缓存地址列表信息，并根据该空闲缓存地址列表信息对报文转发表子单元1006中的空闲缓存地址列表进行维护。

由以上描述可以看出，本发明提供的方法和装置中，设置两个数据转发单元即路由单元和交换单元，分别负责不同路由接口单元以及不同交换接口之间的数据转发，并且，每个路由接口单元能够根据报文中的转发信息查找路由转发表从而确定出接口和出接口所在的路由接口单元，而不需要像现有技术一样统一由一个CPU进行路由转发表的查找、出接口和出接口所在的路由接口单元的确定以及数据转发工作，从而实现了WAN接口的分布式转发，将CPU的负担分担到各路由接口单元，提高了报文的处理能力；并且，本发明中每个交换接口单元也能够根据报文中的转发信息查找二层或三层转发表从而确定出接口和出接口所在的交换接口单元，而不再单单只有硬件转发功能，并在出接口和入接口不在同一个交换接口单元时，能够通过交换单元实现LAN接口的跨板转发。

更进一步地，本发明实施例中还通过在交换单元和路由单元之间设置转换单元，并提供了具体的实现方式使得报文的入接口和出接口分别为WAN接口和LAN接口或者LAN接口和WAN接口时，也能够实现报文的正常转发。

并且，本发明在合理实现以太网交换机和路由器功能融合的基础上，使报文处理装置具有良好的可扩展性和可升级性，减少了组网设备的种类，提高网络可维护性，降低网络管理的复杂性，降低组网费用。

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 (17)

1.一种报文处理装置，其特征在于，该装置包括：至少一个路由接口单元、至少一个交换接口单元、路由单元和交换单元；

所述路由接口单元，用于通过广域网WAN接口接收报文，利用该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元，如果出接口所在的路由接口单元为自身，则通过确定的出接口发送该报文，否则，将确定的出接口所在的路由接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给路由单元；接收到所述路由单元发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过所述出接口发送该报文；

所述路由单元，用于接收所述路由接口单元发送来的报文，根据报文中出接口所在的路由接口单元信息，将该报文发送给对应的路由接口单元；

所述交换接口单元，用于通过局域网LAN接口接收报文，利用该报文中的转发信息查找二层或三层转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元，如果出接口所在的交换接口单元为自身，则通过确定的出接口发送该报文，否则，将确定的出接口所在的交换接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给交换单元；接收到所述交换单元发送的报文后，根据该报文中的出接口信息通过所述出接口发送该报文；

所述交换单元，用于接收所述交换接口单元发送的报文，根据报文中出接口所在的交换接口单元信息，将该报文发送给对应的交换接口单元。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述路由接口单元，还用于在通过出接口发送报文之前，将报文重新封装为出接口的协议类型；在将报文发送给所述路由单元之前，将报文重新封装为所述路由单元的接口协议类型；

所述交换接口单元，还用于在通过出接口发送报文之前，将报文重新封装为出接口的协议类型；在将报文发送给所述交换单元之前，将报文重新封装为所述交换单元的接口协议类型。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：主控单元和控制单元；

所述主控单元，用于对所述路由单元和交换单元下发配置信息和控制信息，通过所述控制单元向所述路由接口单元和交换接口单元发送配置信息和控制信息，并进行状态监控。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括：以太网交换子单元、复用子单元、时钟驱动子单元、逻辑子单元和总线驱动子单元；

所述以太网交换子单元，用于接收所述主控单元下发的控制报文、协议报文、配置信息，并提供给所述交换接口单元或路由接口单元；

所述复用子单元，用于接收所述主控单元提供的仲裁信息发送给所述交换接口单元或路由接口单元；根据所述主控单元的指令对所述交换接口单元或路由接口单元进行信息提取和状态控制；

所述时钟驱动子单元，用于将来自所述主控单元的时钟信号下发给所述交换接口单元或路由接口单元；

所述逻辑子单元，用于接收主控单元提供的热插拔信号或主备倒换信号，通过所述总线驱动子单元发送给所述交换接口单元或路由接口单元；通过所述总线驱动子单元获取所述交换接口单元或路由接口单元的单板ID或单板状态，并提供给所述主控单元。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置还包括：转换单元；

所述路由接口单元，还用于确定报文出接口在交换接口单元时，将出接口信息和出接口所在的交换接口单元信息封装在报文中，并在该报文中添加所述交换单元的接口协议头和路由单元的接口协议头，按照路由单元的接口地址顺序将报文发送给所述路由单元；从自身的空闲缓存地址列表所对应的缓存中读取报文，并按照报文中的出接口信息从相应的出接口发送该报文；

所述路由单元，还用于将所述路由接口单元发送的包含出接口所在的交换接口单元信息的报文，按照路由单元的接口地址顺序发送给所述转换单元；将所述转换单元发送的报文按照该报文的出接口所在的路由接口单元信息送入相应的路由接口单元的空闲缓存地址列表对应的缓存区；

所述转换单元，用于将所述路由单元发送的报文剥离路由单元的接口协议头，并按照路由单元的接口地址顺序进行组包后，发送给所述交换单元；接收到所述交换单元发送的报文后，将属于同一路由接口单元的报文按照该路由接口单元的空闲缓存地址列表和路由单元的接口协议类型进行切片，并添加所述路由单元的接口协议头后发送给所述路由单元；

所述交换单元，还用于接收所述转换单元发送的报文，按照该报文中出接口所在的交换接口单元的信息，将该报文发送给相应的交换接口单元；接收交换接口单元发送的包含出接口所在的路由接口单元信息的报文，并将该报文发送给转换单元；

所述交换接口单元，还用于确定报文出接口在的路由接口单元时，将出接口信息和出接口所在的路由接口单元信息封装在该报文中发送给所述交换单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述转换单元包括：路由接口适配子单元、路由接口缓存子单元、报文转发子单元、交换接口缓存子单元、交换接口适配子单元和报文转发表子单元；

所述路由接口适配子单元，用于接收来自所述路由单元的报文，将该报文送入路由接口缓存子单元的入队列；从路由接口缓存子单元的出队列中读取报文，发送给所述路由单元；

所述路由接口缓存子单元，用于在入队列中缓存路由接口适配子单元发送来的报文，在出队列中缓存报文转发子单元发送来的报文；

所述报文转发子单元，用于从所述路由接口缓存子单元的入队列中读取报文，并判断该报文的目的地址是否为特殊维护地址，如果是，利用该报文进行报文转发表子单元中空闲缓存地址列表的维护，否则，剥离该报文的路由单元接口协议头，并按照路由单元接口地址的顺序进行组播处理后，送入交换接口缓存子单元的出队列中；从交换接口缓存子单元的入队列中读取报文，确定该报文中的出接口所在的路由接口单元，判断报文转发表子单元中该路由接口单元的空闲缓存地址列表是否存在可用的地址，如果否，丢弃该报文，如果是，根据该路由接口单元中可用的地址信息对该报文进行切片处理，加上路由单元接口协议头后送入路由接口缓存子单元的出队列中；

所述交换接口缓存子单元，用于在出队列中缓存报文转发子单元发送的报文，在入队列中缓存交换接口适配子单元发送的报文；

交换接口适配子单元，用于从交换接口缓存子单元的出队列中读取报文，发送给交换单元；接收交换单元发送来的报文，将该报文发送到交换接口缓存子单元的入队列中；

所述报文转发表子单元，用于存储各路由接口单元的空闲缓存地址列表。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述路由接口单元，还用于生成目的地址为特殊维护地址的报文，在该报文中携带自身的空闲缓存地址列表信息，通过所述路由单元发送给所述路由接口适配子单元；或者，

所述主控单元，还用于获取路由接口单元的空闲缓存地址列表信息，并将该空闲缓存地址列表信息发送给所述报文转发子单元；所述报文转发子单元根据所述主控单元发送的缓存地址列表信息对所述报文转发表子单元中的空闲缓存地址列表进行维护。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述路由接口单元包括：至少一个WAN通信子单元、报文处理子单元、路由通信子单元和控制通信子单元；

所述WAN通信子单元，用于通过WAN接口接收报文，并将该报文发送给所述报文处理子单元；接收所述报文处理子单元发送来的报文，通过对应的WAN接口发送出去；

所述报文处理子单元，用于接收到所述WAN通信子单元发送的报文后，根据该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元；如果出接口所在的路由接口单元为自身所在的路由接口单元，则将该报文发送给与出接口对应的WAN通信子单元；如果出接口所在的路由接口单元不是自身所在的路由接口单元，则将确定的出接口所在的路由接口单元信息和出接口信息封装在该报文中发送给所述路由通信子单元；接收路由通信子单元发送来的报文，并根据该报文中的出接口信息将该报文发送给出接口对应的WAN通信子单元；

所述路由通信子单元，用于将所述报文处理子单元发送来的报文发送给路由单元，将路由单元发送来的报文发送给所述报文处理子单元；

所述控制通信子单元，用于接收所述控制单元发送来的控制信息和配置信息，并将自身的状态信息发送给所述控制单元。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述交换接口单元包括：以太网交换子单元、外设部件互连PCI控制器、管理子单元和控制通信子单元；

所述以太网交换子单元，用于通过LAN接口接收报文，根据该报文中的转发信息，查找二层或三层转发表，确定该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元；如果出接口所在的交换接口单元为自身所在的交换接口单元，则通过确定的出接口发送该报文；如果出接口所在的交换接口单元不是自身所在的交换接口单元，则在该报文中封装出接口信息和出接口所在的交换接口单元信息，并将该报文发送给交换单元；接收交换单元发送来的报文，根据该报文中的出接口信息，通过出接口发送该报文；

所述管理子单元，通过所述PCI控制器对所述以太网交换子单元进行二层或三层转发表的配置和状态信息的统计，利用所述控制通信子单元接收到的控制信息和配置信息，对交换接口单元中的各单元进行控制和配置；

所述控制通信子单元，用于接收所述控制单元发送的控制信息和配置信息，并将所述管理子单元统计的状态信息发送给所述控制单元。

10.一种报文处理的方法，其特征在于，应用于包含至少一个路由接口单元、至少一个交换接口单元、路由单元和交换单元的报文处理装置，该方法包括：

第一路由接口单元通过WAN接口接收到报文后，利用该报文中的转发信息查找路由转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的路由接口单元；如果出接口所在的路由接口单元为该第一路由接口单元，则通过确定的出接口转发该报文，如果所述报文处理装置包含两个以上的路由接口单元且出接口所在的路由接口单元为第二路由接口单元，则将确定的出接口信息和出接口所在的第二路由接口单元信息封装在该报文中发送给路由单元，由所述路由单元将该报文转发给所述第二路由接口单元；所述第二路由接口单元根据接收到的来自路由单元的报文中包含的出接口信息，通过出接口发送该报文；或者，

第一交换接口单元通过LAN接口接收到报文后，利用该报文中的转发信息查找二层或者三层转发表，确定转发该报文的出接口和出接口所在的交换接口单元；如果出接口所在的交换接口单元为该第一交换接口单元，则通过确定的出接口转发该报文，如果所述报文处理装置包含两个以上的交换接口单元且出接口所在的交换接口单元为第二交换接口单元，则将确定的出接口信息和出接口所在的第二交换接口单元信息封装在该报文中发送给交换单元，由所述交换单元将该报文转发给所述第二交换接口单元；所述第二交换接口单元根据接收到的来自交换单元的报文中包含的出接口信息，通过出接口发送该报文。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一路由接口单元、第二路由接口单元、第一交换接口单元和第二交换接口单元在通过出接口发送报文之前还包括：将报文封装为所述出接口的协议类型；

所述第一路由接口单元在发送报文给所述路由单元之前还包括：将报文封装为所述路由单元的接口协议类型；

所述第一交换接口单元在发送报文给所述交换单元之前还包括：将报文封装为所述交换单元的接口协议类型。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述报文处理装置还包括转换单元；该方法还包括：所述第一路由接口单元如果确定出接口所在的接口单元为第一交换接口单元，则将出接口信息和出接口所在的第一交换接口单元信息封装在报文中，并在该报文中添加所述交换单元的接口协议头和路由单元的接口协议头，按照路由单元的接口地址顺序将该报文发送给所述路由单元；所述路由单元确定该报文中包含出接口所在的第一交换接口单元信息后，将该报文发送给转换单元，由所述转换单元剥离路由单元的接口协议头，并按照路由单元的接口地址顺序进行组包后发送给交换单元；所述交换单元将所述转换单元发送的报文发送给所述第一交换接口单元，由所述第一交换接口单元将该报文封装为出接口的协议类型后，利用所述出接口发送该报文；或者，

所述第一交换接口单元如果确定出接口所在的接口单元为第一路由接口单元，则将出接口信息和出接口所在的第一路由接口单元信息封装在报文中，并将该报文封装为交换单元的接口协议类型后，发送给所述交换单元；所述交换单元确定该报文中包含第一路由接口单元信息后，将该报文发送给转换单元；所述转换单元将该报文按照第一路由接口单元的空闲缓存地址列表和路由单元的接口协议类型进行切片，并添加所述路由单元的接口协议头后发送给所述路由单元，由所述路由单元将该报文转发给第一路由接口单元；所述第一路由接口单元按照该报文中的出接口信息，从所述出接口发送该报文。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述将该报文按照第一路由接口单元的空闲缓存地址列表和路由单元的接口协议类型进行切片，并添加所述路由单元的接口协议头具体为：从所述转换单元中存储的第一路由接口单元的空闲缓存地址列表中提取空闲的缓存地址，将报文切片为路由单元的接口协议类型所支持的长度，为该报文封装路由单元的接口协议头，并将提取的空闲的缓存地址携带在该路由单元的接口协议头中；

所述路由单元将该报文转发给第一路由接口单元具体为：所述路由单元按照所述报文中封装的空闲缓存地址，将该报文送入所述第一路由接口单元的该空闲缓存地址所对应的缓存中；所述第一路由接口单元从该缓存中读取该报文。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，从所述转换单元中存储的第一路由接口单元的空闲缓存地址列表中提取空闲的缓存地址之前还包括：所述转换单元判断所述第一路由接口单元的空闲缓存地址列表中是否还存在可用的地址，如果否，则丢弃交换单元发送来的所述报文，如果是，则继续执行从所述转换单元中存储的第一路由接口单元的空闲缓存地址列表中提取空闲的缓存地址的步骤。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述第一路由接口单元将自身的空闲缓存地址列表信息携带在以特殊维护地址为目的地址的报文中，通过路由单元发送给所述转换单元；

在所述转换单元剥离路由单元的接口协议头之前还包括：所述转换单元判断路由单元发送来的所述报文的目的地址是否为特殊维护地址，如果是，则利用该报文的内容对该转换单元存储的第一路由接口单元的空闲缓存地址列表进行维护，否则，继续执行所述转换单元剥离路由单元的接口协议头的步骤。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述报文处理装置中的控制单元对所述第一路由接口单元、第二路由接口单元、路由单元、转换单元、交换单元、第一交换接口单元或第二交换接口单元中的一种或任意组合进行配置和控制。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述控制单元获取所述第一路由接口单元的空闲缓存地址列表信息并发送给所述转换单元，所述转换单元利用所述第一路由接口单元的空闲缓存地址列表信息对自身存储的第一路由接口单元的空闲缓存地址列表进行维护。

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