CN101378344A - 互联装置、接口卡及数据流处理方法 - Google Patents

互联装置、接口卡及数据流处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能提高可同时处理的数据流容量的高安全性的网间互联装置。本发明的网间互联装置，具有：接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；高层处理卡，其进行高层的处理；卡间连接用卡，其介入这些卡之间的信息转送。接口卡具有规定两个1组的输入输出端口的信息和建立中的会话信息的设定部，另外，还具有：低层处理部；路径设定部，其关于来自某个输入输出端口的输入数据流，将同一组的其他输入输出端口设为输出端口；以及需要处理判别部，其基于输入数据流所涉及的设定会话信息，判别是否需要对输入数据流进行高层的处理，并控制针对高层处理卡的转送。

Description

互联装置、接口卡及数据流处理方法
技术领域
本发明涉及互联装置、接口卡及数据流处理方法，例如，可应用于对多个通信运营商网络(电信网)之间进行连接的网间互联装置。
背景技术
在专利文献1中记载有基于背板(back plane)的互联系统。基于背板的互联系统，具有背板，且该背板具备多条连接到用于接纳电路基板的多个插槽的跑线线迹(trace)。背板跑线线迹，以形成了从某个插槽到其他所有插槽的点间连接的方式而构成。在各电路基板上具备集线器(hub)电路，将电路基板之间，以从集线器电路到其他集线器电路的点间连接的方式连接。电路基板，通过直接连接或点间连接或间接连接，通过点间连接和集线器电路发送数据流，从而进行通信。
专利文献1:日本特开2001-356847号公报
然而，在专利文献1所记载的以往技术中，所以产生下述问题:由于点间连接经常要介入背板，所以，背板可处理的数据流容量成为瓶颈(bottle neck)，制约了可同时处理的数据流容量。
另外，构成为来自多个端口的数据流在如背板那样的共同接口部分混合那样的结构时，安全性差的问题有可能会显现出来。
因此，人们期待一种可增大可同时处理的数据流容量的、安全性高的网间互联装置、接口卡(interface board)以及数据流处理方法。
发明内容
本发明的第1技术方案为网间互联装置，其设置在自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，特征在于，具有:(1)一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；(2)高层处理卡，其进行针对数据流的高层的处理；(3)卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送，(1)上述各接口卡具有:(1-1)端口组信息设定部，其设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息；(1-2)会话信息设定部，其设定有已建立的会话所涉及的信息；(1-3)低层处理部，其进行针对数据流的低层的处理；(1-4)路径设定部，其在从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口设为该数据流所涉及的输出端口；(1-5)需要处理判别部，其通过对所输入的数据流的会话识别信息，和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，并仅在需要高层的处理时，执行针对上述高层处理卡的转送。
本发明的第2技术方案为接口卡，相当于网间互联装置中的接口卡，且该网间互联装置设置于自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，且具有:一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；高层处理卡，其进行针对数据流的高层的处理；卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送，该接口卡其特征在于，具有:(1)端口组信息设定部，其设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息；(2)会话信息设定部，其设定有已建立的会话所涉及的信息；(3)低层处理部，其进行针对数据流的低层的处理；(4)路径设定部，其在从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口设为该数据流所涉及的输出端口；(5)需要处理判别部，其通过对所输入的数据流的会话识别信息、和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，并仅在需要高层的处理时执行针对上述高层处理卡的转送。
本发明的第3技术方案为数据流处理方法，为网间互联装置中的数据流处理方法，且该网间互联设置于自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，且具有:一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；高层处理卡，其进行针对数据流的高层的处理；卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送，该数据流处理方法，其特征在于，(1)上述各接口卡具有端口组信息设定部、会话信息设定部、低层处理部、路径设定部、以及需要处理判别部，(1)上述端口组信息设定部中，设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息，并且，上述会话信息设定部中设定有已建立的会话所涉及的信息；(2)上述路径设定部，当从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口决定为该数据流所涉及的输出端口；(3)上述需要处理判别部，通过对所输入的数据流的会话识别信息、和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，在需要进行高层的处理时，除了基于上述低层处理部的低层的处理以外，还执行基于针对上述高层处理卡的转送的高层的处理，在不需要高层的处理时，仅执行基于上述低层处理部的低层的处理。
根据本发明，可提供能增大可同时处理的数据流容量的、安全性高的网间互联装置、接口卡以及数据流处理方法。
附图说明
图1是表示实施方式的网间互联装置中的接口刀片的功能构成的框图。
图2是实施方式的网间互联装置在网络上的位置的说明图。
图3是表示实施方式的网间互联装置中的功能要素的物理配置例的说明图。
图4是表示实施方式的网间互联装置中的主要的功能要素的连接关系的框图。
图中:1A、1B、1C:通信运营商网络，3:通用路由器，100:网间互联装置，101:机箱，102:背板，103-1、103-2:交换机刀片，104-1，104-2:CPU刀片，105-1～108-1、105-2～108-2、200:接口刀片(接口卡)，109-1、109-2:任选刀片，110-1、110-2:机箱管理器，201:CAM/FPGA部，202:网络处理器
具体实施方式
(A)主要的实施方式
以下，参照附图，对本发明的互联装置、接口卡以及数据流处理方法的一实施方式进行详细说明。实施方式的互联装置为通信运营商网络间互连装置(以下，称为网间互联装置)。
(A-1)实施方式的构成
图2是表示实施方式的网间互联装置100在网络上的位置的说明图。
当前，如图2所示，存在不同的通信运营商A、B、C为运营主体和经营主体的网络(例如，IP网)1A、1B、1C。某个通信运营商网络1A，可通过位于该通信运营商网络1A的终端的网间互联装置100，与其他通信运营商网络1B、1C连接，通信运营商网络1A的用户终端2A，可与其他的通信运营商网络1B、1C的用户终端2B、2C进行通信。存在于用户终端2A和网间互联装置100之间的通用路由器3，对流向其他通信运营商网络1B、1C的数据流的路径进行选择，按照所选择的路径，对输出接口进行变更。即，通用路由器3承担路径选择功能，网间互联装置100未搭载有路径选择功能。
在这里，所谓数据流是指，编码后的电子信息所涉及的通信数据流，当编码方式随通信运营商网络1A、1B、1C或用户终端2A、2B、2C的不同而不同的情况下，需要在网间互联装置100中进行变更处理，以适合目的地侧的通信运营商网络或用户终端。
利用与连接目标的通信运营商网络(通信运营商)的数量相应的多个接口，连接网间互联装置100和通用路由器3。例如，在图2的例中，由于通信运营商网络1A可连接的其他的通信运营商网络为网络1B和1C，所以，利用通信运营商网络1B所涉及的接口4B、和通信运营商网络1C所涉及的接口4C，连接网间互联装置100和通用路由器3。
通用路由器3，保存有下述信息:关于网间互联装置100中的后述的各接口刀片105-1～108-1(105-2～108-2)的各端口是否是哪个路由用的端口的信息、和哪两个端口构成1组的端口组的信息，并参照该保存信息来选择路径。
图3是表示网间互联装置100中的功能要素的物理配置例的说明图。图4是表示网间互联装置100中的主要的功能要素的连接关系的框图。图3是表示应用了ATCA(Advanced TCA)平台时的例。在图4，以从图3中的功能名中去除刀片(Blade)的字符串的方式来表述。
此外，图3和图4记载了一个机箱，不过，一般情况下，网间互联装置100具有多个机箱。
在ATCA中，规定了机箱(外框)101的形状、和插入其中的刀片(Blade)的硬件规格。背板102收纳多个刀片，并介入不同刀片之间的信息收发。在背板102上，从编号1的插槽到编号14的插槽依次插有:交换机(SW)刀片103-1、CPU刀片104-1、4个接口(IF)刀片105-1～108-1、任选(Option)刀片109-1、CPU刀片104-2、4个接口刀片105-2～108-2、任选刀片109-2、以及交换机刀片103-2。另外，在机箱101中，还收纳有2个机箱管理器(ShMM)110-1、110-2，和多个风扇部(FAN)111以及多个电源部(PEM)112。
在这里，接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2，为本发明的接口刀片的实施方式。
分别设置有两个的交换机刀片103-1及103-2、CPU刀片104-1及104-2、各接口刀片105-1～108-1及105-2～108-2、任选刀片109-1及109-2、以及机箱管理器110-1和110-2构成了如下的冗余系统，即，通过来自外部通信环境的监视装置等的控制，一方作为作用系统而发挥功能，另一方作为备用系统而发挥功能。在以下的说明中，在标记如交换机刀片103-1、103-2的地方，基本上是仅有其中的作用系统执行处理。
此外，交换机刀片103-1、CPU刀片104-1、CPU刀片104-2、以及交换机刀片103-2的插槽位置已由ATCA决定，但是，在ATCA中，其他的刀片105-1～109-1、105-2～109-2的插槽位置上可以插入任意的刀片，不过在本实施方式中，配置如图2所示那样的各刀片。在图3的例中，除交换机刀片103-1和103-2之外，将构成冗余系统的两个刀片，设置在其之间隔着5个其他刀片的位置上。
CPU刀片104-1、104-2负责该网间互联装置100整体的控制。在该实施方式中，对各接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2，设定关于数据流处理的该接口刀片的输入端口和输出端口的对应信息(路径(path)设定信息)。CPU刀片104-1、104-2，执行这种路径对应信息的设定动作。
交换机刀片103-1、103-2，负责多个刀片之间的通过背板102的数据流的交换处理。
接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2，负责使用了1～4层的信息的各种信息的转换处理等。例如，负责自己的端口编号的管理、TCP/UDP的区别、地址和端口转换、V4/V6转换等的处理。在本说明书中，“×层(×为数字)”表示ISO的OSI参考模型中的×层。
任选刀片109-1、109-2，负责只在接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2内不能进行处理的、编解码(CODEC)转换和ALG(应用级网关)功能等的上层的处理。
背板102，担任全部刀片103-1～109-1、103-2～109-2彼此之间的连接布线，如上所述，介入不同的刀片之间的信息收发。
机箱管理器110-1、110-2，进行下述管理等:对未决定插入刀片的种类的插槽插着哪种刀片等的刀片配置信息，和冗余构成的1对的刀片之中哪一个为作用系统哪一个为备用系统。
图4省略了经由背板102的连接线，表示主要的功能要素的连接关系。
接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2和任选刀片109-1、109-2分别连接到一对交换机刀片103-1及103-2。一对交换机刀片103-1及103-2相互连接。一对交换机刀片103-1及103-2构成为:处于CPU刀片104-1、104-2的控制下，另外，和机箱管理器110-1、110-2连接，能够识别与自己连接的接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2和任选刀片109-1、109-2的配置、以及作用和备用信息。CPU刀片104-1、104-2也和机箱管理器110-1、110-2连接，并且一边参照接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2和任选刀片109-1、109-2的配置、作用和备用信息，一边进行针对交换机刀片103-1、103-2的控制动作。
如果仅是地址和端口转换、V4/V6转换等1～4层的层处理(数据流处理)，则在接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2内就能处理，所以不需要通过背板102和交换机刀片103-1、103-2，提供给任选刀片109-1、109-2和CPU刀片104-1、104-2等，使其进行处理。
本实施方式，一个特征在于，将地址和端口转换、V4/V6转换等1～4层的数据流处理设为接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2内的处理(图4中的折返箭头AL表示这种情况)，在这种数据流处理中，没有通过背板102的信息收发。
接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2分别地，例如具有多个(例如8个)收纳依据千兆位以太网(1GbE:在图1中，利用其中的1000Base-T表示；以太网为注册商标)的信号线的端口，一半端口(内部侧端口)和该通信运营商网络(例如，图2的1A)的通用路由器3连接，剩余的一半端口(外部侧端口)和其他通信运营商网络(例如，图2的1B和1C)侧连接。对于从通用路由器3到其他通信运营商网络的数据流、或从其他通信运营商网络到通用路由器3的数据流进行不通过背板102的信息收发。在这里，接口刀片200的某个内部侧端口和某个外部侧端口构成一组的端口组，接口刀片105-1～108-1、105-2～108-2，从属于1组的端口组的两个端口的一方向另一方使数据流通过。
图1是表示网间互联装置100专用的接口刀片200(105-1～108-1、105-2～108-2)的功能构成的框图。
在图1中，接口刀片200的左边为具有多个(例如8个)端口的表面部，右边表示和背板102连接的背面部。背面部中的输入输出端子依据了ATCA。
接口刀片200具有CAM/FPGA(Content Addressable Memory/FieldProgrammable Gate Array)部201、网络处理器202、电源和IPMC部203等。
CAM/FPGA部201，为头信息的处理机构，换言之，作为数据流(高速数据包)的识别和重写机构而动作。例如，识别该数据流是哪个会话(呼叫)所涉及的数据流等，并根据设定进行信息转换。
网络处理器202，相当于NPU(Network Processing Unit)，担任低层的数据流处理功能，如基于1～4层的头信息的过滤(filtering)处理、频带控制功能、对数据包的标记处理、地址和端口转换功能等。
网络处理器202，保存有构成该接口刀片200的一个组的两个端口(端口组)的信息202A，并基于端口组信息202A，使数据流向与输入了数据流的输入端口构成组的端口输出。
从维护用终端，通过专用线或网络，向CPU刀片104-1、104-2提供端口组信息202A，CPU刀片104-1、104-2向相应的接口刀片200转送该端口组信息202A(当然背板102介入转送)，接口刀片200的网络处理器202，将所转送的端口组信息202A存储到内装的存储器的规定区域。
另外，网络处理器202，保存有向当前数据流的转送所提供的会话信息202B，按照该会话信息202B，判断是否仅对所输入的数据流进行4层以下的处理就可以了，是否还需要5层以上的处理。网络处理器202，当需要5层以上的处理时，通过背板102、交换机刀片103-1、103-2，向任选刀片109-1、109-2提供数据流，使之执行5层以上的处理，并通过交换机刀片103-1、103-2、背板102取入该执行处理后的数据流。
此外，有时也在5层以上的处理之后，进行一部分或全部的4层以下的处理，或者，也可以在执行5层以上的处理之前，执行一部分或全部的4层以下的处理。
另一方面，网络处理器202，在不需要基于任选刀片109-1、109-2的处理的情况下，在该卡200内将输入信号路径折返到输出信号路径上(执行4层以下的处理)。
会话信息202B，由CPU刀片104-1、104-2设定(当然背板102也介入该设定时的信息收发)。在建立会话时，如众所周知的那样，通过使用了信令(signaling)信号的协商(negotiation)，决定各种匹配和吸收不同的方法等，以使用户终端彼此能够执行通信。例如，对所应用的编码方式(编解码种类)进行匹配，但是，在不能匹配的情况下，决定在该网间互联装置100上进行编解码转换，以使在该网间互联装置100中吸收不同(在该网间互联装置100所搭载的编解码转换功能能对应的情况下)。因此，使会话建立时的信令信号构成为使其通过CPU刀片104-1、104-2，CPU刀片104-1、104-2能够决定或识别关于会话的各种转换方法等，形成提供给接口刀片200的会话信息202B。通过背板102，将这样形成的会话信息202B提供给接口刀片200，并保存在网络处理器202中。
也可以考虑利用通用CPU来代替网络处理器(NPU)202。不过，和利用通用CPU的情况相比，具有以下优点。如果应用网络处理器202，则能够避免安装通用CPU时的由于接口限制而导致的转送瓶颈、和由于通过OS核心(kernel)的处理导致的软件开销。例如，《“次世代ネツトワ—クにおける高速アドレス隐蔽機能」、沖テクニカルレビユ—/第210号Vop.74 No.2p.28、200年4月》中记载有不使用通用CPU，而使用网络处理器202的优点。
此外，接口刀片200和背板102之间的数据流的收发，通过交换接口(Fabric interface)执行，而接口刀片200和背板102之间的信令信号的收发，通过基本接口(Base interface)执行。
接口刀片200内的符号GbE表示信令信号线，符号PCI表示该刀片200内的通用接口总线(PCI总线)，在内部的信息收发中利用通用接口总线。另外，接口刀片200，具有串行接口，基于RS232C标准，连接器为9针Dsub。并且，电源和IPMC部203中的IPMC为单片CPU，是和ATCA的机箱管理器110-1、110-2进行通信的控制器。
(A-2)实施方式的动作
以下，对网间互联装置100中的接口刀片200的动作进行说明。
将内部侧端口和外部侧端口1的共计2个端口设为一组的端口组，预先通过CPU刀片104-1、104-2在接口刀片200中设定物理上哪个端口和哪个端口作为相同的端口组。
在接口刀片200中，在设定了端口组之后，从内部侧端口输入的数据流除舍弃部分之外必定输出到外部侧端口，从外部侧端口输入的数据流除舍弃部分之外必定输出到内部侧端口。此外，从网间互联装置100(的接口刀片200)中排除的路径选择功能，由通用路由器3担任。
在进行接口刀片200中的接口处理时，通过对CAM/FPGA部201所取得的会话识别信息，和会话建立时所取得并存储的会话信息进行核对，对需要进行编解码转换和相当于ALG的处理的数据流，通过背板102、交换机刀片103-1、103-2，分发给任选刀片109-1、109-2，在执行了规定的处理后，再次通过交换机刀片103-1、103-2、背板102，送回已设定端口组的原来的接口刀片200。返回的数据流，再一次经过CAM/FPGA部201和网络处理器202中的处理，输出到输出端口。
(A-3)实施方式的效果
根据上述实施方式，可以取得下述效果。
通过在接口刀片内对网络处理器的并行处理等进行研究来提高处理容量，由此，可以同时处理超过背板处理容量的数据流。例如，在可以利用1块接口刀片进行30Gbps的处理时，如果仅进行4层以下的处理就足够了的话，则在一个装置中，在无冗余的情况下可以达到最大300Gbps的数据流处理容量。上述实施方式中，由于采用冗余构成，所以可以进行上述一半左右的处理。
另外，在接口刀片中，构成为，将内部侧端口和外部侧端口的共计2个端口设为1组的端口组，从内部侧端口输入的数据流除舍弃部分以外必定输出到外部侧端口，从外部侧端口输入的数据流除舍弃部分以外必定输出到内部侧端口，由此，不会有跨越多个端口组的输入端口和输出端口的组合，能确保安全性。
(B)其他实施方式
在上述实施方式中表示了接口刀片承担的处理是4层以下，而任选刀片所承担的处理是5层以上的情况，但是也可以将处理的划分边界设置为其他层边界。另外，例如，任选刀片所承担的处理基本为5层以上，不过也可以包括4层中的TCP/UDP等输送层头的重写处理等，将接口刀片所承担的处理设为这以外的4层以下的处理。
另外，在上述实施方式中，表示了将本发明应用到通信运营商网络间互联装置中的情况，但是，本发明的网间互联装置所连接的网络，并不限定于双方都为不同的通信运营商网络，既可以只有一方为通信运营商网络，也可以双方都不是通信运营商网络。

Claims (5)

1.一种网间互联装置，设置在自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，其特征在于，
具有:
一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；
高层处理卡，进行针对数据流的高层的处理；
卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送；
上述各接口卡具有:
端口组信息设定部，其设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息；
会话信息设定部，其设定有已建立的会话所涉及的信息；
低层处理部，其进行针对数据流的低层的处理；
路径设定部，其在从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口设为该数据流所涉及的输出端口；
需要处理判别部，其通过对所输入的数据流的会话识别信息，和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，并仅在需要高层的处理时，执行针对上述高层处理卡的转送。
2.根据权利要求1所述的网间互联装置，其特征在于，
自己所属的通信网络和其他的通信网络为通信运营商网络。
3.根据权利要求1或2所述的网间互联装置，其特征在于，
上述高层处理卡进行4层以上的处理，上述低层处理卡进行4层以下的处理。
4.一种接口卡，相当于网间互联装置中的接口卡，且该网间互联装置设置于自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，且具有:一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；高层处理卡，其进行针对数据流的高层的处理；卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送，该接口卡其特征在于，
具有:端口组信息设定部，其设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息；
会话信息设定部，其设定有已建立的会话所涉及的信息；
低层处理部，其进行针对数据流的低层的处理；
路径设定部，其在从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口设为该数据流所涉及的输出端口；
需要处理判别部，其通过对所输入的数据流的会话识别信息、和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，并仅在需要高层的处理时执行针对上述高层处理卡的转送。
5.一种数据流处理方法，为网间互联装置中的数据流处理方法，且该网间互联设置于自己所属的通信网络和其他通信网络的边界，使两个通信网络相互连接，且具有:一个或多个接口卡，其具有多个输入输出端口，进行针对数据流的低层的处理；高层处理卡，其进行针对数据流的高层的处理；卡间连接用卡，其介入上述各接口卡和高层处理卡之间的信息转送，该数据流处理方法，其特征在于，
上述各接口卡具有端口组信息设定部、会话信息设定部、低层处理部、路径设定部、以及需要处理判别部，
上述端口组信息设定部中，设定有由两个输入输出端口构成组的端口组信息，并且，上述会话信息设定部中设定有已建立的会话所涉及的信息；
上述路径设定部，当从任意一个输入输出端口输入了数据流时，将与该输入输出端口同一组的其他的输入输出端口决定为该数据流所涉及的输出端口；
上述需要处理判别部，通过对所输入的数据流的会话识别信息、和由上述会话信息设定部所设定的会话信息进行核对，判别是否需要对所输入的数据流进行高层的处理，在需要进行高层的处理时，除了基于上述低层处理部的低层的处理以外，还执行基于针对上述高层处理卡的转送的高层的处理，在不需要高层的处理时，仅执行基于上述低层处理部的低层的处理。
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