CN101461165A - 实现网络单元体系结构中的冗余度的方法及设备 - Google Patents

Abstract

网络单元包括多个输入/输出卡(IOC)、多个数据路径服务卡(DSC)以及配置成能够有选择地把IOC中的每个与DSC中的每个互连的至少一个交叉点交换卡(XPC)。实现所有IOC与DSC之间的全互连性允许网络单元中更大的备份选择。另外，网络单元配置成使XPC能够得到备份，从而消除作为网络单元中的潜在单一故障源的XPC。

Description

实现网络单元体系结构中的冗余度的方法及设备

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求2004年4月12日提交的美国临时专利申请No.60/561379的优先权，还要求2004年5月10日提交的美国临时专利申请No.60/569717的优先权，以及还要求2004年12月29日提交的美国实用新型申请No.11/025815的优先权，通过引用将它们每个的内容结合于本文中。

技术领域

[0002]本发明涉及通信网络，更具体来说，涉及用于实现网络单元体系结构中的冗余度的方法及设备。

背景技术

[0002]数据通信网络一般包括耦合在一起并且配置成相互传递数据的多个路由器和交换机。这些装置在本文中称作“网络单元”。通过经由采用光纤、铜或其它金属线或无线信号形成的一个或多个通信链路在网络单元之间传递诸如分组、帧、信元或段之类的协议数据单元，经由数据通信网络传递数据。具体的分组当通过网络在其源与其目的地之间传播时通过多个通信链路由多个网络单元来处理。

[0003]图1说明一个示例通信网络，其中，局域网10通过网络单元12连接到具有互连高速网络单元18的高速通信链路16的另一个网络域14。若干网络单元可根据它们在网络上的预计使用而以相似或不同的方式来实现。虽然图1是通信网络的较简单呈现，但实际上，网络可能相当复杂。如图2所示，多个网络单元一般共同包含在通信中心内，并且可安装在机架系统19中，或者可能是独立的。

[0004]随着通信网络的大小和复杂度增加，对网络单元的要求同样增加到给定网络单元可配置成每秒处理多个兆兆位数据的程度。为了适应这种增加的数据业务量，用于实现网络单元的内部体系结构已经随时间改变。一般来说，网络单元具有控制平面和数据平面。控制平面控制网络单元的整体操作，而数据平面则配置或优化成代表网络单元来处理数据业务。例如，典型的数据平面包括配置成与通信链路接口的电路，以便例如从通信链路接收物理信号、从物理信号提取数据、执行噪声减小和其它信号处理功能，以及可选地把所接收信号组成分组或位和字节的其它逻辑关联。这种类型的初始处理将称作I/O处理。

[0005]另外，典型的数据平面将处理数据的分组或帧，以便使那些分组/帧被交换或转发到一个或多个通信链路上。这种附加处理将称作数据路径服务处理，它可包括从与分组关联的首标或标签提取信息或者可能需要的或希望结合分组/帧或者分组/帧流来执行的其它功能。

[0006]前一代网络单元以及某些现有网络单元采用功能卡，其中，I/O处理功能以及数据路径服务功能在同一个网卡上执行。网卡或本文所使用的术语“功能卡”一般由在其中实现处理电路的印刷电路板组成。功能卡以与存储卡被插入计算机主板大致相同的方式被插入连接器平面。图3说明在网络单元的后部(本文称作背面22)插入连接器平面的一组功能卡20，以及图4说明在网络单元的中部(本文称作中间平面24)插入连接器平面的一组功能卡。

[0007]随着网络数据速率增加以及处理电路领域得到发展，采用集成功能卡开始显示出缺陷。例如，由于在卡的前缘可用于支撑线路连接器的有限空间，给定功能卡仅可容纳到物理通信链路、如光纤和有线连接的有限数量的连接。随着处理技术提高、板上的数据路径服务处理电路进步，使得比可通过这种有限数量的连接器连接到功能卡能够处理更多业务。因此，采用集成功能卡要求网络单元的数据路径服务方面被过度构建。

[0008]为了解决这个问题，开发一种体系结构，其中，不同的功能卡用来实现I/O和数据路径服务功能。配置成执行输入和输出功能的功能卡在本文中将称作IOC，以及配置成执行数据路径服务功能的功能卡在本文中将称作DSC。这种体系结构被广泛采用，以及许多大网络单元现在包括多个IOC、多个DSC以及可选地包括诸如服务器卡之类的一个或多个其它功能卡，全部通过中间平面或背面互连。中间平面和背面在本文中将共同称作“连接器平面”。在中间平面体系结构中，IOC一般从网络单元前面被插入中间平面前面的连接器，以及DSC和其它处理卡从网络单元后面被插入中间平面后面的连接器。另外，如图5所示，功能卡可能是诸如卡26之类的全高卡或者诸如卡28之类的部分高度卡。

[0009]除了增加网络单元处理增加的数据量的能力之外，还希望增加网络单元的可靠性。进行这种操作的一个方式是提供冗余功能卡，使得在IOC或DSC其中之一出故障时，另一个IOC或DSC可自动用来代替它，直到出故障的IOC或DSC能够被替换为止。额外的IOC或DSC在本文中将称作“备用”功能卡。具有专用备件的功能卡将称作“1:1”方式备份，而由单功能卡备份的一组功能卡将称作“1:n”方式备份。

[0010]在传统的网络单元中，通过中间平面或背面的路径是固定的，使得要求特定IOC连接到特定DSC，反之亦然。这个结果通过连接器平面上的迹线的设计来控制。这种体系结构的结果在于，可执行的备用的数量和类型以及可实现的功能卡互连方式受到中间平面或背面设计的限制。

[0011]避免这种性质的限制的一种方式是经由连接器平面提供网络单元中所有功能卡之间的全网状互连性。但是，这种解决方案不能良好地缩放。具体来说，如果要求连接器平面具有把每个功能卡连接到其它每个功能卡的迹线，则中间平面上的迹线数量大约为n²，其中n为功能卡的数量。因此，虽然这个解决方案可在存在有限数量的功能卡的情况中行得通，但是随着网络单元上使用的功能卡数量增加，创建能够提供IOC与DSC之间的全网状互连性的中间平面或背面变得极困难且最终成本过高。

[0012]在授予Bradbury等人的标题为“Redundancy CrossbarCard”的美国临时专利申请No.60/402761中描述了提供更大互连性而无需实现全网状中间平面体系结构的一种尝试，其中，两个交叉点交换器用来互连线路卡和加速卡组。在Bradbury体系结构中，线路卡分为两组，其中一半线路卡连接到一个交叉点交换器，而另一半则连接到另一个交叉点交换器。加速卡同时连接到两个交叉点交换器。

[0013]虽然Bradbury体系结构允许1:1或1:n方式的加速卡备用，但是它不允许线路卡以类似方式备用。具体来说，由于各线路卡仅连接到一个交叉点交换器，因此那个交叉点交换器的故障将导致所有关联线路卡的故障。为了防止这种性质的故障影响通过网络单元的业务，要求Bradbury的体系结构中的保护卡通过连接到另一个交叉点交换器的线路卡来备用。具体来说，为了避免交叉点交换器变为网络单元中的单故障点，要求来自一组线路卡的线路卡由另一组中的线路卡来备份。这对可实现备份的方式进行限制，并且还限制了网络单元上可活动的卡的数量，因为一半线路卡必须保留作为备用线路卡。因此，希望提供一种网络单元体系结构，它能够实现网络单元的功能卡之间的更多互连。

发明内容

[0014]本发明通过提供用于在网络单元体系结构中的功能卡级实现全冗余度的方法及设备来克服这些及其它缺点。根据本发明的一个实施例，网络单元包括多个输入/输出卡(IOC)、多个数据路径服务卡(DSC)以及配置成能够有选择地把IOC的每个与DSC的每个互连的至少一个交叉点交换卡(XPC)。实现所有IOC与DSC之间的全互连性允许网络单元中更大的备份选择。另外，根据本发明的另一个实施例，可提供至少一个附加XPC，以及网络单元配置成使XPC以及IOC和DSC能够得到备份。

附图说明

[0015]通过所附权利要求中的细节来阐明本发明的特点。在附图中举例说明本发明，附图中相似的参考标号表示相似单元。以下附图公开本发明的各种实施例，仅用于说明的目的而不是要限制本发明的范围。为了清楚起见，并非可在每个附图中标记每一个组件。附图中：

[0016]图1是包括网络单元的通信网络的一个实例的原理框图；

[0017]图2是共同容纳在机架中的多个网络单元的正视图；

[0018]图3是连接到背面的功能卡的透视图；

[0019]图4是连接到中间平面的功能卡的透视图；

[0020]图5是连接到中间平面的不同高度的功能卡的透视图；

[0021]图6是根据本发明的一个实施例、连接到中间平面的功能卡的示例选择的原理框图；

[0022]图7是原理框图，说明根据本发明的一个实施例、可用于把功能卡与一个或多个交叉点交换器互连的中间平面上的信号路径；

[0023]图8是根据本发明的一个实施例的IOC与DSC之间的信道的原理框图；

[0024]图9是根据本发明的一个实施例的交叉点交换器的原理框图；

[0025]图10是原理框图，说明根据本发明的一个实施例在网络单元中的IOC、XPC和DSC的互连；

[0026]图11是原理框图，说明输入/输出卡(IOC)经由冗余交叉点交换器与数据路径服务卡(DSC)的互连；

[0027]图12是根据本发明的一个实施例配置成实现数据平面中的全冗余度的网络单元的原理框图；

[0028]图13是原理框图，说明根据本发明的一个实施例可采用冗余交叉点交换器体系结构进行的示例互连；

[0029]图14a-14c是原理框图，说明根据本发明的一个实施例在网络单元的数据平面中的IOC的1:1、1:n和m:n备份；

[0030]图15是原理框图，说明根据本发明的一个实施例在网络单元的数据平面中的交叉点交换卡和IOC的备份；

[0031]图16是原理框图，说明根据本发明的一个实施例实现网络单元的数据平面中的IOC、DSC和XPC的备份的功能卡的互连；以及

[0032]图17是原理框图，说明根据本发明的一个实施例在网络单元中的IOC与DSC之间可能的备份组合。

具体实施方式

[0033]以下详细说明提出了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员知道，即使没有这些具体细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细说明众所周知的方法、过程、组件、协议、算法及电路，以免影响对本发明的理解。

[0034]如下面更详细所述，本发明的方法及设备在网络单元体系结构中的功能卡级实现全冗余度。根据本发明的一个实施例，网络单元包括多个输入/输出卡(IOC)、多个数据路径服务卡(DSC)以及配置成能够有选择地把IOC的每个与DSC的每个互连的至少一个交叉点交换卡(XPC)。实现所有IOC与DSC之间的全互连性允许网络单元中更大的备份选择。另外，网络单元可配备一个以上XPC，并且配置成还使XPC能够得到备份。

[0035]图6说明根据本发明的一个实施例连接到中间平面的多个功能卡。如图6所示，输入/输出卡(IOC)30和数据路径服务卡(DSC)32采用连接器平面和一个或多个交叉点交换器(XPC)34互连，使得经由网络单元中的任何XPC，任何IOC可连接到其它任何IOC，任何IOC可连接到任何DSC，以及任何DSC可连接到其它任何DSC。另外，如下面更详细所述的这种性质的体系结构的实现还实现网络单元中的IOC、服务器卡和DSC的1:1、1:n和m:n备份。m:n备份在本文中用来表示两个或两个以上功能卡可用作一组其它功能卡的备件的情况。另外，如图6所示，提供具有IOC和DSC到各XPC的全互连的冗余XPC实现XPC的1:1或1:n备份，以便使冗余度能够提供给交叉点交换器以及网络单元中的其它功能卡。

[0036]在图6所示的实施例中，中间平面已经用于把功能卡连接到一起。本发明不限于这种方式，因为也可使用背面。本发明也不限于采用所述数量的功能卡的实施例，因为许多类型和数量的功能卡可用于网络单元中。

[0037]图7说明示例中间平面中使冗余XPC能够与冗余IOC和DSC结合使用的互连。如图7所示，各IOC经由第一迹线(实线)连接到第一XPC，并经由第二迹线(虚线)连接到第二XPC。XPC经由加粗实线35所表示的多个迹线互连，它可用来帮助IOC和DSC的互连，下面进行更详细论述。XPC配置成经由从该XPC延伸到另一个功能卡的迹线把信号从IOC卡交换到另一个IOC或者交换到DSC。例如，假定在IOC1所接收的信号要传送到DSC3。因此，来自IOC1的信号经由连接器平面中的迹线从IOC1传送到XPC之一，通过XPC交换，以及经由连接器平面上的迹线输出到适当的DSC。

[0038]通过采用XPC在连接器平面上的迹线之间传送信号，可实现所有功能卡的全互连，而无需中间平面具有在每个功能卡之间的n2条迹线。而是可以仅采用连接器平面上大约n条迹线，并且使信号两次通过中间平面—一次从IOC到XPC，一次从XPC到DSC，来实现全网状互连性。

[0039]如图7所示，功能卡、如IOC和DSC可具有到中间平面的多个连接。例如，在所述实施例中，IOC各具有三对单向链路(各对链路中的一个从IOC到中间平面传送数据，以及各对链路中的另一个从中间平面到IOC传送数据)，其中各链路能够以高达3.125或其它方便的线路速率来传送数据。本发明不限于用于实现本发明的一个实施例的具体链路速度。各DSC类似地采用在类似带宽工作的12对单向链路连接到连接器平面。采用12对链路把DSC连接到中间平面允许更大数量的IOC连接到DSC的每个，从而减少网络单元中所需的DSC的数量。

[0040]在图7所示的实施例中，IOC可通过使XPC把三个链路上的信号引导到不同的功能卡来连接到一个以上DSC。因此，在把IOC连接到连接器平面的三个链路中第一个上传送的一组信号可由第一DSC来处理，在三个链路中第二个上的第二组信号可由第二DSC来处理，以及在三个链路中第三个上的第三组信号可由第三DSC来处理。这允许可由给定IOC、因而由网络单元处理的通信类型方面的更大灵活性。例如，基于SONET的分组(POS)业务可发送给一个DSC，ATM业务可发送给另一个DSC，以及第三类型的业务可发送给另一个DSC。虽然本文已经描述了在其中三对链路用于把IOC连接到连接器平面的一个实施例，但是本发明不限于这种方式，因为任何数量的链路可用于把IOC连接到连接器平面。类似地，本发明不限于采用十二对链路连接到连接器平面的DSC，因为其它数量的链路可用来连接网络单元的这些组件。

[0041]在所述实施例中，由于各IOC具有到连接器平面的3个链路，以及各DSC具有到连接器平面的12个链路，因此各DSC可处理一个与十二个IOC之间的业务。为了增加这个数量，从DSC到连接器平面的链路数量可增加，或者来自多个IOC的业务可在被传送到该DSC之前在另一个IOC上聚集。例如，来自若干IOC的业务可发送到另一个IOC，经过聚集，并采用单链路从那个IOC转发给DSC。利用这种性质的单级压缩允许36个IOC连接到一个DSC，只要IOC和DSC按照上述方式连接，并且还只要在网络单元中有36个IOC连接到指定DSC。

[0042]允许多个IOC连接到任何给定DSC的一个优点在于，SONET网络中的自动保护交换(APS)可在DSC而不是在IOC上执行，它降低了让处理特定SONET环的业务的IOC连接在一起的需要。

[0043]为了了解这个优点，参看图7并且对于这个实例假定SONET环通过IOC1和2规定是有用的。在SONET网络中，SONET环具有围绕环延伸的保护和工作光纤，以及环上的网络单元始终在工作以及保护路径上传送业务，以便加速路径之间的保护交换。在接收侧，SONET业务根据环的状态从工作光纤或保护光纤拉开。这种选择的一个方面称作自动保护交换(APS)。

[0044]按照惯例，为了允许SONET交换机中的IOC备份，IOC在物理上链接在一起，以及业务的入局SONET流之一的APS选择由IOC执行。根据本发明的一个实施例，通过允许各IOC连接到任何任意DSC，APS交换而是可由DSC而不是IOC来执行，以便允许给定DSC选择入局SONET流之一，使得组成SONET环的光纤可归属不同的IOC，而无需IOC分别互连。

[0045]图7的网络单元还可包括配置成在网络单元上提供服务的一个或多个IOC服务器卡。例如，服务器卡可处理要通过网络输出的业务，例如对业务加密、复制业务或者以其它方式变更数据的内容。例如，服务器卡可执行网络单元的安全性、VPN及其它服务。也可执行其它服务，本发明不限于实现服务的这些具体选择的实施例。

[0046]图8说明根据本发明的一个实施例在网络单元中的IOC和DSC之间延伸的信道。如图8所示，信道包括包含分组、信元、帧或其它协议数据单元在内的数据业务以及配置成使控制消息能够在IOC与DSC卡之间传递的控制业务。根据本发明的一个实施例，业务(例如SONET、以太网和/或TDM业务)端接于IOC并在IOC的成帧器上组成分组或帧。分组或帧则通过信道传递到DSC用于处理和/或交换。以分组格式在IOC与DSC之间传递数据允许网络单元在按分组而不是另一个聚集、如STS-1的基础上处理业务，以便取得对于通过网络传递的业务的控制的更精细粒度。但是，本发明不限于在按分组的基础上执行功能的一个实施例，因为也可采用处理数据业务的其它方式。

[0047]各XPC34包含统计上配置的全网状交叉点交换器，它提供输入与输出端口之间的点对点互连。由于输入和输出端口连接到连接器平面上的迹线，因此交叉点交换器允许连接器平面上的任两个迹线被连接，从而使任两个功能卡被互连。XPC的一个实例如图9所示，但是，本发明不限于这种类型的XPC，因为可开发许多类型的XPC和类似配置的交换体系结构。提供输入与输出之间的点对点连接的操作提供比其中只有一个输入在给定时间可通过传输机构传送的另一种体系结构、如总线更快的互连。同样，静态配置的点对点交叉点交换器36比动态交换结构的价格更低。因此，在一个实施例中，XPC可用来提供IOC与DSC之间的初始互连性。如以下所述，网络单元可在处理分组的后一级采用交换光纤，它可包括非阻塞动态交换结构，以便在IOC上的端口之间交换信号。因此，交叉点交换器用于互连IOC和DSC以用于网络单元的前端中的初始分组处理没有排除这种性质的交换器用于在后一级交换信号。

[0048]如图9所示，XPC卡包括一个或多个交叉点交换器36以及配置成使交叉点交换器能够被控制以便有选择地互连输入和输出端口的控制电路38。XPC的操作的控制一般使互连由输入线与输出线之间的结点处的锁存机构40来进行。在所述实施例中，激活的锁存机构表示为实心方块，以及不活动锁存机构表示为空心方块。

[0049]XPC可由控制程序经由接口42来访问。但是，XPC描述为是静态的，输入和输出端口的连接可在组件出故障时随时间改变，以便允许备份在网络单元上进行以及允许配置变更在网络单元上实现。因此，术语“静态”暗示每当新数据分组将由交叉点交换器处理时不改变的连接。

[0050]交叉点交换器除了是全网状之外，还是无阻塞的，使得到达输入端的信号没有被阻止到达其输出目的地。可用于实现本发明的一个实施例的若干市场销售的交叉点交换器由MindSpeed^TM、具体为MindSpeed^TM M21151交叉点交换器和MindSpeed^TM M21156交换器制作，但是，也可采用由MindSpeed^TM或另一个制造商制作的其它交叉点交换器、如M21131和M21136交叉点交换器。这些所述交换器都是144x1443.2Gbps交叉点交换器，其中一种包括采用集成锁相环的时钟数据恢复，其中另一种则没有包括。本发明不限于采用这种大小的交换器或者具有这些具体特征的交换器的体系结构，因为许多不同的交叉点交换器可用来实现本发明的实施例。

[0051]图10说明本发明的一个实施例，在其中，提供一个具有两个交叉点交换器的XPC以便使IOC之间以及DSC之间的互连性能够被建立。在图10所示的实例中，说明和描述了IOC、XPC和DSC的具体数量。本发明不限于这个具体实例，因为可采用许多不同数量的这些功能卡，而没有背离本发明的范围。具体来说，在图10所示的实例中，网络单元包括24个IOC、具有两个交叉点交换器的一个XPC以及8个DSC。各IOC采用三个双向链路或者总共六个连接被连接到XPC。各DSC采用12个双向链路或者总共24个连接被连接到XPC。XPC上的交叉点交换器相互连接，以便允许IOC连接到其它IOC而无需经过DSC，以及允许DSC连接到DSC而无需通过IOC。更具体来说，在这个实例中，交叉点交换器-1配置成使用72个输入连接来服务于自24个IOC中每个的3个链路，以及使用96个输出连接来服务于至8个DSC中每个的12个链路。交叉点交换器-2类似地配置成使用96个输入连接来服务于自8个DSC中每个的12个链路，以及使用72个连接来服务于至24个IOC中每个的3个链路。剩余链路(从交叉点交换器-2到交叉点交换器-1的72个输入链路以及从交叉点交换器-1到交叉点交换器-2的48个链路)用来分别提供DSC-DSC连通性以及提供IOC到IOC连通性。在这个所述实施例中，需要总共168个输入和输出线来提供IOC与DSC之间的全连通性。由于可用交叉点交换器仅有144个输入和输出线，因此，两个交叉点交换器用来提供一个交叉点卡上的全互连性。当开发更大的交叉点交换器时或者如果需要更少的输入和输出线，则单交叉点交换器可用来实现XPC中的连通性。

[0052]图11说明示例网络单元的数据平面44。如图11所示，IOC 30经由连接器平面连接到一个或多个交叉点交换器34，它们把信号从IOC 30交换到一个或多个DSC 32。交叉点交换器34可能全部是活动的并且处理网络单元上的业务，或者，交叉点交换器之一可被保留并且仅在工作交叉点交换器之一出故障时被激活。在所述实施例中，有两个交叉点交换器。本发明不限于这种方式，因为也可使用两个以上交叉点交换器。根据本发明的一个实施例，每一个IOC连接到XPC中的至少一个，以及所有DSC同样连接到那个XPC，以便实现网络单元上的IOC与DSC之间的全互连。

[0053]在所述实施例中，IOC采用三对链路连接到每个交叉点交换器。由于XPC之一对于具体IOC是活动的，因此，到另一个XPC的链路在需要之前保持不活动。在所述实施例中，链路中的两个连接到第一DSC，以及来自第一IOC的链路中的第三个连接到第二IOC。类似地，来自第二IOC的链路连接到第二DSC。任何实现也许是可能的，本发明不限于这个具体所述的实例。为了简洁起见，并非XPC所实现的所有连接均在图11中示出。

[0054]由DSC所接收的信号经过处理并传递到交换结构46，以便在网络单元上的接口之间交换。交换结构46可能是动态非阻塞交换结构体系结构。交换结构是本行业众所周知的，并且任何传统的交换结构可用于在网络单元上的不同接口之间交换分组。在从交换结构到IOC的反向路径上，分组将采用反向路径，首先横穿DSC，然后通过交叉点交换器之一，最后经过格式化以便由IOC中的一个或多个进行传送。

[0055]配置成采用这种性质的数据平面的网络单元的一个实例如图12所示。如图12所示，网络单元包括配置成处理网络上的数据业务的数据平面44以及配置成使网络单元的高层控制能够进行的控制平面48。在所述实施例中，数据业务在IOC 30上接收，并且通过中间平面24中的链路传送到控制IOC 30与DSC 32之间的互连的XPC 34中的一个或多个。DSC 32接收数据业务，并对所接收数据业务执行分组处理。

[0056]在图12所示的示例数据平面44中，在用于从可用链路选择一个或多个活动链路的交叉点复用器50上所接收的业务被传递到入口ASIC 52。入口ASIC由对数据执行数据路径服务操作的入口网络处理器54来支持。可选地，可以提供存储器56，以便存储由入口网络处理器54执行的数据和指令。然后，数据被准备以便转发到交换结构接口58。

[0057]数据分组或其它逻辑关联则被传递给交换结构接口58，在交换结构46中交换，并在通过DSC的反向路径上经过附加处理。例如，在所述实施例中，出口ASIC 60接收分组，除去增加了开销的部分，以便使数据能够通过交换结构。可选地，附加后交换处理可经由出口ASIC 60及关联出口网络处理器62对数据执行。已处理数据则被传递到控制链路的选择的出口交叉点复用器64，以便使数据经由一个或多个XPC传递到适当的IOC。在DSC中的后交换处理之后，分组经由中间平面传递到交叉点交换器，在其中它们被送往适当的输出IOC。

[0058]网络单元的控制平面配置成控制网络单元的操作，以及提供对外部世界的接口，从而允许网络单元由网络管理器控制。在所述实施例中，控制平面包括运行使控制操作能够在网络单元上执行的控制逻辑68的处理器66。例如，控制逻辑68可包括软件子例程以及其它程序，以便使网络单元能够参与通信网络上的信令70、路由选择72以及其它协议交换74。本发明不限于控制平面48的任何具体实现，因为许多控制平面可与本文所述的数据平面体系结构结合使用。

[0059]根据本发明的一个实施例，控制逻辑配置成实现交叉点控制过程76，以便使交叉点交换器能够编程为把具体IOC与其它IOC互连，把IOC与具体DSC互连，互连DSC，以及以其它方式控制网络单元的数据平面上的功能卡的互连。如图12所示，XPC控制可与DSC、XPC和IOC进行通信，以便允许这些组件得到关于哪些链路将用来传递数据以及连接器平面上的哪些迹线将被互连的指示。例如，如以上结合APS交换所述，多个IOC可向具体DSC传送数据流。交叉点控制过程76可用来指示DSC关于12个可用链路中的哪一个当前是活动的、当前活动链路中的哪些用来承载业务以及哪些链路在逻辑上绑定在一起。类似配置信息也可经由交叉点控制过程提供给XPC和IOC卡。这些及其它控制功能可经由交叉点控制过程来实现，并且本发明不限于具体列出的控制功能。

[0060]控制指令可在网络单元的控制平面上的控制过程与采用专用控制线上的带外信令实现控制指令的功能卡之间传递，如图12所示。这些控制线允许控制平面建立IOC与DSC之间的连接，并且通知组件关于可能改变功能卡之间进行通信的方式的故障和其它事件。

[0061]或者，控制程序可与功能卡的子集进行通信，并且使功能卡能够采用带内信令相互通信，以便以分布方式实现系统的控制。例如，控制子系统可与DSC进行通信，并且使DSC采用专有或开放源协议控制IOC的操作。在这个实例中，根据本发明的一个实施例，IOC的管理由驻留在DSC上的控制处理器来处理。连接到DSC的IOC则由其控制处理器来管理。专有协议支持分组(入口和出口方向)以及控制消息的传输。这些控制消息可与数据一起带内传输，如上所述以及结合图8所示。

[0062]根据本发明的一个实施例，可用来实现DSC对IOC的控制的一个协议包括三种类型的控制消息：命令消息、应答消息和事件消息。命令消息从DSC上的控制处理器发送到其指定IOC。应用消息从IOC发送到其指定DSC上的控制处理器。这些消息响应命令消息而产生。事件消息从IOC发送到其指定DSC上的控制处理器，并且一般因IOC上出现的本地事件、如中断或超时而产生。虽然已经描述了专有协议，但其它协议也许能够用于在IOC与DSC之间经由XPT进行通信。

[0063]协议可通过多种方式用于使IOC和DSC能够共同合作。例如，DSC可指示IOC停止在特定链路上传送数据以及在另一个链路上开始传送数据。IOC可在完成指令时对DSC输出响应。主机消息的这些协议交换在IOC与DSC之间的数据信道上实现，以便防止在这些组件之间需要重复控制和数据路径。

[0064]图13说明本发明的一个实施例的框图，在其中，IOC在XPT的控制下经由中间平面连接连接到DSC。应当注意，结合此图，中间平面连接是在网络单元的中间平面上形成的实际物理串行连接。因此，来自IOC的信号通过中间平面上的第一组串行连接传递到XPC，在XPC交换到中间平面上的其它串行连接，以及通过相同中间平面上的那些第二串行连接传递到目标DSC。以上详细论述了中间平面连接。

[0065]如图13所示，IOC包括IOC交叉点(XPT)接口块。IOCXPT接口负责各种I/O总线协议通过1-m高速串行链路的传输。IOC交叉点接口块接收命令消息，与IOC上的处理电路接口以便实现命令，以及向DSC发出应答消息。IOC XPT块78还在IOC上出现事件时产生事件消息。在IOC XPT块78上所接收的IOC控制消息被提取并在IOC上本地消耗。

[0066]DSC包括DSC XPT接口块80，它负责分组和控制消息通过1-n高速串行链路的传输。它产生用于传送给IOC的消息，并接收来自IOC的应答和事件消息。

[0067]XPC由软件、如XPT控制软件来控制，以便提供IOC与DSC之间的正确互连。如上所述，XPC包括XPT I/F 42，以便允许它接收来自控制平面48的配置输入。

[0068]图14-16说明可采用本文所述的前端来实现的若干保护方案。如图14所示，采用交叉点交换器34来引导给定DSC 32与备选IOC 30之间的业务，IOC的1:1和1:n备份是可行的。如上所述，这可允许APS交换例如经由APS MUX 80在DSC上而不是在IOC 30上发生，从而允许SONET系统中的IOC备份。在不需要DSC在SONET环境中工作的情况中，这个功能可被禁用。在图14中，IOC 30的每个表示为配置成实现四个OC-12接口。本发明不限于这种方式，因为IOC可按照任何预期线路速率来实现任何预期数量的接口。

[0069]IOC经由中间平面链路84连接到XPC，并且由XPC交换到其它中间平面链路86，以便到达预期DSC 32。DSC具有配置成有选择地使业务在备用IOC之一上是活动的XPC复用器。在所述实例中，图14a中的顶部IOC已经被指定为活动IOC，以及底部IOC已经被指定为备用IOC。图14b和图14c说明类似的系统，但图14b说明1:n备份，以及图14c说明m:n备份。

[0070]图15说明本发明的一个实施例，在其中，XPC得到备份以及IOC得到备份。XPC的备份允许XPC在XPC中出现故障时被替换，从而增加网络单元的可靠性。由于各XPC是无阻塞的并且提供所有输入与所有输出之间的全网状连通性，各XPC能够处理IOC与DSC之间的通信。因此，根据一个实施例，一个XPC或XPC的给定子集可处理IOC与DSC之间的所有连通性，同时允许备用XPC保持空闲。在一个备选实施例中，备用XPC可配置成在没有XPC遇到故障时处理业务，以及负荷可在XPC之一出故障时重新分配到无故障XPC。

[0071]图16说明本发明的一个实施例，在其中，DSC、XPC和IOC均得到备份。这允许DSC在DSC上出现故障时被替换。如图16所示，DSC XPT Mux允许具体XPC被选择用于在IOC与DSC之间传送信号。DSC的选择可通过把XPT编程为把信号从给定IOC传送到多个DSC，并且控制DSC使一个作为缺省DSC工作以及使另一个作为备用DSC，使得那个DSC仅在缺省DSC出故障时处理信号来进行。或者，XPT可配置成把信号从所选IOC传送到给定DSC，以及在通知主DSC出故障时把信号从所选IOC传送到另一个给定DSC或一组另外的DSC。备份DSC的其它方法也许是可行的，以及本发明不限于实现备用DSC之间控制的变化的实际方式。

[0072]例如，图17说明可在网络单元中实现的备份的若干各种组合。如图17所示，IOC的备份与备份DSC的方式无关，使得备份情况的多个组合可能出现。具体来说，如图17所示，1:1、1:n和m:n备份可在IOC侧进行，同时在DSC侧采用1:1备份。类似地，1:1、1:n和m:n备份可在IOC侧进行，同时在DSC侧采用1:n备份或者在DSC侧采用m:n备份。因此，IOC和DSC的备份不是相互关联的，因为可出现任何预期备份实现。IOC和DSC的备份还与XPC的任何预期备份无关，如以上更详细所述。

[0073]控制平面程序可通过计算机软件来实现，并且由网络单元上的一个或多个CPU接管。或者，控制平面可在网络单元的外部实现，以及控制信息可经由连接到专用管理端口的通信系统、如网络管理系统传递到数据平面。

[0074]如上所述的功能可实现为一组程序指令，它们存储在网络单元内的计算机可读存储器中，并且在网络单元内的一个或多个处理器上运行。但是，本领域的技术人员非常清楚，本文所述的所有逻辑可采用分立组件、诸如专用集成电路(ASIC)之类的集成电路、与诸如现场可编程门阵列(FPGA)或微处理器之类的可编程逻辑装置结合使用的可编程逻辑、状态机或者包括它们的任何组合的其它任何装置来实现。可编程逻辑可能是暂时或永久固定在诸如只读存储器芯片、计算机存储器、盘或其它存储介质之类的实体介质中。可编程逻辑还可固定在以载波体现的计算机数据信号中，从而允许可编程逻辑通过诸如计算机总线或通信网络之类的接口来传送。所有这类实施例预计落入本发明的范围之内。

[0075]应当理解，本文进行的描述要由本发明的方法执行的功能的所有功能陈述可由利用本领域的技术人员已知的子例程和其它编程技术实现的软件程序来执行。或者，这些功能可通过硬件、固件或者硬件、软件和固件的组合来实现。因此，本发明不限于具体实现。

[0076]应当理解，附图中所示以及说明中所述的实施例的各种变更和修改可在本发明的精神和范围内进行。因此，以上描述中包含以及附图中所示的所有事项应当被解释为说明性而不是限制性的。本发明仅由以下权利要求及其等效物所定义的内容来限制。

Claims (16)

1.一种网络单元，包括：

多个输入/输出卡(IOC)；

多个数据路径服务卡(DSC)；以及

至少第一交叉点交换卡(XPC)，配置成能够有选择地把所述IOC中的每个与所述DSC中的每个互连。

2.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，还包括配置成动态互连所述DSC的输出的交换结构。

3.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，还包括配置成有选择地把所述IOC中的每个与所述DSC中的每个互连的第二XPC，所述第二XPC形成所述第一XPC的备用XPC。

4.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，IOC的第一子集是工作IOC，IOC的第二子集是备用IOC。

5.如权利要求4所述的网络单元，其特征在于，备用IOC配置成以m:n方式为工作IOC备份。

6.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，DSC的第一子集是工作DSC，以及DSC的第二子集是备用DSC。

7.如权利要求6所述的网络单元，其特征在于，备用DSC配置成以m:n方式为工作DSC备份。

8.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，XPC还配置成能够有选择地把IOC与其它IOC互连。

9.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，XPC还配置成能够有选择地把DSC与其它DSC互连。

10.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，网络单元是SONET交换机，以及自动保护交换(APS)在DSC上执行。

11.如权利要求10所述的网络单元，其特征在于，在SONET环上使用的第一光纤归属于第一IOC，SONET环上使用的第二光纤归属于第二IOC，以及DSC使APS能够在第一与第二IOC之间执行。

12.如权利要求1所述的网络单元，其特征在于，还包括第二XPC，所述第一XPC具有第一组输入和第一组输出，所述第二XPC具有第二组输入和第二组输出，多个所述第一输出连接到多个所述第二输入，以及多个所述第二输出连接到多个所述第一输入。

13.一种用于网络单元的网络体系结构，包括：

控制平面；以及

数据平面，所述数据平面具有多个功能卡，以及交叉点交换结构具有有选择地把所述功能卡中的任一个与所述功能卡中的其它任一个互连的能力。

14.如权利要求13所述的网络体系结构，其特征在于，交叉点交换结构包括冗余交叉点交换器。

15.如权利要求13所述的网络体系结构，其特征在于，数据平面包括具有在功能卡与交叉点交换结构之间延伸的多个迹线的中间平面，但是没有提供功能卡之间的直接网状互连性的直接迹线。

16.一种在具有以任何至任何的方式连接的输入/输出卡(IOC)和数据服务卡(DSC)的网络单元中实现自动保护交换的方法，所述方法包括以下步骤：

在多个独立和非互连IOC上接收SONET业务流；以及

选择业务流之一用于在与所述多个IOC联络的DSC上处理。

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