CN101510827B - 路由交换装置、方法及在路由交换装置中更新业务的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种在路由交换装置中更新业务的方法，路由交换装置包括：构件层和承载层，构件层包括复数个构件；承载层包括复数个微型路由器，管理服务器，包括管理单元和发送单元，管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，包括步骤：所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被接入，或移除，则相应更新所述构件的功能与地址之间的映射关系。本发明实施例显著地提高了路由交换技术可扩展性。

Description

路由交换装置、方法及在路由交换装置中更新业务的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及路由交换装置、方法及在路由交换装置中更新业务的方法。

背景技术

随着制造工艺的不断进步，系统设计的规模越来越大，开发难度和时间也随之增加，使得对系统设计者的要求越来越高。技术进步迫使不断缩短系统的开发周期。

在传统系统设计中，采用的是上层业务驱动底层的构件和构架的开发方式，其结构图可以参考图1和图2所示。传统的系统结构中，上层业务和底层硬件紧耦合，当系统所支持的上层业务发生变化以后，往往会造成整个系统平台需要重新进行设计，而且前后开发的可继承性相对较差，造成本设计的可复用性和可移植性比较差。产生以上问题的根源在于系统上层功能、底层构件以及架构(构件之间的互连关系)设计三者之间高度耦合，缺乏有效的层次结构划分。

由于系统设计中涉及多个构件，而且构件之间存在关联性，即构件之间可能会进行通信。通信功能存在于构件功能设计中，将造成设计构件时不只设计其为完成某种业务处理功能的部分，构件与其它构件的互连互通信部分也是构件设计考虑的重点。在构件通信功能设计时，必须考虑与其他构件互连时选择何种通信接口以及相关的通信协议。这种设计方式使得各构件的设计不独立，如果不知道其他系统内构件的通信接口和通信协议，就无法实现与其他系统或者构件的对接。相应地，由于目前的系统多由各个公司在保密的情况下独立设计的。所以，现有的系统结构不利于多个主体之间并行独立开发，不利于加快开发进度，并可能会造成不同主体生产的构件由于接口不统一而无法复用。

而且，现有网络都是面向业务驱动，即上层业务和网络承载是一种紧耦合的关系。网络设备提供商根据现有的业务设计并制造相应的网络设备，并提供给网络运营商。如果新的业务需求不断涌现，那么每当出现一项新业务，都须由网络运营商向原设备提供商提出新的技术需求，再由原设备提供商对设备进行升级或改造，甚至可能重新设计新的路由交换平台。而这是一个长期的过程，原因在于底层网络设备的业务支持能力远远滞后于上层业务的发展所造成的。因此，面对不断演进的用户业务以及用户服务的多样性需求，现有的路由交换设备的设计以及交付模式已经越来越难以适应运营商的要求。

再者，现有系统结构下，路由器体系结构普遍采用分布式转发，集中交换网络互连的体系结构，如图3所示，这种体系结构是固定的紧耦合结构，不利于各模块间的独立发展；集中式的交换结构还常常存在单点故障。这种紧耦合的体系结构可扩展性差，增加新的业务时，必须由原设备提供商对其板卡进行改造或重新设计，从而造成网络设备的升级改造远远滞后于上层业务发展，并对上层业务的推广造成负面影响。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：

由于现有技术中底层的构件与支持上层业务的承载网络之间是紧耦合关系，构件同时包含通信功能和业务处理功能，系统上层功能、底层构件以及架构(构件之间的互连关系)设计三者之间高度耦合，缺乏有效的层次结构划分。如果要扩展功能，就需要不仅仅重新设计构件，还需要将构件有紧耦合关系的其他组成部分一并修改，甚至完全重新设计，导致构件功能的可扩展性差，构件的复用程度低。

发明内容

有鉴于此，本发明一个或多个实施例的目的在于提供一种路由交换装置、方法及在路由交换装置中更新业务的方法，以提高构件功能的可扩展性。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种路由交换装置，包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的数据应当流向的下一个地址。

还提供了一种路由交换方法，路由交换装置包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法应用于所述路由交换装置中，包括步骤：

所述构件根据所述处理路径指示信息，将处理完毕的所述分组数据包向所述下一个地址发送。

还提供了一种在路由交换装置中更新业务的方法，所述路由交换装置包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法包括步骤：

在所述承载层的微型路由器新插入构件或移除构件或屏蔽构件；

所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被接入，则所述管理单元根据所述响应报文获取所述接入构件的功能与地址后，建立所述构件的功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息；或

所述管理服务器未从所述移除构件或所述屏蔽构件收到探测报文的响应报文，则删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中，通过提供了一种基于柔性承载层的规模可扩展、功能可重构的路由交换平台设计技术，将传统的路由交换设备的线卡、转发、交换、控制四大部分，从业务和承载分离的角度，将其功能抽象为两层，即构件层和承载层。通过承载层提供的互连互通平台，各构件以离散化的方式接入到承载网络中。通过构件管理服务器管理各构件的业务与地址的映射关系，并维护不同包的处理对象、流经的业务构件以及构件地址之间的三者的绑定关系，构件管理服务器随后向各构件发送该构件所需支持的包业务以及处理后的下一构件目的地址。当构件处理完该业务包以后，将其发送至下一构件作下一步处理。构件功能之间以及构件与承载网络之间相互独立，利于构件和承载网络的独立演进发展，并利于第三方的独立开发。由于各构件之间的相互独立的方式整合为一个物理实体，方便部件的组装和拆卸，同时有利于在网络交换设备中删除原有业务构件或更新、增加新业务构件。构件层是路由交换设备中的构件的集合，包括接入构件，主要完成线卡输入输出功能，转发构件，安检构件和深度检测构件等构件，以后不断演进或添加的新构件也可以与以前的构件一样加入到承载层网络中。通过选择不同的构件接入到网络中，就可以支持不同的上层业务处理功能。

构件的独立开发演进有利于构件设计的多元化，使路由交换设备的构件由不同的第三方公司生产，设备提供商或网络运营商都可通过采购第三方的构件组装成不同功能的网络设备，打破网络设备只能由几家大公司提供的垄断局面。由于现有的网络设备的紧耦合关系，使得网络设备的设计必然以大而全的形式出现。而网络设备的构件化设计降低了制造网络设备的门槛，有利于小公司从事专业化的构件设计，避免了小公司无法承受的大而全的全套网路设备设计，从而形成大小企业同台竞争的局面，最终带来网络设备的制造成本大幅下降。本发明实施例中所采用的即插即用的构件组装机制，类似于计算的硬件外设，基于标准化设计，通过自己开发或购买相应的构件产品，然后组装为复杂功能的路由交换设备。

本发明实施例中的承载层负责各构件的组织互联机制，实现各构件之间的互联互通。承载网络实时维护构件状态，主要包括构件的异常错误上报、构件功能重启等。承载网络负责构件之间的通信连接，当分组的源和目的构件已知以后，必须经由承载网络，从这一构件到另一构件。构件管理服务器是负责业务层的管理，包括业务处理流程的先后顺序，以及构件的注册和管理等。组织互联机制是指各构件之间的组织连接关系，并根据构件的需求将其信息传送到指定的目的构件，微型路由器并不关心所传送信息的内容，因而通信承载网络具有很强的通用性和可复用性。由于构件以离散化的方式接入到通信承载网络，利用承载网络的路由能力，只需在消息中附带目的构件信息，承载网络中的各路由节点根据目的信息决定其传输路径。数据处理过程中的中间构件，通过改变目的地址实现流经不同构件，从而实现处理流程的可重构性。

为了应对不断演进的新兴业务，通过将路由交换平台设计中的构件应用层的设计和承载层的设计进行分离，使上层构件的演进与承载层无关联。在此设计原则下，当系统的某上层功能业务发生变化以后，只有其所对应的构件的功能需要更新、添加或删除，对其他构件以及负责构件通信的承载层无影响。前期设计的其他构件和通信承载功能可以被复用，使前期已验证的系统架构可在后续的一系列产品中沿袭，从而节省了构件和通信承载网络的开发时间。引入业务和承载分离，通过制定标准化的互联接口，向第三方公司定制并购买相应的构件，然后业务构件以即插即用的方式接入承载层。当构件通过网络接口接入承载网络时，向承载网中构件管理服务器发送注册信息，包括其所支持的功能以及接入地址，接入地址为构件在承载网络接口接入的地址。构件管理服务器也是支持即插即用的构件，其主要功能负责建立其它构件的功能和地址的映射关系，当有构件接入承载网络时，构件向构件管理服务器注册本构件的功能和地址，构件管理服务器记录并维护本映射关系，并向构件发送相关业务处理路径指示，用于指示流入构件的数据包被处理完以后，下一步将送入哪个构件。构件管理服务器可以视为具有特殊功能的构件，承载网络只是为其提供通信功能，按照分组数据的源和目的地址进行传输。构件存储从构件管理服务器发送来的处理路径指示，然后对流经的数据包进行处理，并根据路径指示决定处理后的数据包送往下一构件，主要通过在数据包的帧头的目的地址写入所需输入的目的构件的地址来实现。当构件管理服务器发现某构件被移除出承载网络时，管理服务器从其维护的映射表中删除本构件功能与地址映射关系。

通过引入构件应用层和承载层，使原路由交换平台的线卡、转发、交换、控制以及其他功能进行分解，通过接入底层的通信承载网实现互联，不需要像图1所示现有技术的结构那样。无须考虑构件间如何实现互连的问题，使构件的开发相互独立，从而为构件的复用提供了可能。在构件设计中不涉及互联方面的考虑，就必须将原构件设计中的通信功能和业务功能分离，降低各构件开发的耦合度。

通过遵循标准的通信接口，实现构件设计和承载层设计间的独立开发，提高了构件的开发效率。将构件的通信功能从其功能设计中分离，将构件的通信功能融合到承载层设计中，从而形成基于可复用、可扩展的基于更高层次的通信架构的路由交换平台设计。承载层互联多个构件(线卡、转发、交换、控制)，构件间以分组的方式交互信息时，构件根据从构件管理服务器发送的路径指示，在其内部维护各业务包与下一目的构件的映射关系。构件根据输入的业务包类型，映射关系中的下一目的构件，将处理后的业务包发送给下一构件。发送业务包时，源构件只需在其传送的消息中附带目的构件的地址，分组信息通过其通信接口接入通信承载网络，分组信息进入通信承载网络以后，不必关心数据如何传送到目的构件，数据传输过程通过承载层具体的通信协议机制实现。为了屏蔽各异构构件对于承载层的差异并实现高效的构件重用，引入了标准化的通信接口(Communication Interface，CI)。CI是构件与通信网络间的互连接口，负责将构件所传数据格式与承载层上所传递的数据包格式进行转换，即以承载层内部的网络数据包封装构件间的数据传输。CI在承载层具有地址信息，构件通过CI接入网络时，构件的地址信息即为其接入的CI接口的地址信息，并向构件管理服务器注册其功能和地址。当构件被移除出承载网络时，构件管理服务器将原构件的功能和地址的绑定关系删除。当又有新构件在本CI接口接入时，在构件管理服务器重新建立新的映射关系。从上可以看出，承载网络与构件之间无固定的绑定关系，通过构件管理服务器的映射表管理构件的接入和移除，而且构件管理服务器作为独立的功能实体，也利于独立发展，方便升级改造。更高层次的承载层涉及到标准的接口定义以及多层次的通信协议，这些都可作为可复用的基本单元。在承载层设计中引入标准的通信接口，构件的接口设计遵循该标准即可连接到通信网络中。更高层次的承载层的复用将极大提高平台的设计效率，减少验证构件之间的通信功能。当平台所支持的上层的业务发生变化以后(例如：接入发生变化；主控需要升级等)，其对应的构件将需要进行更新，此时只需要替换该构件；当产生新业务时(例如：在转发功能基础上加入安检、数据包深度处理等功能)，通过在承载层接入新的构件，通过更改中间处理构件的目的地址，从而引导数据在构件间的流向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示，是现有技术中以通信架构为中心的平台设计的结构示意图；

图2所示，是现有技术中以上层业务驱动的系统设计流程示意图；

图3所示，是现有技术中紧耦合的互联结构示意图；

图4所示，是本发明实施例中高可扩展的通信网络结构示意图；

图5所示，是本发明实施例中基于坐标轴的XY维序路由结构示意图；

图6所示，是本发明实施例中业务构件接入通信承载网的逻辑抽象3D显示结构示意图；

图7所示，是本发明实施例中业务构件的动态载入结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的路由交换装置包括承载层和构件层，承载层可以基于板级设置，承载层用于为包含复数个构件的构件层提供各个构件之间的通信联络，构件层包括复数个具有各种应用功能的构件。如图4所示，是本发明实施例中的承载层的网络拓扑示意图，在实际应用中承载层的网络拓扑并不仅限于图示结构，也可采用基于总线的互连方式，可根据实际的应用场合改变其拓扑结构。承载层可以包括：微型路由器(mini_Router)，在图4及其他附图中以带圆圈的R来表示；预留给具有各种功能的构件(Component)插入的通信接口(Communication Interface，CI)，以及相邻的两个微型路由器之间的物理链路通道(Channel)组成。

在基于网络的构件互连架构中，微型路由器是承载层的重要组成部分，其主要作用是为各个构件之间的数据交互提供通信支持。微型路由器可以采用小规模的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)来实现。FPGA具有硬件可编程的特点，便于以后路由协议的更改。

下面，首先介绍本发明实施例所提供的路由交换装置，如图4和图6所示，包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件，以CI表示构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，微型路由器以带圆圈的R来表示，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接，CHANNEL表示物理链路通道；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的数据应当流向的下一个地址。

其中，在所述的路由交换装置中，所述复数个构件的功能不同。

其中，在所述的路由交换装置中，所述复数个构件中部分构件的功能相同。

如果所述复数个构件的功能不同，说明每个构件完成不同的功能，相反，如果所述复数个构件中部分构件的功能相同，则说明可以针对某些功能重要的构件，对其进行适当的备份，在主用的构件出现故障时，由功能相同的其他构件替代其工作。

其中，在所述的路由交换装置中，所述微型路由器可以是现场可编程门阵列FPGA。

其中，在所述的路由交换装置中，所述物理链路通道为数据总线。

当数据总线作为物理链路通道时，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

其中，在所述的路由交换装置中，所述路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。关于XY算法，可以见后面图5及其详细介绍。本发明实施例还可以采用其他的路由算法进行处理。具体的算法选择没有超出本发明实施例的保护范围。

其中，在所述的路由交换装置中，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被移除或屏蔽，则所述管理单元删除所述构件的功能与地址之间的映射关系。

其中，在所述的路由交换装置中，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件是新插入的构件，则所述管理单元为所述构件建立功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息。当然，还可以采用构件插入以后主动向管理服务器报告所在地址的地址及其功能，实现在管理服务器上主动注册的效果。

本发明实施例具有如下技术效果：

面对不断演进的新兴业务，具有很强的可扩展性和适应能力。针对以上矛盾，基于设计复用的平台化技术成为提高设计生产率的一种有效途径，通过不断提升可复用的设计元素的层次，提高可复用设计单元的电路规模，避免了系统全部重新设计所带来的冗长的调试验证过程，使系统的开发过程变成基于构件的组装生产过程，从而有利于加快产品的开发进度；由于构件先前已被验证，保证了系统组装的正确性，而且同一构件若被复用多次，将降低构件的开发成本，利用构件的专业化设计与制造。

本发明实施例还提供了一种路由交换方法，所述方法应用于路由交换装置，所述路由交换装置的结构及组成可以参考图4和图6所示，包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法包括步骤：

所述构件根据所述处理路径指示信息，将处理完毕的所述分组数据包向所述下一个地址发送。

其中，所述复数个构件的功能不同。

其中，所述复数个构件中部分构件的功能相同。

其中，所述微型路由器是现场可编程门阵列FPGA。

其中，所述物理链路通道为数据总线。

其中，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

其中，所述路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。

其中，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被移除或屏蔽，则所述管理单元删除所述构件的功能与地址之间的映射关系。

其中，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件是新插入的构件，则所述管理单元为所述构件建立功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息。当然，还可以采用构件插入以后主动向管理服务器报告所在地址的地址及其功能，实现在管理服务器上主动注册的效果。

参考图4、图6所示的路由交换装置，本发明实施例还提供了在所述路由交换装置中更新业务的方法，所述路由交换装置包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法包括步骤：

在所述承载层的微型路由器新插入构件或移除构件或屏蔽构件；

所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被接入，则所述管理单元根据所述响应报文获取所述接入构件的功能与地址后，建立所述构件的功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息；或

所述管理服务器未从所述移除构件或所述屏蔽构件收到探测报文的响应报文，则删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系。

其中，所述新插入的构件根据所述处理路径指示信息，将处理完毕的所述分组数据包向所述下一个地址发送。

其中，删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系之后，所述发送单元向处理路径指示信息包含所述移除构件或所述屏蔽构件的构件发送更新后处理路径指示信息。

其中，删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系之后，所述管理服务器查找与所述移除构件或所述屏蔽构件的功能相同的构件；

如果查找到，则使用所述功能相同的构件的地址，更新所述移除构件或所述屏蔽构件的处理路径指示信息中的地址；

如果未查到，则发出提示信息，提示没有具有所述功能的构件。通过这种方式，能够使得重要的构件出现故障时，或者是有备份的构件

其中，所述复数个构件的功能不同。

其中，所述复数个构件中部分构件的功能相同。

其中，所述微型路由器是现场可编程门阵列FPGA。

其中，所述物理链路通道为数据总线。

其中，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

其中，所述路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。

在本发明实施例中，就微型路由器所采用的路由算法而言，如果为了尽量减少系统资源占用，微型路由器就不必采用复杂的路由算法，可以采用比较简单的XY路由算法，能够有效的避免死锁，而且实现复杂度低。

XY路由算法的具体实现方式可以是：在通信网络中，为每个微型路由器都预先标定其XY坐标，每个微型路由器的坐标即代表了与其连接的构件的地址信息。构件在其分组数据包中标明所述分组数据包所需要到达的目的构件所连接的构件的坐标，即该构件所接入的微型路由器的XY坐标，中间节点根据目的坐标选择路径。

图5所示，为从节点(0，0)到节点(3，3)的维序路由实现示意图，分组数据包的目的地址为(3，3)，起始地址为(0，0)。分组数据包在多交换节点传输过程中，途经的交换节点将自己的坐标(X，Y)同分组中的目的地址(A，B)比较。如果X＜A，则将分组往X轴的正方向转发，如果X＞A，则将分组往X轴的负方向转发；如果Y＜B，则将分组往Y轴的正方向；如果Y＞B则将分组往X轴的负方向发；如果X＝A，Y＝B，当前构件即是所述分组数据包的目的构件所连接的微型路由器，微型路由器将所述分组数据包发送给与其连接的构件，由所述构件对所述分组数据包进行处理。

在本发明实施例中，对于基于总线的构件互连架构而言，使用总线的构件以分组承载的方式竞争总线资源，每个构件完成通信以后，就释放总线的控制权，需要使用总线的构件就需要参与下一次总线竞争。

对于其他连接方式下的构件互连架构中，各个构件可以采用其他的方式来协调通信机制。

在各个微型路由器上，可以通过插槽的方式与构件连接。插槽可以用于插入具有各种功能的构件，通过制定标准的接口规范，构件可以以即插即用的方式接入承载层。在插槽的接口总线中，可以以地址译码的方式标识各插槽的物理地址，若承载层网络支持8个接口，则采用3bit位地址来标识各个插槽即可；若承载层网络支持16个接口时，就需要采用4bit位地址来标识各个插槽；若承载层网络支持32个接口时，就需要采用5bit位地址来标识各个插槽，依次类推。为支持最大可能的接入构件数，可以暂将其译码地址设为8bit位。

管理服务器用来管理各个构件的注册信息，当基于板级的承载层插入管理服务器后，管理服务器可以周期性以组播或广播的方式向各插槽发送探测报文。

构件的注册过程如下：

如果某个插槽中没有构件插入，管理服务器可以将该物理插槽的注册信息设置为空，或者不予注册。

如果某插槽中新插入一个构件，当该构件监测到管理服务器发送的探测报文时，可以根据所述探测报文中的源地址信息，即管理服务器所接入的插槽地址，向管理服务器发出注册报文进行响应，所述注册报文可以包括所述构件的功能信息以及所述构件所接入的插槽的地址信息。

管理服务器接收到所述构件的注册报文后，记录所述构件的功能信息和地址信息。管理服务器根据分组数据包的处理流程以及各构件的物理地址，将业务处理流程转换为分组数据包的处理路径。在某一业务处理的过程中，管理服务器向所述业务处理有关的各个构件发送分组数据包的处理路径指示信息，包括该构件所支持的分组数据包类型，以及所述业务需支持的下一处理构件的目的地址。每个构件处理完毕分组数据包后，只需将处理完毕的分组数据包发送到承载层，由承载层将分组数据包发送到处理路径指示信息所指定的下一构件，直到最后发送到最后一个构件为止。

以IPV4格式的数据包为例，其处理流程可以是：

假设当前的分组数据包的处理流程如下：接入构件经过接入解封装处理后，将分组数据包转发到转发构件，由转发构件发送到安检构件处理，最后从输出构件输出。其完整的处理过程包括：

当接入构件、转发构件、安检构件和输出构件分别接入承载层网络后，分别注册其功能以及地址信息，管理服务器分别记录各构件的功能和地址，并建立构件功能与地址的映射表，如表1所示。

表1功能与地址映射表

表项	功能	地址
			1	接入	x00
2	转发	x01
			3	安检	x02
4	输出	X03

设IPV4格式的数据包的处理流程为输入、转发、安检和输出，此时管理服务器根据处理流程，搜索功能与地址映射表，确定该分组数据包所需要流经的各构件的地址，如表2所示。

表2处理流程转换为流经处理构件的路径

处理流程	接入	转发	安检	输出
					流经地址	x00	x01	x02	x03

管理服务器向各构件发送其所支持业务的类型以及下一构件地址：

1)对于接入构件而言，其所收到的信息包括IPV4包信息和下一构件的地址信息，即转发构件的接入地址0x01，如表3所示，接入构件存储本映射关系。当有IPV4分组数据包输入时，对其处理后送入目的地址为x01的转发构件作进一步的处理。转发构件、安检构件和输出构件的处理路径指示信息分别如表4、5、6所示。

表3接入构件的处理路径指示信息

业务类型	下一构件地址
		IPv4	x01

表4转发构件的处理路径指示信息

业务类型	下一构件地址
		IPv4	x02

表5安检构件的处理路径指示信息

业务类型	下一构件地址
		IPv4	x03

表6输出构件的处理路径指示信息

业务类型	下一构件地址
		IPv4	无

由表3-表6可以看出，通过在管理服务器中注册每个构件的功能及其地址信息，然后由管理服务器将每个构件的功能和数据处理路径指示信息发送到各个构件，每个构件就能够在根据自身具有的功能对数据处理完毕后，根据处理路径指示信息将数据发送到下一个构件，所述下一个构件也根据其具有的功能对数据处理完毕后，根据管理服务器所发送的处理路径指示信息将数据发送到下一个构件，或者直接输出。这样各个构件的功能和前后继输入输出关系就一起构成了一个完整的处理流程。特别地，由于构件的功能是可以根据应用的需要量身定做的，无论产生任何新的应用或者需要，都可以通过设计相应功能的构件，将其置入路由交换装置的处理流程中，与既有的功能相互配合，就能够完成各种应用所需要的功能。

相对于构件插入而言，构件移除也需要管理服务器进行处理，其处理流程如下：

管理服务器定时或不定时地向各个构件发送探测报文，确定各个构件的地址信息；

如果某一构件存在于承载层，所述构件就会对管理服务器发送的探测报文进行响应，表示目前处于正常状态；

管理服务器收到所述响应报文后，就继续维护该构件的功能与地址映射信息。相反，若某构件从承载层中移除或者出现故障的情况下，发往该地址的探测报文将无响应。如果连续的多个探测报文无响应时或者预定时间段内，管理服务器没有收到响应报文，管理服务器可以认为所述构件已移除或处于非正常状态，管理服务器删除所述构件的功能与地址信息的映射关系。以表1所示构件与地址信息的对应关系为例，如果安检构件被移除或者出现故障以后，管理服务器无法收到从安检构件发送的响应报文，管理服务器删除安检构件的功能与地址映射关系，更新管理服务器上的功能与地址映射表，表1的映射关系就变为如表7所示的映射关系：

表7更新后的功能与地址映射表

表项	功能	地址
			1	接入	x00
2	转发	x01
			3	输出	X02

本发明实施例中，各个构件采用标准化格式来封装分组消息。这是为了屏蔽各异构构件对于承载层的差异并实现高效的构件重用，将构件所需处理的数据封装为承载层所支持的分组消息格式，并在数据包中标明本数据包的目的构件地址和自身的源地址。其有益效果在于：

标准化的封装有利于降低各构件计算功能开发间的耦合度，使不同功能的构件的开发相对独立，同时增强了构件的可复用性。任何一个构件只要其具有与插槽对接的标准接口，所封装的数据格式能够为承载层所支持，就可以正常工作。所以，即使是来自第三方的构件，只需对其数据格式进行简单的封装，无需了路由交换装置内部的工作机制，就可以在路由交换装置中得到应用，易于使得具有不同功能的构件以即插即用式接入承载层。承载层提供了一个规模可扩展、传输路径可灵活配置的硬件平台，路由交换装置能够根据不同上层业务的需要，插入不同的构件。

这相比于现有的交换机具有开创性的意义，具有本质的不同。现有的交换机都是由设备供应商根据用户的需要而设计的，其各个业务板或构件兼有数据处理和通信的功能，各个线卡之间是紧耦合关系，是以通信架构为中心进行设计的，可以参见图1-图3所示的结构。这使得有新的业务功能出现的时候，由于线卡或业务板之间的紧耦合关系，如果要新增加或变更业务功能，就得对所有与之相关的线卡进行重新设计，其成本非常高，这也是导致现在的交换机和基站非常昂贵的原因。

现有的紧耦合的交换机结构另一个重大局限在于，妨碍技术进步，不利于引入竞争。由于业务板和线卡之间是紧耦合的关系，属于设备内部结构，外部第三方厂家无从知晓其内部关系，很难对设置进行升级、改装。就像思科与华为的诉讼所反映的那样，华为要与思科的设备兼容，就要使用思科的私有技术标准，了解上层业务、构件、平台架构以及可执行系统之间的接口关系、数据处理流程和数据处理格式，并采用与之相同的技术标准，这样才能与之兼容。但是这样不可避免地侵犯有关技术方案的专利权。这导致外围厂家很难进入交换机设计的核心领域，妨碍了交换机有关技术的进步，社会公众不得不为此付出高昂的代价——忍受高价低质的产品。

本发明实施例则恰恰相反，如图6所示是本发明实施例的一种结构图，C1-C9为9个具有不同功能的构件。这9个构件分别插入到一个微型路由器中，构件与微型路由器之间是标准接口，微型路由器之间以物理链路相连接。承载层的上层功能业务变化只需要相应地调整构件的功能即可。这使得任何一个第三方都可以围绕上层功能业务的需要，进行构件的设计，设计出来的构件只要符合标准接口定义，都可以即插即用，能够使得更多的生产者加入到交换机的升级进步上，为消费者提供更多更好的功能。与此同时，由于生产构件的生产者并不需要通晓或者知道其他构件的功能，也不需要考虑与其他构件的耦合和兼容问题，所以生产成本并不高。与此类似，生产承载层的厂家也只需要生产出符合标准的产品即可，不需要更多考虑耦合和兼容的技术问题，生产成本也明显降低，社会公众将从中大大受益。

以下说明本发明实施例中上层业务变化的过程：当承载层所支持的上层功能业务发生变化以后，通过拔掉或屏蔽不需要的业务所对应的构件，或者插入新的构件。对于新的构件而言，需要在承载层管理服务器进行注册，管理服务器更新构件功能与地址的映射关系。将新的构件与地址的映射关系加入原映射关系表，然后管理服务器根据各分组数据包的处理流程，向与新的业务有关的各构件发送处理路径指示信息。当需要删除某上层业务时，只需拔掉或屏蔽支持该业务的构件。管理服务器通过探测报文的方式发现构件从其物理地址撤离，在映射表中将离开的构件的功能与地址的映射关系删除。

在实际应用中，若某业务的处理流程仍涉及到已移除的构件，其处理过程可以如下：以IPV4的处理流程为输入、转发、安检和输出为例，当在地址x02接入的安检构件移除时，在管理服务器中，关于安检构件的功能映射表将被删除，此时处理流程仍需进行安检处理，此时管理服务器搜索本服务器内部承载层的所有映射表，若无新的安检构件接入，则发出预警信息；若此时又有新的安检构件插入，假设其在x05物理地址接入，此时重新根据处理流程建立新的分组数据包处理路径，如表8所示。

表8构件地址变化对处理路径的影响

处理流程	接入	转发	安检	输出
					原流经路径	X00	x01	x02	x03
新流经路径	X00	x01	x05	x03

当数据处理的过程增加新业务时，例如：在转发功能基础上加入安检、分组数据包深度处理等功能，此时在管理服务器中对分组数据包的处理流程进行修改，如表9所示，同时更新转发构件的处理路径指示信息，将下一构件的输出构件地址改为安检构件的地址，并向安检和深度检测构件发送处理路径指示信息，安检的下一输出构件地址为深度检测构件，而深度检测构件的下一构件对象为输出处理构件。通过在承载层接入新的构件，构件通过改变消息中的目的地址，从而引导数据的在构件的流向。C1为接入构件，C2为转发构件，C3为接入输出构件，正常的处理流程中，C1发送的消息中的目的地址为C2，C2发送的消息中的目的地址为C3，具体的路由过程由承载层完成，构件不必关心通信过程。当对分组数据包增加新的处理功能以后，即需要增加新的构件，这些构件可随机接入承载层，并向管理服务器注册地址信息和功能信息，如图7所示，C4为安检构件，C5为深度包检测构件。管理服务器分别向各构件更新或添加处理路径指示信息，各构件根据处理路径指示信息决定其下一构件，此时C1发送的消息中的目的地址为C2，C2发送的消息中的目的地址为C4，C4发送的消息中的目的地址为C5，C5发送的消息中的目的地址为C3。通过更改消息的传输路径，从而实现分组数据包的处理过程的可重构。

参见下表9所示，设接入构件的地址为X01，转发构件的地址为X07，输出构件的地址为X05，安检构件的地址为X08，深度检测构件的地址为X03，则业务包处理流程变化可以从表9中直观得到。

表9业务包处理流程变化

原处理流程	接入	转发	输出	空	空
						原流经路径	x01	x07	x05	空	空
新的处理流程	接入	转发	安检	深度检测	输出
						新流经路径	x01	x07	x08	x03	x05

本发明实施例中的构件所具有的功能不限于接入、转发、输出、安检、深度检测和输出，还可以具有其他的功能，更可以根据技术的进步和用户的需要，不断拓展新的功能，这些新出现的构件，只要其与上述构件采用同样的标准封装格式，使用同样的标准接口，就可以以即插即用的方式接入承载层网络，成为路由交换装置的一部分，拓展路由交换装置的功能。

即使是构件与承载层的标准接口，也可以随着技术进步或者用户的需要，选择各种类型的通信接口，其具体实现方式没有超出本发明的保护范围。本发明实施例中的通信接口不限于有线接口，还可以以无线接口的方式实现，如光端口的连接方式等。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种路由交换装置，其特征在于，包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的数据应当流向的下一个地址。

2.如权利要求1所述的路由交换装置，其特征在于，所述复数个构件的功能不同；或，

所述复数个构件中部分构件的功能相同。

3.如权利要求1所述的路由交换装置，其特征在于，所述微型路由器是现场可编程门阵列FPGA。

4.如权利要求1所述的路由交换装置，其特征在于，所述物理链路通道为数据总线。

5.如权利要求4所述的路由交换装置，其特征在于，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

6.如权利要求1-5任一项所述的路由交换装置，其特征在于，所述微型路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。

7.如权利要求1-5任一项所述的路由交换装置，其特征在于，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被移除或屏蔽，则所述管理单元删除所述构件的功能与地址之间的映射关系。

8.如权利要求1-5任一项所述的路由交换装置，其特征在于，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件是新插入的构件，则所述管理单元为所述构件建立功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息。

9.一种路由交换方法，其特征在于，路由交换装置包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法应用于所述路由交换装置中，包括步骤：

所述构件根据所述处理路径指示信息，将处理完毕的所述分组数据包向所述下一个地址发送。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述复数个构件的功能不同；或

所述复数个构件中部分构件的功能相同。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述微型路由器是现场可编程门阵列FPGA。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述物理链路通道为数据总线，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

13.如权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，所述微型路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。

14.如权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被移除或屏蔽，则所述管理单元删除所述构件的功能与地址之间的映射关系。

15.如权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，如果所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件是新插入的构件，则所述管理单元为所述构件建立功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息。

16.一种在路由交换装置中更新业务的方法，其特征在于，所述路由交换装置包括：

构件层和承载层，所述构件层包括复数个构件；

所述承载层包括复数个微型路由器，所述微型路由器的数量大于所述构件的数量；

每个所述微型路由器具有通信接口，所述构件通过所述通信接口与所述微型路由器相连；

相邻的两个微型路由器通过物理链路通道连接；

管理服务器，包括管理单元和发送单元，所述管理服务器通过所述通信接口与所述微型路由器相连，所述管理单元用于管理每个构件的功能与地址之间的映射关系，以及每个构件的处理路径指示信息；所述发送单元用于将所述每个构件的映射关系和处理路径指示信息向对应的所述每个构件发送，所述处理路径指示信息用于指示所述每个构件处理后的分组数据包应当流向的下一个地址，所述方法包括步骤：

在所述承载层的微型路由器新插入构件或移除构件或屏蔽构件；

所述管理服务器通过探测报文的响应报文判断所述构件被接入，则所述管理单元根据所述响应报文获取所述接入构件的功能与地址后，建立所述构件的功能与地址之间的映射关系，所述发送单元向所述新插入的构件发送处理路径指示信息；或

所述管理服务器未从所述移除构件或所述屏蔽构件收到探测报文的响应报文，则删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述新插入的构件根据所述处理路径指示信息，将处理完毕的所述分组数据包向所述下一个地址发送。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系之后，所述发送单元向处理路径指示信息包含所述移除构件或所述屏蔽构件的构件发送更新后处理路径指示信息。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，删除所述移除构件或所述屏蔽构件的功能与地址之间的映射关系之后，所述管理服务器查找与所述移除构件或所述屏蔽构件的功能相同的构件；

如果查找到，则使用所述功能相同的构件的地址，更新所述移除构件或所述屏蔽构件的处理路径指示信息中的地址；

如果未查到，则发出提示信息，提示没有具有所述功能的构件。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述复数个构件的功能不同；或，

所述复数个构件中部分构件的功能相同。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述微型路由器是现场可编程门阵列FPGA。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述物理链路通道为数据总线，所述构件通过分组承载的方式使用所述数据总线。

23.如权利要求16-22任一项所述的方法，其特征在于，所述微型路由器采用XY路由算法、最短路径算法或距离向量算法。

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