CN1078590A - 包交换机中链路的分组方法 - Google Patents

Abstract

在一种包交换机中进行链路分组。该交换机供 长度定恒定的数据包交换用，且在其各交换端口之间 划分成许多节点(12)和传输链路(14)，其中各节点进 行空间选择，各传输链路则进行节点之间点对点的传 输。更具体地说，从许多进入交换机的并行物理链路 中产生许多链路组，各链路组的带宽等于包含在链路 组中的物理链路带宽总和的逻辑链路，所述逻辑链路 则复原成从交换机出去的并联物理链路。

Description

本发明总的说来涉及对长度恒定的数据包进行包交换的包交换机，例如ATM异步传输方式交换机的数据链路的分组。链路分组就是说形成由许多并行物理链路组成的逻辑链路。这种逻辑链路能提供等于各物理链路带宽的总和的带宽。因此，举例说，对四个带宽为155.52兆位/秒的物理链路进行链路分组可以提供带宽为622.08兆位/秒的逻辑连接。

更详细地说，本发明涉及在那一种准备供长度恒定的数据包使用且用在划分成许多节点和传输链路的各交换端口之间的包交换机进行链路分组的一种方法，其中各节点进行空间选择，各传输链路则实行节点之间对点的传输。

所述链路分组包括由从许多进入该效换机的并行物理链路形成一些链路组，各链路组呈逻辑链路的形式，其带宽等于包含在该链路组中的各入局物理链路的带宽的总和，所述链路分组还将所述逻辑链路恢复到交换机的出局并行物理链路。

在宽带通信用的ATM交换机中，需要提高带宽使其大于实际可使用的带宽。链路分组能使通信具有良好的通信量特性，使硬件具一定的适应性和效率，举例说，可以缩短延迟时间，减少缓冲器的数量，并采用不同类型的集成器/多路复用器和不同速度级的开关，同时却使用相同的基本元件。供助于链路分组还可以通过逻辑上的加速改善链路耦合网路（例如封闭网络）的阻塞特性。

迄今可提供宽带链路的方法有：

1.用高的物理速度;

2.为获得高于物理速度的逻辑速度而实行串并行转换。

第一种方法的缺点是难以实现高速的电子设备和机械设备，以及由此带来的大的功耗。另一种方法通常是在位级上实行多路复用，及由此需要进行位同步传输。

论述需要提高带宽使其大于实际可使用的带宽的文献有欧洲专利EP0，374，574，WO25/04300，WO90/12467和IBM    Technical    Disclosure    Bulletin（1990年2月第32卷第9A期第45-49页）。

本发明的一个目的是提供一种本说明书开端所述的那一种链路分组方法，这种方法比过去解决ATM交换中扩大带宽使其大于实际可使用的带宽的方法简单。

按照本发明，上述目的是通过采用一个或多个链路协议达到的，按照该协议，包括题中的首标用来表示在整个交换中将被分组的各链路结合在一起的路由，从而使属于同一个链路组的各数据包的用来表示其某一传输链路路由的首标中的二进制位都相同。

现在参看附图更详细地说明本发明的内容。附图中：

图1示意示出了在ATM交换机中进行链路分组以形成逻辑链路的一般原理;

图2示出了本发明的交换机中进行链路分组的协议模式;

图3示意示出了本发明的多端口链路分组;

图4同样示意示出了共用缓冲组中进行的多端口链路分组;

图5同样示意示出了内部数据包流从一个逻辑块通过经分组的链路传输到另一个逻辑块的过程;

图6示出了在两节点之间的链路上进行链路分组用的逻辑结构;

图7示意示出了按本发明进行端口之间的链路分组时将标记附到各效换端口的过程。

各附图中相同或等效的元件用同样的编号表示。

图1中，编号2为长度恒定的数据包用的包交换机（例妲ATM交换机）的机芯。许多并行物理链路4到达机芯2的输入效换端口6。物理链路4在机芯2之前先通过链路分组形成逻辑链路，各逻辑链路由若干并行链路4组成。这个链路分组在图1中以及在以后的各附图中都用椭圆表示，例如图1中的椭圆1和m。机芯2各输出端处的链路分组不一定要与输入端的一样，如图1中所示的那样，输出端处的链路分组n和r分别对应于输入端处的链路分组1和m。

于是许多并行物理链路的10经输出交换机端口8离开交换机。这种链路分组的特点更详细地说在于，链路组中的个别链路传送机芯接口处的串行数据包流，但应用某些分组定义专用的（受到硬件支持的）协议构成一个逻辑链路。链路分组应尽可能通用，就是说，应能分组成不同大小的分组，如图1中所示。但在实用中最好还是使输入端和输出端处的链路分组相同，且使分组数为四个物理链路的倍数。

链路分组可用图2所示的那种协议栈来说明。图2的上部分示意出了机芯2如何可以划分成许多节点12和传输链路14，其中节点12进行空间选择，传输链路14实行各节点之间点对点的传输。

在交换端口6与节点12之间，链路分组是按2级、G2级的协议进行，在传输链路上则采用1级G1级的协议1。图2中上部分与下部分各组件之间的联系用双箭头表示。

本发明所有可设想的方案其共同点是，数据包首标的标号表示在整个交换中将各分组链路结合在一起的路由，这就是说，属于同一链路组的各数据包，它们描述某一传输链路路面的首标中的二进制位者相同。这个信息是G2的一部分。

视乎协议在2级（G2）方面的其余部分而定，可以把链路分组分成两类，即多端口链路分组和端口之间的链路分组。

这里先参看图3至6讨论一下多端口链路分组。这类链路分组的好处在于，各交换端口无需另设功能元件，在机理上可以更具体地划分成两部分，一部分在各节点上，一部分在各传输链路上。

在节点中，分组是用类似于各组链路的空间选择结合在一起的，例如借助于标号中某些二进制位相同，使链路组在同一分组输出端上输出，同时保留其顺序。这可以例如按图3所示的加以实现，即将属于同组或同逻辑链路的链路（例如n或m）分别写入节点12中的同一缓冲器16和18中，并从该节点上在输出链路上串行读取该链路。

另外还可以采用图4中用20表示的共用缓冲器原理，即按公知的原理用处理存储器的功能元件22控制链路的分组和读出过程，见例如1991年10月第9卷第8期IEEE    JOURNAL    ON    SELECTED    AREAS    In    Communica-tion第1239页上题为《32＊32    Shared    Buffer    Type    ATM    Shitch    VLST′S    for    B-ISDN′S》一文。图4中，输出的逻辑链路已标以24和26。

为了按下面的说明通过一个用包级划分的“并联连接”发送和再形成数据包流，须在链路上引入的功能度是某种类型的简单链路（G1）。

参看图5。逻辑块内长度恒定的数据包30的包流28可以经外部链路32传送到另一个逻辑块。可以说该内包流的包频为F包/秒。于是一个数据包在内包流中的时间为t＝1/F。

由于技术上的局限性，外链路32的传输容量受到限制，从而使外链路不能处理包频F，而只能处理较低的包频。在这种情况下，若干外链路32可以在一起通过分组传送内包流28。

n个外链路经过分组且内包流28中的数据包30分布在这些分组中时，每个外链路上的包频变为F/n。于是各数据包在外链路上的时间变为nt。

各数据包之间的先后顺序很重要，必须得以保持。因此，重要的一点是，令数据包30在分组链路32上传输得使其先后顺序得以保持下去。为达到这一点，需要在发送侧设分组逻辑34，在接收侧设复原逻辑36。

发送逻辑34和接收逻辑36应分别设计得允许在外链路32之间在传输时间上某些扩展。

链路协议首先包括一个算法，用于如何在各物理链路之间将数据包分成几分并收集起来，使空间准确度得以保持，例如按1，2，3，4的顺序。

其次，链路协议包括同步，以确保各数据包传输得使各物理链路之间有既定的时间模式。举例说，各数据报可以同时发送或延迟某一恒定的时间发送。使二进制位与数据包之间适当同步可以使时延/链路长度差对应于一个数据包。

首先，简单介绍一下发送和接收逻辑的适当设计过程。

发送和接收逻辑应设计使得内包流28中的数据包30按一定的模式分配到整个外链路32上。合适的一种模式是如下的循环式：数据1在外链路32.1上发送，数据包2在链路32.2上发送等等，直到数据包n在链路32.n上发送为止;这之后，数据包n+1在链路32.1上发送等等，按图5所示那样进行。外链路上的数据包应彼此延迟一段时间发送，使得在时间0发送某一数据包（数据包的超始端）时，在时间t发送数据包2等等，直至在时间（n-1）t发送数据包n为止，然后在时间nt发送数据包n+1。

鉴于数据包的分配是按包级进行的，因而应按图6加上两个缓冲级38和40，因为进入和跑出发送队列的带宽大于物理链路的带宽。各缓冲级补偿了带宽的差别。

分组逻辑由分配单元42、缓冲级38中每个外链路上的缓冲器38.1至38.n中的一个缓冲器和控制外链路上各数据包之间的时序的时序控制单元44构成。分配单元42将数据包逐一沿朝外链路的方向分派到缓冲器38.1至38.n上，看数据包在各链路之间的分配按上述进行。

缓冲器38.1至38.n（每个外链路一个）处理数据包在内包流和在外链路上传输在时间上的差别。来自内包流的数据包在时间t内充满缓冲器。在下一个时间nt将该缓冲器排空，将里面的数据包排到外链路中。为保证保持数据包的顺序，并保证各数据包在各缓冲器内不彼此冲突，每个缓冲器的应能容纳比1-1/n个多比2-1/n个少的数据包。

控制时序的单元44保证保持上述时序。该单元以外链路32.1上的包流为基准，并根据这个基准，并根据这个基准控制从缓冲器32.2至32.n出来流向其它链路的包流。由于所有外链路的包频都相同，因而只有在开始时的启动过程中或再启动某些外链路时才需要使单元44起作用。

复原逻辑36由每个外链路的缓冲器40.1至40.n的其中一个缓冲器、收集单元46和顺序恢复单元48组成。

不同的外链路在传输时间上会有差别。分组逻辑34、在外链路传输的过程中和在复原逻辑36中都会出现上述差别。因此复原逻辑应构制得使其可以处理数据包到达外链路在时间上的分散性。

外链路32.1用来作为基准。数据包在到达其它外链路的标称时间即以基准为起点计算。从标称到达时间算起容许有td的分散度。通常容许d＝nt12，即分组链路上的半个数据包时间。

外链路32的缓冲器40用不处理外链路与内包流之间在数据包时间上的差别。在时间nt期间，缓冲器充以来自外链路的数据包。这之后，在时间t内将该缓冲器排室，将里面的数据包排到外包流中。数据包还在缓冲器中存储另外一段通常为d最长为2d的时间，以处理数据包到达不同链路上的实际时间和标称时间上的差别。缓冲器所需的最大长度为2个数据包。

收集单元46按上述顺序从缓冲器40提取数据包送往外链路上。

顺序恢复单元48保证各数据包按上述顺序提取。

在端口之间进行链路分组时，各协议只在各交换端口之间有效。这里可以有两种方法。

第一种方法是以标记为基准。参看图7，标记根据VCT/VPI（虚拟电路标识符/虚拟通路标识符）信息按各分组链路的顺序附到交换端口6中到达的各数据包上。机芯无需“知道”哪一些物理链是“于同一组的。只需要2级协议。各数据包应提供使其顺序号能在同一组内的数据包沿不同的实际路由延迟不同的时间时恢复到原来的先后次序为宜。

在交换端口6附有标记的上述情况下，采用输出端数与待分组的链路数相当的缓冲器。将这些链路写入该缓冲器中，然后顺次在各输出端读出。读出程序最好安排得使进来的数据包都均匀分配到组中的所有链路上。各分组数据都均匀分配到组中的所有链路上。各分组数据包也配有实质包含同样的二进制位的标识码。分组装置所能缓冲的数据包数应足以使其在各标记的协助下选择必须在同一个逻辑链路上输出的数据包，应能校正顺序，并将它们分派给组中的所有链路。各奇数号的数据包用空数据包填满。链路终端8还含有大得足以校正顺序的缓冲器。

另一种方法以通过机芯进行的数据包同步化为基础。采用1级和2级协议。

2.级协议和方法1中一样是以标号附加器和链路端子为基础的。不同点在于，不需要任何顺序号来保证顺序，也不需要任何大型缓冲器。在1级的情况下可以保证各交换端口和各节点中以及两者之间数据包的同步化，这样，组中的各数据包就能同步地通过整个交换包移动。在各交换端口中排序是借助于标记中在组内各数据包之间不同的二进制位进行的。

Claims (15)

1、在那种用以对长度恒定的数据包进行包交换和在划分许多节点和传输链路的交换端口之间进行包交换的包交换机中进行链路分组的一种方法，其中各节点进行空间的选择，传输链路实行各节点之间点对点的传输；

所述链路分组是从许多进入交换机中的并行物理链路产生许多链路组，各链路组呈带宽等于包含在链路组中进来的各物理链路的带宽总和的逻辑链路的形式，并将所述逻辑链路恢复成来自交换机的输出并行物理链路，所述方法的特征在于，采用一个或多个协议，根据该协议使各数据包标题的首标表示使被分组的链路在整个交换过程中结合在一起的路由，且从而使属于同一个链路组的数据包其表示某一传输链路由的首标中的二进制位都相同。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用选择首标内容所确定的分组链路的空间使各节点内的链路组结合在一起，从而使经分组的各链路在同一分组输出端离开，且保持它们的顺序。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将属于同一逻辑链路组的各链路写入节点中的同一个缓冲器中，然后在输出的物理链路上读出。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将若干逻辑链路组写入节点中的同一个缓冲器中，然后在各分组输出链路（输出端）上读出，具体作法是将链路与分组相结合，然后在存储管理的功能元件上读出。

5、根据第2至4项任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过包含在链路协议中的读写算法确保各物理链路之间正确的数据包顺序，所述协议还包括确保各数据包按既定的定时形式传输的同步化。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，同时或按恒定时间的延时发送数据包。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协议仅在各交换端口之间有效。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，各交换端口通过对链路组中输入的各数据包进行标号排序从而保持数据包的顺序。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用以位于各交换端口或各交换端口与交换机芯之间且含有输出端的数目相当于待分组的链路数的缓冲器的分组装置为基础的协议，将各链路写入该缓冲器中，然后依次在各输出端上读出。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进行所述读出，以便使各数据包均匀分布在组中所有的链路上。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，给各经分组的数据包配备主要含相同二进制位的标识码。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，用所述分组装置能缓冲足量的数据包，以便能选择必然在同一分组链路上输出的数据包且将它们均分配入分组中。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将链路上奇数的数据包补以空数据包。

14、根据第9至13项任一权利要求所述的方法，其特征在于，确保各交换端口和各节点中以及两者之间数据包的同步化，从而使一组中的各数据包通过整个交换机各数据包同步地流通。

15、根据权利要求14的方法，其特征在于：在各交换端口中排序是借助于标记中在分组内各数据包之间的不同的二进制位进行的。

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