CN1165144C

CN1165144C - 在分布式网络环境中处理特殊数据帧的系统、方法和接口

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Publication number: CN1165144C
Application number: CNB018076602A
Authority: CN
Inventors: C; C·巴索; N·瓦伊达亚纳塔; G·I·伍德兰德
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: TW501024B; DE60120970D1; US6675221B1; JP3730921B2; HK1053025B; MY129249A; JP2003530744A; CA2407060C; AU2001248517A1; EP1293067A2; KR100543732B1; EP1293067B1; WO2001077849A3; ATE331370T1; WO2001077849A2; CA2407060A1; KR20020087472A; HK1053025A1; CN1422474A; ES2264443T3

Abstract

在一个利用若干通用处理器(例如控制点处理器)控制一个或多个网络处理器装置的分布式网络环境中，一种用于跨越若干通用处理器分配处理的机制，以及一个用于配置网络处理器的接口，从而在一个大的网络环境中由特定的通用处理器处置特定的操作，这样，降低了在每个通用处理器上要提供多个协议栈的需求。

Description

在分布式网络环境中处理特殊数据帧的系统、方法和接口

技术领域

一般地说，本发明涉及网络处理器装置，更具体地说，涉及跨越若干通用处理器(即控制点处理器)的分布式处理机制。

背景技术

图1描述典型的网络结构10，包括单个通用处理器(GPP)控制装置15，用于控制多个网络处理器装置25a、...、25n。在系统10中的GPP处往往造成处理瓶颈，因为GPP处置所有特殊的数据包(帧)类型(例如点到点(PPP)控制帧或未知帧)。

图2显示一个更为分布式的网络结构，实现多个通用处理器控制装置15a、...、15n。在这一结构中，为了使用网络处理器能向GPP转发特殊的帧类型供GPP处理，每个GPP需要协议栈，用于它必须处置的每个协议，因为网络处理器不能辨认如何向特定的GPP发送一个特殊的帧。每个GPP要有完全的协议栈用于网络处理器处置的每个协议，这种要求增加了存储器需求并降低了性能。

发明内容

于是，本发明提供了一个系统，用于在一个分布式网络环境中分布式处理由网络处理器(NP)装置接收的特殊数据帧，该分布式网络环境包含一个或多个通用控制处理器(GPP)，用于控制至少一个NP装置，所述系统包含：一个在所述至少一个NP装置中实现的可配置的表，用于以能处置所述特殊帧类型的一个目标GPP所关联的目标地址和目标端口地址，来映射所述NP装置接收的特殊数据帧类型；一个应用编程接口，用于通过所述GPP在所述NP装置中以所述目标地址和目标端口地址条目定制所述可配置的表，其中所述NP网络处理器包括一种用于对所收到的数据帧进行分类并把每个所述帧与所述可配置表中的条目进行比较的装置，所述网络处理装置包括用于响应在所述表中有相应条目的所述被分类的帧类型，以通过相应的目标端口地址把所述帧转发给所述目标GPP的装置，其中提供的所述目标GPP用于处置所述特殊数据帧类型的转发。

根据一个最佳实施例，提供了一个在分布式网络环境中的GPP结构，它免除了要为每个GPP装置提供完整的一套协议栈。

优选地，提供了一种用于在分布式网络环境中配置GPP，以处置特定的特殊帧类型并提供由网络处理器向特定的被配置的GPP分送特殊帧类型的能力的装置。

再有，提供了一个应用程序接口(API)和方法，用于跨越若干通用处理器(即控制点处理器)进行分布式处理并使网络处理器能配置由哪个处理器处置特定的操作。

在又一个方面中，本发明提供了一种用于在一个分布式网络环境中分布式处理由网络处理器(NP)装置接收的特殊数据帧的方法，该分布式网络环境包含一个或多个通用控制处理器(GPP)，用来控制一个或多个NP装置，所述方法包含：

a)提供一个在所述NP装置中实现的表，用于以一个能处理所述特殊帧类型的目标GPP所关联的目标地址和目标端口地址来映射所述NP装置接收的特殊数据帧类型。

b)在所述NP网络处理器处接收一种数据帧类型的一个数据帧；

c)对所收到的数据帧进行分类并把每个所述帧与所述表中的条目进行比较，以及

d)如果所述被分类的帧类型在所述表中有相应的条目，则通过相应的目标端口地址把所述特殊数据帧转发到所述目标GPP，提供的所述目标GPP用于处置所述特殊数据帧类型的转发，

其中步骤a)包括如下步骤：实现一个配置所述表的应用编程接口，以便为每个特殊帧类型条目配置与目标GPP关联的目标地址和目标端口地址。

有利的作法是，这种方法最好是使网络处理器能穿越若干通用处理器(即控制点处理器)分配处理，并使得在一个大的网络环境中有能力配置由哪个处理器处置特定的操作，从而减少需要在每个通用控制处理器上维护的协议栈的数目。

在又一个方面中，本发明提供了一个应用编程接口用于配置在一个分布式网络环境中操作的网络处理器(NP)装置，该分布式网络环境包括一个或多个通用控制处理器(GPP)，用于控制一个或多个NP装置，所述接口包含：一种用于产生一个供输入到所述NP装置的数据结构的机制，所述数据结构有一个或多个条目，用于指定特殊的帧类型以及相关联的目标地址和目标端口地址，该目标地址和目标端口地址与所述网络环境中的一个能处置所述特殊帧类型的GPP相关联；以及一个用于由所产生的数据结构生成一个定制的表并把所述定制的表输入到一个NP装置的存储器，从而在所述表中进行其后的表查询，以通过目标端口地址把特殊帧类型转发到一个相关联的GPP的装置。

在又一个方面中，本发明提供了一个可由机器读出的程序存储器装置，有形地体现可由机器执行的指令程序以实现配置网络处理器(NP)装置的方法步骤，该网络处理器(NP)装置在一个分布式网络环境中操作，该分布式网络环境包括控制一个或多个NP装置的一个或多个通用控制处理器(GPP)，所述方法步骤包含：

(a)产生一个供输入到所述NP装置的数据结构，所述数据结构有一个或多个条目，用于指定特殊的帧类型以及相关联的目标地址和目标端口地址，该目标地址和目标端口地址与一个与所述网络环境相关联并能处置所述特殊帧类型的GPP相关联；以及

(b)由所产生的数据结构生成一个定制的表，并把所述定制的表输入到NP装置存储器，从而在所述表中进行其后的表查询，以通过目标端口地址把特殊帧类型转发到一个相关联的GPP。

优选地，该数据结构包括一串带标记的列表值，每个带标记的列表值包括一个表示要包括在所述表中的特殊帧类型的属性字段、一个表示所述带标记的列表值的长度的长度字段以及一个指明该特殊帧类型的目标所关联的目标地址和目标端口地址的值字段。

附图说明

现在将仅以举例方式参考以下附图描述本发明的一个最佳实施例：

图1是一个分布式网络环境的总方框图，其中包括由单个通用处理器(GPP)装置控制的多个网络处理装置。

图2是一个分布式网络环境的总方框图，其中包括由多个通用处理器(GPP)装置控制的多个网络处理装置。

图3显示根据本发明的一个最佳实施例的示例定制表100，用于转发特殊帧类型。

图4是一个流程图，显示根据本发明的一个最佳实施例如何穿越若干通用处理器分配处理。

最佳实施例详述

根据一个最佳实施例，提供了一个应用程序接口(API)，它由分布式网络环境中操作的通用处理器(GPP)控制装置(例如外部GPP，网络处理器中嵌入的GPP等)实现，以能定制和配置网络处理器(NP)装置，从而使它们可以处置特殊数据包(帧)类型的转发。为了举例说明，参考一个基于网络处理器的装置和系统，例如在题为“网络处理器处理套件和方法”的共同未决美国专利申请(序列号09/384,691，1999年8月27日提交)中描述的装置和系统，该申请的一个副本被放在本文件中。然而，本发明可以应用于其他基于网络处理器的有各种硬件/软件设计的装置中。

一般地说，如前面提到的共同未决美国专利申请中描述的那样，在NP装置处接收的数据帧的一般流程如下：从网络连接(例如以太网MAC)接收的帧被识别为正常数据帧或系统控制帧(被引导的帧)。在该最佳实施例的内容范围内，识别为正常数据帧的帧被排队送到嵌入式处理器套件(EPC)，它包含多个微微处理器(例如协议处理器)，这些微微处理器执行的逻辑(微微代码)能检查所接收的帧头段并决定对该帧做什么(转发、修改、过滤等)。EPC能访问若干个查询表，分类硬件协助微微处理器跟上网络处理器的高带宽需求。特别是提供了分类硬件协助装置，用于对具有公知帧格式的帧进行分类。嵌入式处理套件(EPC)特别提供并控制NP装置芯片的可编程性，而且除了其他部件(如存储器、调度器、接口)外还包括一个或多个处理单元，这些处理单元并发执行存储在通用指令存储器中、微微代码。每个处理单元最好是包括一个处理单元核，例如包含3级流水线、通用寄存器，和一个ALU。在操作中，在帧调度过程中，来自分类硬件协助装置的分类结果被传送到一个或多个处理单元。特别是，根据本发明的一个最佳实施例，一个称作通用数据处置器(GDH)的处理单元包含一个完备的处理单元和一个或多个主要用于转发帧的协处理装置。

特别是，该最佳实施例的API被GPP用于配置参数，这些参数影响特定网络处理器中执行的微微代码向哪里发送某些包类型。这个API允许终端用户配置一个可定制的表，该表使特殊帧类型与提供的用于处置相应特殊帧的目标DPP能交叉参考。以这种方式，避免了在每个DPP中提供一协议栈。

图3描述一个示例可定制表100，它用于通过API向预先指定的GPP转发特殊帧类型。在该最佳实施例中，可定制的表100是一个在NP装置存储器中配置的平面表，所包括的条目对应于被分类的特殊帧类型，这些类型包括但不限于：点到点(PPP)控制类型102、未知的数据帧类型105(即其协议不被NP装置理解的那些帧)、IP帧类型107以及回绕(Wrap)类型110帧(即从NP出口一侧的交换结构(switch fabric)接收的帧)。应该理解，在图3描绘的定制表中，可以对特定的GPP目标映射其他的特殊帧类型，如层3协议。还应该理解，如果定制表100是有许多帧类型条目的更大的表，它可被配置成NP存储器中的二叉树形式，以利于表查询。对于被分类为特殊帧类型的每个帧，提供了相应的条目，该条目包括：目标“板卡(blade)”地址115，即与处置该特殊帧类型的目标GPP相关联的印刷电路板元件的地址；以及与目标GPP相连的NP装置的端口地址120。应该理解，在一些实施例中表100还包括附加的映射数据。

在该最佳实施例中，可定制的表100通过API从GPP下载到系统100中的每个网络处理器125a、...、125n。下面是为配置该平面表而实现的一个API实例：

/* * * * * * * * * * * * * * * * * *

*np_ims_customized Parms_configure()

*输入

*number_TLV_S-在*tlr参数中将包括的TLV个数

*tlv-指向加标记列表值(TLV)串的指针。每个TLV

*取以下形式：

*+--------+-----+--

*|Attr#|长度|值...

*+--------+-----+--

*Attr#-双八进制属性数，用于描述所存储的值。参见np_types.h

*以得到可能的NP_ATTRNUM。

*长度-双八进制TLV长度，它包括Attr#的长度和长度字段。

*值-含有所存储值的可变长字段。

*ctrl_info_控制信息，指定预期的异步响应特性。

*输出：

*无

*返回值：

*np_return_code_t-

*NP_RC_NOT_READY-IMS未被适当地初始化

*NP_RC_BADPARMS-传送了坏参数

*NP_RC_MISCERR-配置过程中发生错误

*NP_RC_SUCCESS

*ASYNCH RESPONSE(异步响应)：

*如在np_msg_ctrl_info_s param中指定的那样，这个API将提供

*一个异步命令完成响应。

*描述：

*这个API用于配置定制的参数，以指示微微代码向何处发送PPP

*控制包、IP包以及未知数据包(例如不同于PPP、IP等的数据协

*议)。

*对于这个API，，下列TLV是有效的：

*NP_ATTRNUM_PPPCONTROL_ADDR：2字节NP+2字节端口

*NP_ATTRNUM_IP_ADDR：2字节NP+2字节端口

*NP_ATTRNUM_UNKNOWN_DATA_ADDR：2字节NP+2字节端

*口

*NP_ATTRNUM_WRAP_ADDR：2字节NP+2字节端口

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

np_(return_code_t np_ims_customiged Parms_configure(

np_unit32number-TLVs，

np_TLV-s^*tlv，

np_msg_ctrl_info_s ctrl_info)；

下面更详细地描述前述API实例：具体地说，该API实现一个过程调用np_ims_customized Parms_configure，在一个实施例中它以C/C++语言执行，用于接收用户指定的参数以配置图3的定制表。这些参数包括：例如np_unit32number-TLV输入，它代表TLV列表中提供的加标记列表值(TLV)的个数，并提供要在该表中配置的特殊帧类型个数的初始化；np_TLV-s^*tlv输入，它代表指向一串TLV值的指针；以及np_msg_ctrl_info_s ctrl_info输入，它表示用于异步系统响应的控制信息，例如，一个通知，表明API已结束了该NP所用表的定制。参考TLV值串，每个串最好有上文指明的形式

+--------+-----+--

|Attr#|长度|值...

+--------+-----+--

这里Attr#表示属性号(一个或多个八进制数)描述要被配置的特定协议，例如PPP协议；长度代表该值的物理长度；值代表该协议帧类型的实际值，包含若干字节，例如2字节，代表NP“板卡”地址，还包含另一些字节(例如：2字节)代表与目标GPP关联的NP端口。这些值被下载存储到可变长度字段中。可以访问一个头文件np_types.h以检索可能个数的TLV并对应于图3的定制表，包括由2字节NP地址+2字节端口地址构成的NP_ATTRNUM，例如NP_ATTRNUM_PPPCONTROL_ADDR、NP_ATTRNUM_IP_ADDR、NP_ATTRNUM_UNKNOWN_DATA_ADDR、以及NP_ATTRNUM_WRAP_ADDR。被配置成供经由API下载的其他数据包括控制信息，用于指定任何预期的异步响应特性，如经由API发出通告，说明该网络中的每个NP都已由定制表配置。API的一个返回参数称作例如np_return_code_t，返回值诸如：NP_RC_NOT_READY，用于表明一个特定子系统未被适当地初始化；NP_RC_BADPARMS用于指出传送了坏参数；NP_RC_MISCERR用于指出在表配置过程中发生了错误；以及NP_RC_SUCCESS用于指出NP配置成功。

在分布式网络中配置了每个网络处理器的EPC之后，现在参考图4并根据一个最佳实施例描述跨越若干通用处理器的分布式处理过程200。

如图4中所示，图中描述第一处理步骤203，它描述了一个网络处理器从网络接收一帧。在步骤205，由网络处理器装置的硬件分类器对所收到的帧类型分类，而且把该帧转发给GDH中执行的NP微微代码。如果硬件分类器不能对该帧分类，则微微代码对该帧分类。根据分类结果，在步骤210，微微代码执行查询定制的表100(图3)的逻辑，该表是被加载到一个网络处理器的数据存储器中的。应该理解，帧类型最好用作进入表100的索引。然后，在步骤213，确定是否存在匹配，即根据该帧的类型确定该帧是否要转发到一个特定的GPP进行特殊处理。如果不存在匹配(即不需要特殊处理)，则在步骤215由网络处理器处理该帧。如果在步骤213确定存在匹配，则在步骤218进行查询定制的表100，以确定那个帧类型的目标GPP地址和端口地址，并且在步骤220使用那些参数把该特殊帧转发到适当GPP。针对图4描述的处理造成4种可能的结果：1)该包被转发，供在网络处理器中处理；2)该包被重定向到一个GPP供处理；3)该包被抛掉；以及4)该包被抛掉并向GPP发送一个主动提供的消息。

现在对涉及处理一个点到点协议(PPP)帧的情况，描述使用图4所示最佳实施例方法的一个实例。该PPP帧由网络处理器处理。如果该帧是一个PPP控制帧，则根据定制的查询表(图3)该帧被转发到一个配置过的GPP。如果该帧是一个层3帧，则层2网络处理器微微代码把它转发到适当的网络处理器部件。如果层3协议不由微微代码处置，则按查询表中指定的那样把该帧转发到为那个协议配置过的GPP。如果该协议尚未被启动，则该帧被放入放弃队列(未画出)。如果该帧未被认出是层3帧，而又配置了放弃未知PPP帧，则该帧被放入放弃队列。否则，则按查询表中指定的那样把该帧转发到为未知/未认出的PPP帧配置过的GPP。

在下表中概要列出要采取的行动示例

协议	行动
协议	行动	PPP控制帧	重定向到配置过的GPP
IP	如果在PCT中启动了IP，则进入NP IP层3	PPP控制帧	重定向到配置过的GPP
IP	如果在PCT中启动了IP，则进入NP IP层3	未知	如果该未知PPP帧未在PCT中设置，则重定向到配置过的GPP(未知数据)。

应该理解，在一个大的网络环境中，通过使网络处理器能穿越若干通用处理器分配处理，并提供配置哪个NP处置特定操作的能力，有利地造成每个通用处理器上只需要较小的协议栈，因为每个GPP将被装备成只处理由NP根据图3所示可定制表转发的那些特殊帧。

Claims

1.在一个分布式网络环境中分布式处理由网络处理器(NP)装置(25a、25b、25c、...、25n)接收的特殊数据帧的系统，该分布式网络环境包含一个或多个通用控制处理器(GPP)(15a、15b、...、15n)，用于控制至少一个NP装置，所述系统包含：

一个在所述至少一个NP装置中实现的可配置的表(100)，用于以能处置所述特殊帧类型的一个目标GPP所关联的目标地址(115)和目标端口地址(120)来映射所述NP装置接收的特殊数据帧类型；以及

一个应用编程接口，用于通过所述GPP在所述NP装置中以所述目标地址和目标端口地址条目定制所述可配置的表，

其中所述NP网络处理器包括一种用于对所收到的数据帧进行分类并把每个所述帧与所述可配置表中的条目进行比较的装置，并且所述网络处理装置包括用于响应在所述表中有相应条目的所述被分类的帧类型，以通过相应的目标端口地址把所述帧转发给所述目标GPP的装置，其中提供的所述目标GPP用于处置所述特殊数据帧类型的转发。

2.根据权利要求1的系统，其中所述特殊数据帧类型包括不能由所述NP装置识别出的协议的数据帧。

3.根据权利要求1的系统，包含：

可配置装置，用于把不能由所述NP装置识别出的协议的帧类型排队到一个抛弃队列中。

4.根据权利要求1、2或3的系统，其中所述可配置的表是在所述NP装置的存储器中配置的具有平面表设计的表。

5.根据权利要求1、2或3的系统，其中所述可配置的表是在所述NP装置的存储器中配置的具有二叉树设计的表。

6.在一个分布式网络环境中分布式处理由网络处理器(NP)装置(25a、25b、25c、...、25n)接收的特殊数据帧的方法，该分布式网络环境包含一个或多个通用控制处理器(GPP)(15a、15b、...、15n)，用于控制一个或多个NP装置，所述方法包含：

a)提供一个在所述NP装置中实现的可配置的表(100)，用于以一个能处理所述特殊帧类型的目标GPP所关联的目标地址(115)和目标端口地址(120)来映射所述NP装置接收的特殊数据帧类型；

b)在所述NP网络处理器处接收一种数据帧类型的一个数据帧(203)；

c)对所收到的数据帧进行分类并把每个所述帧与所述表(205)中的条目进行比较(205)，以及

d)如果所述被分类的帧类型在所述表中有相应的条目，则通过相应的目标端口地址把所述特殊数据帧转发到所述目标GPP，提供的所述目标GPP用于处置所述特殊数据帧类型的转发(220)，

7.权利要求6的方法，包含提供一个可配置选项的步骤，该选项用于把所述NP装置不认识的协议的帧类型排队到一个抛弃队列。

8.一个应用编程接口，用于配置在一个分布式网络环境中操作的网络处理器(NP)装置(25a、25b、25c、...、25n)，该分布式网络环境包括一个或多个通用控制处理器(GPP)(15a、15b、...、15n)，用于控制一个或多个NP装置，所述接口包含：

一个装置，用于产生一个供输入到所述NP装置的数据结构，所述数据结构有一个或多个条目，用于指定特殊的帧类型以及相关联的目标地址(115)和目标端口地址(120)，该目标地址和目标端口地址与一个与所述网络环境相关联并能处置所述特殊帧类型的GPP相关联；以及

一个装置，用于由所产生的数据结构生成一个定制的表(100)，并把所述定制的表输入到NP装置存储器，从而在所述表中进行其后的表查询，以通过目标端口地址把特殊帧类型转发到一个相关联的GPP。

9.根据权利要求8的应用编程接口，其中所述数据结构包括一串带标记的列表值，每个带标记的列表值包括一个表示要包括在所述表中的特殊帧类型的属性字段、一个表示所述带标记的列表值的长度的长度字段以及一个表示该特殊帧类型的目标所关联的目标地址和目标端口地址的值字段。

10.一个可由机器读出的程序存储器装置，有形地体现可由机器执行的指令程序以实现配置网络处理器(NP)装置(25a、25b、25c、...、25n)的方法步骤，该网络处理器(NP)装置在一个分布式网络环境中操作，该分布式网络环境包括控制一个或多个NP装置的一个或多个通用控制处理器(GPP)，所述方法步骤包含：

(a)产生一个供输入到所述NP装置的数据结构，所述数据结构有一个或多个条目，指定特殊的帧类型以及相关联的目标地址(115)和目标端口地址(120)，该目标地址和目标端口地址与一个与所述网络环境相关联并能处置所述特殊帧类型的GPP相关联；以及

(b)由所产生的数据结构生成一个定制的表(100)，并把所述定制的表输入到NP装置存储器，从而在所述表中进行其后的表查询，以通过目标端口地址把特殊帧类型转发到一个相关联的GPP。

11.如权利要求12的可由机器读出程序存储器装置，其中所述数据结构包括一串带标记的列表值，每个带标记的列表值包括一个表示要包括在所述表中的特殊帧类型的属性字段、一个表示所述带标记列表值的长度的长度字段以及一个表示该特殊帧类型的目标所关联的目标地址目标端口地址的值字段。