CN1251457C - 集中的交换和路由选择处理装置 - Google Patents

Abstract

处理装置包括：接收和发送数据包的输入端口(4)和输出端口(7)；接收装置(3)，从数据包中提取主要交换或路由数据和要处理的次级数据，并将其关联选定的存储地址(FSA(n))；将次级数据存储到存储地址中的存储器(5)；交换级(8)和路由级(9)，接收存储地址和主要交换或路由数据，并据此和存储在交换表或路由表中的数据确定指定至少一个端口(7)的三级数据和新的主要路由数据；监控装置(10)，从交换级(8)和路由级(9)中提取三级数据和新的初始数据，并根据选定标准发送数据和存储地址(FSA(n))；发送装置，从存储器(5)中提取次级数据，并向每个由三级数据指定的端口(7)发送提取的与新的初始数据结合的次级数据。

Description

集中的交换和路由选择处理装置

技术领域

本发明涉及在网络中处理数据包，特别涉及提供交换和路由选择功能的装置。

本文所说的“交换”，是在一个网络的两点之间选择一连接以传输数据包(OSI模型的第二级)。

此外，这里所说的“路由选择”是在一个网络以OSI模型的第三级传输数据包的功能。

背景技术

交换和路由选择是网络中数据传输的主要功能。这些功能的实施借助于L2F(Level 2 Forwarding)型交换机或L3F(Level 3 Forwarding)型路由器进行。

还有一些“复合”数据包处理装置(称为交换-路由器)，同时提供交换和路由选择功能。然而，由于这些装置的复杂性以及所要求的技术性能，这些装置具有一分布式结构，特别是当需要得到OC192c型的相当高的比特速率时。例如，在边缘交换路由器ESR(Edge Switch Router)中，交换功能和路由选择功能由两个分开的专用电路实现。因此，两个电路提供的共有功用，例如缓冲和通信量管理不能共享，每一个电路提供的功能能够处理最大比特速率，即使平均比特速率远远低于最大比特速率。例如，应当使OC192c(9.6Gbit/s)接口的输出处的传输线卡支持每秒2,5000,000数据包，每个数据包包括50字节。

此外，由于网络在不断发展，路由选择需要进行几兆比特的不断更新，一般是每5秒一次。因此，如果该路由选择功能是分布式的，更新极大地限制了该处理装置的性能。

发明概述

因而，本发明的一个目的是通过提出一种处理装置克服上述所有或部分缺陷，在该装置中交换功能和路由功能被集中(或结合)起来。

更确切地说，本发明为此提出一种数据包的处理装置，该装置包括：

·可以分别接收和传输数据包的输入端口和输出端口；

·接收装置，可以从输入端口接收的数据包中提取交换或路由选择的初始数据(primary data)(例如目的地的端口和地址)，以及需要进行处理(交换或路由选择)的次级数据(Secondary data)，并将数据与选定的存储地址相关联；

·用于将接收装置提取的次级数据存储到存储地址中的存储器；

·交换级，可以从接收装置接收主要交换的数据和存储地址，以根据这些数据和存储的数据确定指定至少一个输出端口的三级数据(tertiarydata)和新的主要交换数据(例如，以一种识别网络各点之间连接的标记形式)；

·路由选择级，可以从接收装置接收主要路由数据和存储地址，并根据这些数据和存储数据确定指定至少一个输出端口的三级数据和新的主要路由数据(例如，以一种识别路经的标记形式)；

·监控装置，可以从交换级和路由选择级中提取三级数据和新的初始数据，并根据选定的标准(例如：“先到达的数据包”或“与最好服务质量相关的数据包”)，将这些数据与存储地址一起发送；

·发送装置，能从存储器中提取存储在存储地址中的次级数据，并将提取的数据与新的初始数据结合发送给由由三级数据指定的各输出端口。

由于通信量监控与缓冲是共享的，所以该装置可以以集中方式(并集成在同一卡中)完成交换和路由选择功能(通常称作L2F和L3F)。

根据本发明的另一特征，首先，所述接收装置能将接收到的各数据包分成多个长度相同的段，以便使次级数据以段的形式存储，其次，所述发送装置能将这些提取的已被分割的次级数据重新进行组合，以将它们与新的初始数据结合。这样能够独立地处理长度不同的数据包，而不管所用的协议如何。

优选地，交换级包括一L2F型的交换级，该交换级首先包括一个管理模块，该管理模块有一个管理缓冲存储器，能至少将接收装置发送的主要交换数据和与接收装置通信的存储地址存储在一个选定的地址中，其次，该交换级包括一个与管理模块耦合的传输模块，该传输模块包括一个可重写存储器和一个输入缓冲存储器，所述可重写存储器包括一交换表，所述输入缓冲存储器可以根据选定的标准存储选定的管理地址，并按照指令向管理模块传输选定的地址。因而，在接收选定的地址时，管理模块可以向传输模块传输至少一部分存储的初始数据以及储地址，从而它能够根据接收到的初始数据确定交换表中新的主要交换数据和三级数据，并根据监控装置的指令发送这些数据。

路由选择级最好包括一个L3F型的路由选择级，该路由选择级一方面包括一管理模块，该管理模块包括一管理缓冲存储器，可以在一个选定的地址存储主要路由数据和由接收器传输的存储地址，另一方面，该路由选择级包括一个与管理模块耦合的传输模块，该传输模块包括一个可重写存储器和一个输入缓冲存储器，所述可重写存储器包含一交换表，输入缓冲存储器可以根据选定的标准存储管理地址，并按照指令向管理模块传输选定的地址。在接收选定的地址时，管理模块向传输模块传输至少一部分存储的初始数据以及存储地址，从而能够根据接收到的初始数据确定交换表中新的主要交换数据和三级数据，并根据监控装置的指令发送这些数据。

该路由选择级的传输模块还可包括输出缓冲存储器，输出缓冲存储器的数量与输出端口的数量相同，它们一方面从可重写存储器接收三级数据和新的初始数据，另一方面从管理模块接收存储地址。也可以为每一个输出端口提供一组输出缓冲存储器，以便保证不同服务的多种质量。

完全是优选的，该监控装置可包括输出缓冲存储器，输出缓冲存储器的数量与输出端口的数量相同，从而接收存储地址和来自交换装置和路由选择装置的第一及三级数据。根据一种变型，可以为每一个输出端口提供一组输出缓冲存储器，以提供多种不同质量的服务。

此外，监控装置可以包括与输出缓冲存储器的数量相同的中间模块(采集模块)，用于在第一和第二区域临时存储存储地址和分别由交换装置和路由选择装发送的初始数据和三级数据。因此，它可按照指令，根据选定的标准，向监控装置的缓冲存储器发送存储地址和主要的和三级交换数据，或是发送存储地址和主要的和三级路由选择数据。

在一个优选实施例中，输入和输出缓冲存储器是先进先出型(FIFO)的。

本发明还提供一种数据包的处理方法，包括：

·从输入端口接收数据包；

·从接收到的数据包中提取主要的交换或路由选择数据，以及需要进行处理的次级数据，并将数据与选定的存储地址关联；

·将提取的次级数据存储到存储地址中；

·根据接收到的初始数据和存储在一个交换表或一个路由选择表中的数据，并根据接收到的这些数据是主要的交换数据还是路由选择数据来确定三级数据和新的主要交换或路由选择数据；

·根据选定的标准，将三级数据，和新的主要交换或路由选择数据与存储地址一起发送；

·提取存储在存储地址中的次级数据，并向每一个由被发送的三级数据选定的输出端口发送提取的次级数据。

上述交换和路由选择的类型通常被分别称作L2F和L3F。

优选地，接收数据包时，可将它们分解成长度相等的段，以便将次级数据以段的形式存储。在这种情况下，数据被重新构造，以便在传输已被处理的次级数据前，将其与新的初始数据组合。

如果数据被存储，且在发送三级数据和新的主要交换和路由选择数据前，运用选定的标准，以便选择路由选择数据或交换数据，同样是十分有益的。

本发明的装置和方法特别适用于，当然不是只限用于，例如ATM、基于帧的ATM、帧中继和MPLS的交换标准，并适用于例如IP的路由标准，不论媒体如何，以及与无连接协议相应的路由标准。

附图说明

本发明的其他特征和优点在下面结合附图的详细描述以后将会更加清楚，其中：

图1是根据本发明的处理装置的示意性框图；

图2的示意框图示出了图1装置的路由选择级；

图3示出了图2的路由选择级的管理模块的缓冲存储器的构成实例；

图4用示出了图2的路由选择级的管理模块的缓冲存储器的实施例；

图5示出了在图2的路由选择级的管理模块的缓冲存储器中的数据存储(写入)方式；

图6示出了图3的路由选择级的传输模块的实施例；

图7的框图示出了图1装置的交换级；

图8的框图示出了图1装置的通信量监控级；

图9A和9B示出了装置的主时钟产生的信号以及主时钟与该装置的计数器之间的连接。

附图总的来讲体现了本发明的特定特征，因此，构成本发明说明书的一部分，且有助于定义本发明。

具体实施方式

首先参见图1来说明本发明的处理装置的一个实施例，该处理装置集中了交换和路由选择功能。

首先，装置1包括一个数据传输级2，所述传输级包括一个输入子级3(或称入口级)，一个缓冲存储器5和一个输出子级6(或称出口级)，输入子级3具有一用于接收数据包的输入端口4，所述缓冲存储器5临时存储由所述输入子级3发送的需要进行处理的数据，所述输出子级6具有一用于发送处理后数据，尤其是发送来自缓冲存储器5的处理后数据的输出端口7。

该装置1还包括一交换级8，一个路由选择级9和一个通信量监控级10，所述交换级8由所述输入子级3提供交换数据，所述路由选择级9由所述输入子级3提供路由选择数据，所述通信量监控级由所述交换级8和所述路由选择级9提供交换数据，并向输出子级6提供交新的换或路由选择数据。

装置1的各构件由一个主时钟MCL同步，主时钟的周期作为增量主计数器MCP和辅助计数器(MCP16，MCPi)的基础，如图9A和9B所示。MCPx是模数为x的计数器，该计数器以MCL的计时率增量。

数据传输级2，交换级8和通信监控级10的大部分都已在US5,237,564和EP00/440,281中作了详细描述，此处将这两篇文献的技术内容一起引入作为参考。因此，此处描述的仅仅是这些级的主要功能，而没有描述其辅助功能。

首先，输入子级3可以在其n个输入端口4接收长度不同的数据包，并从这些数据提取表示应由交换级8或路由选择级9进行处理的交换信息或路由选择信息的初始数据，以及要被交换或路由选择的次级数据。

将次级数据传输到缓冲存储器5中并以一个，以便存储地址FSA(n)存储在该缓冲存储器中。例如，如果缓冲存储器5可以存储n个段，则计数器MCPn随时给出到达的段指示在该缓冲存储器5中的存储地址FSA(n)。根据初始数据包括的是交换信息还是路由选择信息，它们被送到交换级8或路由选择级9。换句话说，如果数据包包括需要交换的次级数据，则将相关的初始数据传输到交换级8，但是如果数据包包括需要路由选择的次级数据，则将相关的初始数据传输到路由选择级9。

初始数据与存储地址FSA(n)一起被传输到交换级8或路由选择级9，该存储地址事实上就是MCPn的当前值，相关的次级数据临时存储在该地址中。

如上面提到的专利文献所述，在数据被传输到缓冲存储器5和级8及级9以前，最好在输入子级3中将接收到的数据包首先分割。这种分割包括将各数据包分割成长度相同的段，使它们在缓冲存储器5和交换级8及路由选择级9中保持相连。一旦交换级8或路由选择级9确定了新的路由选择数据，则通过给其增加新的处理信息(初始数据)，在发送到输出端口7以前，重新构造在缓冲存储器5中等待发送的初始数据包的次级数据。

随着并且当各段的到达时，交换级8或路由选择级9计数接收到的数据包的段的数(PL(i))。

初始数据通常被包含在接收到数据包的第一段中。它通常包括数据包起始地的端口和地址，以及数据包目的地的端口和地址。

在路由选择的情况下，初始数据通常是用于索引路由选择表的路由选择信息，例如目的地的地址。路由选择信息通常是一全局标识符，意味着数据包在被传输前，不必建立连接。许多路由协议都是根据该原理工作，特别是互联网(IP)协议，不论媒体如何。在IP协议的情况下，全局标识符(称为IP地址)被用于数据包的本地路由选择，由路由选择表分发出的新的初始数据形成一新的标记，用作下一装置的路由选择。如果装置1包括n个输入端口4，每个段就被分成n个词。一个词的处理时间等于主时钟MCL的周期。设置输入端口4以便在到达输入端口i-1(模数n)的段的前面，给到达输入端口i的段安排一个词。同样，设置输出端口7以便在传输到输出端口i-1(模数n)的段的前面，给传输到输出端口i的段安排一个词。

现在参见附图2-6，说明根据本发明的路由选择级的一个实施例。

图2所示的路由选择级9为L3F型。它包括一管理模块11，该管理模块11包括一管理缓冲存储器12，在该缓冲存储器12中的一个选定地址i内存储有包含在由输入子级3发送的第一段中的主要路由选择数据、与初始数据相关的次级数据的第一段的缓冲存储器5中的存储地址FSA(s)、最好还有相关数据包的总的段数PL(i)。

如图3所示，第一段和补充数据(MFSA(i)和MPL(i))最好垂直存储在管理缓冲存储器12中，该缓冲存储器最好是循环存储器。因此，如果缓冲存储器12有m个输入(也称为列)，则当接收m个需要路由选择的数据包时，就用新的第一段代替原有的第一段。

根据进入装置1中的数据包的比特速率和装置1的服务比特速率(或数据包的路由比特速率)很容易控制缓冲存储器12的容量m。服务比特速率最好大于输入比特速率，这样，尽管缓冲存储器12的容量m较小，也可以保证没有任何段丢失(或被替换，这会使得相关数据包丢失)。

如图4所示，管理缓冲存储器12最好包括n个相同和独立的子存储器BM(0)～BM(n-1)，每个子存储器BM(r)用于存储一个词M(r)，在所有段中该词具有等级r。通过一个总线BMI(r)将每个词存储在缓冲存储器BM(r)中，并通过总线BMO(r)从该缓冲存储器中提取该词。

主时钟MCL使缓冲存储器12的读(或提取)和写(或输入)同步。如图9A所示，时钟的半个周期H1用于写，而时钟的半个周期H0用于读。此外，如图3所示，在读模式和写模式，通过一个多路转换器来提供子存储器BM(r)的寻址。

更确切地说，如图5所示，对于写入，每个子存储器BM(r)与两个计数器相关联。计数器CWA(r)包含缓冲存储器12的地址，其中要存储一个等级为r的段的进入的词。计数器CFSA(r)包括缓冲存储器12的地址，数据包的第一段被存储在该地址中。由于缓冲存储器12包括n个子存储器BM(r)，所以就有n对计数器(CWA，CFSA)。

计数器的形式最好是循环移位缓冲器，它根据一个写操作，在时钟MCL的每个周期，对存储的数据移位一步。例如，行“0”取行“n-1”的值，行“1”取行“0”的......，行“n-1”取行“n-2”的值。

在进行移位前，可能会出现两种情况。如果新数据包的第一段到达，则如果i表示CFSA(0)的值，则：

-MFSA(i)：第一段在缓冲存储器5中的地址，由主计数器MCP(s)的值给出，其中s是缓冲存储器5的容量；

-MPL(i)＝1；

-CFSA(0)＝CWA(0)；和

-CWA(n-1)＝CWA(0)+1(模数m)。

后一种操作对存储接收到的下一个段的地址进行增量，从而保证前面到达的段不被重写。如果当前段不是数据包的第一段，就不进行这种操作。因此，在新的第一段到达以前，该段会被后面的段重写。

如果接收到的段不是新数据包的第一段，则如果i表示CFSA(0)的值，则：

-MPL(i)＝MPL(i)+1(模数m)。

当接收到数据包的后一段时，在缓冲存储器12中的该数据包的第一段的地址(CFSA(0))就被置于输入缓冲存储器13的队列中，该缓冲存储器最好为FIFO型，从而根据到达路由选择级9的顺序，对接收到的初始数据进行处理。如果该FIFO输入存储器13含有数据，则象相关数据包的次级数据那样对这些数据进行处理。FIFO输入存储器13的容量最好等于管理存储器12的容量。

FIFO输入存储器13是路由选择级9的传输模块14的一部分，该传输模块与管理模块11耦合(见下文)。

输入子级3和输出子级6的所有端口最好具有与连接到装置1的线路接口卡的比特速率相同的比特速率。但是，如专利文献EP00/440,281中所述的那样，也可以使用比特速率是输入端口4和输出端口7的比特速率的整数倍的线路接口卡。例如，如果端口的比特速率为2.4Gbit/s时，就可以将四个端口连接到一个格式为OC192c的线路接口上。

为此，可以使每个线路接口连接到k个连续端口(j，j+1，...j+k-1)上。k＝1的情况相应于一个只与一个端口相连的线路接口。在这种情况下，如果在接口j+x处(条件为0≤x＜k)接收到段的第一个词，则可以按照下面的方式对上述两种情况进行改变。

如果新数据包的第一段到达，则如果i表示CFSA(0+x)的值，则：

-MFSA(i)：该第一段在缓冲存储器5中的地址，由主计数器MCP(s)的值给出，其中s是缓冲存储器5的容量；

-MPL(i)＝1；

-CFSA(0+x)＝CWA(0+x)；和

-CWA(n-1)＝CWA(0+x)+1(模数m)。

如果接收到的段不是新数据包的第一段，则如果i表示CFSA(0+x)的值，则：

-MPL(i)＝MPL(i)+1(模数m)。

在这种情况下，在与线路接口相连的k对计数器(CWA，CFSA)中，仅仅使用第一对计数器。

如上所述，在时钟为其提供的半个周期MCL内，读取管理模块11的缓冲存储器12。如图6所示，每次路由选择级接收到整个数据包时，管理模块11的缓冲存储器12中的其第一段的地址CFSA被置于输入缓冲存储器FIFO13的队列尾部。在时钟专用于读取缓冲存储器12的每半个周期内，如果在输入缓冲存储器13FIFO的队列头部有一个词，则它被传输模块14提出并送到管理模块12，使其读取存储在缓冲存储器12的每个子存储器BM(r)中的单个的词，该词在传输模块14提供的词所选定的地址内。当然，地址可以随子存储器不同而变化。这样就可以同时读取(或提取)存储在缓冲存储器12的赋予地址列中的所有信息。

因而，这些信息(初始数据、存储地址FSA(n)和段的相关总数PL)由管理模块11传输到传输模块14，以便可以在一个存储在可重写存储器15内的路由选择表中确定三级数据和新的主要路由选择数据(或《标记》(LAB))，所述三级数据选指定各输出端口7，而缓冲存储器5中等待再传输次级数据将被发送给输出端口7，所述新的主要路由选择数据相应于接收到的初始数据，并将根据它们各自的输出端口7与次级数据关联。

如图6所示，路由选择表也可以发送例如与服务质量(QoS)有关的附加信息，服务质量与接收到的要路由选择的数据包相关。也可以通过通信量控制级10发送和监控这些附加信息(QoS)，以便可以由交换级8和路由选择级9共享这些信息。

路由选择级9的传输模块14还包括输出缓冲存储器16，缓冲存储器的数量至少等于输出子级6的输出端口7的数量。这些输出存储器16最好是FIFO型存储器。

首先使每个FIFO输出存储器16能从可重写存储器15接收新的初始数据和供输出端口7用的三级数据，其次，从管理模块11接收缓冲存储器5中的次级数据的存储地址FSA(n)，以及段的相关全部数量PL。

另外，如果路由选择表也发送象服务质量(QoS)这样的附加信息时，也可以将各个输出端口7与一组FIFO输出存储器16相关联。则每一组包括一个与所提供服务的每一种质量相关的FIFO输出存储器16。

FIFO输出存储器16最好向通信量监控级10的收集模块17提供信息，后面将参照图8进行说明。

现在参见图7，说明L2F型交换级的一个实施例。

交换级8的与路由选择级9有许多相似之处。它包括一个就构成及操作而言基本与路由选择级9的管理模块11相同的管理模块18，还包括一个与管理模块18耦合的传输模块19，它与路由选择级9的传输模块14部分相同。

管理模块18包括一个管理缓冲存储器20，包含在输入子级3传输的第一段中的主要交换数据、与主要地址相关的次级数据的存储地址MFSA(i)和(最好是)相关包的段的总数MPL(i)被存储在其中一个选定的地址CFSA2(i)。

传输模块19包括一个存储有一交换表的可重写存储器21和一个存储缓冲存储器20地址CFSA2(i)的输入缓冲存储器22，由输入子级3提供的数据被存储在所述缓冲存储器20中。输入缓冲存储器22最好是FIFO型存储器，从而，根据到达交换级8的指令来处理接收到的初始数据。与路由选择级9的传输模块14不同的是，交换级8的传输模块14没有FIFO输出存储器，后者在下面将要描述的通信量监控级10中，并且被一个输出总线23所代替。

在交换的情况下，初始数据通采常取局部连接识别符的形式，用于交换表的索引。许多交换标准都是根据该原理操作的，例如：ATM，基于帧的ATM、帧中继和MPLS交换标准，不论媒体如何均是如此。在MPLS的情况下，称为“标记”的局部识别符用于局部交换数据包，而由交换表发送的新的初始数据形成新的标记，用于下一个装置的交换。

由于除了将数据传输给FIFO输出存储器以外，交换级18的操作与路由选择级9类似，因而这里不做详细描述。在时钟为其提供的半个周期MCL内，读取管理模块18的缓冲存储器20。每次交换级8收到整个数据包时，管理模块18的缓冲存储器20中的第一段的地址CFSA2被置于FIFO输入缓冲存储器22的队列尾部。在专用于读取缓冲存储器20的钟每半个周期内，如果在FIFO输入缓冲存储器22的队列头部有一个词，则由传输模块19提取该词并将该词发送到管理模块18，从而可以阅读存储在缓冲存储器20的每个子存储器BM2(r)中的单个的词，该词在传输模块19提供的词所指定的地址内。当然，地址可以随子存储器的不同而不同。因此，可以同时读取(或提取)缓冲存储器20寻址的列中存储的所有信息。

因而这些信息(初始数据、存储地址FSA(n)和相关段的总数PL)由管理模块18传输到传输模块19，以便可以在一个被存储在可重写存储器21内的交换表中确定三级数据和新的交换初始数据(或标记(LAB))，所述三级数据指定各输出端口7，在缓冲存储器5中等待再传输的将被发送输出端口7，所述新的主要交换数据相应于接收到的初始数据，并将根据各自输出端口7与次级数据相关联。

交换表也可以发送例如与服务质量(QoS)有关的附加信息，服务质量与需要路由选择的接收到的数据包相关联。

交换级8的传输模块19还包括一个输出总线23，该总线首先适于从可重写存储器21接收新的初始数据和提供给不同输出端口7的三级数据(也可以接收像服务质量的附加信息)，其次从管理模块18接收缓冲存储器5中的次级数据的存储地址FSA(n)以及相关的段的总数PL。

输出总线23最好向通信量监控级10的收集模块17提供信息，这将在下面结合图8进行描述。

如上所述，通信监量控级10包括收集模块17和输出缓冲存储器24，收集模块17一方面由交换级8的总线23提供信息，另一方面通过路由选择级9的FIFO输出存储器16提供信息，输出缓冲存储器24由收集模块17提供信息。输出缓冲存储器24最好为FIFO型存储器。

最好有与输出端口7数量相同的收集模块17和FIFO输出缓冲存储器24。作为一种可供选择的方式，如果路由选择和交换表发送例如服务质量(QoS)的附加信息，每个输出端口7可与一组FIFO输出缓冲存储器24相关联，从而也与一组收集模块17相关联。每组则包括一个收集模块17或一个与提供的各种服务质量相关的FIFO输出存储器24。

通信量监控级10根据数据包的初始数据，特别是根据相关的服务质量对接收到的数据包的处理进行监控。

由于在主时钟MCL的每个周期只能对一个数据包进行处理，因此，由通信量监控级10确定当前接收到的其次级数据被临时存储在缓冲存储器5中的数据包中哪一个要首先被处理。

当已经对接收到的所有数据包进行路由选择(或交换)后，就不存在优先权冲突的问题了。根据到达的顺序或相关的服务质量对数据包进行路由选择(或交换)。

另一方面，如果装置1以很短的时间间歇接收需要路由选择的数据包或需要交换的数据包，则必须根据一个标准作出选择。如果包括服务质量，则选择就变得非常复杂。

周期性地扫描n个FIFO输出存储器24。在主时钟MCL的每个周期，读取一个FIFO存储器24，一个循环包括n个时钟周期。在周期i(模数n)，如果输出端口i(7)处没有任何数据包在被传输的点上，则读取相关的FIFO输出存储器i(24)，并将发送其内容(地址FSA(n)，段的相关数量PL以及标记)，从而在下一个时钟周期，在加了新的主要和三级数据以后，能够在输出端口I(7)处传输相关的次级数据。

根据由通信量监控级10管理的标准，到达收集模块17的交换和路由选择数据被有选择地传输到对应的FIFO存储器24中。如果在主时钟MCL周期i，没有任何交换数据到达与要被读取的存储器i(24)相关联的收集模块i(17)中，但在该收集模块i(17)中有路由选择数据，则最好将这些数据传输到FIFO存储器i(24)中，以便读取。

在本例中，选择标准有利于交换数据。当然，也可以设想其他任何标准。特别是，可以将优先权赋予交换数据，或交替操作，或自适应的方式运行，优先权根据接收到的通信量而改变。

上述收集模块17收集路由选择和交换的数据，以便根据选择标准来提取这些数据。然而，通信量监控级10可以使用收集模块17来根据选择标准从交换级8的输出总线23，或路由选择级9的FIFO输出存储器16提取交换或路由选择数据。

以上仅以例子描述了上述数据传输级2，交换级8，路由选择级9和通信量监控级10，它们可以进行多种变换和改变。特别是，它们可以以分离的偶合电路、或集成在一块电路板上的单个电路实现。此外，这些级主要包括电子器件，但也可以包括软件模块，特别是操纵它们各自和/或相互作用的软件模块。

本发明还提供一种数据包的处理方法，该方法可以利用上述装置实现。由于该方法步骤所提供的主要功能，可选功能和子功能基本上与构成本发明装置的各式各样的装置所提供的相同，这里只概述利用本发明方法的主要功能的步骤。该方法包括：

·在输入端口4接收数据包；

·从接收到的数据包中提取主要的交换或路由选择数据和要进行处理的次级数据，并将数据与选定的存储地址FSA(n)相关联；

·将提取的次级数据存储到存储地址FSA(n)；

·根据接收到的初始数据和存储在一个交换表或路由选择表中的数据，并根据接收到的数据是主要的交换数据还是主要的路由选择数据来确定三级数据和新的主要交换或路由选择数据，所述三级数据指定输出端口7中的至少一个；

·根据选定的标准，将三级数据、新的主要交换或路由选择数据和存储地址FSA(n)一起发送；

·提取存储在存储地址FSA(n)中的次级数据，并向每一个由被发送的三级数据指定的输出端口7发送提取的与新的初始数据结合的级数据。

在接收数据包的时候，首先可以将它们分解成长度相等的各段，以便将接收到的数据包以段的形式处理，从而可以对它们进行与长度无关的处理。当然，在这种情况下，在向输出端口7传输以前，将这些段重新构造。

本发明将路由选择装置和交换机的主要功能集中，而路由选择装置和交换机并不是固有地与一个线路接口连接。这特别适用于缓冲，交换，路由选择，通信量监控和服务质量的情况。它可以极大地减少处理设备体系结构的复杂性，降低线路接口卡的成本，因此也就降低了网络的成本。

此外，本发明可以超越要发送的数据包与要交换的数据包之间的比例限制。也可以考虑一些极端情况，即所有的数据包或者交换或者路由选择，而不会产生瓶颈。

另外，本发明还可以以广播模式或多路广播模式进行路由选择，只要多路广播树的分支等于设备的端口数。

此外，本发明允许任何形式的协议用于线路接口，并允许任何数量的线路接口，包括OC192c型或更高的比特速率。

最后，本发明设备还可以用作ESR，其中由路由选择级路由选择的数据包可以交换给一个标志交换通路(LSP)，而且由交换级交换的、来自LRP的数据包可以例如发送给一个IP接口。

本发明不限于上面所述的仅仅作为例子的装置和方法的实施方案，而是包括了本领域技术人员能够考虑到的各种变换，但这些均在下述权利要求书的范围内。

Claims (36)

1.一种数据包的处理装置(1)，其特征在于包括：

·输入端口(4)和输出端口(7)，分别用于接收和发送数据包；

·接收装置(3)，能从输入端口(4)接收的数据包中提取主要交换或路由选择数据以及需要进行处理的次级数据，并将所述次级数据与选定的存储地址(FSA(i))相关联；

·存储器(5)，用于将接收装置(3)提取的次级数据存储到存储地址(FSA(i))；

·交换级装置(8)，能从所述接收装置(3)接收主要交换数据和所述存储地址(FSA(i))，并根据所述主要交换数据和在一个交换表(21)中存储的数据确定三级数据和新的主要交换数据，所述三级数据指定所述输出端口(7)中的至少一个；

·路由选择级装置(9)，能从所述接收装置(3)接收主要路由选择数据和存储地址(FSA(i))，并根据所述主要路由选择数据和在一个路由选择表(15)中存储的数据确定三级数据和新的主要路由选择数据，所述三级数据指定所述输出端口(7)中的至少一个；

·监控装置(10)，能从所述交换级装置(8)和路由选择级装置(9)中提取三级数据和新的主要数据，并能根据选定的标准，发送所述三级和新的主要数据和存储地址(FSA(i))；

·发送装置(6)，能从所述存储器(5)中提取存储在存储地址(FSA(i))中的次级数据，并向每个由所述三级数据指定的输出端口(7)发送与新的主要数据结合的所提取的次级数据。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述接收装置(3)能将接收到的各数据包分成长度相同的段，以便以段的形式存储次级数据，所述发送装置(6)能将所述提取的已被分割的次级数据重新构造，以便将它们与新的主要数据结合。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于所述交换级装置(8)包括一个L2F型的交换级装置。

4.根据权利要求2的装置，其特征在于所述交换级装置(8)包括一个L2F型的交换级装置。

5.根据权利要求3的装置，其特征在于所述交换级装置(8)包括：i)一个管理模块(18)，该管理模块包括一个管理缓冲存储器(20)，该管理缓冲存储器至少能将所述接收装置(3)发送的主要交换数据和存储地址(FSA(i))存储在一个选定的地址中，ii)一个与管理模块(18)耦合的传输模块(19)，该传输模块包括一个可重写存储器(21)和一个输入缓冲存储器(22)，所述可重写存储器(21)中储存有所述交换表，所述输入缓冲存储器(22)能根据选定的标准存储所述选定的管理地址，并按照指令向所述管理模块(18)传输所述选定的地址，在这种情况下，所述管理模块(18)能在接收选定的地址时，向所述传输模块(19)传输所述存储的主要数据的至少一部分以及所述存储地址(FSA(i))，使其根据接收到的主要数据在所述交换表中确定新的主要交换数据和三级数据，并根据所述监控装置(10)的指令发送这些数据。

6.根据权利要求4的装置，其特征在于所述交换级装置(8)包括：i)一个管理模块(18)，该管理模块包括一个管理缓冲存储器(20)，该管理缓冲存储器至少能将所述接收装置(3)发送的主要交换数据和存储地址(FSA(i))存储在一个选定的地址中，ii)一个与管理模块(18)耦合的传输模块(19)，该传输模块包括一个可重写存储器(21)和一个输入缓冲存储器(22)，所述可重写存储器(21)中储存有所述交换表，所述输入缓冲存储器(22)能根据选定的标准存储所述选定的管理地址，并按照指令向所述管理模块(18)传输所述选定的地址，在这种情况下，所述管理模块(18)能在接收选定的地址时，向所述传输模块(19)传输所述存储的主要数据的至少一部分以及所述存储地址(FSA(i))，使其根据接收到的主要数据在所述交换表中确定新的主要交换数据和三级数据，并根据所述监控装置(10)的指令发送这些数据。

7.根据权利要求1-6的其中之一的装置，其特征在于所述路由选择级装置(9)包括一个L3F型的路由选择级装置。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于所述路由选择级装置(9)包括：i)另一个管理模块(11)，所述另一个管理模块包括另一个管理缓冲存储器(12)，所述另一个管理缓冲存储器至少能将接收装置(3)传输的主要路由选择数据和所述存储地址(FSA(i))存储在一个选定的地址中，ii)与所述另一个管理模块(11)耦合的另一个传输模块(14)，所述另一个传输模块(14)包括另一个可重写存储器(15)和另一个输入缓冲存储器(13)，所述另一个可重写存储器(15)中储存有所述路由选择表，所述另一个输入缓冲存储器(13)能根据选定的标准存储所述选定的管理地址，并按照指令向所述另一个管理模块(11)传输所述选定的地址，在这种情况下，所述另一个管理模块(11)能在接收选定的地址时，向所述另一个传输模块(14)传输所述存储的主要数据的至少一部分以及所述存储地址，使其根据接收到的主要数据在所述路由选择表中确定新的主要路由选择数据和三级数据，并根据所述监控装置(10)的指令发送这些数据。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于所述另一个传输模块(14)具有与输出端口(7)的数量相同的输出缓冲存储器(16)，它们能从所述另一个可重写存储器(15)接收所述三级数据和所述新的主要数据，而且从所述另一个管理模块(11)接收所述存储地址(FSA(i))。

10.根据权利要求8的装置，其特征在于所述另一个传输模块(14)包括与输出端口(7)的数量相同的输出缓冲存储器(16)组，每组缓冲存储器能从所述另一个可重写存储器(15)接收所述三级数据和所述新的主要数据，并从所述另一个管理模块(11)接收所述存储地址(FSA(i))。

11.根据权利要求1-6、8-10的其中之一的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括至少与输出端口数量相同的缓冲存储器(24)，所述缓冲存储器(24)能接收存储地址(FSA(i))和来自交换级装置(8)及路由选择级装置(9)的主要数据和三级数据。

12.根据权利要求7的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括至少与输出端口数量相同的缓冲存储器(24)，所述缓冲存储器(24)能接收存储地址(FSA(i))和来自交换级装置(8)及路由选择级装置(9)的主要数据和三级数据。

13.根据权利要求1-6、8-10的其中之一的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与输出端口(7)的数量相同的缓冲存储器组(24)，所述缓冲存储器组(24)能接收存储地址(FSA(i))和来自交换级装置(8)及路由选择级装置(9)的主要数据和次级数据。

14.根据权利要求7的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与输出端口(7)的数量相同的缓冲存储器组(24)，所述缓冲存储器组(24)能接收存储地址(FSA(i))和来自交换级装置(8)及路由选择级装置(9)的主要数据和次级数据。

15.根据权利要求10或14的装置，其特征在于缓冲存储器组(16，24)与不同的服务质量相关。

16.根据权利要求13的装置，其特征在于缓冲存储器组(16，24)与不同的服务质量相关。

17.根据权利要求11的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与缓冲存储器(24)的数量相同的中间模块(17)，所述中间模块(17)能在第一和第二区域存储存储地址(FSA(i))和分别由交换级装置(8)和路由选择级装置(9)发送的主要数据和三级数据，以便按照指令并根据选定的标准，向监控装置(10)的缓冲存储器(24)发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级交换数据，或是发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级路由选择数据。

18.根据权利要求12、14、16的其中之一的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与缓冲存储器(24)的数量相同的中间模块(17)，所述中间模块(17)能在第一和第二区域存储存储地址(FSA(i))和分别由交换级装置(8)和路由选择级装置(9)发送的主要数据和三级数据，以便按照指令并根据选定的标准，向监控装置(10)的缓冲存储器(24)发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级交换数据，或是发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级路由选择数据。

19.根据权利要求13的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与缓冲存储器(24)的数量相同的中间模块(17)，所述中间模块(17)能在第一和第二区域存储存储地址(FSA(i))和分别由交换级装置(8)和路由选择级装置(9)发送的主要数据和三级数据，以便按照指令并根据选定的标准，向监控装置(10)的缓冲存储器(24)发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级交换数据，或是发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级路由选择数据。

20.根据权利要求15的装置，其特征在于所述监控装置(10)包括与缓冲存储器(24)的数量相同的中间模块(17)，所述中间模块(17)能在第一和第二区域存储存储地址(FSA(i))和分别由交换级装置(8)和路由选择级装置(9)发送的主要数据和三级数据，以便按照指令并根据选定的标准，向监控装置(10)的缓冲存储器(24)发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级交换数据，或是发送存储地址(FSA(i))和所述主要和三级路由选择数据。

21.根据权利要求5、6、8-10、12、14、16、17、19、20的其中之一的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

22.根据权利要求7的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

23.根据权利要求11的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

24.根据权利要求13的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

25.根据权利要求15的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

26.根据权利要求18的装置，其特征在于至少一些所述缓冲存储器(13，16，22，24)是FIFO型缓冲存储器。

27.根据上述任何一个权利要求的装置的使用，其交换标准是从一组包括ATM、基于帧的ATM、帧中继和MPLS的交换标准中选定的，且路由标准是从一组包括互连网协议和无连接协议的标准中选定的。

28.一种数据包的处理方法，其特征在于包括：

·在输入端口(4)接收数据包；

·从所述接收到的数据包中提取主要的交换或路由选择数据和要进行处理的次级数据，并将这些数据与选定的存储地址(FSA(i))相关联；

·将提取的次级数据存储到存储地址(FSA(i))中；

·根据接收到的主要数据和存储在一个交换表或路由选择表中的数据，并根据接收到的这些数据是主要的交换数据还是主要的路由选择数据来确定三级数据和新的主要的交换或路由选择数据，所述三级数据指定输出端口(7)中的至少一个；

·根据选定的标准，发送三级数据、新的主要的交换或路由选择数据和所述存储地址；

·提取存储在所述存储地址中的次级数据，并向每个由被发送的三级数据指定的输出端口(7)发送与新的主要数据结合的所提取的次级数据。

29.根据权利要求28的方法，其特征在于在接收数据包的时候，将其分解成长度相等的段，以便可以将所述次级数据以段的形式存储，并且在传输已被处理的次级数据前，将所述被提取的经处理的数据重新构造，以便将它们与新的主要数据结合。

30.根据权利要求28或29的方法，其特征在于所述交换是L2F交换。

31.根据权利要求28或29的方法，其特征在于所述路由选择是L3F路由选择。

32.根据权利要求30的方法，其特征在于所述路由选择是L3F路由选择。

33.根据权利要求28、29、32的其中之一的方法，其特征在于在发送三级数据和新的主要的交换或路由选择数据前，将数据存储，然后运用选定的标准，以便选择路由选择数据或交换数据，从而传输次级数据。

34.根据权利要求30的方法，其特征在于在发送三级数据和新的主要的交换或路由选择数据前，将数据存储，然后运用选定的标准，以便选择路由选择数据或交换数据，从而传输次级数据。

35.根据权利要求31的方法，其特征在于在发送三级数据和新的主要的交换或路由选择数据前，将数据存储，然后运用选定的标准，以便选择路由选择数据或交换数据，从而传输次级数据。

36.根据权利要求28-35的其中之一的方法的使用，其交换标准是从一组包括ATM、基于帧的ATM、帧中继和MPLS的交换标准中选定的，且路由标准是从一组包括互连网协议和无连接协议的标准中选定的。

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