CN1275299A - 用于ip转发和atm交换的设备 - Google Patents
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Abstract
一个通信结点包含用于把互联网协议(IP)包和异步传输方式(ATM)信元导向到它们的目的地址的智能。ATM信元和IP包可以在一个公共数据流中接收。各自设备处理ATM信元和IP包从而把信元和包导向到它们的目的地址而到达适当的输出端口。设备能够在ATM信元和IP包上进行策略和服务质量(QOS)处理。
Description
技术领域
本发明总体上涉及交换结点，尤其是涉及一个用于IP转发和ATM交换的单个设备。
发明背景
在传统的系统中，计算机网络一般被看成可划分为几层。开放系统互联(OSI)参考模型由国际标准组织(ISO)建立。OSI参考模型定义一个计算机网络有七层，从一个物理层到一个应用层。许多不同的协议在一个计算机网络的各自的层上开发使用。异步传输方式(ATM)协议是一个层2协议。层2是数据链路层并且负责在一个数据链路上传输信息块。互联网协议(IP)是一个层3协议的一个例子。层3是网络层，负责使在计算机网络中的任一对系统能够互相通信。
在传统的系统中，ATM网络被看成与IP网络独立的空间。ATM网络对于部分服务工作良好，而IP网络对于另一部分服务工作良好。既然IP或者ATM都不能提供一个完整的多服务方案，许多服务提供者选择使用双网络。IP网络支持例如互联网访问以及虚拟专用网络的应用，而ATM网络支持帧中继、虚拟专用网络、通路模拟、专用分支交换(PBX)以及其他其可靠性和服务质量(QOS)是优先的应用。
发明概述
本发明提供一个设备，不仅可以进行IP包转发和路由，而且可以进行ATM交换和路由。本发明的设备允许一个网络开发者不专门针对一个单个协议；而且本发明的设备允许开发者在一个单个设备内支持许多不同的协议。本发明的设备提供了一个真正的多源能力。设备能够在SONET上处理ATM、IP包，并且在ATM上路由IP包。
根据本发明的一个方面，一个用于把输入数据导向目的地址的设备包含一个IP包转发设备用于转发输入数据中的IP包到它们的目的地址。设备还包含一个ATM信元交换设备用于交换输入数据中的ATM信元到它们的目的地址。输入数据可能包含同步光纤网络(SONET)帧。
根据本发明的另一个方面，一个用于把输入导向目的地址的装置包含用于接收输入的输入端口以及用于输出数据的输出端口。装置还包含一个耦合到一个选中输入端口的导向器，用于把输入导向输出端口。基于在层2数据单元中的地址信息，导向器把由OSI层2协议封装的层2数据单元导向输出端口。基于在层3数据单元中的地址信息，导向器还把由OSI层3协议封装的层3数据单元导向输出端口。层2协议可能是ATM协议，而层3协议可能是IP。
根据本发明的一个进一步的方面，在设备中一个方法被用来把输入端口上的输入数据通信导向输出端口。一个IP查找被提供来识别向何处导向一个从一个选中输入端口接收的IP包。一个ATM查找被提供来识别向何处导向一个从一个选中输入端口接收的ATM信元。一个单位的输入数据由一个选中的输入端口接收。如果该单位数据是一个ATM信元，ATM查找被用来识别向哪个输出端口导向该单位数据。当该单位数据是一个IP包，IP查找被用来识别向哪个输出端口导向该单位数据。
根据本发明的一个进一步方面，一个设备被提供来把包含标识目的地址的地址信息的IP包以及包含标识目的地址的地址信息的ATM信元导向到它们的目的地址。设备包含用于接收输入数据流的输入端口以及用于输出数据流的输出端口。设备还包含用于把在输入端口接收的输入数据导向到输出端口的线路卡。每个线路卡包含一个基于IP包中包含的地址信息把输入数据中的IP包导向到输出端口的IP包转发设备。另外，每个线路卡包含一个基于ATM信元中包含的地址信息把输入数据中的ATM信元导向到输出端口的ATM信元转发设备。设备可以包含一个用于互联线路卡来便于在线路卡之间通信的互联。一个多路复用器可以放在选中输入端口之前来多路传输数据流到一个单输入数据流。输入数据可以作为一个OC-48数据流接收。
附图说明
依照后面的附图，本发明的一个说明性实施方案将在以下进行描述。
图1描述一个用于本发明的说明性实施方案的一个交换架。
图2描述说明性实施方案的一个具体实现，其中使用了多个交换架。
图3描述在说明性实施方案中使用的信道化SONET方案。
图4描述多路复用器以及一个有四个线路卡的交换架。
图5更详细地描述一个线路卡的部件。
图6描述在输入通信时执行的三个主要处理阶段。
图7是功能框图用于描述在数据通信时执行的步骤。
图8是一个流程图用于描述在输入处理时执行的步骤。
图9是一个功能框图用于描述在输入处理时执行的功能步骤。
图10是图5中接收ASIC70的一个更详细的方框图。
图11描述一个SONET STS-1帧的逻辑格式。
图12描述一个DS-3PLCP帧的逻辑格式。
图13描述一个PPP帧的逻辑格式。
图14描述一个帧中继帧的逻辑格式。
图15描述一个AAL5IDU的逻辑格式。
图16是一个流程图用于描述在ATM信元输入处理时所执行的步骤。
图17描述一个ATM信元的逻辑格式。
图18描述一个内部单元的逻辑格式。
图19是一个方框图用于描述在说明性实施方案中的ATM查找
图20是一个流程图用于描述在IP输入处理时所执行的步骤。
图21描述在IP查找时使用的头数据的逻辑格式。
图22描述在IP查找时采用的数据结构和表格。
图23描述一个DANET结构的的一个逻辑格式。
图24是一个流程图用于描述在IP查找时所执行的步骤。
图25是一个方框图用于描述在IP查找中的一个查找数组的索引。
图26是一个例子用来描述在IP查找中的查找数组和DANET结构的关系。
图27是一个流程图用于描述在交换阶段所执行的步骤。
图28是一个功能框图用于描述在输出处理时执行的功能步骤。
图29是图5中传送ASIC64的一个更详细的方框图。
图30描述在传送ASIC64中采用的传输队列。
图31描述在把数据转发到传输队列中采用的逻辑。
发明详述
本发明的说明性实施方案提供了一个单个设备用于进行互联网协议(IP)转发/路由以及异步传输方式(ATM)交换/路由。单个设备包含一个IP包转发设备以及一个ATM交换设备。在文中，″转发″指的是在一个通信结点中包在一个源端口和一个或多个目的端口之间的传递，其中通信结点是例如一个交换器、一个路由器或者一个交换/路由器。″路由″指的是由一个通信结点向一个转发表或者类似的结构提供信息的拓扑信息积累，其中通信结点被用来把输入数据导向到一个目的地址。″交换″指的是在一个面向连接的环境中，通过中间交换结点导向包或者其他模块化信息来连接一个发送端和一个接收端。
说明性实施方案消除了独立交换器和路由器的需要。说明性实施方案中采用的设备可以在一个单个设备中处理ATM信元和IP包，并且也可以处理载在ATM信元上的IP包。设备可以在IP网络中采用，例如互联网、企业网或者外部企业网，或者在更传统的交换环境中使用，例如虚拟专用网(VPNs)，专用数据网。设备支持在一个SONET(同步光纤网络)上的IP包的路由，在ATM上的IP包的路由以及纯ATM交换。更一般地说，说明性实施方案消除了在层2设备和层3设备之间的分隔从而使得层2数据信元和层3数据单元可以被一个单个设备导向到它们的目的地址。
说明性实施方案在一个通信网络中采用了一个适于使用的交换器/路由器，其中通信网络例如一个计算机网络或者一个电话网络。交换器/路由器包含用于接收输入数据通信的输入端口以及用于把输入数据通信导向到目的地址的输出端口。每个输入数据端口连到一条通信线，例如一条光纤。同样，每个输入数据端口连到一条类似的通信线(例如一条光纤)。一个ATM信元转发设备以及一个IP包转发设备提供给每个输入端口。ATM信元转发设备为每个由输入端口接收的ATM信元确定使用哪个输出端口输出ATM信元。IP包转发设备为每个由输入端口接收的IP包确定使用哪个输出端口输出IP包。因此，每个输入端口可以接收ATM信元和IP包，并且交换器/路由器将会恰当地导向ATM信元和IP包。
下面的讨论总结了说明性实施方案中的交换/路由设备的结构以及运行。
图1描述一个适用于本发明的说明性实施方案中交换/路由设备的一个交换架10。交换架10为设备提供了核心交换功能性。下面将会进行更加详细地解释，设备可以包含多个交换架来增加设备的交换能力。交换功能性的模块化使得网络提供者可以选择适合于网络提供者需要的交换能力。交换架1O包含一个机柜12用于固定交换架组件，包括八个线路卡14。八个线路卡14是包含接收和传送数据智能的印刷电路板。每个线路卡14被设计成接收/传送一个OC-48输入流，相应于2,488千兆比特每秒(Gbps)。SONET是一个定义了一系列便于多个销售商传输产品之间互联的光纤传输速率的标准。SDH是一个技术上和SONET一致的标准。光纤传输速率被定为光纤载送(OC)率。SONET/SDH OC速率被如下定义：
OC级别 线路速率 能力
OC-1 51.84Mbps 28DS1s或1DS3
OC-3 155.52Mbps 84DS1s或3DS3s
OC-9 466.56Mbps 252DS1s或9DS3s
OC-12 622.08Mbps 336DS1s或12DS3s
OC-18 933.12Mbps 504DS1s或18DS3s
OC-24 1.244Gbps 672DS1s或24DS3s
OC-36 1.866Gbps 1008DS1s或36DS3s
OC-48 2.488Gbps 1344DS1s或48DS3s
OC-96 4.976Gbps 2688DS1s或96DS3s
OC-192 9.953Gbps 5376DS1s或192DS3s
在上面的标识表中，OC-48是规定的线路速率之一。在表格的能力栏，以DS-1和DS-3速率作为参照。SONET/SDH能力用数字信号速率的近序时数字层次(PDH)的线路速率表示，其用来对线路或者干线能力进行分级。在DS层次中，基本速度级别是DS-0，相当于64千字节每秒。DS-1相当于1.54兆字节每秒，而DS-3相当于44.736mbps。
交换架10还包含占用3个插槽的交换模块卡18。交换模块卡18是印刷电路板，用来提供便于线路卡之间通信的交换能力。交换模块卡18形成″互联″的核心，其将在下面进行更加详细地描述。交换资源模块16占用交换架10中剩余的两个插槽。这些模块16为交换架10管理板级别的状态信息。
上面提到，附加交换架10可以用于设备来增加设备的交换能力。图2显示了一个采用八个交换架10的例子。访问架20也在设备中采用。每个访问架20有一对线性终端多路复用器，其产生一个结构化的OC-48数据流体OC-12/STM4、OC-2/STM1、DS-3且/或E3支流。在图2描述的例子中，八个访问架20被采用。一个访问架20提供给一个相应的交换架10。设备还包含许多控制架24。每个控制架24包含一对双冗余控制处理器。扩展架22是一个160Gbps交换器，用于最多8个交换架10的互联。扩展架22允许一个输入数据流在一个交换架10的一个线路卡接收而在第二个交换架的一个线路卡输出。
说明性实施方案的设备提供了一个运行的信道SONET/SDH模式，这样每个OC-48线路卡模块可以配置成DS-3、OC-3以及OC-12或者OC-48支流结构。图3显示了这种信道的一个例子。一个单OC-48输入流30有包括SONET支流32上的一个OC-12C包以及一个OC-12ATM支流34。支流38划分成四个OC-3支流，包括SONET支流44上的OC-3C包以及一个OC-3ATM支流46。支流47划分成三个DS-3支流，包括一个ATM HEC描绘的支流40、一个DS-3ATM PLCP描绘的支流41以及一个在DS-3支流42上的PPP。在线路卡模块14上的每个多路分解OC-48输入流到特定的支流并且然后在支流(即″信道″)上独自运行。支流的配置是软件控制的并且可以动态改变。
图4为说明性实施方案的设备描述了功能布局部分的一个例子。设备包含耦合到输入通信线的线路卡53、55、57和59。线路卡53、55、57和59中每个都通过一个输入端口接收一个单物理OC-48数据流。图5更加详细地描述了一些在线路卡59中的附加组件。其它线路卡53、55、和57中每个都设为有一个相似的布局。线路卡59包含一个微处理器72以及一个存储器74。存储器74可以有许多不同形式，包括随机存储器(RAM)或者只读存储器(ROM)。线路卡59包含应用专用的集成电路(ASICs)，包括一个接收ASIC70以及一个传输ASIC64。接收ASIC70负责接收输入数据并且处理数据从而数据适于在互联62上传送。传输ASIC64接收来自互联62的数据并把数据在一个输出端口上转发到一条输出线。上面提到，线路卡53、55、和57中每个都有一个图5中描述的相似布局。因此，线路卡53包含ASIC54、线路卡55包含ASIC56而线路卡59包含ASIC58。
本领域的技术人员可以理解图5中显示的线路卡59的描述只是说明性的，而不是本发明的限制。其它线路卡配置可以在本发明的实际应用中使用。还有，线路卡提供的功能型不需要在一个线路卡本身实现，而是可以在一个不同方式或者通过一个不同电路配置实现。另外，接收ASIC70以及传输ASIC64不需要作为两个单独的ASICs来实现，而可以作为两个以上ASICs或者一个单ASIC来实现。
线路卡53可以有SONET多路复用器，例如多路复用器50和52为线路卡放在输入端口的输入处来多路复用输入支流数据流到OC-48数据流。在图4描述的例子中，SONET多路复用器50多路复用4个OC-12数据流到一个OC-48数据流。控制处理器64控制监视线路卡53、55、57以及59和互联62的运行。多路分解器50和52放在输出端口的供给来接收线路卡的OC-48输出并且把它分到组成的支流，例如OC-12、OC-3或者DS-3支流。
一个例子有助于说明数据在图4的组件中流动。假定四个OC-12数据流在线路卡59的输入端口被多路复用到一个单OC-48输入数据流。在线路卡59上的接收ASIC70确定如何导向输入数据流中的ATM信元以及/或者IP包。数据通过互联62传到一个目的线路卡，例如线路卡53。在线路卡53上的传输ASIC64用适用于目的地址的格式把数据打包(即封装)。然后数据在输出端口上送出。一个多路复用器50可以多路复用来自从线路卡输出的OC-48流的输出数据到一个物理OC-12端口。
图6描述了设备在处理一个输入数据流中的三个主要阶段。最初，输入处理80被执行。如下将进行更详细的描述，输入处理80在输入数据流中定位ATM信元和IP包，并且解开封装并分段输入包数据。输入处理80把数据放入一个合适的格式从而在互联62上导向数据。IP转发和ATM交换查找作为输入处理80的部分被执行。互联阶段82在互联62上把输入数据导向到合适的输出线路卡。输出处理84包含把在互联上接收的数据封装并把数据导出到合适的输出端口从而使输出数据到达指定的目的地址。下面的讨论将更详细地描述这些阶段。
图7提供了一个功能方框图，显示在说明性实施方案中对于一个给定的数据流从输入到输出的处理总时间。OC-48输入数据流90首先被多路分解92到单独支流(也称作″信道″)。每个信道中的数据被解开封装94从而除去来自SONET帧和层2帧的数据。ATM输入处理96在输入数据中的ATM信元上执行，而IP输入处理98在输入数据中的IP包上执行。数据在互联62上传到一个输出线路卡。输出线路卡执行输出处理102，它包含队列和通信成形102。封装104在数据上执行并且各个支流被多路复用106产生一个OC-48输出数据流108。
说明性实施方案调整SONET/SDH的底层结构来支持多个数据封装。假定输入数据用一个SONET格式编码。图8是一个流程图用于描述在说明性实施方案中输入处理时执行的步骤。最初，输入数据必须被多路分解到各个SONET/SDH支流(图8中的步骤110)。输入处理实际在所有支流上同时被执行。图9描述一个输入处理的功能框图，比图7中的方框图更加详细。OC-48数据流90显示为逻辑上被SONET多路分解器92多路分解。
在各个支流中的结果数据可以是许多不同格式中的任何一种。接收ASIC70描绘这些数据(图8中的步骤112)来获得对其所载的ATM信元、PPP帧或者FR帧的访问(见图7中的94)。每个IP包可以由多个ATM信元组成或者可以包含在一个PPP帧或者FR帧中。
图11描述一个SONET STS-1帧200的格式。其他SONET帧格式可以被用来支持OC-3、OC-12以及OC-48。SONET帧200包含9行，每行包含90个八位二进制数的位组(即90个8位字节)。SONET帧200的有效负载被包含在同步有效负载封装(SPE)202中。SPE202包含用于路径开销(OH)208的9个字节。SONET帧200还包含节OH204和线路OH206。节OH204和线路OH206是SONET传输开销的一部分。在文中，″开销″指的是提供来被计算机网络各层使用的头信息。
图10更详细地描述了接收ASIC70的组成部分。接收ASIC70包括一个接收输入数据的SONET解帧器140。SONET解帧器140从SONET帧200中除去SPE202的内容。结果有效载荷可以包含额外的帧，这将在下面进行更详细地描述。一个可能性是SONET帧200的有效载荷包含一个或多个DS-3PLCP(物理层集中协议)帧。这样一个帧持有一个在把ATM信元映射到DS-3设备中使用的有效载荷。帧十二行象图12中显示的行210。每行包括PLCP帧指示八位二进制数的位组用来标识所使用的帧模板。路径开销指示器(POI)214索引相邻的路径开销(POH)八位二进制数的位组216，并标识POH八位二进制数的位组的编码。ATM信元218持有对于帧210的数据内容，并且帧包含尾部半字节(即4字节)220。
数据还可以被封装成一个点到点协议(PPP)帧222，如图13中所示。PPP是一个层2协议，建立在标准高级数据链路控制(HDLC)协议的一个限定性子集之上。PPP帧222由标志223和231定界。每个PPP帧222包含一个地址224和一个用于保存流控制信息的控制域226。PPP帧222包含一个信息节228和一个PPP有效载荷。CRC域230标识帧中所用的各种循环冗余校验。
数据还可以封装成一个帧中继(FR)帧232(图14)。每个(FR)帧232在FR帧头部包含一个字节的标志信息234和一个地址域236。帧中继帧232还包含一个信息域238，其保存一个有效载荷和一个帧校验序列八位二进制数的位组240，其保存用于检查帧是否被正确接收的信息。最后，帧中继帧232在末尾有一个标志八位二进制数的位组242。
一旦ATM信元被定位，ATM信元输入处理必须在每个ATM信元上执行(见图8中的步骤114和116)。ATM信元头303和输入端口信息一起被送到ATM查找引擎150(图16中的步骤260)。ATM信元的剩余48字节被送到接收FIFO152(图16中的步骤262)。图17描述一个ATM信元290的格式。每个ATM信元是53字节长，其中48字节的有效载荷310和5字节的头303。ATM信元290还包含一个虚拟路径标识(VPI)294，为ATM信元标识虚拟路径。ATM信元290包含一个虚拟信道标识(VCI)298，为单元标识虚拟信道。ATM信元使用VCIs和VPIs来指定一个单元的处理。一个VC(虚拟信道)是在两个通信ATM实体之间的一个连接。一个VP(虚拟路径)是在两个点之间载送的一组VCs。VPs为指向同一目的地址的打捆通信提供一个方便技术。在一些例子中，一个交换结点只需要检查一个VPI来续传通信而不要检查一个更完整的地址。
一种有效载荷类型304被包含在头303中并包含一个用来指示单元是否包含用户信息或者包含相关层管理信息的三位域。一个单元丢失优先级位306允许为单元指定明确的丢失优先级。ATM信元290的头303还包含一个被网络物理层为单元头位错误使用的头错误控制域308。
上面提到，ATM信元头303被送到ATM查找引擎150(图16中的步骤260)。有效载荷310被送到接收FIFO152(图16中的步骤262)。ATM查找引擎115使用一个ATM表154进行一个查找来确定向哪里导向ATM信元(图16中的步骤264)。ATM查找引擎在策略(见图9中的126)和查找功能(见图9中的128)起到一定作用。应该意识到被送到ATM查找150的信元头不包含HEC域308。还应该意识到当数据的48字节被存到接收FIFO152(图16中的步骤262)时ATM查找引擎150执行一个查找(图16中的步骤264)。
下面的讨论首先集中在ATM查找的执行(图16中的步骤264)，然后简要地讨论由ATM查找引擎150执行的策略。策略测量通信速率，并且输入通信对使用一个双漏桶算法的通信协议有效。
如图19所示，一个输入ATM信元通过一个三阶段的查找。第一阶段包含访问端口查找表(PLUT)。PLUT320包含49个入口，其中48个入口提供给可能的48个不同环境，而一个49th入口相应于线路卡处理器(LCP)72。PLUT320中的每个入口指向一个VP查找表(VPLUT)322的一个入口，其构成了查找的第二个阶段。VPLUT的每个入口和一个特定的虚拟路径相关联。因此，VPLUT中的一个入口指向和入口环境相关联的虚拟路径。每个VPLUT入口322指向一个VC查找表(VCLUT)，它持有每一特定虚拟通路的信息。每个入口包含一个128字节的数据。数据标识信元被路由或者交换的虚拟通路，或者指示通路在LCP上终止。
每个VCLUT入口324、326、或者328包含一个目的句柄和其它交换信息，包含在执行策略时有用的信息。一个目的句柄是一个混合数据结构保存关于一个信元将被导向到何处的有用信息，从而信元被正确地朝所期望的目的地址输出。如下将被更详细地解释，目的句柄被传输ASIC64使用来确定往哪里发送输出(即，哪个输出端口将被使用)。ATM查找的结果通常是一个目的句柄。
上面提到，ATM查找引擎150也执行某个策略行为。对于ATM信元，单独策略器被实现来监视高峰信元速率(PCR)以及持续信元速率(SCR)，根据对于VC或者VP的通信协议。每个策略器实现通用信元速率算法(GCRA)，它在UNI4.0规范中定义。PCR漏桶算法监视最大信元速率在由信元延迟容差(CDVT)允许的容差范围内。SCR漏桶算法监视在一段时期的信元到达平均速率在由最大突发大小(MBS)和CDVT允许的突发大小范围内。SCR应用到VBR和UBR连接并且一直小于PCR。通信协议依照ATM形式通信管理4.0规范定义。超出通信协议的ATM信元受策略支配，它可能包括标记或者丢弃不好的信元。
策略和QOS在相应的名为″用于在一个通信结点中运行的一个互联网络″[AGM-006]的申请中有更详细地描述，它被指定为一个公共代理并且在本文参考中明确包括。
查找150(即目的句柄)的结果被送到CRC模块152(图16中的步骤266)。ATM查找150可以决定是否丢弃，一个信元或者不是作为策略的一部分(见图16中的步骤268)。然后适当的信元被丢弃(图16中的步骤270)。如果信元不将被丢弃，一个标签从标签主管162请求得到(图16中的步骤274)。标签是一个指针指向在一个接收数据保存160中的位置(图10)。接收数据保存160是一个在执行处理时用来存放数据的地方。标签可以被拿回而从由标签标识的位置取出数据。响应请求，标签主管162发出一个标签并且把标签送到ATM查找引擎150(图16中的步骤276)。然后，信元的包含数据的48个字节从接收FIFO152被送到接收数据保存160。数据被存在由发送的标签标识的位置(图16中的步骤278)。进行检查ATM信元是否包含一个IP包的一部分(图16中的步骤279)。如果包含，IP输入处理必须在图18中的步骤412开始被执行(下面描述)。否则，接收数据保存160中保存的信元的48字节部分和标签以及目的头部一起被送到互联62(图16中的步骤280)。具体而言，一个图18描述格式的内部信元被构造。内部信元312包含数据318以及用于信元的目的句柄316。互联头314持有被互联62使用的头部信息。
解封模块182有一个解封表184，它确定数据从接收数据包提取的数据如何封装成内部信元(即规范格式)。对于原始ATM信元，ATM信元有效载荷和头部信息以及目的句柄结合来创建在互联62上传送的内部信元。
在图8中的步骤118中，可以确定输入数据不仅是一个ATM信元而是一个IP包的一步分。例如，一个ATM信元可以包含一个IP包的一部分，IP输入处理被执行(图8中的步骤120)。IP包可以被封装成一个PPP帧或者一个帧中继帧。上面提到，解帧器144解开PPP帧和帧中继帧。IP包可以被封装成一个AAL5(ATM适应层5)帧。换句话说，IP包可以在ATM上传输。图15描述了一个AAL5帧245的格式。帧245包含一个有效载荷246以及一个尾部248。帧245可以任意长度。尾部248包含用户到用户(UU)域250，它持有在用户之间透明传送的数据。一个公共部分指示器(CPI)域252在总的位流中对齐尾部。长度域254指示总的帧有效载荷246的长度。一个循环冗余校验(CRC)域256被用来仅在尾部的错误检查纠正。包含在帧245中的整套数据被分段成48个八位二进制数的位组的有效载荷，前面添加一个5个八位二进制数的位组的头部来形成53个八位二进制数的位组的ATM信元。
图20是一个流程图用于描述在IP输入处理时所执行的步骤。如果必要，IP包由AAL5分段器148划分成伪ATM信元(图20中的步骤400)。对于在ATM上的包输入的情况，IP包可以被持在一个ATM信元或者可以被持在多个ATM信元。来自每个伪ATM信元的头信息被送到ATM查找引擎150(图20中的步骤402)。一个标签从标签主管162请求得到(图20中的步骤404)。标签主管响应请求发出一个标签(图20中的步骤406)。信元的48个字节从信元送到数据保存(图20中的步骤408)。ATM查找引擎150把信元识别为包含IP包数据并且把信元标签放到待处理信元队列166(图20中的步骤410)。如果必要，待处理信元队列166累积构成一个单个包的信元使得一个包的所有信元在互联62上被传送到同一个目的地址。
为了理解如何处理收入，考虑下面这一个情况是有帮助的，其中PPP帧包含一个IP包。在这个例子中，接收ASIC70把PPP帧中的IP包零散为伪ATM信元并且把头送到ATM查找引擎150，同时把数据48字节送到接收FIFO152。PPP帧化名为ATM信元从而ATM查找引擎150能够处理它们。明确地讲，在一个PPP环境上来的通信有一个带一个预配置的值0/1的VPI/VCI。这个值插入由于AAL5分段148产生的内部信元的头部。对于PPP环境的VPI/VCI的值0/1被配置为一条路由的链路。对于帧中继帧，VPI/VCI根据输入DLCI的值加一设置。当处理输入头部数据，ATM查找引擎150返回一个目的句柄或者一个占位符目的句柄。占位符目的句柄是一个指示，说明输入头是用于一个IP包并且需要进一步IP处理。占位符目的句柄输出的存在导致头信息被放在待处理信元队列166。
ATM查找150确定信元是否是用于一个IP包的第一个信元(图20中的步骤412)。如果信元不是第一个，不需要进一步输入处理。但是，如果确定信元是用于一个IP包的第一个信元，IP头信息被定位在对第一个信元解封模块170有效的第一个信元的有效载荷(图20中的步骤414)。信元的48个字节数据也从接收FIFO空间152送到第一个信元解封模块170(图20中的步骤416)。第一个信元解封模块170解封第一个信元中包含的信息是发送适当信息到IP查找模块174的有效载荷，并且数据被送到保存(图20中的步骤418)。第一个信元解封模块170使用一个解封表171来识别如何解封信元。IP查找模块174为IP包执行转发查找132(图9)以及策略130。数据从保存获得(图24中的步骤422)。IP查找模块174返回一个目的句柄，该句柄标识把将在互联62上发送的内部信元送到何处(图20中的步骤420)。规范帧在互联62上发送(图24中的步骤424)。除了被重新排列尾部字节，IP包被收集成有一个AAL5帧格式的规范帧。多个字节块的集合被切成规范帧来增强通过互联62传送的效率。
图21描述了由IP查找模块174使用的IP头数据430的格式。除了域456和458(图21)，在头数据430中的所有域从相关联IP包的IP头部被拷贝。域456和458从一个传送头拷贝。头数据430包含一个持有关于所使用IP协议的版本信息的版本域432。对于版本4IP包，域432有一个值4。互联网头部长度(IHO)域434用多个4个八位二进制数的位组来标识来自IP包的头部的长度。差别服务域436有一个标识对包的一个具体控制或者处理的值。总长度域438持有关于在任何分割发生前的包的总长度的信息。如果包后来被分割，标识域440为包提供了标识值可以用来将分割包和原始包相关联。
头数据430包含标志170，包含一个DF标志和一个MF标志。DF(″不要分割″)标志指示一个至少部分载在包上的数据报是否将被分割。MF(″更多分割″)标志标识是否有更多分割的段或者包是否持有数据报的最后一个分割段。段偏移域444持有一个偏移值标识段属于重组包的何处。生存时间域446标识包的有效时期，并且在此之后包将被丢弃。协议域448持有一个值，其允许目的末端结点的网络层知道运行在末端结点的哪个协议将接收包。一个头部校验和域450被提供。一个源地址域452以及一个目的地址域454各自被提供来持有包产生的源地址，以及一个包被转发的目的地址。源端口域456标识一个源端口而目的端口域458位包标识一个目的端口。
IP查找模块174使用多个表(见图10中的路由表176)以及其它进行IP查找时的结构。图22描述所使用的多个最重要的数据结构和表格。一个接口(IF)结构480提供来标识每个接收数据的接口(即环境)。接口结构包含一个初始查找项，它在转发查找开始时被使用。初始查找项是一组查找项，它包含一个对于IP包在转发查找开始时被执行的指令(下面将进行更加详细描述)。
IP查找模块174使用包含查找项的查找数组482。IP查找模块174还可以使用一个SANET484或者DANET486。SANET是一个持有用于各自源地址的多个结构的数据结构，它用于服务质量(QOS)处理以及服务类型(TOS)处理。DANET 486持有包含关于目的地址信息的DANET结构，它识别IP包的下一段转发。图23显示一个DANET结构486的基本格式。DANET结构486的域490中有一个目的句柄、一个指向一个转子的指针或者一个指向一个TOS数组的指针。一个转子是一个包含一套目的句柄的数据结构。一个转子可以用来聚集多个低速链路到一个虚拟高速链路。一个TOS数组也是一个句柄数组，但是它由一个TOS参数值索引。一个TOS数组允许目的句柄有不同TOS。DANET结构486还包含用于统计数据的计数器492并且还可以包含附加用途以及其它数据。
图24提供了一个描述对于一个单一发送的IP包在IP查找时所执行步骤的流程图。IP查找确定如何把IP包朝目的地址向下一个转发步骤发送(即最终，它确定使用哪个端口)。IP查找模块174知道IP包到达的接口。用于相关接口的接口结构被访问而且IP查找模块174处理初始包含在接口结构中的查找项(图24中的步骤460)。如图25所示，接口项包含一个查找项498。查找项498包含一组地址500，以及一个用于查找数组的操作码504。查找项498还包含一个头部半字节选择502用来识别在头部的哪个4位半字节可以被用来产生一个对在查找数组510中的一个查找数组项的索引。数组地址结合被头部半字节选择502选中的半字节被用来访问在查找数组510中的一个查找项509。在IP包506中包含的位508被结合来产生一个用于访问查找项509的索引。
路由表176包含多个查找表。具体而言，一个查找数组树被提供。树的第一级是一个单个查找数组，被一个IP包目的IP地址的头两个字节索引。树的第二级包含查找数组，被目的IP地址的第三个字节索引。树的第三级包含查找数组，被目的IP地址的最后字节索引。通过使用这个树结构，说明性实施方案能够减少所需的内存访问次数并且加快IP查找发生的速度。
当接口结构中的指令被访问后(见图24中的步骤460)，在第一个查找数组中的一个入口被访问并且被处理(图24中的步骤462)。指令告诉IP查找模块174下一步该做什么。例如，指令可以指导IP查找模块174访问在第二个查找表中的一个项。作为选择的是，指令可以引导IP查找模块174使用在一个特定DANET结构中包含的一个目的句柄。如果在第一个查找数组的入口未完成(即识别一个DANET结构被使用)处理(见图24中的步骤464)，一个入口在第二个查找数组中被访问并处理(图24中的步骤466)。如果在第二个查找数组中的入口处理未完成查找(见图24中的步骤468)，在第三个查找数组中的一个入口被访问并处理(图24中的步骤470)。如果查找数组中的指令在转发包中引导一个标识的DANET结构的使用，这个结构被使用(图24中的步骤472)。
图28描述一个例子说明在连接时查找数组和DANET结构如何被使用。在图26描述的例子中，16位查找数组512包含用于前缀1.2/16的一个入口514。这个入口514建议使用8位查找数组516。然后，目的地址中的下一位用来定位一个入口，例如入口522或者入口524。入口522是用于IP目的地址1.2.129/24。DANET结构526用于这个例子。对于1.2.128/17的IP目的地址，DANET结构528被使用。
IP查找在相应的名为″一个减少内存访问次数的网络包转发查找″的申请中有更详细地描述。申请号09/237,128，在1999年一月25号存档，它被指定为一个本申请的公共代理并且在本文参考中明确包括。
IP包策略也在IP查找模块174中发生(见图9中的130)。IP包被分成三种：绿色、琥珀色或者红色。绿色意味着通信在通信限定内。琥珀色意味着通信超过了通信限定但是在一个预定义的突发速率下，而红色意味着通信超过了突发速率。策略可以被用来在IP头部标记TOS位。另外，IP查找模块174中的策略器产生在一个从一到四范围的一个分布指示器的值，用在输入到在传输ASIC64上的随机早期丢弃(红色)算法。每个流有一个相关的通信分布，设置了该流在多少限定上允许产生通信。流限定由一个令牌桶算法增强，它允许超过流限定的短时突发。令牌桶指定输入通信为适当的种类。这样，IP查找引擎执行策略功能130(图9)以及IP转发功能(图9中的132)。
图27是一个流程图用于描述作为互联阶段82(图6)的一部分由互联所执行的步骤。互联拿回一个标签来从接收数据保存160获得数据(图27中的步骤530)。然后，来自保存的数据在互联62上传送(图27中的步骤532)。数据被送到适当的传输线路卡(图27中的步骤534)。然后，标签返回到在接收ASIC70上的标签主管162(图27中的步骤536)。互联在相应的名为″用于在一个通信结点内运行的互联网络″的申请中有更详细地描述，它被指定为本申请的一个公共代理并且在本文参考中明确包括。
互联62把内部信元递交到传输ASIC64。传输ASIC负责进行输出处理(见图6中的84)，所以适当的输出数据流在适当的输出端口上输出。这一点可以在图28中看到，从互联62接收的输出通信在传输保存546中缓存直到信元或者包被传送到它。如果一个内部信元作为一个IP包的一部分被接收，输出处理通常被延迟直到包的所有信元已经被接收。
图29更详细地描述了ASIC64。64个字节的内部信元从互联62中接收。互联头部314(图18)被除去，并且内部信元的数据部分318被送到传输数据保存546。传输数据保存546可以用一个SDRAM来实现。本领域的专业人员将会意识到传输数据保存546可以选择性地用许多其他类型的存储器设备实现。
一个标签管理552管理标签的分发。标签管理552访问一个标签空闲列表内存556并且访问内存556来向互联62提供一个在可用传输数据保存位置的空闲标签池550。互联62选择空闲标签中的一个并且把标签放在标签管理552。互联62也请求被保存在传输数据保存546中由标签标识的位置的数据。
标签管理552被提供用于内部信元的目的句柄(DH)，并且把DH传给信元链管理558。信元链管理558累积信元链的包。在惯例中，信元链管理558保证IP包的所有组成部分(即一段段数据)在IP包被传送之前有效。也会有一个快捷的情况，其中这些约束被放松。
输出队列管理为实现QOS选项而提供调度。它管理各种输出队列，其将在下面被更详细地描述。输出队列管理570和一个QOS表574以及一个日历队列572一起协作。
输出数据流不需要是一个单一发送的数据流，而可以是一个多个发送的数据流，这样同一个数据流被送到多个目的地址。图29中的组成部分546负责把信元编入传送队列中并且执行支持多个发送输出所必需的步骤。多个发送包或者信元被组件546识别并且被给一个相应于一个ATM或者IP多个发送组的标识。将被发送的包或者信元被组件546复制来产生和在一个多个发送别名表566中指定的目的地址一样多的拷贝。复制数据被输入到适当的队列。
对于每个环境有八个队列，象图30中所描述的那些。对于一个信元的一个目的句柄指定往哪个队列中放信元。中断队列620是最高优先级的队列并且被立即解队。中断队列620用于特别紧急的数据，它不得不在其他信息之前传送。优先级队列622、624、626、628和630用于不同优先级的数据。这些优先级队列622、624、626、628和630根据一个权重轮转法来被服务，其中在高优先级队列的数据(例如优先级一队列622)在低优先级队列(例如优先级五队列630)之前被服务。最努力队列632是用于所有没有递交保证或者保障的通信。最不努力队列634是用于标为和一个通信规范冲突并且如果没有任何可用带宽的话将被丢弃的数据。通常，在最不努力队列634中的数据没有希望被传送除非有可用带宽的话才会被传送。
一个日历队列540被提供来成形或者速度限制通信。数据通过日历队列540被调整而放进队列620、622、624、626、628、630、632和634。如果一个信元或者包被成形(即输出到QOS处理)，那么信元或者包通过日历队列540传送。当日历队列延迟输出通信超出可配置的域值，通信被丢弃。在成形完成后，输入队列中的信元或者包被传送到特定的输出队列。日历队列540是一个有相应于将来时刻槽的环状结构。日历队列540有基于时间的入队和出队指针。出队指针根据基于一个时间片和日历环的宽度的一个时间调度而增加。入队指针指向在出队指针到达它之前可以被安全编队的最后一个时间片。两个指针一起增加。数据基于一个所期望的速率而编队，这样一个″将来时刻″为基于最后传输时刻而编队的项来计算。这个″将来时刻″不能小于被入队指针所指的时间片。日历队列540依赖QOS表524来为将被使用的QOS适当配置日历队列。
对于日历队列540的出队处理相对于入队处理是异步的。出队处理为″当前时刻″时间片除去所有入口并且增加入队和出队指针。从″当前时刻″时间片除去的入口被放进由它们的QOS处理指定的队列。这样，如图31中所示，不受支配的数据直接传到输出队列620、622、624、626、628、630、632和634。将被编码的数据被放进日历队列540直到出队654。
一个队列调度器544(在输出队列管理570中)负责从输出队列542中出队数据。队列调度器544在输出队列管理570内被提供。调度器544实现优先级队列和权重轮转队列。一个可编程域值把优先级队列和权重轮转队列划分开。调度器544先处理优先级队列，在严格的优先级顺序中传输通信。队列的剩余部分在权重轮转顺序中处理。输出队列通常被指定成QOS级别，并且队列权重上的优先级相应被配置。对于全部输出队列620、622、624、626、628、630、632和634，优先级域值只能用来选择只有优先级队列或者只有权重轮转队列。
输出队列管理570把一个标签列表和一个目的句柄传到封装选择器576。然后，封装选择器576从输出队列542接收适当的数据。封装选择器576为选中信元把目的句柄传到目的描述管理器580。目的描述管理器580和封装引擎590一起工作来确定如何适当地封装将被输出的数据。目的描述管理器580访问封装RAM578来获得关于对目的地址适当封装的信息。目的描述管理器580对于输出数据流的目的地址有一个目的描述器。目的句柄(它伴随每个信元)被目的描述管理器580使用来定位一个目的描述器。目的描述器是一个在目的句柄内的一个域，其中目的句柄包含为信元再次封装的所有必要信息(包括部分循环冗余校验和关于帧长度的信息)。封装引擎590使用一个来自目的描述器的封装标识来引用一个封装描述器表592。封装描述器包含一个将被插入到一个标识模板封装的输出帧开始的模板。
目的句柄和从适当封装的传输数据保存546中获得的数据为ATM输出而收集。结果ATM信元被送到ATM输出模块594。ATM输出模块创建一个正确的AAL5尾部并且在信元中设置各个不同的位。OAM596可以被产生或者输出OAM信元，它由LCP产生或者从接收ASIC70转发，可能需要被格式化。结果数据被传送到PLCP模块598。如果不需要PLCP封装，信元不经修改直接传到端口传输队列600。否则，信元由PLCP模块598封装成PLCP帧。
IP包被传送到PPP/FR输出模块604，其负责为封装数据创建PPP帧或者FR帧。结果帧直接传到端口传输队列600。某些包需要送到LCP。LCP包输出606经过一个LCP缓存608并且最终传到LCP。
一个SONET帧调节器/物理接口602被提供来把数据形成SONE帧并且来进行并行到串行的转换。SONET帧调节器/物理接口602提供一个物理接口给输出线路。结果数据被输出到它的描述器。
虽然本发明参照一个它的说明性实施方案来描述，本领域的专业人员将意识到在形式和细节上的各种改变可以在不偏离如附加权利要求中本发明的指定范围的情况下进行。
Claims (19)
1.一种用于把输入数据导向到目的地址的设备，包含一个用于把输入数据中的IP包转发到它们的目的地址的互联网协议(IP)包转发设备；和一个用于把输入数据中的ATM信元交换到它们的目的地址的异步传输方式(ATM)单元交换设备。
2.如权利要求1中的设备，还包含一个放置IP包转发设备和ATM信元交换设备的外壳。
3.如权利要求1中的设备，还包含一个应用专用的集成电路(ASIC)，包含至少一部分的IP包转发设备和ATM信元交换设备。
4.如权利要求1中的设备，还包含一个公共的输入，IP包转发设备和ATM信元交换设备从它接收输入数据。
5.如权利要求1中的设备，其中输入数据包含同步光纤网络(SONET)帧并且设备还包含一个SONET解帧器用于解开输入数据中的SONET帧。
6.如权利要求1中的设备，其中设备包含用于输出数据的输出端口，并且其中ATM信元交换设备还包含一个ATM信元查找用来基于ATM信元中包含的地址信息识别向哪个输出端口导向输入数据中的ATM信元。
7.如权利要求1中的设备，其中设备包含用于输出数据的输出端口，并且其中IP包转发设备还包含一个IP包查找用来基于IP包中包含的地址信息识别向哪个输出端口导向输入数据中的IP包。
8.一种用于把数据导向导目的地址的装置，包含：用于接收输入的数据端口；用于输出数据的输出端口；
一个耦合到一个选中输入端口的导向器，用于把在选中输入端口接收的输入导向到输出端口，所述导向器把由一个OS1层2协议封装的层2数据单元基于层2数据单元中的地址信息导向到输出端口并且把由一个OS1层3协议封装的层3数据单元基于层3数据单元中的地址信息导向到输出端口。
8.如权利要求8中的装置，其中层2数据单元由异步传输方式(ATM)协议封装。
9.如权利要求8中的装置，其中层3数据单元由互联网协议(IP)封装。
10.在一个把在输入端口接收的输入数据通信导向到输出端口的设备中，一种方法，包含下列步骤：提供一个互联网(IP)查找，用于识别向何处导向在一个选中输入端口接收的一个IP包；提供一个异步传输方式(ATM)查找，用于识别向何处导向在一个选中输入端口接收的一个ATM信元；在选中输入端口接收一个输入数据单元；当该单元数据是一个ATM信元，使用ATM查找来识别向哪个输出端口导向该单元数据；以及当该单元数据是一个IP包，使用IP查找来识别向哪个输出端口导向该单元数据。
11.如权利要求11中的方法，其中设备包含一个同步光纤网(SONET)解帧器并且其中SONET解帧器用来解开在选中输入端口接收的输入数据通信中的任何SONET帧。
12.如权利要求11中的方法，其中一个单独的ATM查找和IP查找被提供给每个输入端口。
13.一种装置，用于把包含标识目的地址信息的互联网协议(IP)包以及包含标识目的地址信息的异步传输方式(ATM)单元导向到它们的目的地址，包含：用于接收输入数据流的输入端口；用于输出数据流的输出端口；用于把在输入端口接收的输入数据导向到输出端口的线路卡，每个所述的线路卡包含：
一个IP包转发设备用于把输入数据中的IP包根据包含在IP包中的地址信息导向到输出端口；以及
一个ATM信元转发设备用于把输入数据中的ATM信元根据包含在ATM信元中的地址信息导向到输出端口。
14.如权利要求14中的设备，还包含一个用于互联线路卡而在线路卡之间通信的互联。
15.如权利要求14中的设备，还包含一个放在一个选中输入端口之前的多路复用器，用来多路复用多个数据流到一个单输入数据流。
16.如权利要求14中的设备，其中输入数据作为一个OC-48数据流被接收。
17.如权利要求14中的设备，还包含一个放在一个选中输出端口之前的多路复用器，用来多路复用多个数据支流到一个单输出数据流。
18.如权利要求14中的设备，其中IP包转发设备是一个应用专用的集成电路(ASIC)的一部分。
19.如权利要求14中的设备，其中ATM信元转发设备是一个应用专用的集成电路(ASIC)的一部分。
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