CN1281037C - 具有有效分组管理单元的分组转发系统及其操作方法 - Google Patents

具有有效分组管理单元的分组转发系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种具有有效分组存储管理单元的分组转发系统及其操作方法。该分组转发系统包括用于在发送单元中输入数据的输入单元；分组存储管理单元，该单元用于将数据组合到网络协议(IP)分组并将该分组加载到分组存储器，并读取IP分组首标的指针和与该首标相连的IP分组尾标的指针；首标处理单元，该单元利用读取的首标决定分组分类和发送目的地，并将与该首标相连的尾标的指针发送到分组存储管理单元；以及输出单元，该单元根据从首标处理单元发送来的首标指针和与该首标相连的尾标指针将从分组存储管理单元读取的尾标划分成发送单元中的数据，并将划分的数据输出到信道中。

Description

具有有效分组管理单元的分组转发系统及其操作方法
根据35 U.S.C.§119，本申请要求2003年2月15日在韩国知识产权局提交的2003-9601号韩国专利申请的权益，这里引其全部内容作为参考。
技术领域
本发明的设备和方法涉及一种以高速率将分组转发到目的地的分组转发系统，更具体地，涉及一种具有有效分组存储管理单元的分组转发系统及其操作方法。
背景技术
图1是示出传统分组转发系统的分组存储管理单元的框图。
分组存储管理单元包括分组生成器110、控制器130、空队列150、发送(TX)队列170和分组存储器190。
分组生成器110从按诸如异步发送模式(ATM)单元数据之类的数据发送的各单元中所输入的数据生成互联网协议(IP)各分组，并且IP分组包括至少一个子分组，每个子分组具有固定长度。
[06]控制器130控制空队列150和TX队列170从分组存储器190读取子分组并将子分组写入(或加载到)分组存储器190，控制整个分组存储器190以固定传输顺序发送生成的IP分组。
空队列150具有分组存储器190空白空间的位置信息，即，空缓冲区的指针和空队列150按堆栈原则操作，其包含有关从首标入口到尾标入口相互连接的信息。
TX队列170对应于IP分组发送顺序在IP分组首标和尾标位置记录信息，并按先进先出(FIFO)原则操作。
图2概念性地说明传统TX队列170。TX队列170需要存储有关N个IP分组首标最大数量的位置信息的空间，且还需要存储有关最大IP分组的尾标的位置信息空间。即，控制器130根据存储在TX队列170中的IP分组首标和尾标的位置信息，发送存储或加载在分组存储器190中的IP分组首标和尾标。
通常，将在随机操作中具备良好性能的SRAM作为空队列150和TX队列170的存储介质，将在突发操作(burst operation)中具备良好性能的DRAM作为分组存储器190的存储介质。即，考虑到IP分组存储在分组存储器190中的特征，IP分组首标是随机存储的，但与IP分组首标相应的尾标包含有关相互连接的信息，并以脉冲串方式存储。
因此，会存在以下问题，即传统TX队列170的使用效率将随存储介质的特性和存储在存储介质中的数据的特性而降低。
另外，就使用大容量TX队列和SRAM的成本而言，存在低效率的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的一个方面，提供具有分组存储管理单元的分组转发系统及其操作方法，其通过隐藏在分组存储器中的IP分组的尾标队列实现有效的分组存储管理。
为达到上述方面，本发明所述包含有效分组存储管理单元的分组转发系统包括：用于在数据发送单元中输入数据的输入单元；分组存储管理单元，该单元用于将数据组合到网络协议(IP)分组并将该分组加载到分组存储器，并且读取IP分组首标的指针和与该首标相连的IP分组尾标的指针；首标处理单元，该单元利用读取的首标决定分组分类和发送目的地，并将与该首标相连的尾标的指针重发到分组存储管理单元；以及输出单元，该单元根据从首标处理单元发送来的首标指针和与该首标相连的尾标指针将从分组存储管理单元读取的尾尾标记录划分成数据传送发送单元中的数据，并将划分好的数据输出到信道中。
所述分组存储管理单元包括：用于向IP分组内生成输入数据的分组生成单元；具有包含多个加载IP分组的缓冲区，并且这些缓冲区存储缓冲区属性信息和与标头首标相连的尾尾标记录的指针；相应于IP分组的传送发送顺序加载标头首标指针的传送发送标头首标队列；，以及根据由传送发送标头首标队列确定的传送发送顺序读取标头首标指针和与该标头首标相连的尾尾标记录的指针，并将这些指针传送发送到标头首标处理单元的控制器。
如果与首标相连的尾标的指针被从首标处理单元发送，所述控制器从相应于该尾标的指针的缓冲区中读取与首标相连的尾标，并将读取的尾标发送到输出单元。
另外，所述控制器利用相应于该尾标指针的缓冲区属性信息证实是否存在与该尾标相连的相异尾标，并且如果存在该相异尾标，则将该相异尾标读出并发送到输出单元。
所述缓冲区属性信息包括连接到该缓冲区之前和之后的缓冲区指针，以及关于当前尾标后是否连接有相异尾标的信息。
同时，根据本发明的分组转发方法包括：在数据发送单元中的输入数据的输入步骤；分组存储管理步骤，该步骤将数据组合到互联网协议(IP)分组并将该分组加载到分组存储单元，并从分组存储单元读出和发送IP分组首标和与该首标相连的IP分组尾标指针；首标处理步骤，该步骤利用读出的首标决定分组分类和发送目的地，并将与该首标相连的尾标的指针重发到分组存储管理步骤；以及输出步骤，该步骤根据从首标处理步骤发送来的首标指针和与该首标相连的尾标指针将从分组存储管理步骤读出的尾标划分成各数据发送单元中的数据，并将划分的数据输出到信道。
所述分组存储管理步骤包括如下步骤：将输入数据组合到IP分组；加载IP分组到各缓冲区，并且所述各缓冲区存储缓冲区的属性信息和与首标相连的尾标指针；根据发送顺序读取首标指针和与该首标相连的尾标的指针，并发送各指针到首标处理步骤。
分组存储管理步骤还包括如下步骤：如果与首标相连的尾标的指针被从首标处理步骤重发，则从相应尾标指针缓冲区读出与首标相连的尾标，并将读出的尾标发送到输出步骤。
进一步，分组存储管理步骤利用相应于该尾标指针的缓冲区属性信息证实是否存在与该尾标相连的相异尾标，如果存在该相异尾标，则将该相异尾标读出并发送到输出步骤。
因此，通过利用适合于首标队列和尾标队列操作特性的存储介质，分组存储器能够得到更有效地管理。另外，提供一种在要求高速分组处理的分组转发系统中解决因处理首标所耗时间而造成的性能下降问题的方法的解决方案。
具体来讲，按照本发明的一个方面，提供了一种分组转发系统，包括：输入单元，用于在第一发送单元中输入第一数据；分组存储管理单元，用于将第一数据组合到网络协议IP分组中，将该IP分组加载到分组存储器，并读取IP分组首标的指针和与该IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；首标处理单元，用于利用所述IP分组首标决定分组分类和发送目的地，并将与所述IP分组首标相连的IP分组尾标的指针重新发送到所述分组存储管理单元；以及输出单元，用于根据从首标处理单元发送的IP分组首标指针和与所述IP分组首标相连的IP分组尾标指针来将从分组存储管理单元读取的IP分组尾标划分成第二发送单元中的第二数据，然后将该第二数据输出到信道上。
按照本发明的另一个方面，提供了一种分组转发方法，包括：在第一发送单元中输入第一数据；分组存储管理步骤，该步骤将第一数据组合到网络协议IP分组中并将该IP分组加载到分组存储器，并读取和发送IP分组首标的指针和与该IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；首标处理步骤，该步骤利用所述IP分组首标决定分组分类和发送目的地，并重新发送与所述IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；以及输出步骤，该步骤根据在首标处理步骤发送的IP分组首标指针和与所述IP分组首标指针相连的IP分组尾标指针，将在分组存储管理步骤读取的IP分组尾标划分成第二发送单元中的第二数据，然后将该第二数据输出到信道上。
附图说明
本发明将参照以下附图进行详细说明，附图中相同的标号表示相同的部件，其中：
图1是表示传统分组存储管理系统的框图；
图2从概念上表示了图1所述发送队列；
图3是示意地表示本发明实施例的分组转发系统的框图；
图4是示意地表示图3中分组存储管理单元的框图；
图5是表示图4的空队列的结构和特性；
图6是表示图4的发送队列的结构和特性；
图7a是表示图4的分组存储器的结构；
图7b是表示存储在图4的缓冲区内的描述符和标记格式；
图8是从概念上说明本发明实施例的分组存储管理方法；
图9是表示本发明实施例的分组存储管理方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明。
图3是示意地表示本发明实施例的分组转发系统的框图。所述分组转发系统包括输入单元200、分组存储管理单元400、首标处理单元600和输出单元700。
输入单元200是连接外部设备和分组转发系统的接口，并在预先确定的数据发送单元内接收数据。这里，所述预先确定的数据发送单元诸如ATM单元。
分组存储管理单元400在数据发送单元中解除组合的输入数据，例如ATM单元的首标，生成去除首标的ATM单元以创建IP分组。该分组存储管理单元400为固定的发送顺序管理已生成的IP分组，并以该固定的发送顺序输出IP分组。根据本发明，分组存储管理单元400将在后面详细描述。
首标处理单元600将分组分类并利用从分组存储管理单元400所提供的IP分组首标决定分组将被发送的目的地。IP分组的首标包括：目的地址、始发地址或依赖于IP分组的各种服务形式。发送目的地由包含在IP分组首标中的目的地址决定。
输出单元700将分别由首标处理单元600和分组存储管理单元400所提供的IP分组首标和尾标划分成预先确定的数据发送单元，例如ATM单元。ATM首标创建在各划分的ATM单元上，以便输出到信道中。
图4是详细表示本发明实施例的分组存储管理单元400的框图。
分组存储管理单元400具有分组生成器410、控制器430、空队列450、发送首标队列470和分组存储器490。
分组生成器410生成输入到诸如ATM单元之类的数据发送单元中的数据，以生成IP分组，和IP分组具有至少一个或多个子分组，每个子分组都具有固定长度。
控制器430控制空队列450和发送首标队列470，从分组存储器490中读取子分组和向分组存储器490中写入子分组，并以一定发送顺序向首标处理单元600发送由发送首标队列470固定的IP分组首标。另外，控制器430生成每个具有有关与首标相连的尾标位置信息(缓冲区指针)的标记，并当向首标处理单元600发送首标时，同时发送一个相应于该首标的标记。
空队列450具有有关分组存储器490的空白空间即空缓冲区的位置信息。如图5所示，空队列450的结构与特性是以堆栈原则进行操作，其具有有关从空队列450的首标入口Empty_Link_Head(0h)到尾标入口Empty_Link_Tail(N1h)的相互连接的信息。
发送首标队列470相应于IP分组发送顺序加载有关IP分组首标的位置信息。如图6所示，发送首标队列470关于待发送的IP分组的首标信息具有以FIFO原则操作的结构和特性。另外，尾标队列491包含在分组存储器490中。
分组存储器490具有多个缓冲区，IP分组基于有关空对列450提供的空缓冲区的位置信息加载在子分组单元中。另外，分组存储器490具有尾标队列491。将参照图7a和图7b对包含在分组存储器490中的尾标队列491进行描述。
图7a和图7b是表示分组存储器490的图。图7a示出具有N(N＝128K)个缓冲区B的分组存储器490，每个缓冲区具有512字节的大小，并且图7b表示包含在每个缓冲区B中的描述符和标记的格式。图7a和图7b所示分组存储器490是针对尾标队列491的描述，其结构和设计可以按各种形式执行。
如图7b所示，尾标缓冲区指针包含在标记T中，并且描述符包括有关是否在相应缓冲区之后存在下一个尾标的信息N。即，如果在相应缓冲区之后存在下一尾标，则下一缓冲区指针成为下一尾标存在处的缓冲区指针。分组存储器490中的尾标队列491按上述过程操作。
因此，通过操作具有突发操作特性的尾标列队，以及在分组存储器490中采用具有突发操作特性的DRAM，能更有效地管理分组存储器。另外，从经济角度考虑，这也有效减少了对用于发送首标队列470的昂贵的SRAM的使用。
同时，具有发送队列模式的分组转发系统能够解决当首标处理单元600发送不用的尾标和IP分组首标时因处理首标消耗不必要的时间而造成的性能下降问题。即，根据本发明的所述发送首标队列470仅将IP分组首标发送到首标处理单元600，而从分组存储器490中读取基于一起发送的标记连接到首标的尾标，再直接将该尾标发送到输出单元700，以此防止因处理首标所产生的不必要的时耗。
参照图8和图9，将具体描述在根据本发明的分组转发系统中有效管理分组存储器的方法。
所述分组生成器410生成的IP分组由子分组A1、A2和A3组成(步骤811)。所述控制器430根据空队列450提供的分组存储器490的缓冲区的空白缓冲区指针，分别将子分组A1、A2和A3加载到已分配的缓冲区B0、B2和B6。此时，有关子分组A1、A2和A3互相连接的信息被加载到各缓冲区B0、B2和B6中的描述符和标记上(步骤813)。
即，在记录IP分组的首标的子分组A1的标记中，加载其中连接尾标的子分组A2的缓冲区B2的指针。另外，加载尾标A2的缓冲区B2的描述符中记录有关于是否存在随后的相连尾标的信息N，并且还记录有连接到缓冲区B2的缓冲区B6的指针。如上所述，加载在分组存储器490上的子分组A1、A2和A3包含有关互连491的信息。
加载在分组存储器490上的子分组A1、A2和A3外部的IP分组首标A1的指针记录在发送首标队列470中。
此后，通过重复上述程序，所有包含已确定发送顺序的首标指针都被加载到发送首标队列470中，控制器430利用发送首标队列470的首标入口指针读取和发送相应的首标到首标处理单元600(步骤815)。例如，如果发送首标队列470的首标入口是与首标A1一起加载的缓冲区B0的指针，则控制器430发送首标A1到首标处理单元600，并且，另外，将缓冲区B0的标记和首标A1一起发送到首标处理单元600。同时首标A1被发送到首标处理单元600，控制器430通过和首标A1一起加载的缓冲区B0的指针更新空队列450。
此后，首标处理单元600利用包含在所述IP分组A的首标A1中的多种信息决定分组分类和发送目的地。如果首标处理单元600的操作完成，则首标处理单元600将加载有包含在标记中的与首标A1相连的尾标A2的缓冲区B2的指针重新发送到分组存储管理单元400的控制器430中，并请求与首标A1相连的尾标A2(步骤817)。但是，如果不存在与首标相连的尾标，则省略尾标请求之后的操作。
控制器430能利用重新发送的缓冲区B2的指针读取尾标A2，并利用包含在缓冲区B2中的描述符和下一缓冲区指针中的N(存在下一尾标)获得缓冲区B6的指针。如此，缓冲器430读取加载在缓冲区B6中的尾标A3(步骤819)。此时，缓冲器430通过缓冲区B2和B6的指针更新空队列450。
如上所述，由尾标队列读取的包含在分组存储器490中的尾标A2和A3被发送到输出单元800，首标A1在首标处理单元600中经处理后再被发送到输出单元800。
输出单元800将提供的IP分组划分成数据发送的单元，以输出到信道上。
因此，采用适合于首标队列和尾标队列操作特性的存储介质能够更有效地管理分组存储器。
另外，可以提供一种解决方案，在要求高速分组处理的分组转发系统中解决因处理首标所耗时间而造成的性能下降问题。
本发明能够第一，更有效地执行分组存储管理，第二，降低实现分组存储所需的成本。
第三，可以提供一种解决方案，在要求高速分组处理的分组转发系统中解决因处理首标所耗时间而造成的性能下降问题。因此，通过仅向首标处理单元发送整个IP分组的首标和处理首标，使得分组能高速转发。因此，在路由器、交换机、网关等都能获得性能的改进。

Claims (12)

1.一种分组转发系统，包括：
输入单元，用于在第一发送单元中输入第一数据；
分组存储管理单元，用于将第一数据组合到网络协议IP分组中，将该IP分组加载到分组存储器，并读取IP分组首标的指针和与该IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；
首标处理单元，用于利用所述IP分组首标决定分组分类和发送目的地，并将与所述IP分组首标相连的IP分组尾标的指针重新发送到所述分组存储管理单元；以及
输出单元，用于根据从首标处理单元发送的IP分组首标指针和与所述IP分组首标相连的IP分组尾标指针来将从分组存储管理单元读取的IP分组尾标划分成第二发送单元中的第二数据，然后将该第二数据输出到信道上。
2.如权利要求1所述的分组转发系统，其中所述分组存储管理单元包括：
分组生成器，用于从第一数据中生成IP分组；
分组存储器，包括多个加载IP分组的缓冲区，并且该多个缓冲区存储有缓冲区属性信息和连接到IP分组首标的IP分组尾标指针；
发送首标队列，用于加载相应于IP分组发送顺序的IP分组首标的指针；以及
控制器，用于根据由发送首标队列确定的发送顺序，从分组存储器中读取IP分组首标指针和连接到该IP分组首标的IP分组尾标指针，并将这些IP分组首标指针和IP分组尾标指针发送到首标处理单元。
3.如权利要求2所述的分组转发系统，其中如果与IP分组首标相连的IP分组尾标的指针被从首标处理单元重发，则所述控制器从相应于该IP分组尾标的指针的缓冲区中读取与该IP分组首标相连的IP分组尾标，并将该IP分组尾标发送到输出单元。
4.如权利要求2所述的分组转发系统，其中控制器利用相应于IP分组尾标指针的缓冲区属性信息证实是否存在与该IP分组尾标相连的相异IP分组尾标，如果存在该相异IP分组尾标，则将该相异IP分组尾标读出并发送到输出单元。
5.如权利要求2所述的分组转发系统，其中缓冲区属性信息包括连接在缓冲区前面的前缓冲区的前指针，连接在缓冲区后面的后缓冲区的后指针，以及在当前IP分组尾标后是否连接有相异IP分组尾标的信息。
6.如权利要求1所述的分组转发系统，其中所述第一发送单元与所述第二发送单元相同。
7.一种分组转发方法，包括：
在第一发送单元中输入第一数据；
分组存储管理步骤，该步骤将第一数据组合到网络协议IP分组中并将该IP分组加载到分组存储器，并读取和发送IP分组首标的指针和与该IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；
首标处理步骤，该步骤利用所述IP分组首标决定分组分类和发送目的地，并重新发送与所述IP分组首标相连的IP分组尾标的指针；以及
输出步骤，该步骤根据在首标处理步骤发送的IP分组首标指针和与所述IP分组首标指针相连的IP分组尾标指针，将在分组存储管理步骤读取的IP分组尾标划分成第二发送单元中的第二数据，然后将该第二数据输出到信道上。
8.如权利要求7所述的分组转移方法，其中所述分组存储管理步骤包括：
将第一数据组合到IP分组；
将IP分组加载到多个缓冲区，所述多个缓冲区存储有缓冲区属性信息和连接到IP分组首标的IP分组尾标指针；以及
根据发送顺序读取IP分组首标指针和连接到该IP分组首标的IP分组尾标指针，并将这些首标指针和尾标指针发送到首标处理步骤。
9.如权利要求8所述的分组转发方法，其中分组存储管理步骤还包括如下步骤：如果与IP分组首标相连的IP分组尾标的指针从首标处理步骤重新发送出来，则从相应于该IP分组尾标指针的缓冲区中读取与该IP分组首标相连的IP分组尾标，并将该IP分组的尾标发送到输出步骤。
10.如权利要求8所述的分组转发方法，其中分组存储管理步骤利用相应于IP分组尾标指针的缓冲区属性信息证实是否存在与该IP分组尾标相连的相异IP分组尾标，如果存在相异IP分组尾标，则将该相异IP分组尾标读出并发送到输出步骤。
11.如权利要求8所述的分组转发方法，其中缓冲区属性信息包括连接在缓冲区前面的前缓冲区的前指针，连接在缓冲区后面的后缓冲区的后指针，以及在当前IP分组尾标后是否连接有相异IP分组尾标的信息。
12.如权利要求7所述的分组转移方法，其中所述第一发送单元与所述第二发送单元相同。
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