CN1286857A

CN1286857A - 减少存储器访问次数的网络包发送查询

Info

Publication number: CN1286857A
Application number: CN99801389A
Authority: CN
Inventors: F·卡斯滕霍兹
Original assignee: UNIFFIEL SETTLEMENT PLAN CO
Current assignee: Peribit Networks Inc
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: DE69937185T2; CA2301911C; EP1005746A1; EP1005746B1; CN1150725C; WO1999066681A1; AU4689299A; AU763674B2; DE69937185D1; IL134610A0; US6975631B1; CA2301911A1

Abstract

交换器/路由器包括更快速地确定网络层包的下一级的智能。配置网络发送查询表或阵列结构以便最小化所需的存储器访问次数。这样导致由于存储器访问而减少时间且导致由于存储器访问导致减少计算开销。在一个实施例中,用目的地址的最前16比特标引第一发送查询。用目的地址的随后的8比特序列标引第二发送查询,并用目的地址的最后8比特标引最后的第三发送查询。发送查询表中的每个入口或者包含关于如何正确地发送包的方向或者包含下一个发送查询的参考。

Description

减少存储器访问次数的网络包发送查询

技术领域

本发明通常涉及交换器和路由器，特别是涉及减少存储器访问次数的网络包发送查询。

本发明背景

通常所看到的计算机网络是被分成许多层。由国际标准化组织(ISO)建立的开放系统互联(OSI)参考模型定义了具有七层的计算机网络。图1描述了由OSI参考模型定义的七个层。第一层是物理层，负责通过链路发射未结构化的信息比特。第二层是数据链路层。数据链路层负责通过链路发射信息块。第三层是网络层。网络层负责使计算机网络中的任何一对的系统都能够进行彼此通信。第四层是传输层。传输层负责在一对系统之间建立可靠的通信流。第五层是会话层，负责提供诸如对话控制和链接等等服务。第六层是表示层，负责提供一种手段，通过这种手段数据的应用与表示能一致。第七层是应用层，诸如文件传输服务和管理服务等等应用在应用层中运行。

互联网协议(IP)是第三层网络协议。IP协议是投递协议，其是传输控制协议(TCP)/IP协议组的一部分。TCP是传输层协议其可靠地简化了字节流通信。IP设置第四位编址方案，其在不同的节点追踪网间地址中是很有用的，组织入消息并发送出消息。每个IP包是一个包含报头信息和一个有效负载的数据包。

IP地址是32位的全球唯一的地址通常被表示为打点的十进制符号，这里点(例如周期)用来分隔地址的四字节。一个打点的十进制符号的IP地址的例子是“1.2.3.4”。虽然IP地址是一单独的32位的值，但是每个IP地址包含两条信息。如图2所示，每个IP地址10包含一个网络标识符12和一个主机标识符14。主机标识符识别被分配该IP地址的主机系统。网络标识符识别该主机系统所在的那个网络。

为了理解IP地址是如何使用的，先假设一个例子是很有帮助的。图3表示一计算机网络的例子，在该计算机网络中在主机20和主机24之间发送IP包。本例中，主机20是网络1的一部分而主机24是网络2的一部分。多个交换节点22使网络1和网络2互相连接。这些交换节点可以是在网络1和网络2之间发送IP包的交换器和/或路由器。主机24是在网络2中主机数为97。因此，以<网络，主机>的形式表示主机24的地址，则主机24的IP地址是<2，97>。在一级接一级的基础上IP包被从其源端发送到他们的目的端。IP包从主机20到主机24的路径上遇到的每个交换节点构成一个单独级。IP包有一个包含目的IP地址的报头。目的IP地址指定主机24为目的主机。在主机20和主机24之间的路径上的每个交换节点用目的地址来确定下一级。

IP地址以前被分为三等级：A等级，B等级，C等级。在IP地址中被分配给网络标识符的比特数和在IP地址中被分配给主机标识符的比特数最初由IP地址的等级确定。对于A等级IP地址，分配3字节给主机标识符；对于B等级IP地址，分配2字节给主机标识符；对于C等级IP地址，分配1字节给主机标识符。许多用户反对在主机标识符和网络标识符之间的这样严格的比特分配。结果，发展更容易的方案其中表征码被用来识别在IP地址中哪个比特被分配为主机标识符而哪个比特被分配为网络标识符。许多流行的IP路由协议都应用这样的表征码。

路由器通常包括路由选择表以便帮助发送IP包到其正确的目的端。在路由选择表中对于IP地址前缀(例如，IP地址的包含最有效比特的那部分)保存发送信息的入口对应哪个选择路由信息是已知的。例如，可以知道所有被预定给网络1.2的IP包将通过节点的接口A被发送出去；因此，该入口对该识别编码。

图4A表示四个路由选择表入口30，32，34和36的例子。每个路由选择表入口保存地址40，前缀长度42和接口44。地址40域包括IP地址的前缀。前缀长度42识别在地址域40中的前缀长度。对于入口30，前缀仅为一字节(例如8比特)长度。接口44识别一接口，以所给的前缀开始的包可能被选择路由到该接口。该接口是一个端口的逻辑抽象(或其它信息)其识别IP地址的范围(例如，由前缀定义的范围中的地址)将被引导到哪里。

图4B表示一个在此利用发送表入口30，32，34和36的部分计算机网络的拓扑结构的例子。特别的，节点50有三个接口：A，B和C。接口C通向网络1。在图4B中的符号1/8表示网络的IP地址有一个前缀值且长度为8比特。接口B通向具有以前缀1.2.3开始的IP地址的那部分计算机网络。接口A通向具有以前缀1.2.4和1.2开始的IP地址的目的端。具体讲，接口A通向节点52，随后，通向别的目的端1.2.4.和1.2。

对每个由节点接收的IP包，在路由选择表中发现的最长的匹配前缀被用来选择路由该IP包。考虑到例如一个IP包含有目的地址1.2.4.7。在这样的情况下，入口30，34和36都包含与该IP地址匹配的前缀。然而，前缀1.2.4是最长的，因此，入口34被用来选择路由该IP包通过接口A到目的端1.2.4。

在传统的路由器中，路由选择表一般被表示为patricia树。patricia树就是用来简化路由选择表搜寻的树型数据结构。patricia树不在节点存储密钥而用二进制表示密钥。图5表示部分patricia树60的例子。每个节点与IP地址前缀的某个部分相关。例如，节点b₀与IP地址(例如在IP地址的第一比特)的比特0相关。每个节点可以包含指向子(child)节点或是指向终端的指针。而且每个节点可以有节点表示的前缀的路由选择表入口的参考。来自节点的每个指针与该节点前缀中的下一比特相关。构造该结构成为一棵树，这样该树的每一级表示一个连续的比特序列。因此，图5的节点b₁表示第一比特为0值的前缀中的一个两比特序列。该表的入口与前缀的最后节点相关。在图5的例子中，前缀1的一字节长(或8比特长)的入口62，被节点参考作为前缀比特序列“00000001”。类似地，入口64被节点b₁₆参考。在patricia树中提供诸如终端65的终端，来表示与发送表入口无关的前缀。

用不同的方式也可以实现所述的patricia树。可以存储该选择表入口以便指针指向选择表入口(例如选择表入口在树中为节点)。因此，对于一个给定的节点，指针与之相关。

patricia树提供用来引导二分法查询的方便查询装置以便识别是否任何入口都与某个前缀或前缀的一部分相关。然而，patricia树使用上的困难涉及为应用该patricia树而必须被执行的存储器访问数。访问patricia树中的节点需要存储器访问。因此，为了向下搜寻树的第8级需要8次存储器访问。按照时间和计算开销这样的存储器访问可能太昂贵了。假设路由器经常要处理大量的IP包，则时间和计算开销就是需要储藏的稀缺资源。

本发明通过提供每目的地址至多需要三次发送表查询访问的包发送方法来访问上面讨论的传统IP包选择路由方案的局限之处。通过最小化查询访问数，本发明减少了确定如何正确发送包所需的计算开销和时间。在一实施例中，本发明使用三种类型查询阵列。第一类型查询阵列由IP包的目的IP地址的前两个字节标引。在某些实施例中，在查询期间用于查询的目的地址不单独使用；而是将诸如源地址等合适的其它域，目的部分和源部分与目的地址联合使用。然而，在此值得注意的是仅使用目的地址的情况。第二类型查询阵列由目的IP地址的第三字节标引。它包含大于两字节小于三字节的前缀入口。在第一查询阵列的每个入口可具有一单独相关的第二查询阵列。如果该第二查询阵列不包含匹配入口，则没有入口与由目的IP地址的前三字节形成的前缀相匹配。因此，必须使用第三类型查询阵列。为第二查询阵列中的每个入口提供单独的第三查询阵列。所以，在本发明的一个实施例中将查询阵列构造成查询阵列树。

按照本发明的一个方面，一种方法被应用在发送数据包的数据逻辑装置中。该装置包括具有可寻址存储单元的存储元件。来自网络层包报头数据的多位比特被用作前缀以便定位一个已选择的存储单元。该所选择存储单元提供关于该装置应如何发送IP包的信息。利用该信息来发送包到目的端。

按照本发明的另一个方面，在发送IP包到目的端的装置中提供第一和第二发送查询，这里目的端具有包括比特序列的目的地址。目的地址的多位比特前缀被用作定位第一发送查询第一入口的标引。第一入口提供方向到第二发送查询。目的地址前缀之后的下一组比特被用作定位第二发送查询第二入口的标引。第二入口的内容被用于发送IP包到目的地址。

按照本发明的另一个方面，发送查询具有由交换机中提供的多位比特来标引的位置。该交换机位于使用无连接网络协议的网络中。对于每个将被发送到目的地址的数据包，目的地址中的比特用于定位和访问发送查询中的至少一个位置。被访问的位置用于发送数据包。在发送查询中提供的位置比在相关的目的地址中提供的比特要少。

按照本发明的一个方面，发送网络层包到目的端(在此包具有相关的报头数据)的装置包括第一查询结构。第一查询结构具有提供关于如何发送包到其目的端的信息的入口。该入口由多位比特标引。该装置还包括用来自报头数据的多位比特作为标志来定位第一查询结构中的入口的发送控制器。该发送控制器还使用第一查询结构中的入口来导引发送包到目的端。

按照本发明的一个方面，交换器/路由器导引网络IP包到目的端。该交换器/路由器包括包含由IP包目的地址的报头比特标引的入口的第一查询阵列。每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令。该交换器/路由器还包括包含由IP目的地址的报头比特之后的一组比特标引的入口的第二查询阵列。每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令。该交换器/路由器还包括包含由IP目的地址之后的一组比特后的最末一组比特标引的入口的第三查询阵列。在第三查询阵列中的每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令。该交换器/路由器包括发送IP包到目的端的发送发动机。该发送发动机访问由被发送的IP包的目的地址标引的查询阵列中的至少一个入口。该发送发动机执行包含在被访问入口中的指令。

描述本发明的说明实施例涉及下面的图。

图1描述了在OSI参考模型中建立的七个层。

图2描述了IP地址的主要逻辑部分。

图3表示使用IP地址的传统计算机网络的例子。

图4A描述了传统路由选择表入口的例子。

图4B描述了提供图4A路由选择表入口的传统计算机网络的例子。

图5描述了在传统网络中用于定位发送表入口的部分patricia树的例子。

图6是描述在实施本发明说明实施例的交换器/路由器任务的方框图。

图7是描述图6的交换器/路由器的主要元件的方框图。

图8描述了在图6和7中使用的线路卡的主要元件。

图9是描述在图6和7的说明实施例中为正确发送IP包在处理数据入帧时执行的步骤的流程图。

图10说明了本发明说明实施例中的数据处理。

图11说明了SONET帧的格式。

图12说明了IP包的主要组成。

图13说明了在IP发送查询中使用的报头数据的格式。

图14说明了本发明说明实施例中保存在用于执行IP查询的存储器中的结构。

图15说明了接口结构。

图16说明了DANET结构。

图17是说明按照本发明的说明实施例在IP查询期间执行的步骤的流程图。

图18描述了在本发明说明实施例中查询元件的应用。

图19A说明了第一查询阵列参考第二查询阵列的例子。

图19B说明了应用“拖尾”以便入口范围参考公众DANET结构的例子。

图19C说明了第一查询阵列参考第二查询阵列中的入口，而该第二查询阵列参考第三查询阵列中的入口的例子。

图20说明了查询元件的逻辑格式。

图21是说明对于IP包使用转子指针和TOS阵列指针以便获得目的端处理的方框图。

本发明的说明实施例在网络层发送查询期间提供用比传统交换节点更少的存储器访问来发送网络层包到其目的端的交换器/路由器。“网络层包”是指遵从OSI第三层协议的包。虽然下面将叙述本发明说明实施例对IP包的应用，但本发明也将被用于诸如CLNP和其它协议的不同类型的网络地址查询中。所述交换器/路由器使用可由IP包目的地址的开头16比特标引的第一发送查询。所述交换器/路由器也提供第二发送查询。第二发送查询由目的地址的前16比特之后连续的下8比特标引。最后，所述交换器/路由器提供第三发送查询。第三发送查询可由IP包目的地址的最后8比特标引。当第一发送查询和第二发送查询的入口不能充分发送IP包到目的端时使用第三发送查询的入口。

说明实施例将描述涉及使用第四版的IP的实施。但是，本领域技术人员应当理解本发明也可在包括版本6在内的其它版本的IP上运行。

IP包地址和通信量模式分析披露了多数IP包仅需要第一发送查询(例如根据其目的IP地址的前两比特则多数IP包可正确选择路由)中的一个单独查询。因此，多数IP包仅需要一次存储器访问。占绝对百分比的IP包仅需要第一查询阵列中的一个查询或者第一查询阵列和第二查询阵列中的一个查询。所以，对于IP查询可以仅用两次存储器访问发送占绝对百分比的IP包。结果，说明实施例提供充足的时间和节约计算。

在该说明实施例中，每个查询阵列入口或元件包含一个指令。该指令由交换器/路由器中提供的查询发动机来执行。该指令告诉查询发动机查询处理期间下一步做什么。例如，在第一发送查询的元件中的指令将指示查询发动机访问第二发送查询的元件。第二发送查询阵列的被访问元件可包含指示查询发动机以运用一特殊数据结构的指令，该特殊数据结构具有关于发送IP包使用哪个输出部分的信息。

假设确定本说明实施例的交换器/路由器位置在需要发送IP包到目的端的计算机网络中。本说明实施例的交换器/路由器适于应用在计算机网络。例如，互联网，局域网或广义网。图6描述了说明实施例中交换器/路由器66的基本任务。特别是IP包64经输入口68进入交换器/路由器66。交换器/路由器66确定使用哪个输出口70来输出IP包64以便确保IP包导向所希望的目的端。IP包64被压缩为帧而可与其它IP包一起进入交换器/路由器66。关于如何发送交换器/路由器66里的IP包64的决定包括下面将更详细描述的IP发送查询。

图7说明了交换器/路由器66的部分线路图例子。图7所示元件可存在于单独的盒(例如，在单独的外壳中)中。交换器/路由器66能同时接收并处理多个输入数据流。这些输入流通过分别的链路到达交换器/路由器66。说明实施例中这些输入数据流为SONET数据流(SONET是同步光网络synchronous optical networks的首字母缩写)。SONET是详细说明每秒51.84兆比特(megabit)的传输信号的同步水平的标准。该标准定义了为许多用户而使网间互联传输产品变容易的一族光纤传输速率。该标准定义了物理接口，已知为光载波(OC)的光线路速率和帧格式。SONET光线路速率定义如下：

OC等级线路速率容量

OC-1	51.84 Mbps	28 DS1s或1 DS3
OC-1	51.84 Mbps	28 DS1s或1 DS3	OC-3	155.52 Mbps	84 DS1s或3 DS3s
OC-9	466.56 Mbps	252 DS1s或9 DS3s	OC-3	155.52 Mbps	84 DS1s或3 DS3s
OC-9	466.56 Mbps	252 DS1s或9 DS3s	OC-12	622.08 Mbps	336 DS1s或12 DS3s
OC-18	933.12 Mbps	504 DS1s或18 DS3s	OC-12	622.08 Mbps	336 DS1s或12 DS3s
OC-18	933.12 Mbps	504 DS1s或18 DS3s	OC-24	1.244 Gbps	672 DS1s或24 DS3s
OC-36	1.866 Gbps	1008 DS1s或36 DS3s	OC-24	1.244 Gbps	672 DS1s或24 DS3s

OC-48	2.488 Gbps	1344 DS1s或48 DS3s
OC-48	2.488 Gbps	1344 DS1s或48 DS3s	OC-96	4.976 Gbps	2688 DS1s或96 DS3s
OC-192	9.953 Gbps	5376 DS1s或192 DS3s	OC-96	4.976 Gbps	2688 DS1s或96 DS3s
OC-192	9.953 Gbps	5376 DS1s或192 DS3s	OC-255	13.21 Gbps

上表中，DS是指用于将分线和干线容量分类的数字信号速度已知标准化体系。基本速度等级是DS-0，其相应于每秒64千比特(kilobit)。DS-1相应于每秒1.544兆比特(megabit)，而DS-3相应于每秒44.736兆比特(megabit)。

每个线路卡76，78，80和82被设计接收OC-48输入流，其相应于每秒2.488千兆比特(gigabits)。提供多路器72和74来复用四路OC-12输入数据流以便在线路卡82和76处分别产生OC 48输入数据流。在图7描述的例子中，假设分别的OC-48输入数据流由线路卡78和80分别接收。

每个线路卡76，78，80和82包含接收和发射IP包的智能。每个线路卡76，78，80和82被置于交换器/路由器66的公共底板上。每个线路卡76，78，80和82至少包含一个执行IP发送查询的专用集成电路(ASIC)84，86，88和90。图8进一步详细描述了线路卡100的主要元件。线路卡100包括微处理器102和存储器104。线路卡100还包括具有查询引擎108的ASIC 106。查询引擎108可以以包括诸如单独的处理器等等的许多不同形式被执行，包括单独的处理器。虽然ASIC为IP发送查询提供硬件实现，但是本领域技术人员应当理解本发明也包括软件实现。线路卡100上可提供其它的ASIC来实现其它的功能。

每个线路卡76，78，80和82上的ASIC84，86，88和90负责接收入IP包，为IP包确定合适的目的端处理并通过互连传送IP包到合适的输出线路卡。目的端处理详细说明IP包将如何被发送到输出线路卡。互连92是将线路卡76，78，80和82互连的互连结构。图7所示控制处理器94监视并管理交换器/路由器66各部分的操作。

本领域技术人员应当理解本发明不一定需要用如图6和7所示的交换器/路由器配置来实现。图6所示的描述意指是说明性的而不是本发明的限制范围。例如，IP发送可以在诸如个人计算机等计算机系统中执行，此外，IP发送查询可不由ASIC执行而由专门的微处理器或由状态机器来执行。正如上述提及的，IP发送查询可以由软件独立实现。另外，智能不需位于线路卡中而可以要求线路卡与执行IP发送查询的智能处理器使用。此外，交换器/路由器可以是不同数目的线路卡而不一定是有四个线路卡。输入数据不必是在SONET帧中具有数据的SONET流。在实现本发明时其它类型的数据格式和数据流可以被接收。

以下是有助于说明在发送IP包时交换器/路由器66操作的例子。假设由SONET多路器74接收IP包。然后IP包由线路卡76接收并由ASIC84处理。ASIC84通过互连92导引IP包到线路卡82。随后线路卡82随后再导引IP包出到SONET多路器72以便IP包可被输出到合适的目的端。

图9是提供对由交换器/路由器66接收的数据所执行的处理的总括的流程图。假设这个数据至少包含一个IP包。最初，数据从状态128(图10)开始，该状态处从一个链路接收SONET帧130。SONET帧130压缩以SONET标准定义的格式发射的数据帧。图11提供了说明SONET帧130格式的方框图。SONET帧130包括横向(across)90个八位字节(8比特字节)和纵向(down)9行。有效负载包含在同步有效负载包络(SPE)中。SPE包含贡献于路径开销(OH)的9字节。SONET帧130还包含段开销146和线路开销148。段开销146和线路开销148是SONET传输开销的一部分。在上下文中，“开销”是指为计算机网络的不同层而提供报头信息。

如图10所示SONET帧130压缩第二层结构(例如，由第二层个协议提供的结构，这里第二层由OSI模型定义)。在SONET帧130和第二级结构132中至少一个IP包134被保存。然后SONET帧由交换器/路由器66(图9步骤112)解封装(decapsulated)。交换器/路由器66包含为SONET帧解封装(decapsulating)而设计的硬件。解封装(decapsulation)之后，包含IP包134的第二层结构132(如图10中状态136所表示的那样)被打开。

然后交换器/路由器66通过去掉第二层报头打开第二层结构以便获得对一个或多个IP包134的访问(图9步骤114)。例如，第二层结构可以是点对点协议(PPP)帧，ATM单元或帧继帧。

ASIC106的查询引擎108从第二层结构获得一单独的IP包(图9步骤116)。根据接口信息ASIC106知道第二层结构包含IP包。交换器/路由器66保持关于接口的接口信息，在该接口接收入数据。每个接口与特定的线路卡和端口相关。接口信息确定被接收的数据的性质。例如，数据可能被确定为包含IP包。

来自IP包134的IP报头152(图10)与来自传输报头143的一些端口信息一起被复制以产生报头数据153(图9步骤118)。如图12所示，IP包134包括报头152和数据154。因此，在步骤119，被处理的数据从状态138传输到状态139(参见图10)。

图13表示用于第4版IP协议的IP发送查询的报头数据152的例子。除了字段184和186(它们是从传输报头143复制的)之外的报头数据153的所有字段从IP报头152复制。报头数据153包括具有关于所使用的IP协议的版本的信息的版本字段160。对于第四版本IP包，该字段160具有值4。互连报头长度(IHL)字段162确定4个8比特字节复用的报头长度。不同服务(DF)164具有确定对包的特定操作或处理的数字。总长字段166具有关于当任何分段存储发生前包的总长的信息。如果包不久被分段到与原始包相关的分段中时标识字段为可能使用的包提供标识值。

报头数据153包括标记170。标记170包括DF标记和MF标记。DF(“不分段”)标记表示是否数据报(至少由包部分携带)将分段。MF(“再分段”)标记识别是否有再分段或是否包具有数据报的最后分段。分段偏置字段172具有识别偏置的偏置值，在该偏置处分段属于重新集合的包。运转时间字段174识别时间周期在时间周期内包有效而之后则包将被丢弃。协议字段176具有一值该值允许目的结束节点的网络层知道运行在结束节点中哪个协议将接收包。报头检查和字段178被提供。报头数据153还包括识别包来源于哪个源的源地址180。目的地址字段182具有IP包将发送到的目的端的目的地址。报头数据153还包括源端口字段184和为了识别相应的端口而从传输报头复制的目的端口字段186。端口字段184和186可以用于质量服务(QOS)处理或诸如访问控制滤波等其它方式。

一旦报头数据153被合在一起，目的地址182就可用于在发送查询阵列执行发送查询(图9步骤120)。IP发送查询不需要单独的依靠目的地址；RATHER而在报头数据153中的其它字段也可用来和目的地址协作。例如，源地址，源端口和目的端口都可以与目的地址一起使用。其它这些字段可用于提供某个QOS。为了简单起见，下面的讨论开始将集中在仅依靠目的地址的情况中。该查询识别IP包将由交换器/路由器66输出到哪里。下面将更详细描述查询处理。然后通过互连发送IP包到线路卡以便从交换器/路由器66输出(图9步骤122)。

包可以需要QOS处理也可不要。需要QOS处理的包与其它类型的包相比将属于不同的QOS。QOS处理估计在报头数据153的附加字段以确定是否将包分类为特殊QOS流。QOS处理识别这些流并为特殊的处理隔离这些包。滤波器规格识别哪个字段被估计并识别给定类型的QOS的字段应该具有的值。结果，不是根据单独的目的地址而是根据QOS处理期间所估计的字段选择路由某个包。在此讨论目的地址情况作为基本方法且用来与QOS处理协作以便确定如何发送IP包。

执行发送查询，查询引擎108使用许多内部结构，包括表，阵列和其它数据结构。图14描述了在IP包发送查询期间被利用的多个主要类型的结构。接口结构210包含关于接口的信息。通常接口是指在计算机网络中与另一个交换节点相连的链路。图15表示给定接口的接口结构210的例子。接口结构210还包含初始查询元件220。该初始查询元件220是指包含IP包发送查询开始时执行的初始化指令的阵列查询元件。该初始查询元件220的使用将在下面更详细地描述。接口结构210还包含许多计算器221，该计算器保存用于有关通过接口的通信量的集合统计的计算。

发送查询还使用由查询元件组成的查询阵列212。这些查询元件的格式和用途将在下面更详细地描述。发送查询还可以访问SANET214或DANET216。SANET214是对各自的源地址保存许多结构的数据结构。该结构保存有关为QOS和TOS而可能被使用的源地址的有用信息。DANET216保存包含有关在下一级目的端中使用的目的地址的信息的DANET结构。DANET结构有如图16所示的格式。特别是，每个DANET结构222保存一个可能包含目的端处理，指向TOS阵列的指针或指向转子的指针的字段224。如上所述，目的端处理是复合数据结构，其具有关于给定IP包应被导向何处以便正确输出到目的端的有用信息。交换器/路由器66在发射方面用目的端处理来确定发送IP包到哪里(例如哪个线路卡和输入端口将被使用)。字段224可代替包含指向保存一组目的端处理的转子的指针或保存指向保存一组目的端处理的服务类型(TOS)阵列的指针。在TOS阵列目的端处理由TOS参数标引。DANET结构222包含多个包括包计算器和字节计算器的计算器225。这些计算器225用于监控到目的端的通信量并可用于QOS处理中。DANET结构222还可包含其它数据226。

图17提供在unicast IP包的最佳发送查询期间执行的步骤的流程图。查询确定如何发送IP包到去向目的端的下一级。交换器/路由器66知道IP包到达哪个接口。相关接口的接口结构被访问，查询引擎108处理包含在接口结构中的初始查询元件(图17步骤230)。如图15所示，接口结构210包括含有指令的查询阵列元件220。在阵列查询指令中的指令识别查询将被应用到其上的阵列。查询元件220(图18)含用于阵列查询的操作码。查询元件220还包含阵列地址252和报头半字节选择254。半字节是4比特，且可以利用在报头中的不同半字节来在查询阵列中产生前缀到阵列查询元件。报头中的信息，除了目的地址可用于查询以外，报头半字节选择254识别其它的什么信息将用来查询。阵列地址252识别查询阵列264的位置且可以和16位地址比特260组合以便定位查询阵列264中的查询元件266。所以，最先访问和处理在第一查询阵列264中的入口266(图17步骤232)。

如图20所示，第一发送查询阵列264中的查询元件包含阵列地址，报头半字节选择和操作码。操作码可引导查询引擎108到另一个发送查询阵列。因此，下一顺序查询阵列必须被访问。图19A表示在此查询阵列264中的查询元件272识别第二查询阵列274的阵列地址的例子。目的地址中的第三字节标引第二查询阵列274。第二查询阵列274的查询元件包括前缀分别为1.2.3和1.2.4的查询元件276和278。

图19A还表示在此查询元件273包含引导到不同的八比特查询阵列275的查询的操作码的例子。目的地址的第三比特用作该八比特查询阵列275的标引来定位查询元件277。如上所述，将查询阵列构造为树其具有包含对下一级树参考的第一级树。因此，本发明说明实施例描述的执行中有相当数量的八比特查询阵列被十六比特查询阵列参考。

假设上面讨论的包含在第一查询阵列中的的查询元件是第二查询阵列的阵列查询指令。在一些情况下，第一查询元件可包含与IP包的给定DANET结构相关的一组DANET指令。该DANET结构包含目的端处理，或指向转子或TOS阵列的指针，目的端处理可来自该转子或TOS阵列。在此情况下，查询元件与和IP包的目的地址前16比特匹配的前缀相关且已知发送信息可用于发送IP包。按照在发送查询阵列表的不同层中匹配在哪儿被发现，就可以在哪儿发现这样的一组DANET指令。

多个查询元件可以参考相同的下一级阵列或者可以参考相同的DANET结构。图19B表示在此被十六查询阵列比特64中的查询阵列元件279参考的八比特查询阵列178的例子。八比特查询阵列278包含相应于目的地址的第三比特可假设的256种可能值的可能性的256个入口。在前缀为1.2.128到1.2.255范围内除了1.2.129的入口以外的所有入口都指向DANET结构282作为DANET结构而被使用。1.2.129的入口表示一不同的DANET结构280被使用。DANET结构280前缀为1.2.129/25而DANET结构28前缀为1.2.1.128/17。该拖尾提供最优化导致不必使用巨大数量的给定DANET结构的复制，因此拖尾节约了存储空间。该方法还解决在此长度在17到23比特之间的匹配前缀的例子。

在步骤234，查询引擎238确定其是否运作。在步骤232由查询引擎完成的指令将告知查询引擎其是否运转。在发现匹配的地方，一组接一组DANET指令的DANET结构被用来发送包这样IP查询完成(图17步骤242)。在别的情况下，没有16比特或更少的匹配前缀而查询必须继续包含2⁸个元件且由目的地址的第三比特产生的第二发送查询阵列。

如果查询引擎108被引导查看第二发送查询阵列，则查询引擎访问合适的查询元件然后第二查询阵列处理入口(图17步骤236)。该查询元件可包含上面讨论涉及第一查询阵列的那些同样种类的指令。在步骤238，查询引擎108确定其是否运转。如果查询引擎不运转，被处理的指令建议查询引擎注意第三查询阵列以便确定如何处理IP包。这意味着没有长度等于或少于24比特的匹配前缀。所以，包含2⁸个入口的第三即最后发送查询阵列被访问。这样，查询引擎108访问在第三查询阵列的查询元件并处理该元件(图17步骤240)。然后被识别的DANET结构用于发送包(图17步骤242)。

图19C表示应用来自所有三级发送查询阵列的查询元件的例子。特别是在16比特或第一查询阵列264中的查询元件272被处理且引导查询引擎108去访问第二查询阵列274中的查询元件282。查询元件282包含对第三发送查询阵列中查询元件292执行阵列查询的指令。执行查询元件292中的指令来设置合适的DANET结构以便其与IP包相关。

如上所述，用于发送IP包的DANET结构不必直接包括目的端处理215(见图21)而可以包括获得目的端处理的间接参考。例如，DANET结构222可以包括包含指向TOS阵列310的指针的字段，该阵列是目的端处理阵列。TOS阵列310由TOS参数值标引。提供给包的TOS可以不同还可以表示为TOS参数值。该值可以从报头数据153的字段164中得到。TOS参数值作为TOS阵列310的标引以便选择IP包的目的端处理314。DANET结构222还可包含参考转子314其依次参考目的端处理315。TOS阵列310还可包含不是目的端处理314的参考的转子314的参考。转子314是包含一组目的端处理的结构且被用在本说明实施例以便使多个较低速度的链路集合容易表示虚拟的较高速度的链路。转子腿(rotorleg)(例如，在转子中的哪个入口被使用)可以由随机产生的标引或者根据识别包的QOS流的字段的散列来程序化地被选择。

在参考说明性的实施例描述的本发明中，本领域技术人员应当理解可以做出没有离开被定义在附加的权利要求的本发明的所指范围内的各种形式上和细节上的变化。例如，可使用不同数目的查询阵列且查询不一定是阵列而可以是被不同地构造的如列表，图表等等。而且，阵列不一定由是16比特而是15比特来标引。另外，阵列元件不一定包括指令而可包含数据或指针。

Claims

1.在用于发送数据包的装置中，该装置具有包含存储位置的存储器，一种方法包括步骤：

为网络层包的目的端提供报头数据；

用来自报头数据的多位比特作为标引来定位所选的一个提供关于该装置将如何发送网络包的信息的存储位置；和

使用由所选的存储位置提供的信息以便发送网络层包到目的端。

2.根据权利要求1的方法，其中所述所选的存储位置包含关于该装置将如何发送网络包的指令且该指令在使用步骤被执行。

3.根据权利要求1的方法，其中来自目的地址的一个以上字节被用作标引。

4.根据权利要求1的方法，其中该网络层包包含报头，该方法进一步包括从报头提取信息地址的步骤。

5.根据权利要求1的方法，其中所述包为IP包。

6.在用于发送互连网协议(IP)包到具有包含比特序列的目的地址的目的端的装置中，一种方法包括步骤：

提供第一发送查询和第二发送查询；

用来自IP包目的地址的多位比特的前缀作为标引来定位第一发送查询的第一入口；

这里第一发送查询的第一入口提供通向第二发送查询的方向，用目的地址中前缀之后的下一组比特作为标引来定位第二发送查询的第二入口，所述第二入口具有内容；和

在发送IP包到目的地址时使用第二入口的内容。

7.根据权利要求6的方法，其中使用第二入口的内容的步骤包括执行包含在第二入口中的指令以便发送IP包到目的地址。

8.根据权利要求6的方法，其中第一入口包含使用第二发送查询的指令。

9.根据权利要求6的方法，其中该方法进一步包括提供第三发送查询的步骤和所述使用第二入口的内容的步骤包括识别在发送IP包时应当被使用第三发送查询。

10.根据权利要求9的方法，其中该方法进一步包括用在目的地址中下一组比特之后的最后一组比特作为标引来定位第三发送查询的第三入口且在发送IP包到目的地址时使用第三入口的内容的步骤。

11.根据权利要求6的方法，其中该方法所述装置包括专用集成电路(ASIC)和该ASIC执行该方法的所述步骤。

12.在使用非互连网络协议的网络中的具有存储器的交换器，发送每个都具有相关目的地址的数据包的方法，包括步骤：

提供在存储器中具有位置的发送查询，其中该位置由多位比特标引；和

对于被发送的每个数据包，使用目的地址中的比特来定位并访问发送查询中的一个位置以便发送数据包，其中在发送查询中被定位和访问的位置比相关的目的地址中的比特少。

13.根据权利要求12的方法，其中所述数据包是互连网协议(IP)包。

14.根据权利要求12的方法，其中在发送查询中至少三个位置被用于发送任何数据包。

15.用于发送网络层包到目的端的装置，其中该包包括报头数据，包括；

保存提供有关如何发送网络层包到其目的端的信息的入口的第一查询结构，所述入口由多位比特标引；和

用来自报头数据的多位比特作为标引来定位第一查询结构的入口并用第一查询结构的第一入口引导网络层包发送到目的端的发送控制器。

16.根据权利要求15的装置，其中发送控制器包括执行指令的处理器，第一发送查询结构的入口包括由处理器执行的指令以便提供关于如何发送网络层包到其目的端的信息。

17.根据权利要求15的装置，其中第一查询结构的入口由一个字节以上的比特标引。

18.根据权利要求17的装置，其中第一查询结构的入口由两个字节标引。

19.一种发送IP包的设备，包括；

帮助发送IP包的多个查询结构；和

执行查询结构的入口中的指令以便发送IP包的处理器。

20.根据权利要求19的设备，其中该设备是专用集成电路(ASIC)。

21.一种用于引导IP包到目的端的交换器/路由器，包括：

包含由IP包目的地址的开头比特标引的入口的第一查询阵列，每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令；

包含由IP包目的地址中开头比特之后的下一组比特标引入口的第二查询阵列，每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令；

包含由IP包目的地址中下一组比特之后的最末一组比特标引入口第三查询阵列，每个入口包含帮助发送IP包到目的端的指令；和

用于发送IP包到目的端的发送引擎，其中对于每个被发送的IP包，所述发送引擎至少访问一个由被发送的IP包的目的地址标引的查询阵列的入口和执行包含在被访问的入口中的指令。

22.根据权利要求21的交换器/路由器，进一步包括保存关于IP包到达的输入部分的信息的输入部分和接口结构。

23.根据权利要求22的交换器/路由器，其中接口结构包含引导发送引擎去访问第一查询阵列的指令。

24.在用于发送数据包的装置中，其中该装置包括具有存储位置的存储器，保存用于执行一种方法的计算机可执行指令的计算机可读媒体，该方法包括步骤：

用来自网络层包报头数据的多位比特作为标引来定位所选择的一个提供关于该装置将如何发送网络层包的信息的存储位置；和

使用由所选择存储位置提供的信息以便发送网络层包到目的端。

25.根据权利要求24的计算机可读媒体，其中所选择存储位置包含关于装置应如何发送网络层包的指令和在使用步骤执行指令。

26.根据权利要求24的计算机可读媒体，其中来自目的地址的一个以上的字节被用作标引。

27.根据权利要求24的计算机可读媒体，其中所述网络层包包含报头和该方法进一步包括从报头提取信息的步骤。

28.根据权利要求24的计算机可读媒体，其中所述包是IP包。

29.在发送互连网协议(IP)包到具有由比特序列组成的目的地址的目的端的装置中，所述装置包括第一发送查询和第二发送查询，计算机可读媒体保存用于执行一种方法的计算机可执行指令，该方法包括步骤：

这里第一发送查询的第一入口提供通向第二发送查询的方向，用在目的地址中前缀之后的下一组比特作为标引来定位第二发送查询的第二入口，所述第二入口具有内容；和

在发送IP包到目的地址时使用第二入口的内容。

30.根据权利要求29的计算机可读媒体，其中使用第二入口内容的步骤包括执行包含在第二入口中的指令以便发送IP包到目的地址。

31.根据权利要求29的计算机可读媒体，其中第一入口包含使用第二发送查询的指令。