CN1327325A - 在网络处理系统中下载软件管理树的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种网络处理系统中下载软件管理树(SMT)的方法和系统,在保持正常网络协议处理的同时提供帧分类器的动态更新。该网络处理系统包括一个通用处理器作为控制点处理器和多个网络处理器。新SMT由控制点处理器上的应用程序建立并下载到一个或多个网络处理器中。新SMT置于网络处理器可以访问的单独的存储器位置,而不是覆盖已有的SMT。然后改变活动树指针来将控制权转移到新SMT。

Description

在网络处理系统中下载软件管理树的方法和系统
本发明涉及计算机网络，尤其涉及管理网络通信量的网络处理器，该网络处理器在不中断网络策略执行的情况下，使用可更新的软件管理树处理传输帧。
计算机网络目前面临的一个问题就是交换式路由器无法满足复杂网络路由和过滤的要求。网络处理器的研发正是来满足这种需要，例如国际商业机器公司(IBM)的网络处理器。通过类似于网络交换机的连接，网络处理器可以提供优于网络交换机的控制和灵活性；可以对一帧执行并发查找操作；可以对数据包进行复杂的修改；可以管理复杂的网络策略。多处理器的使用可以得到很高的帧处理量。
在网络处理器中管理帧路由的指令，称作微微码(picocode)，驻留于存储器中，但是直接被硬件依照固定的一组规则使用，从而高效地处理传输帧。规则由管理软件输入、并被编译成微微码，以便驱动对帧路由、帧过滤和服务质量(QoS)请求进行控制的逻辑引擎。
两种分类树可以用来实现帧处理命令：软件管理树(SMT)和固定匹配树(FMT)。SMT提供了在多个范围执行操作的能力，而FMT只适用于某确定数值即媒体访问控制(MAC)层地址。SMT的优点是支持范围操作，范围操作用于执行如互联网协议(IP)中的子网连接这样的功能，缺点是其不易于实施更新。因为SMT是由一组复杂的规则编译的，其不能通过修改一个单独的叶子来更新。整个SMT需要被重编译和下载到微微处理器(pico-processor)。因此，SMT内实施的规则一般是静态的。如此，当需要改变SMT中的规则时，下载过程会很费时间。在这段时间里，网络处理器必须仍然保持正确的协议处理。
本公开提供了一种更新SMT的方法和系统使得协议处理不被中断。
更新软件管理树(SMT)而不中断协议处理的目的是通过在包括多个网络处理器和至少一个控制点处理器的网络处理系统中更新现有帧分类树的方法和系统实现的。该方法在控制点处理器中建立一个分类树，指定一个网络处理器的子集作为分类树下载的目标，下载分类树到该网络处理器的子集，并且通过改变网络处理器子集中的活动树指针，从现有帧分类树向该分类树传送帧处理控制。
在下面详细的描述中，本发明的目的、特征和优点会变得明了。
作为本发明特点的新颖技术特征将在所附权利要求中阐述。就本发明本身，以及优选使用模式、进一步的目的和有益效果，将通过下面针对所例举的实施例的详细描述并结合附图而被最好地理解。
图1是按照本发明一个实施例，由网络处理器管理的网络子系统的框图；
图2是针对本发明一个实施例，说明帧在网络处理器中流动的简化框图；
图3是针对本发明一个实施例，表现一个网络处理器的详细框图；
图4是按照本发明一个实施例，表现在由网络处理器管理的网络子系统中更新帧分类器的方法的流程图。
下面就结合附图，特别是图1，对本发明一个实施例的网络处理系统加以说明。一个数据包路由交换机12与一组网络处理器14A-14C连接。网络处理器14A-14C提供了网络连接的媒体接口，此处网络连接包括多种协议，例如10base-T或100base-T的以太网连接16A-16E或其他现有技术里已知的通讯接口类型。这样，网络处理器14A可以将任何一个媒体接口收到的帧传送到包路由交换机12上的端口0，并且可以对入站帧进行地址转换，响应服务质量(QoS)请求，阻断数据包，或执行任何复杂路由或帧处理功能。同样，网络处理器14A还通过出口接口从包路由交换机12的端口0上接收帧，并可以执行相同的复杂操作以将帧传送到媒体接口。控制存储器15为控制软件提供存储空间，该控制软件控制路由功能和帧处理，特别是本发明的软件管理树(SMT)动态分类器。查询ZBT静态存储器(SRAM)17为保存定长比较树(FMT)式硬件辅助比较树提供了快速存取存储器，并可以用来为软件管理树(SMT)或其部分提供快速存储。控制点中央处理器(CPU)11管理着网络处理器的操作和下载应用程序，分类树和其他数据。CPU 11编译并创建用于下载的软件管理树(SMT)。软件管理树(SMT)由CPU11上运行的应用程序创建，然后下载到与网络处理器14A-14C相连的存储器中。
图2表现了网络处理器14A的简化框图。入口入队/出队/调度逻辑(EDS)27管理帧的缓存并控制着路由到交换结构22的帧。帧由入口物理MAC(媒体访问控制)多路复用器(PMM)28通过媒体接口连接接收过来，再由协议处理器25解释和处理。入口交换接口23连接到交换结构22，也可以连到另一个网络处理器或包路由交换机12(在图1中)。出口交换接口24从交换结构22接收帧数据并将其保存在出口数据存储器31中。协议处理器25可以进而执行分类器搜索来处理这些帧，再通过出口PMM29路由。
图3表现的是本发明一个优选实施例中网络处理器单元14A的详细框图。用来存储分类树的存储器43通过控制存储判别器42与网络处理器相连，允许核心处理单元46共享对外部和内部存储器的访问。每一个核心处理单元46包含有动态协议处理单元(DPPU)44A-44B和树搜索引擎45。指令存储器47与核心处理单元46相连，用来保存驱动搜索引擎(TSE)45的微微码。本发明就是关于该树搜索引擎操作的。Power PC处理器核心41管理着网络处理器单元40。软件管理树的数据和固定匹配树的数据可以被下载到存储器43中来为TSE 45提供控制。一旦该树中的一个叶子匹配，就将其加载到网络处理单元40的内部寄存器中。TSE45所用的树指的是静态或动态树。动态树正如其名，在处理帧时可以增量方式快速地做出变化。静态树不是以增量方式更新的，而是每次修改时需要重新加载树。静态树对于提供更加复杂的匹配是很有用的，例如向一个范围内的IP地址增加叶子。硬件分类器48预处理接收到的帧以准备匹配。
本发明体现了一种透明地向网络处理器14A-14C下载SMT的方法，从而帧处理不会被中断。新的分类树在CPU11中建立并被下载到一个或多个网络处理器14A-14C。在SMT帧结构以空列表的方式建立后，增加元素并对应每一次增加返回一个标记。每个元素之后的进一步增加都需要提供标记，因此树的所有权被保留了且应用程序不会妨碍该树的维护。本领域技术人员会注意到SMT只是用于建立树的算法，且本发明与所有经过编译且不易实时更新的树的建立算法有关。
图4表现的是按照本发明一个优选实施例，下载SMT的方法。新的SMT在CPU11建立(步骤60)，并且如其已经在运行则停止分类计时器(步骤61)。这样避免CPU11或网络处理器14A-14C上运行的应用程序在新的SMT下载过程中对SMT进行任何增加或修改。检查新的SMT确认是否规则发生变化(步骤62)。如果没有则过程结束，否则如果需要下载SMT(由于规则变化)，通常会先将其下载到慢速存储器中(步骤63)，因为高速存储器是有限资源可能没有足够的高速存储器(网络处理器40中的内部存储器或外部存储器43如ZBT SRAM 17)。指向网络处理器帧处理器TSE45的活动SMT的存储单元的指针改变到指向新下载的SMT(步骤64)。然后旧SMT被从高速存储器中清除(步骤65)。新SMT的另一份拷贝被下载到高速存储器(步骤66)。最后，活动分类树指针被修改指向高速存储器中的新的SMT拷贝(步骤67)，SMT被从慢速存储器中清除(步骤68)，然后分类计时器被重启动(步骤69)。这样就在不中断TSE45的操作同时又最大限度的保留了高速存储器的可用空间的条件下，完成了SMT的更新。如果SMT没有临时在慢速存储器中被使用，则高速存储器就必须更大以容纳旧SMT和新SMT，否则在下载进行的时候TSE45的操作就会被中断。
完成本发明的方法，不必进行两次下载。例如，SMT下载可能发生在所有存储器可以被同一速度访问的网络处理系统中。这种配置中，一次下载执行后活动指针就会指向新SMT的位置，因为从恢复旧SMT位置中不会得到更多好处。
存储器寻址方案的硬件配置可以用来加强本发明的操作。旧SMT和新SMT可以以如下方式定位，即指针的改变只需对一个地址位计算补码。例如，可以使用一对32K的缓存，这样指针位置从0000(十六进制)改到8000(十六进制)就可以完成活动SMT的改变。在这种配置下，逻辑就可以用来完成SMT的同步转换，提供从使用旧SMT到使用新SMT的平滑过渡。
虽然本发明是通过参考优选实施例特别地说明和描述出来的，本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的实质和范围的前提下，可以进行各种形式和细节上的变化。

Claims (20)

1.一种在网络处理系统中更新已有帧分类树的方法，该网络处理系统具有多个网络处理器和至少一个控制点处理器，所述方法包括如下步骤：
在所这至少一个控制点处理器中建立分类树；
从所述多个网络处理器中指定一个网络处理器的子集作为下载所述分类树的目标；
向所述网络处理器的子集下载所述分类树；以及
通过改变所述网络处理器子集中的活动树指针，从所述已有帧分类树，将帧处理的控制转移到所述分类器。
2.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其特征在于所述方法进一步包括，对应所述建立步骤，直到所述下载结束，排斥建立另一分类树的请求的步骤。
3.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其特征在于所述方法进一步包括如下步骤：
判断在进行所述下载步骤时，是否在所述网络处理器子集中的某个特定处理器存在错误情形；以及
对应所述存在错误情形的判断，停止所述特定网络处理器上的所述下载，并继续所述子集中其他处理器上的下载。
4.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其特征在于所述方法进一步包括如下步骤：
判断在进行所述下载步骤时，是否在所述网络处理器子集中的某个特定处理器存在错误情形；以及
对应所述存在错误情形的判断，停止所述下载步骤。
5.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其特征在于所述方法进一步包括如下步骤：
判断在所述网络处理器的子集中的至少一个网络处理器中，所述分类树是否已经存在；以及
对应所述网络处理器的至少一个网络处理器中，是否已经存在所述分类树的判断，从所述子集中排除所述至少一个网络处理器。
6.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其特征在于其中所述网络处理系统包括应用程序，且其中所述方法进一步包括如下步骤：
请求向所述分类树增加元素，其中所述请求步骤是由所述应用程序执行的；以及
向所述应用程序返回与所述元素关联的标记。
7.根据权利要求6所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其中所述方法进一步包括，如果所述请求中指定了所述标记，则防止在所述元素之后向所述分类树增加另一元素的步骤：
8.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其中所述网络处理系统包括第一存储单元和第二存储单元，并且其中所述帧分类器保存于所述第一存储单元中的第一个位置，所述下载步骤将所述分类树下载到所述第二存储单元中的第二个位置，并且所述转移步骤将所述活动树指针从所述第一个位置的地址改变到所述第二个位置的地址。
9.根据权利要求1所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其中所述网络处理系统包括第一存储单元和第二存储单元，其中所述帧分类器保存于所述第一存储单元中的第一个位置，所述下载步骤将所述分类树下载到所述第二存储单元中的第二个位置，所述转移步骤将所述活动树指针从所述第一个位置的地址改变到所述第二个位置的地址，并且所述方法进一步包括如下步骤：
对应完成所述转移步骤，从所述第一存储单元中清除所述帧分类树；
将所述分类树下载到所述第一存储单元中的所述第一位置；以及
改变所述活动树指针到所述第一位置的地址。
10.根据权利要求9所述的在网络处理系统中更新帧分类器的方法，其中所述第一存储单元有一个根据预先确定的地址位的状态指定的地址范围，并且所述第二存储单元有一个根据所述地址位的补码状态指定的地址范围，其中所述转移步骤通过在所述指针中对所述地址位计算补码改变活动树指针，并且所述改变步骤继而在所述指针中对所述地址位计算补码，从而恢复所述指针的值以对应所述第一个位置。
11.一个网络处理系统，包括：
用于建立分类树的至少一个控制点处理器；
多个网络处理器；以及
连接所述控制点处理器和至少一个所述多个网络处理器的总线，用于将分类树从所述控制点处理器转移到所述至少一个网络处理器，其中所述至少一个网络处理器通过改变在所述网络处理器子集中的活动树指针的方式，将帧处理的控制从已有的帧分类树转移到所述分类树。
12.根据权利要求11所述的网络处理系统，进一步包括其中所述控制点处理器拒绝建立另一分类树的请求，直到下载结束。
13.根据权利要求11所述的网络处理系统，其中所述控制点处理器判断在进行所述下载步骤时，是否在所述至少一个网络处理器中存在错误情形，并且对应所述存在错误情形的判断，停止所述下载。
14.根据权利要求11所述的网络处理系统，其中所述至少一个网络处理器包括多于一个的网络处理器，所述控制点处理器判断在所述多于一个的网络处理器中的某个特定处理器存在错误情形，并且其中所述控制点处理器，针对所述错误情形存在，继续除所述特定网络处理器的所述多于一个网络处理器的所有网络处理器上的下载。
15.根据权利要求11所述的网络处理系统，其中所述控制点处理器判断在至少一个网络处理器中的某个特定网络处理器中，所述分类树是否已经存在，并且将所述特定网络处理器从所述的下载中排除。
16.根据权利要求11所述的网络处理系统，进一步包括：
用来请求向所述分类树增加元素的应用程序装置；以及
用来向所述应用程序返回与所述元素关联的标记的装置。
17.根据权利要求16所述的网络处理系统，进一步包括用于在请求中未指定所述标记时，拒绝在所述元素之后向所述分类树增加另一元素的装置。
18.根据权利要求11所述的网络处理系统，进一步包括：
与所述至少一个网络处理器相连的第一存储器，其中所述帧分类树保存在第一位置中；以及
与所述至少一个网络处理器相连的第二存储器，其中所述控制点处理器向所述第二存储器中的第二位置下载所述分类树，并且所述至少一个网络处理器将所述活动树指针从所述第一位置的地址改变到第二位置的地址。
19.根据权利要求11所述的网络处理系统，进一步包括：
与所述至少一个网络处理器相连的第一存储器，其中所述帧分类树保存在第一位置中；
与所述至少一个网络处理器相连的第二存储器，其中所述控制点处理器向所述第二存储器中的第二位置下载所述分类树，所述至少一个网络处理器将所述活动树指针从所述第一位置的地址改变到第二位置的地址，其中所述至少一个网络处理器对应所述活动树指针的改变将所述分类树从所述第一存储器中清除，其中所述控制点处理器将所述分类树下载到所述第一存储器中的所述第一位置，并且所述网络处理器在所述分类树被拷贝完之后将所述活动树指针改到所述第一位置的地址，并从所述第二存储器清除所述分类树。
20.根据权利要求19所述的网络处理系统，其中所述第一存储器有由一个地址位的状态指定的地址范围，并且所述第二存储单元有一个根据所述地址位的补码状态指定的地址范围，其中所述至少一个网络处理器通过在所述指针中对所述地址位计算补码改变活动树指针，并且所述改变装置也在所述指针中对所述地址位计算补码，从而恢复所述指针的值以对应所述第一位置。
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