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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Paketverarbeitungssysteme
und insbesondere auf einen Netzwerkprozessor oder einen anderen
Typ von Prozessor, der für
die Verwendung bei der Ausführung
von Paket-Routing, Paketschaltung und anderen Paketverarbeitungsoperationen
in einem solchen System konfiguriert ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
Netzwerkprozessor steuert allgemein den Fluss von Paketen zwischen
einem physischen Übertragungsmedium,
wie z.B. einem physischen Schichtteil, z.B. einem Netzwerk mit asynchronem Übertragungsmodus
(ATM von englisch ,Asynchronous Transfer Mode') oder einem synchronen optischen Netzwerk
(SONST von englisch ,synchronous optical network'), und einer Schaltstruktur in einem Router
oder einem anderen Typ von Paketschalter. Solche Router und Schalter
enthalten im Allgemeinen mehrere Netzwerkprozessoren, die z.B. in
der Form einer Anordnung von Leitungs- oder Anschlusskarten angeordnet
sind, wobei einer oder mehrere der Prozessoren zu jeder der Karten
gehören.
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In
einem Netzwerkprozessor ist es wichtig, eine geeignete Verarbeitungsabfolge
für eingehende oder
ausgehende Pakete aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel sind viele der
Verarbeitungsaufgaben in einem Netzwerkprozessor dadurch, dass das
Ergebnis einer gegebenen Operation für die richtige Ausführung einer
anschließenden
Operation erforderlich ist, abfolgeabhängige Aufgaben. Solche Operationen werden
typischerweise von Funktionsaufrufen an eine oder mehrere Betriebseinheiten
des Prozessors initiiert. Eine gegebene Betriebseinheit kann mehrere Ausführungseinheiten
aufweisen, von denen jede dazu fähig
ist, Operationen für
die Betriebseinheit auszuführen.
Ein Beispiel für
einen Typ von Betriebseinheit ist eine Recheneinheit, die bestimmte
Rechenoperationen als Antwort auf Anfragen nach solchen Operationen
ausführt.
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Herkömmliche
Techniken für
das Aufrechterhalten einer erwünschten
Funktionsaufruffolgebildung in einem Netzwerkprozessor umfassen
die Serialisierung von Funktionsaufrufverschickung oder einen skalaren
Ansatz, der eine einzelne Ausführungseinheit
beinhaltet.
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In
dem Serialisierungsansatz werden Funktionsaufrufe an verschiedene
Betriebseinheiten auf eine serielle Weise gemäß einer spezifizierten Funktionsaufruffolgebildung
geschickt. Mit anderen Worten wird eine geeignete Funktionsaufruffolge
bestimmt und werden die Funktionsaufrufe auf eine solche serielle
Weise geschickt, dass die erwünschte Folge
aufrecht erhalten bleibt. Ein Funktionsaufruf, der ein Ergebnis
von einem anderen Funktionsaufruf erfordert, wartet einfach, bis
das Ergebnis verfügbar ist,
bevor er an eine bestimmte Betriebseinheit geschickt wird. Dieser
Ansatz erhält
einige der Vorteile der Parallelität durch die Verwendung der
mehreren Betriebseinheiten, aber schafft es nicht, eine solche Parallelität in dem
steigenden Netzwerkprozessordurchsatz vollständig auszunutzen.
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Der
skalare Ansatz umgeht die Problematik des Aufrechterhaltens einer
geeigneten Verarbeitungsfolge vollständig durch die Nutzung von
nur einer einzigen Betriebseinheit. Während dieser Ansatz eine geeignete
Verarbeitungsfolge sicherstellt, beschränkt er den Durchsatz des Netzwerkprozessors stark
durch das Eliminieren von Gewinnen, die der Parallelität zugeordnet
werden können.
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Folglich
sind beide oben beschriebenen herkömmlichen Ansätze darin
defizitär,
dass sie es nicht schaffen, einen maximalen Netzwerkprozessordurchsatz
zu liefern. Diese Defizite werden bei hohen Datenraten, z.B. Datenraten
bei oder über
2,5 Gigabits pro Sekunde (Gbps), zunehmend offensichtlich.
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Es
besteht deshalb ein Bedarf an verbesserten Techniken für das Aufrechterhalten
einer erwünschten
Funktionsaufruffolge für
abfolgeabhängige
Verarbeitungsaufgaben in einem Netzwerkprozessor oder einem anderen
Typ von Prozessor auf eine Weise, die den Prozessordurchsatz durch
eine effizientere Nutzung der Parallelität zwischen den Betriebseinheiten
des Prozessors erhöht.
Die Dokumente
WO 2001/16682 ,
WO 2001/05086 und
EP 1 061 695 stellen den
Stand der Technik dar.
EP 1 061 695 erhält zum Beispiel
eine Paketabfolgeinte grität durch
das Überprüfen für jedes
eingehende Paket, ob ein vorheriges Paket von der gleichen Quelle
an einem Verarbeitungselement in Bearbeitung ist und wenn die Überprüfung zeigt,
dass ein solches Paket in Bearbeitung ist, das Weiterleiten des
eingehenden Pakets an das gleiche Verarbeitungselement wie das vorherige
Paket, aufrecht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung schafft verbesserte Techniken für das Aufrechterhalten einer
erwünschten
Funktionsaufruffolge für
die Verarbeitung von Paketen in einem Netzwerkprozessor oder einem
anderen Prozessor, der eine oder mehrere Betriebseinheiten aufweist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System nach Anspruch 1
vorgesehen. Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren nach Anspruch 10
vorgesehen
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung weist ein Prozessor mit einem Paketverarbeitungsabfolgeaufrechterhaitungsmerkmal
eine Klassifizierungsschaltungsanordnung, die betriebsfähig ist,
für jede einer
Mehrzahl von in dem Prozessor empfangenen Paketen einen entsprechenden
Paketflussbezeichner zu identifizieren, eine Steuerschaltungsanordnung,
die betriebsmäßig mit
der Klassifizierungsschaltungsanordnung gekoppelt ist, und mindestens eine
Betriebseinheit, die betriebsmäßig mit
der Steuerschaltungsanordnung gekoppelt ist, auf. Die Steuerschaltungsanordnung
ist betriebsfähig,
ein oder mehrere Pakete mit einem gegebenen Paketflussbezeichner
auf eine Weise an die Betriebseinheit(en) zu leiten, die eine erwünschte Funktionsaufruffolgebildung über das
eine oder die mehreren Pakete mit dem gegebenen Paketflussbezeichner
für eine
oder mehrere abfolgeabhängige
Verarbeitungsaufgaben in dem Prozessor aufrechterhält.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung werden einer oder mehrere der Paketflussbezeichner jeder
in eine eindeutige Speicherstelle in die dem Prozessor zugehörige Speicherschaltungsanordnung
umgesetzt. Die eindeutige Speicherstelle, die einem gegebenen Paketflussbezeichner
entspricht, speichert mindestens einen Zähler, der eine Anzahl von Funktionen
spezifiziert, die für
einen zugeordneten Paketfluss ausgeführt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung hat jedes der empfangenen Pakete einen
Kontextbezeichner, der ihm vor der Funktionsaufruferteilung für dieses
Paket in dem Prozessor zugeordnet wird.
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Die
Kontextbezeichner können
aus einer festen Anzahl von Token, z.B. 256 Token ausgewählt werden,
so dass der Kontextbezeichner einen 8-Bit Bezeichner aufweist. Die
den empfangenen Paketen zugeordneten Kontextbezeichner werden genutzt, um
die erwünschte
Funktionsaufruffolgebildung für die
zu einem bestimmten Paketflussbezeichner gehörigen empfangenen Pakete aufrechtzuerhalten.
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Vorteilhafterweise
kann die Erfindung den Prozessordurchsatz durch ein besseres Ausnutzen der
Parallelität,
die durch die Verwendung mehrerer Betriebseinheiten des Prozessors
verfügbar
ist, verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erläuternden Ausführungsform
eines Paketverarbeitungssystems, in dem die vorliegende Erfindung implementiert
ist.
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2 ist
eine detailliertere Ansicht eines Netzwerkprozessors des Systems
aus 1, der gemäß den Techniken
der Erfindung konfiguriert ist.
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3 erläutert Abfolgereihen
und Konfigurationsregisterelemente der Abfolgelogik in dem Prozessor
aus 2 gemäß der Erfindung.
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4 erläutert eine
mögliche
Implementierung des Netzwerkprozessors aus 2 als eine
integrierte Schaltung, die auf einer Leitungskarte eines Routers
oder Schalters installiert ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist hierin in Verbindung mit einem beispielhaften Paketverarbeitungssystem
erläutert,
das einen auf eine bestimmte Weise konfigurierten Netzwerkprozessor
aufweist. Es sollte jedoch zu verstehen sein, dass die Erfindung
allgemeiner auf jeden Prozessor, in dem es wünschenswert ist, eine bestimmte
Paketverarbeitungsabfolge in einer oder mehreren Betriebseinheiten
des Prozessors aufrechtzuerhalten, anwendbar ist.
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Ein "Prozessor", wie der Begriff
hierin verwendet wird, kann beispielhaft und ohne Einschränkung unter
Nutzung eines Mikroprozessors, einer zentralen Verarbeitungseinheit
(CPU), eines digitalen Signalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC) oder eines anderen Typs von Datenverarbeitungsvorrichtung
als auch Teilen und Kombinationen dieser und anderer Vorrichtungen
implementiert werden.
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Der
Begriff "Klassifizierungsschaltungsanordnung", wie er hierin verwendet
wird, soll jeglichen Teil eines Prozessors oder anderen Typs von
Verarbeitungsschaltungsanordnung aufweisen, der dazu fähig ist,
mindestens einen Teil der mindestens einen Klassifizierungsoperation
auf einem Paket oder einem Teil eines Paket auszuführen. Beispiele
für Klassifizierungsoperationen
weisen ohne Einschränkung Vorklassifizierung,
Neuanordnung, Priorisierung, statistisches Erfassen, Zeitplanung,
Verkehrsverwaltung usw. auf. Als ein genaueres Beispiel weist eine
unten beschriebene erläuternde
Ausführungsform
der Erfindung eine erste Klassifizierungsschaltungsanordnung, z.B.
einen Vorkiassifizierer oder einen anderen Erstdurchlaufklassifizierer,
der dafür
konfiguriert ist, eine Erstdurchlaufklassifizierung auszuführen, und eine
zweite Klassifizierungsschaltungsanordnung, z.B. einen Zweitdurchlaufklassifizierer,
der dafür
konfiguriert ist, eine Zweitdurchlaufklassifizierung auszuführen, auf.
Die Erstdurchlaufklassifizierung in dieser Ausführungsform umfasst im Allgemeinen
mindestens einen Teil einer Paketneuanordnungsoperation und die
Zweitdurchlaufklassifizierung in dieser Ausführungsform umfasst im Allgemeinen
mindestens einen Teil einer Zeitplanungs- oder Verkehrsverwaltungsoperation.
Die erste und die zweite Klassifizierungsschaltungsanordnung können jeweils
z.B. eine oder mehrere separate Klassifizierungseinrichtungen, verschiedene
Teile einer einzelnen Klassifizierungseinrichtung oder andere Anordnungen
von Schaltungsanordnungen, die dafür konfiguriert sind, mindestens
einen Teil der hierin beschriebenen Ver arbeitungsoperationen zu
schaffen, darstellen.
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Die
vorliegende Erfindung in einer erläuternden Ausführungsform
verbessert den Prozessordurchsatz in einem Paketverarbeitungssystem
durch das Nutzen von Paketflussbezeichnern, um die Paketverarbeitungsabfolge
in einer oder mehreren Betriebseinheiten des Prozessors aufrechtzuerhalten.
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1 zeigt
ein Paketverarbeitungssystem 100, in dem die Erfindung
implementiert ist. Das System 100 weist einen Netzwerkprozessor 102 mit
einem internen Speicher 104 auf. Der Netzwerkprozessor 102 ist
wie gezeigt mit einem externen Speicher 106 gekoppelt und
ist dafür
konfiguriert, eine Schnittstelle für das Übertragen von Zellen, Paketen
oder anderen Paketdaten zwischen einem Netzwerk 108 und
einer Schaltstruktur 110 zu schaffen. Der Prozessor 102 und
sein zugehöriger
externer Speicher 106 können
z.B. als eine oder mehrere integrierte Schaltungen implementiert
sein, die auf einer Leitungskarte oder Anschlusskarte eines Routers
oder Schalters installiert sind. In einer solchen Konfiguration
wird die Schaltstruktur 110 allgemein als ein Teil des
Routers oder Schalters betrachtet.
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Es
sollte zu verstehen sein, dass die spezielle in 1 gezeigte
Anordnung von Systemelementen nur beispielhaft erläuternd ist.
Insbesondere kann, wie zuvor angemerkt, die Erfindung in jedem beliebigen
Typ von Paketprozessor implementiert werden und ist auf keine bestimmte
Paketverarbeitungsanwendung beschränkt.
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2 zeigt
den Netzwerkprozessor 102 aus 1 detaillierter.
Der Netzwerkprozessor 102 in dieser Ausführungsform
weist einen Erstdurchlaufklassifizierer 200 auf, der die
eingehenden Paketdaten von dem Netzwerk 108 oder der Schaltstruktur 110 empfängt. Der
Erstdurchlaufklassifizierer 200 ist mit einem Speicher 204 und
einem Zweitdurchlaufklassifizierer 202 gekoppelt. Der Speicher 204 kann mindestens
einen Teil des internen Speichers 104, des externen Speichers 106 oder
beider aufweisen. Ein Zweitdurchlaufklassifizierer 202 ist
auch mit dem Speicher 204 gekoppelt. Eine Ausgabe des Zweitdurchlaufklassifizierers 202 geht
an darauf folgende Verarbeitungsschaltungsanordnungen, die z.B.
eine Zeitplanungsschaltungsanordnung, eine Reihenschaltungsanord nung,
eine Verschickungsschaltungsanordnung usw. aufweisen können.
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Der
Netzwerkprozessor weist ferner ein Erstdurchlaufkontextzuordnungselement 206,
eine Reiheneinrichtung 208, eine Abfolgelogik 210,
ein Zweitdurchlaufkontextzuordnungselement 212 und eine
Zweitdurchlaufbereitschaftsreihe 214 auf. Mindestens der
Erstdurchlaufklassifizierer 200 und der Zweitdurchlaufklassifizierer 202 sind
mit einem Funktionsbus 220 gekoppelt, der eine Schnittstelle
zwischen diesen Elementen und N Betriebseinheiten 222-1, 222-2...222 N
schafft. Jede der Betriebseinheiten 222-i, wobei i = 1,
2, ... N ist, hat in dieser erläuternden
Ausführungsform
eine ihr zugeordnete Anzahl von Ausführungseinrichtungen (EEs) 225i,j, wobei
j = 1, 2, ... M. Die Betriebseinheiten, 222-i können Recheneinheiten
sein, die Berechnungen in den ihnen zugeordneten Ausführungseinrichtungen
für den
Erst- und den Zweitdurchlaufklassifizierer ausführen. In anderen Ausführungsformen
der Erfindung können
andere Elemente des Netzwerkprozessors 102 mit dem Funktionsbus 220 gekoppelt
sein.
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Der
Erstdurchlaufklassifizierer 200 aus 2 kann z.B.
als ein Vorklassifizierer implementiert sein, der mindestens eine
von einer Neuanordnungsoperation, einer Paritätsprüfung und einer Prioritätsbestimmung
für ein
gegebenes Paket ausführt, während der
Zweitdurchlaufklassifizierer 202 als z.B. eine oder mehrere
Klassifizierungseinrichtungen implementiert ist, die mindestens
eine von einer Zeitplanungsoperation, einer Reihenoperation und
einer Verschickungsoperation ausführen. Es ist auch möglich, dass
einer oder beide der Klassifizierer 200, 202 Statistikerfassungsoperationen
für die
Verwendung bei der Zeitplanung und anderen Verkehrsverwaltungsfunktionen,
wie z.B. Überwachung,
durchführen.
Diese und andere Operationen der Klassifizierer 200, 202 können auf
eine herkömmliche
Weise unter Verwendung von in der Technik bekannten Techniken durchgeführt werden
und sind deshalb hierin nicht im Detail beschrieben.
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Die
von dem Erstdurchlaufklassifizierer 200 empfangenen Paketdaten
können
Zellen oder andere neu anzuordnende Teile des gegebenen Pakets umfassen,
um das gegebene Paket unter der Verwendung einer Neuanordnungsschaltungsanordnung
zu bilden, die in den Erstdurchlaufklassifizierer 200 integriert
oder ihm anderweitig zugeordnet sein kann. Der Begriff "Paket", wie hierin ver wendet,
soll nicht nur ein neu angeordnetes Paket, sondern auch eine oder
mehrere Zellen oder andere Paketdaten umfassen, die nach ihrer Neuanordnung
ein Paket bilden.
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Auch
können,
wie zuvor aufgezeigt, verschiedene Teile des Speichers 204 als
separate Speicher, z.B. als Teile sowohl des internen Speichers 104 als
auch des externen Speichers 106 aus 1, anstatt
als ein einzelner Speicher, wie in 2 gezeigt,
implementiert sein. Der Begriff "Speicherschaltungsanordnung", wie hierin verwendet, soll
sowohl einen separaten Speicher als auch einen bestimmten Teil eines
größeren Speichers
umfassen und kann sich auf den internen Speicher, den externen Speicher
oder Kombinationen davon beziehen.
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Es
versteht sich, dass der Netzwerkprozessor 102, wie in 2 gezeigt,
zu Abbildungszwecken vereinfacht ist und in einer gegebenen Ausführungsform
eine zusätzliche
Schaltungsanordnung, wie z.B. die Zeitplanungsschaltungsanordnung,
Verschickungsschaltungsanordnung und Reihenschaltungsanordnung,
wie oben angemerkt, eine oder mehrere Speichersteuereinrichtungen
als auch eine geeignete Schnittstellenschaltungsanordnung für das Bilden einer
Schnittstelle mit dem Netzwerk 108, der Schaltstruktur 110 und
anderen externen Vorrichtungen, wie z.B. einem zugehörigen Hauptprozessor, aufweisen
kann. Außerdem
sind die speziellen Verbindungen zwischen den Prozessorelementen
nur beispielhaft, z.B. können
als bidirektional gezeigte Verbindungen unidirektional, als richtungslos
gezeigte Verbindungen bidirektional oder unidirektional und andere
nicht ausdrücklich
gezeigte Verbindungen usw. hergestellt werden.
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Auch
wenn die Ausführungsform
aus 2 mehrere Betriebseinheiten 222 aufweist,
kann die Erfindung in einer Ausführungsform
implementiert werden, die nur eine einzelne Betriebseinheit aufweist. Außerdem kann
die genaue Anzahl von einer gegebenen Betriebseinheit zugeordneten
Ausführungseinrichtungen 225 von
Einheit zu Einheit variieren, anstatt für jede Einheit gleich zu sein,
wie in der Ausführungsform
aus 2. Außerdem
können
die Ausführungseinrichtungen,
auch wenn sie in 2 als bezüglich ihrer zugeordneten Betriebseinheiten
extern dargestellt sind, auch in ihre zugeordneten Betriebseinheiten
integriert sein.
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3 stellt
einen Teil der Abfolgelogik 210 des Netzwerkprozessors 102 aus 2 dar.
In der erläuternden
Ausführungsform
weist die Abfolgelogik einen Satz von Abfolgereihen 300 auf,
die K separate Reihen 302-1, 302-2 ... 302-K aufweisen,
wobei jede der Reihen für
das Einordnen eines anderen Funktionssatzes auf einem gegebenen
Verarbeitungspass verwendet wird. Ein geeigneter Wert für K ist
in der erläuternden
Ausführungsform
vier, was das Einordnen von vier verschiedenen Funktionssätzen zulassen
würde.
Wenn zum Beispiel eine gegebene Funktion sowohl für die Erst-
als auch für
die Zweitdurchlaufklassifizierung eingeordnet werden soll, könnten zwei
der vier Abfolgereihen genutzt werden, um dieses Einordnen zu schaffen.
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Die
Abfolgelogik weist ferner einen Satz von Konfigurationsregistern 310 auf,
die L separate Konfigurationsregister 312-1, 312-2,
... 312-L aufweisen, wobei der Satz von Konfigurationsregistern
verwendet wird, um die Auswahl zu steuern, welche einer Anzahl von
Funktionen, die von den Ausführungseinrichtungen 225 der
Betriebseinheiten 222 ausführbar sind, in dem Netzwerkprozessor 102 eingeordnet werden
können.
Die Funktionssätze,
die unter Verwendung der Abfolgereihen 300 eingeordnet
werden, werden deshalb aus den in den Konfigurationsregistern 310 spezifizierten
Funktionen ausgewählt.
Es kann zwei oder mehrere der Konfigurationsregister 312 für jede der
Abfolgereihen 302 geben, z.B. wenn es vier Abfolgereihen
gibt, ist eine geeignete Anzahl an Konfigurationsregistern acht.
Die genaue Anzahl von Abfolgereihen und Konfigurationsregistern
ist natürlich
implementierungsspezifisch und variiert in Abhängigkeit von Faktoren wie z.B.,
wie viele Bits benötigt
werden, um eine Funktion zu spezifizieren und wie viele Bits in
jedem der Konfigurationsregister sind.
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Bestimmte
Funktionen, die in einem Netzwerkprozessor, wie z.B. dem Prozessor 102,
ausgeführt
werden können,
sind in der Technik bekannt und deshalb hierin nicht im Detail beschrieben.
Die Erfindung ist bezüglich
der speziellen auszuführenden Funktionen
nicht beschränkt,
sondern ist allgemeiner geeignet für die Verwendung beim Aufrechterhalten einer
erwünschten
Funktionsaufruffolgebildung über ein
oder mehrere Pakete für
eine oder mehrere abfolgeabhängige
Verarbeitungsaufgaben in dem Prozessor. Jede der abfolgeabhängigen Verarbeitungsaufgaben
erfordert typischerweise die Leistungsfähigkeit mehrerer Funktionen
und weist dadurch mehrere Funktionsaufrufe an die Be triebseinheiten 222 und ihre
zugeordneten Ausführungseinrichtungen 225 auf.
Allgemein kann jede beliebige Funktion, die der Verarbeitung von
Paketdaten zugeordnet ist und für die
Verschickung über
den Funktionsbus 220 erteilt werden kann, unter Verwendung
der Techniken der Erfindung eingeordnet werden.
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Man
beachte, dass mindestens ein Teil der Abfolgelogik 210 aus 3 in
dem Speicher 204 implementiert sein kann, z.B. der Abfolgereihensatz 300 und
der Konfigurationsregistersatz 310 jeweils als bestimmte
Speicherstellen in dem Speicher 204 des Prozessors 102 implementiert
sein können.
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Die
Arbeitsweise des Netzwerkprozessors 102 wird jetzt mit
Bezug auf eine bestimmte erläuternde
Ausführungsform
beschrieben, die die Verarbeitung von Zellen beinhaltet, die von
dem ersten Klassifizierer 200 neu in Pakete angeordnet
werden, die hierin auch als Protokolldateneinheiten (PDUs) bezeichnet
sind. Der Erstdurchlaufklassifizierer in dieser Ausführungsform
ist für
das Bestimmen eines entsprechenden Paketflussbezeichners für jedes
Paket konfiguriert. Die Paketflussbezeichner können auf eine in der Technik
bekannte Weise aus den Kopfinformationen der Zellen extrahiert werden.
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Einer
oder mehrere der Paketflussbezeichner können jeder in eine eindeutige
Speicherstelle in dem Speicher 204 oder eine andere dem
Netzwerkprozessor 102 zugeordnete Speicherschaltungsanordnung
umgesetzt werden. Die eindeutige Speicherstelle, die einem gegebenen
Paketflussbezeichner entspricht, kann dafür konfiguriert sein, mindestens
einen Zähler
zu speichern, der eine Anzahl von Funktionen spezifiziert, die für einen
zugeordneten Paketfluss ausgeführt
werden. Andere Information, die sich auf die Verarbeitung des gegebenen
Paketflusses bezieht, kann auch in der eindeutigen Speicherstelle
gespeichert werden.
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Der
oben genannte Zähler
kann verwendet werden, um die Anzahl von eingeordneten Funktionen
pro Kontext und pro Satz eingeordneter Funktionen zu zählen. Die
entstehenden Zählungen
können dann
verwendet werden, um das Einordnen einer Funktion zu erleichtern,
die mehrmals im Leben eines Kontexts erteilt wird. Zum Beispiel
kann es während des
Verarbeitens wünschenswert sein,
Funktionsaufrufe für
ein oder mehrere spätere
Pakete zu verzögern,
bis ein früheres
Paket mindestens eine gewisse spezifizierte Mindestanzahl von Funktionsaufrufen erteilt
hat, um zu verhindern, dass die späteren Pakete zu lange vor dem
früheren
Paket kommen.
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Die
Steuerschaltungsanordnung des Netzwerkprozessors 102, die
in dieser Ausführungsform als
ein oder mehrere Elemente 206, 208, 210, 212 und 214 aus 2 aufweisend
betrachtet werden kann, ist betriebsfähig, ein oder mehrere Pakete
mit einem gegebenen Paketflussbezeichner auf eine vorteilhafte Weise,
die eine erwünschte
Funktionsaufruffolgebildung über
mehrere Pakete mit dem gegebenen Paketflussbezeichner für eine oder
mehrere abfolgeabhängige
Verarbeitungsaufgaben in dem Prozessor aufrechterhält, an die
entsprechenden Betriebseinheit(en) 222 zu leiten. Der Begriff "Steuerschaltungsanordnung" sollte als jede
beliebige Anordnung von Verarbeitungselementen umfassend ausgelegt
werden, die dazu fähig
ist, das Leiten von Paketen auf der Basis von Paketflussbezeichnern auf
eine Weise, die eine erwünschte
Funktionsaufruffolgebildung in dem Prozessor 102 aufrechterhält, zu schaffen
und sollte deshalb nicht als die bestimmte Anordnung der in 2 gezeigten
Elemente 206, 208, 210, 212 und 214 erfordernd
ausgelegt werden.
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Dieses
Verarbeitungsabfolgeaufrechterhaltungsmerkmal der vorliegenden Erfindung
in der erläuternden
Ausführungsform
kann verwendet werden, um zu gewährleisten,
dass Aufrufe zu gewissen vordefinierten Funktionen oder Sätzen von
Funktionen auf entweder den Erstdurchlauf- oder den Zweitdurchlaufkontexten
oder beiden in einer geeigneten Abfolge auf dem Funktionsbus 220 dargestellt
werden. Für
die Erstdurchlaufkontexte bedeutet das, dass die Funktionsaufrufe
auf dem Funktionsbus 220 in der gleichen Abfolge gezeigt
werden, in der die entsprechenden Zellen von dem Erstdurchlaufkontextzuordnungselement 206 Erstdurchlaufkontextbezeichnern
zugeordnet wurden. Dies entspricht der Abfolge, in der die Zellen "auf dem Draht" an einem Eingang
des Netzwerkprozessors 102 angekommen sind, und die Aufrechterhaltung
dieser Abfolge für
die zugeordneten Funktionsaufrufe wird hierin als Kontextdrahtabfolge
bezeichnet. Für
Zweitdurchlaufkontexte werden die Funktionsaufrufe auf dem Funktionsbus 220 in
der gleichen Abfolge dargestellt, in der Zweitdurchlaufkontextbezeichner
von dem Zweitdurchlaufkontextzuordnungselement 212 zuge ordnet
werden. Dies entspricht einer Abfolge, in der die PDUs in der Zweitdurchlaufbereitstellungsreihe 214 für das Liefern
an den Zweitdurchlaufklassifizierer 202 eingeordnet sind.
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Die
Erstdurchlaufkontextbezeichner werden in dieser erläuternden
Ausführungsform
von dem Element 206 in numerischer Abfolge zugeordnet, wenn
Zellen an dem Erstdurchlaufklassifizierer ankommen. Die Zuordnung
in numerischer Abfolge ist keine Anforderung der Erfindung. Allgemein
könnten die
Erstdurchlaufkontextbezeichner in einer anderen Abfolge zugeordnet
werden, wobei eine geeignete Schaltungsanordnung verwendet wird,
um einen Überblick über die
Zuordnungsabfolge zu behalten. Kontextbezeichner können hierin
auch einfach als ,Kontexte' bezeichnet
werden und Beispiele umfassen numerische Kennzeichner, wie z.B.
Kontext 0, Kontext 1, Kontext 2 etc.
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Die
Kontextbezeichner werden vorzugsweise aus einer festen Anzahl von
Token ausgewählt. Wenn
die feste Anzahl von Token zum Beispiel 256 ist, kann der Kontextbezeichner
ein 8-Bit-Bezeichner sein. Zeilen mit dem gleichen Paketflussbezeichner haben
folglich verschiedene Kontextbezeichner, die ihnen von dem Element 206 zugeordnet
werden, und diese Kontextbezeichner können in der Reiheneinrichtung 208 und
der Abfolgelogik 210 genutzt werden, um eine Kontextdrahtabfolge
unter den Zellen eines bestimmten Paketflussbezeichners zu forcieren.
Die Reiheneinrichtung 208 gibt die zugeordneten Erstdurchlaufkontexte
in numerischer Abfolge frei und das Element 206 teilt sie
in numerischer Abfolge, die die erwünschte Funktionsaufruffolgebildung
forciert, d.h. entsprechend der Kontextdrahtabfolge, neu zu.
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Nachdem
die Erstdurchlaufklassifizierung für eine gegebene PDU fertig
gestellt wurde, empfängt die
Reiheneinrichtung 208 die PDU von dem Erstdurchlaufklassifizierer 200 und
platziert die PDU in der Zweitdurchlaufbereitstellungsreihe 214.
Die PDUs werden entsprechend ihrer Abfolge in der Zweitdurchlaufbereitstellungsreihe 214 an
den Zweitdurchlaufklassifizierer 202 geliefert. Wenn eine
gegebene PDU von der Zweitdurchlaufbereitstellungsreihe 214 an
den Zweitdurchlaufklassifizierer 202 geliefert wird, ordnet
das Zweitdurchlaufkontextzuordnungselement 212 der PDU
einen Zweitdurchlaufkontextbezeichner zu. Die zweiten den PDUs zugeordneten
Durchlaufkontextbezeichner können sich außerhalb
der numerischen Abfolge befinden. Die Reiheneinrichtung 208 führt eine
Liste von freien Zweitdurchlaufkontextbezeichnern und ordnet sie den
PDUs zu, wenn die PDUs mit der Zweitdurchlaufklassifizierung beginnen.
Die Abfolgelogik 210 behält den Überblick über die Abfolge, in der Zweitdurchlaufkontexte
erteilt werden und forciert die eingeordneten Funktionen auf der
Basis dieser Abfolge.
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Die
Kontextzuordnungselemente 206, 212 aus 2 können, auch
wenn sie in der Figur als separate Elemente gezeigt sind, in zugehörige Elemente
des Netzwerkprozessors 102 integriert werden. Zum Beispiel
kann das Erstdurchlaufkontextzuordnungselement 206 in die
Erstdurchlaufklassifiziererschaltungsanordnung oder in die zugehörige Steuerschaltungsanordnung
integriert sein und kann das Zweitdurchlaufkontextzuordnungselement 212 in
die Reiheneinrichtung 208 oder die Abfolgelogik 210 integriert
sein.
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Wie
zuvor aufgezeigt, ist es möglich,
dass ein Satz von Funktionen unter Verwendung des Satzes von Abfolgereihen 300 aus 3 für das Einordnen
gruppiert werden. Zum Beispiel kann jede der Abfolgereihen 302 in
dem Satz 300 verwendet werden, um vier Funktionen einzuordnen,
so dass ein gegebener eingeordneter Funktionssatz fSet folgendermaßen gebildet
werden kann: fSet = fOne + fTwo + fThree + fFour,wobei
fOne, fTwo, fThree und fFour unabhängige Funktionen sind. Allgemein
wird jede erteilte Funktion, die zu einem Funktionssatz einer eingeordneten Reihe
gehört,
in diese Reihe eingeordnet. Man beachte, dass die Verwendung von
vier Funktionen in dem oben genannten Beispiel nur erläuternd ist.
Die Erfindung erfordert keine spezielle Beschränkung auf die Anzahl von Funktionen
in einem Funktionssatz.
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Funktionen
können
so programmierbar ausgewählt
werden, dass sie in den Erstdurchlaufkontexten oder den Zweitdurchlaufkontexten
oder beiden eingeordnet werden. Wenn eine Funktion in sowohl den
Erstdurchlauf- als auch den Zweitdurchlaufkontexten eingeordnet
werden muss, verwendet sie zwei der Funktionsabfolgereihen 302.
Man beachte, dass es in der oben beschriebenen erläuternden Ausführungsform
keine Abfolge zwischen den Erst- und den Zweitdurchlaufkontexten
gibt. Stattdessen wird eine gegebene Funktion in der Erstdurchlaufverarbeitung
eingeordnet, wenn der Prozessor 102 dafür konfiguriert ist, und wird
die gegebene Funktion in der Zweitdurchlaufverarbeitung eingeordnet,
wenn der Prozessor 102 dafür konfiguriert ist. Dies ist
jedoch keine Anforderung der Erfindung und die beschriebenen Techniken
können
verwendet werden, um mehrere Kontexte einzuordnen, z.B. um sie für sowohl
die Erstdurchlauf- als auch die Zweitdurchlaufverarbeitung einzuordnen.
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Es
ist auch möglich,
dass der gleiche Funktionsaufruf mehr als einmal im Leben eines
Kontexts erteilt wird. Die Abfolgelogik 210 in der erläuternden Ausführungsform
ordnet nur die erste Erteilung der Funktion. Anschließende Aufrufe
an die gleiche eingeordnete Funktion vor der Beendigung des Kontexts
werden nicht eingeordnet und werden stattdessen auf dem Funktionsbus 220 verschickt,
sobald sie erteilt sind, unabhängig
von der Abfolge. Wieder ist dies keine Anforderung der Erfindung
und können
die beschriebenen Techniken verwendet werden, um eine Funktion vor
der Beendigung eines Kontexts mehrfach einzuordnen.
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Wenn
die Abfolgelogik 210 die Beendigung eines Kontexts detektiert,
während
sie auf eine eingeordnete Funktion für diesen Kontext wartet, hört sie auf,
auf die eingeordnete Funktion auf diesem Kontext zu warten, und
gibt Kontexte frei, die in einem Abfolgesinn "hinter" ihr sind. Grundsätzlich forciert die Abfolgelogik
das Einordnen von auf dem Funktionsbus 220 dargestellten
Funktionen, um die Abfolge anzupassen, in der die Kontexte begonnen haben.
Wenn ein Kontext beendet wird, bevor eine eingeordnete Funktion
auf diesem Kontext empfangen wird, bestimmt die Abfolgelogik, dass
keine eingeordnete Funktion für
diesen Kontext erteilt wird und hört auf, auf eine zu warten.
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Eine
spezielle Funktion, z.B. eine hierin erläuternd als fUnblockOrderQueues
bezeichnete Funktion kann verwendet werden, um die Abfolgelogik 210 so
zu leiten, dass die Abfolgereihen 302 für den Kontext, der die Funktion
erteilt, entblockt werden. Sobald ein Kontext die Funktion fUnblockOrderQueues
erteilt, wird keine andere Funktion für diesen Kontext eingeordnet,
bis der Kontext beendet und erneut erteilt wird.
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Für Funktionen,
die so definiert sind, dass sie für Zweitdurchlaufkontexte eingeordnet
werden, kann die Abfolgelogik 210 so konfiguriert sein,
dass der Prioritätsgrad
bei der Ausführung
der Abfolgeanordnung nicht berücksichtigt
wird. Dies kann getan werden, um die Hardwarekonstruktion zu vereinfachen.
Jedoch bedeutet das, dass eine PDU mit einer geringeren Priorität eine PDU
mit einer höheren
Priorität
blockiert, wenn die PDU mit der geringeren Priorität vor der
PDU mit der höheren
Priorität
gestartet wurde.
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Die
einzuordnenden Funktionen können
unter Verwendung anderer Techniken als der in Verbindung mit dem
Konfigurationsregistersatz 310 aus 3 beschriebenen
Konfigurationsregistersteuerung spezifiziert werden. Zum Beispiel
kann einzuordnender Funktionssatz als ein spezifischer Funktionsraum
definiert werden, z.B. kann ein oberer Funktionsraum, der z.B. den
Funktionen 511-256 entspricht, auf einen unteren
Funktionsraum, z.B. Funktionen 255-0 und die abgebildeten
eingeordneten Funktionen abgebildet werden. Allgemein wird die Verwendung
des Konfigurationsregisteransatzes dadurch bevorzugt, dass er die
zukünftige
Zuordnung von Funktionen nicht beeinträchtigt.
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Selbst
in dem allgemeinen Kontext des oben beschriebenen Konfigurationsregisteransatzes
können
andere Techniken verwendet werden, um einzuordnende Funktionen in
einem Funktionssatz zu spezifizieren. Zum Beispiel könnte jede
Funktion, die ein bestimmtes Bitmuster aufweist, wie z.B. wenn seine letzten
drei Bits auf 001 eingestellt sind, einem Satz durch die Verwendung
von Maskierung zugeordnet werden.
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Die
Operation der Abfolgelogik 210 wird jetzt mit Bezug auf
eine Anzahl von Beispielen detaillierter beschrieben. Es sollte
zu verstehen sein, dass die unten gegebenen Beispiele nur Abbildungszwecken dienen
und deshalb nicht als den Umfang der Erfindung auf irgendeine Weise
einschränkend
ausgelegt werden sollen. Andere Ausführungsformen der Erfindung
können
auf eine andere als die unten beschriebene Weise arbeiten. Angenommen,
in diesen Beispielen sind vier separate Abfolgereihen 302-1, 302-2, 302-3 und 302-4 in
dem Satz von Abfolgereihen 300. Die Abfolgereihen forciert
das Einordnen in einer bestimmten Reihe, das heißt, für eine gegebene Funktion oder
einen gegebenen Funkti onssatz, aber nicht zwischen verschiedenen
Reihen. Zum Beispiel angenommen, die folgenden Funktionen werden
in der folgenden Abfolge von dem Erstdurchlaufklassifizierer 200 oder
dem Zweitdurchlaufklassifizierer 202 erteilt und der Kontext
0 wurde vor dem Kontext 1 zugeordnet:
eingeordnete Funktion
1 auf Kontext 1
eingeordnete Funktion 1 auf Kontext 0
eingeordnete
Funktion 2 auf Kontext 0
eingeordnete Funktion 2 auf Kontext
1
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Die
Abfolgelogik 210 ist dafür konfiguriert, sicherzustellen,
dass die eingeordnete Funktion 1 auf dem Kontext 0 vor dem Kontext
1 auf dem Funktionsbus 220 erteilt würde. Jedoch stellt die Abfolgelogik
in der erläuternden
Ausführungsform
nicht sicher, dass diese eingeordnete Funktion 2 auf dem Kontext
0 auf dem Funktionsbus 220 vor der eingeordneten Funktion
1 auf dem Kontext 1 erteilt wird.
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Wenn
eine eingeordnete Funktion nicht auf einem Kontext erteilt wird,
gibt die Abfolgelogik 210 Kontexte frei, die diesem Kontext
folgen, wenn eine Kontextbeendigungsfunktion, z.B. eine Funktion fQueue,
fQueueEOF oder fTransmit oder die oben genannte Funktion fUnblockOrderQueues
auf dem Kontext erteilt wird. Man betrachte das folgende Beispiel,
in dem angenommen wird, dass die Kontexte in numerischer Ordnung,
d.h. in dem Abfolgekontext 0, Kontext 1, Kontext 2 zugeordnet wurden:
eingeordnete
Funktion 1 auf Kontext 1
eingeordnete Funktion 1 auf Kontext
2
ein fQueue erteilt auf Kontext 0
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Die
Abfolgelogik 210 empfängt
die eingeordnete Funktion 1 auf den Kontexten 1 und 2 und hält sie und
wartet darauf, dass die eingeordnete Funktion 1 auf dem Kontext
0 erteilt wird. Wenn die Funktion fQueue auf dem Kontext 0 erteilt
wird, erteilt die Abfolgelogik die eingeordnete Funktion 1 auf den Kontexten
1 und 2 (in dieser Abfolge) auf dem Funktionsbus 220. Die
Funktion fQueue auf dem Kontext 0 teilt der Abfolgelogik im Grunde
mit, dass die Arbeit an dem Kontext 0 fertig gestellt wurde und
der Kontext an den freien Pool zurückgegeben wird. Keine zusätzlichen
Funktionen durchlaufen die Abfolgereihen auf diesem Kontext, bis
sie aus dem Pool einer neuen Zelle neu zugeordnet werden. Wenn eine Funktion
fUnblockOrderQueues auf einem Kontext empfangen wurde, werden sämtliche
anschließenden
Funktionen, die auf diesem Kontext erteilt werden, bis der Kontext
(z.B. von einer Funktion fQueue) beendet wird, nicht eingeordnet.
Andere Typen von Kontextbeendigungsfunktionen können z.B. ein spezifisches
Ende der Funktion(EOF)-Funktion, erläuternd bezeichnet als fQueueEOF,
oder eine Übertragungsfunktion,
erläuternd
als fTransmit bezeichnet, umfassen.
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Die
Konfigurationsregister 312 in dem Satz von Registern 310 aus 3 können jeweils
so konfiguriert sein, dass sie definieren: (1) bis zu einer bestimmten
maximalen Anzahl von Funktionen, z.B. vier Funktionen, die in einer
zugehörigen
der Abfolgereihen 302 eingeordnet werden; (2) eine Anzahl von
gültigen
Funktionen, die für
diese Reihe definiert sind, z.B. Funktionen 0 bis 4; und (3) ob
die Funktionen auf Erstdurchlauf- oder Zweitdurchlaufkontexten eingeordnet
werden. Jedes beliebige einer Anzahl von geeigneten Formaten kann
verwendet werden, um diese oder andere ähnliche Information in den Konfigurationsregistern 312 des
Konfigurationsregistersatzes 310 zu speichern.
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Es
soll nochmals betont werden, dass die vorhergehende Beschreibung
der Operation und der Konfiguration der Abfolglogik 210 und
ihres zugehörigen
Abfolgereihensatzes 300 und Konfigurationsregistersatzes 310 nur
als ein Beispiel vorgesehen ist. Der Fachmann wird erkennen, dass
zahlreiche alternative Anordnungen verwendet werden können, um die
Erfindung zu implementieren.
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4 erläutert eine
beispielhafte Router- oder Schaltleitungskartenausführungsform
eines Teils des Systems 100 aus 1. In dieser
Ausführungsform
weist das Verarbeitungssystem eine Leitungskarte 400 mit
mindestens einer darauf installieren integrierten Schaltung 402 auf.
Die integrierte Schaltung 402 weist einen Netzwerkprozessor 102 auf,
der einen internen Speicher 104 hat. Der Netzwerkprozessor 102 interagiert
mit einem externen Speicher 106 auf der Leitungskarte 400.
Der externe Speicher 106 kann z.B. als ein externer Baumspeicher
für die
integrierte Netzwerkprozessorschaltung dienen. Der oben genannte
Hauptprozessor kann auch auf der Leitungskarte 400 installiert
werden.
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Der
Teil des Verarbeitungssystems wie in 4 gezeigt
ist der Klarheit der Darstellung halber wesentlich vereinfacht.
Es muss jedoch erkannt werden, dass das Verarbeitungssystem einen
Router oder Schalter aufweisen kann, der mehrere solche Leitungskarten
aufweist, und dass jede der Leitungskarten mehrere integrierte Schaltungen
aufweisen kann. Eine ähnliche
Ausführungsform
kann in der Form einer Anschlusskarte implementiert sein.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung sollen nur erläuternd
sein. Zum Beispiel können,
auch wenn die erläuternde
Ausführungsform
aus 2 einen separaten Erstdurchlauf- und Zweitdurchlaufklassifizierer,
d.h. einen Erstdurchlaufklassifizierer 200 und einen Zweitdurchlaufklassifizierer 202 nutzt,
andere Ausführungsformen die
Funktionalität
dieser Elemente in einer einzelnen Klassifizierungseinrichtung,
einem Satz von Klassifizierungseinrichtungen oder einem anderen
Typ von Klassifizierungsschaltungsanordnung kombinieren. Der Kontextbezeichner
auf der Basis der Ordnung der vorliegenden Erfindung kann für Erstdurchlaufkontexte,
Zweitdurchlaufkontexte oder sowohl Erst- als auch Zweitdurchlaufkontexte
wie auch für
andere Anordnungen von einzelnen oder mehrfachen Kontexten vorgesehen
werden. Die spezielle in dem Netzwerkprozessor 102 genutzte
Steuerschaltungsanordnung kann in Abhängigkeit von den in einer gegebenen
Ausführungsform
der Erfindung genutzten Verarbeitungsanordnungen variiert werden.
Außerdem
ist dies, auch wenn der Speicher 204 in den oben beschriebenen
Ausführungsformen
erläuternd wenigstens
teilweise intern in dem Netzwerkprozessor ist, nur ein Beispiel.
Andere Ausführungsformen können andere
Typen von internen oder externen Speicherschaltungsanordnungskonfigurationen
für das
Implementieren der beschriebenen Funktionalität verwenden. Ferner können, wie
nachstehend erwähnt,
die speziellen Klassifizierungsoperationen der Klassifizierungsschaltungsanordnung
in Abhängigkeit
von der Verarbeitungsanwendung, z.B. unter Softwaresteuerung über einen
Hauptprozessor, variieren. Diese und zahlreiche andere alternative
Ausführungsformen
in dem Umfang der folgenden Ansprüchen werden dem Fachmann ersichtlich
sein.