FR2674650A1 - Process for constructing a fault-tolerant X 25 packet switch which can be expanded in service and has parallel MIMD processors - Google Patents

Process for constructing a fault-tolerant X 25 packet switch which can be expanded in service and has parallel MIMD processors Download PDF

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Abstract

According to the invention, an X 25 packet switch is constructed by combining, an interim shared-memory secured function obtained through a fault-tolerant ISO standardised link opened by relays for linking to distribution links, and a routing function distributed around this first function, ensured by microrouters controlling access by the users attached to each of these microrouters. The latter cooperate together for the monitoring and trunking of packets by virtue of the connection-oriented standardised protocols.

Description

La présente invention concerne un procédé pour constituer un commutateur de paquets X25 à résistance aux pannes, peu sensible aux agressions et incidents localisés (attentats, incendies, inondations, coupures locales de courant), et dont la fiabilité permet d'envisager quelques milliers de raccordements utilisateurs sur un même commutateur. The present invention relates to a method for constituting an X25 packet switch with resistance to breakdowns, not very sensitive to aggressions and localized incidents (attacks, fires, floods, local power outages), and the reliability of which makes it possible to envisage a few thousand connections. users on the same switch.

Les commutateurs de paquets sont le plus souvent constitués de cartes coupleurs d'accés des utilisateurs, avec ou sans processeurs et reliées entre elles et avec d'autres cartes processeurs par des BUS informatiques propres à chaque constructeur, le tout constituant un systéme nodal, concentré en un seul site où aboutissent les media de raccordement des utilisateurs et vers d'autres commutateurs. De tels systémes sont sensibles aux agressions pouvant affécter le site. The packet switches are most often made up of user access coupler cards, with or without processors and linked together and with other processor cards by computer buses specific to each manufacturer, the whole constituting a nodal, concentrated system. into a single site where user connection media end up and to other switches. Such systems are sensitive to attacks that can affect the site.

Par ailleurs les érreurs résiduelles de logiciels, notamment lors des changements de versions, mises en évidence en service réel par des actions marginales ayant échappé aux tests, le plus souvent produisent une réinitialisation compléte du commutateur due à la propagation des érreurs par le partage de mémoires entre les différents processeurs. Furthermore, residual software errors, in particular during version changes, highlighted in real service by marginal actions which escaped testing, most often produce a complete reset of the switch due to the propagation of errors by memory sharing between the different processors.

C'est l'un des buts de l'invention de s'affranchir de ce comportement nuisible à la qualité de service et de permettre la réalisation de commutateurs de paquets à capacité de raccordement de quelques milliers d'utilisateurs sur un même commmutateur. En éffet le procédé selon l'invention permet, en s'affranchissant de ce type de structure à BUS constructeur, de réaliser un systéme commmutateur de paquets à processeurs paralleles Multiples Instructions, Multiples Données (MIMD) dispersés sur un grand nombre de sites à faible probabilité d'être tous simultanemments agressés et ne propageant pas en interne les incidents afféctant l'un de ses composants grâce à l'absence de mémoire commune directement partagée entre les microprocesseurs . It is one of the aims of the invention to get rid of this behavior detrimental to the quality of service and to allow the production of packet switches with a connection capacity of a few thousand users on the same switch. In fact, the method according to the invention makes it possible, by dispensing with this type of structure to constructor BUS, to produce a packet switching system with parallel processors Multiple Instructions, Multiple Data (MIMD) dispersed over a large number of sites with low probability of being simultaneously simultaneously attacked and not propagating internally incidents affecting one of its components thanks to the absence of a common memory directly shared between the microprocessors.

Pour la clarté de l'exposé il est rappelé que le sigle ISO désigne l'international Standard Organisation, organisme de normalisation et qu'il est fait référence aux normes publiées par cet organisme ou ses adhérents AFNOR, IEEE US etc...)
Par ailleurs la terminologie employée pour décrire le procédé (liaisons) s'appuie sur le Modéle de Référence pour 'Interconnexion de Systémes Ouverts ISO 7498.For the clarity of the presentation it is recalled that the acronym ISO indicates the international Standard Organization, standardization body and that reference is made to the standards published by this body or its members AFNOR, IEEE US etc ...)
In addition, the terminology used to describe the process (connections) is based on the Reference Model for 'Interconnection of Open Systems ISO 7498.

- La figure 1 représente un synoptique du procédé;
- la figure 2 représente un exemple de dispositif selon le procédé.- Figure 1 shows a block diagram of the process;
- Figure 2 shows an example of a device according to the method.

Le procédé consiste tout d'abord à réaliser une fonction sécurisée de répartition d'accés à une mémoire partagée mais -dynamique et fugitive obtenue par une liaison multipoints à tolérance de panne normalisée ISO (1), à laquelle sont raccordés des relais de liaisons (2) , appelés aussi PONTS (bridge) selon IEEE 802.1, assurant la fonction de filtrage et de relayage des trames entre cette liaison à tolérance de pannes et des liaisons multipoints (3) normalisées ISO jouant, selon le procédé, le rôle de répartition d'accés, tout ceci constituant un premier niveau bien sécurisé et indépendant du reste de la structure. Puis à la périphérie de ce niveau et sur les liaisons multipoints de répartition, le procédé consiste à constituer la fonction de routage du commutateur distribuée sur des microrouteurs (4) desservant chacun un seul raccordement utilisateur (5).Le procédé consiste de plus à munir ces microrouteurs, dispositifs programmables à microprocesseurs, de logiciels assurant la réalisation des protocoles réseaux orientés connexions ISO 8208 (équivalent de CCITT X25) et
ISO 8881 permettant, au moyen des services que fournissent ces protocoles, à ces microrouteurs de coopérer entre eux d'une part pour l'acheminement des paquets en provenance et à destination des utilisateurs, d'autre part pour la détection et le contrôle d'incidents internes pouvant affecter 1' un des composants du commutateur.The method consists first of all in carrying out a secure function of distributing access to a shared but-dynamic and fleeting memory obtained by a multipoint link with ISO standard fault tolerance (1), to which link relays ( 2), also called PONTS (bridge) according to IEEE 802.1, ensuring the function of filtering and relaying of frames between this fault-tolerant link and multipoint links (3) ISO standardized playing, according to the process, the role of distribution of 'access, all this constituting a first level well secured and independent from the rest of the structure. Then at the periphery of this level and on the multipoint distribution links, the method consists in constituting the routing function of the switch distributed on microrouters (4) each serving a single user connection (5). The method also consists in providing these micro-routers, programmable devices with microprocessors, software ensuring the realization of network protocols oriented connection ISO 8208 (equivalent to CCITT X25) and
ISO 8881 allowing, by means of the services which these protocols provide, these micro-routers to cooperate with each other on the one hand for the routing of packets from and to users, on the other hand for the detection and control of internal incidents which could affect one of the components of the switch.

Enfin ces microrouteurs sont munis des logiciels assurant les conversions et adaptations de protocoles nécéssaires pour ramener les protocoles d'accés des utilisateurs dans le protocole orienté connexion sus mentionné, lorsque ces utilisateurs n appliquent pas directement un protocole ISO 8208 sur leurs liaisons d'accés (5) indifférement point à point ou multipoints (réseaux locaux). Finally, these micro-routers are provided with software ensuring the conversions and adaptations of protocols necessary to bring the access protocols of the users back into the connection-oriented protocol mentioned above, when these users do not directly apply an ISO 8208 protocol on their access links ( 5) either point to point or multipoint (local area networks).

Du fait de la caractéristique multipoints de la liaison à tolérance de panne, il est possible d'étendre (6) par ajout d'un nouveau relais de liaisons (7), le nombre de liaisons de répartition et ainsi d'augmenter la capacité de partage de la mémoire centrale fugitive du commmutateur de paquets sans perturber le service opérationnel aux utilisateurs déja raccordés. Due to the multi-point characteristic of the fault-tolerant link, it is possible to extend (6) by adding a new link relay (7), the number of distribution links and thus increase the capacity of sharing of the fugitive central memory of the packet switch without disturbing the operational service to users already connected.

Par ailleurs le procédé présente une autre possibilité d'extension de la capacité en raccordement du commutateur, toujours sans nuire à la continuité du service opérationnel, ainsi qu'une possibilité d'équilibrage des charges internes dans l'étage de répartition, par la fonction multipoints des liaisons normalisées
ISO de répartition qui offrent l'avantage de permettre l'ajout (8) de microrouteurs pouvant, de plus, être déplacés d'une liaison à l'autre en fonction du profil de charge mesuré sur cette liaison.Furthermore, the method presents another possibility of extending the capacity in connection with the switch, always without compromising the continuity of the operational service, as well as a possibility of balancing the internal loads in the distribution stage, by the function multipoint standardized links
ISO distribution which offer the advantage of allowing the addition (8) of microrouters that can, moreover, be moved from one link to another depending on the load profile measured on this link.

Enfin la résistance aux pannes et agressions ponctuelles est asurée par le fait que le procédé combinant des media et des liaisons ISO permet de séparer et disperser géographiquement les différents composants du commutateur (relais de trame, microrouteurs) dans des sites différents, aux alimentations éléctriques et sources d'énergie indépendantes, sites à choisir en fonction de leur faible probabilité d'agréssions simultanées. Finally, resistance to breakdowns and occasional attacks is ensured by the fact that the process combining media and ISO links makes it possible to geographically separate and disperse the different components of the switch (frame relay, microrouters) in different sites, with electrical supplies and independent energy sources, sites to choose according to their low probability of simultaneous aggressions.

Un exemple de dispositif selon le procédé est réalisé par une liaison à tolérance de panne ISO 9314 (21), anneau à jeton
FDDI comportant deux media en fibre optique. Cet étage s'ouvre par plusieurs relais de liaisons (22) vers des liaisons ISO 8802.3
CSMA/CD Ethernet (23). Répartis sur ces liaisons se trouvent les microrouteurs (24) en charge de controler et d'acheminer les paquets, unités de données de protocole réseau, de chaque utilisateur raccordé (25).An example of a device according to the method is produced by a fault-tolerant link ISO 9314 (21), token ring
FDDI with two fiber optic media. This stage is opened by several link relays (22) to ISO 8802.3 links
CSMA / CD Ethernet (23). Distributed on these links are the micro-routers (24) in charge of controlling and forwarding the packets, network protocol data units, of each connected user (25).

Un microrouteur pourra être constitué selon une architecture, désormais classique pour un systéme à microprocesseur, articulée autour d'un BUS assurant les échanges entre un microprocesseur, deux ports d'entrées sorties ou coupleurs, l'un étant adapté à la liaison interne de répartition, l'autre étant adapté aux caractéristiques . du médium support de la liaison d'accés de l'utilisateur, ainsi que mémoires vives et mémoires mortes contenant les programmes de téléchargements de parametres, logiciels de traitement des protocoles ISO et conversions et adaptation de protocoles des utilisateurs non ISO.Il appartiendra à l'homme de l'art de réaliser les logiciels, constitutifs des protocoles
ISO 8208 et ISO 8881 ou le sous ensemble pertinent de ces protocoles au vu des services qu'il entend éffectivement offrir aux utilisateurs raccordés, ainsi que les logiciels de conversions de protocoles d'accés et ceux d'administration de chacun des objets composants du commutateur.A microrouter can be constituted according to an architecture, now conventional for a microprocessor system, articulated around a BUS ensuring exchanges between a microprocessor, two input-output ports or couplers, one being adapted to the internal distribution link. , the other being adapted to the characteristics. of the medium supporting the access link of the user, as well as random access memories and read-only memories containing the programs of downloads of parameters, software for processing ISO protocols and conversions and adaptation of protocols of non ISO users. skilled in the realization of software, constitutive of protocols
ISO 8208 and ISO 8881 or the relevant subset of these protocols in view of the services it effectively intends to offer to connected users, as well as the software for conversion of access protocols and those for administration of each of the component objects of the switch .

D'un point de vue opérationnel, l'administration et l'exploitation du dispositif commutateur de paquets est assurée par un ou plusieurs microordinateurs (27) raccordés sur l'une quelconque des branches de répartition des accés pour les microrouteurs ou sur une branche (26) dédiée et son relais de liaisons (28) vers la liaison centrale à tolérance de panne, et accédant aux entités d'administration de chacun des composants actifs, relais de liaisons et microrouteurs et ce pour assurer notamment le téléchargement de paramétres ou de versions de logiciels. From an operational point of view, the administration and operation of the packet switching device is ensured by one or more microcomputers (27) connected to any one of the access distribution branches for the microrouters or to a branch ( 26) dedicated and its link relay (28) to the central fault-tolerant link, and accessing the administration entities of each of the active components, link relays and microrouters and this in particular for downloading parameters or versions software.

Enfin un tel dispositif, réunissant une quarantaine de liaisons de répartition et une centaine de microrouteurs par liaison de répartition, réaliserait un commutateur de paquets d'une capacité de raccordement de 4000 utilisateurs, une panne se produisant sur une liaison de répartition n'affecterai dans le pire des cas que 100 utilisateurs soit 2.5% de la capacité du commutateur, tandis qu'une panne affectant l'un des relais de liaisons serait immédiatement contournée par la fonction de tolérance de panne qui en caractérise la constitution.  Finally, such a device, bringing together forty distribution links and a hundred microrouters per distribution link, would produce a packet switch with a connection capacity of 4,000 users, a failure occurring on a distribution link would not affect in the worst case scenario that 100 users is 2.5% of the capacity of the switch, while a failure affecting one of the link relays would be immediately circumvented by the fault tolerance function which characterizes its constitution.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un commutateur de paquets de la couche réseau résistant aux pannes et extensible en service, caractérisé en ce qu'il combine: 1. A method of producing a fault-tolerant and service-extensible network layer packet switch, characterized in that it combines: - tout d'abord un premier niveau assurant la fonction sécurisée de répartition d'accés à une mémoire partagée dynamique et fugitive réalisée au moyen d'une liaison normalisée ISO multipoints à tolérance de panne, elle même uniquement ouverte par des relais de liaisons assurant le rôle de filtrage et de relayage de trames vers des liaisons multipoints normalisées ISO d'accés et de répartition des moyens du deuxiéme niveau. - first of all, a first level ensuring the secure function of distributing access to a dynamic and fleeting shared memory produced by means of a standardized ISO multipoint fault-tolerant link, itself only opened by link relays ensuring the role of filtering and relaying frames to ISO standard multipoint links for access and distribution of means at the second level. - puis un deuxiéme niveau assurant une fonction de routage des paquets distribuée sur des microrouteurs, dispostif à microprocesseur et programme enregistré, désservant et contrôlant chacun l'accés d'un utilisateur final ou d'un autre commutateur de paquets, chacun de ces microrouteurs étant raccordés en un point d'une des liaisons de répartition précédentes. - then a second level providing a routing function for packets distributed on micro-routers, a microprocessor-based device and recorded program, each serving and controlling the access of an end user or another packet switch, each of these micro-routers being connected at a point on one of the previous distribution links. 2. Procédé de réalisation d'un commutateur de paquets de la couche réseau résistant aux pannes et extensible en service selon la revendication 1, caractérisé en ce que les microrouteurs, dipositif composé d'un BUS reliant mémoire vive, mémoire morte, micropocesseur et deux ports d'entrées sortie l'un adapté au raccordement vers la liaison multipoint interne de répartition, l'autre adapté à, et assurant l'accés de, l'utilisateur externe raccordé au commutateur, coopérent entre eux pour le contrôle et l'acheminement des paquets des utilisateurs, au moyen des services fournis par les protocoles ISO de la couche réseau orientés connexions appliqués sur les liaisons d'accés et de répartition reliant ces microrouteurs. 2. Method for producing a network layer packet switch resistant to breakdowns and expandable in service according to claim 1, characterized in that the microrouters, a device comprising a BUS connecting random access memory, read only memory, micropocessor and two input and output ports, one suitable for connection to the internal multipoint distribution link, the other suitable for, and providing access to, the external user connected to the switch, cooperate with each other for control and routing user packets, using the services provided by the connection-oriented network layer ISO protocols applied on the access and distribution links connecting these micro-routers. 3. Procédé de réalisation d'un commutateur de paquets de la couche réseau résistant aux pannes et extensible en service selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les relais de liaisons et les microrouteurs à microprocesseurs ne partageant directement aucune mémoire statique commune et n'interagissant entre eux qu'aux moyens de protocoles et de liaisons multipoints normalisés ISO forment ensemble un systéme à processeurs paralléles à multiples instructions, multiples données. 3. A method of producing a network layer packet switch resistant to breakdowns and expandable in service according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the link relays and microprocessor microprocessors do not directly share any common static memory and interacting with each other only by means of ISO standardized multipoint protocols and links together form a system with parallel processors with multiple instructions, multiple data. 4. Procédé de réalisation d'un commutateur de paquets de la couche réseau résistant aux pannes et extensible en service selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les microrouteurs assurent les conversions et adaptation de protocoles des accés de raccordement des utilisateurs en protocoles de la couche réseau , inter microrouteurs, orientés connexion 4. Method for producing a packet switch of the network layer which is resistant to breakdowns and which can be extended in service according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the micro-routers ensure conversions and adaptation of protocols of connection accesses. users in network layer protocols, inter microrouters, connection oriented 5. Procédé de réalisation d'un commutateur de paquets de la couche réseau résistant aux pannes et extensible en service selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les composants actifs à microprocesseur et programme enregistré, tels les relais de liaisons et les microrouteurs, sont répartis dans des sites différents et alimentés en énergie par des sources autonomes ou propre à ces sites. 5. A method of producing a packet switch of the fault-tolerant and service-expandable network layer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the active components with microprocessor and recorded program, such as the relay of links and micro-routers, are distributed in different sites and supplied with energy by autonomous sources or specific to these sites. 6. Commutateur de paquets entre des utilisateurs caractérisé en ce qu'il comporte, 6. Packet switch between users characterized in that it comprises, - une premiére liaison multipoint à tolérance de panne (1), - a first fault-tolerant multipoint link (1), - des relais de liaisons (2) - link relays (2) - des deuxiémes liaisons multipoint (3), chacun desdits relais de liaison (2) reliant l'une des deuxiémes liaisons multipoints (3) à la premiére liaison multipoints (1), chacune des deuxiéme liaisons multipoints supportant des utilisateurs ayant chacun un protocole d'entrée (5), - second multipoint links (3), each of said link relays (2) connecting one of the second multipoint links (3) to the first multipoint link (1), each of the second multipoint links supporting users each having a protocol d 'entry (5), - des microrouteurs (4), l'un de ces microrouteurs étant interposé entre chaque utilisateur et la deuxiéme liaison multipoint (3) qui le supporte et ayant pour fonction le routage des paquets de cet utilisateurs avec au moins un des autres microrouteurs (4), chacun des microrouteurs codifiant et interprétant lesdits paquets selon des protocoles réseaux orientés connexions, communs à tous ces microrouteurs, interne au commutateur et indépendants du protocole d'entrée particulier à chaque utilisateur. - microrouters (4), one of these microrouters being interposed between each user and the second multipoint link (3) which supports it and having the function of routing the packets of this user with at least one of the other microrouters (4) , each of the micro-routers coding and interpreting said packets according to connection-oriented network protocols, common to all these micro-routers, internal to the switch and independent of the input protocol specific to each user. 7. Commutateur de paquets selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque microrouteur comporte 7. packet switch according to claim 6 characterized in that each micro-router comprises - un microprocesseur, - a microprocessor, - une mémoire vive - a random access memory - une mémoire morte, - a read only memory, - deux ports d'entrée sortie - two input and output ports - un bus reliant entre eux ledit microprocesseur, la mémoire vive, la mémoire morte , les deux ports d'entrée sortie. - A bus connecting said microprocessor, the random access memory, the read only memory, the two input-output ports. 8. Commutateur de paquets selon l'une quelconque des revendications 6 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire partagée, sécurisée, dynamique et fugitive réalisée aux moyens d'une liaison normalisée ISO multipoints à tolérance de panne, elle même uniquement ouverte par des relais de liaisons assurant le rôle de filtrage et de relayage de trames vers les deuxiémes liaisons multipoints normalisées ISO 8. Packet switch according to any one of claims 6 to 7 characterized in that it comprises a shared, secure, dynamic and fleeting memory produced by means of a standardized ISO multipoint fault tolerance link, itself only open. by link relays ensuring the role of filtering and relaying frames to the second ISO standard multipoint links assurant l'accés et la répartition périphérique des microrouteurs. ensuring access and peripheral distribution of microrouters. 9. commutateur de paquets selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que les composants actifs, à savoir relais de liaisons et microrouteurs, sont répartis dans des sites différents et alimentés en énergie par des sources autonomes ou propre à ces sites.  9. packet switch according to any one of claims 6 to 8 characterized in that the active components, namely link relays and microrouters, are distributed in different sites and supplied with energy by autonomous sources or specific to these sites .
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