JP2004504734A - ブロードバンド網内でデータパケットを高利用度で、直接的に、フレキシブルにかつ拡張可能に交換するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
ブロードバンド・データ処理システムとネットワークのノード間で、データパケット・フローの接続を直接的かつフレキシブルに交換するためのシステムおよび方法。このシステムは、単一のIPスイッチとして動作する。
Description
発明の背景
本発明の分野は、データ処理システムのブロードバンド網を介する通信分野、例えば、SONETバックボーンと、ユーザをバックボーンに接続するためのハイブリッド・ファイバー・同軸(ケーブル)(「HFC」)アクセス網とを使用するネットワークを介する通信分野である。HFC環境に対応するパケット通信基準はケーブル・ラボ(CableLabs)のDOCSIS(ケーブル経由データ・サービス・インタフェイス仕様(Data Over Cable Service Interface Specification)、資料番号SP−RFI−I05−991105)である。
図1は、(それぞれ200〜2000件の適合世帯(HHP)に接続される)HFCシステムへの広域データ供給の典型的な形態を示す。ヘッドエンド・ターミネーション・システム2は、リング6においてマルチプレクサ・ドロップを介してSONETリング4に接続されている。ヘッドエンド2は、ファイバー下り側接続部7とファイバー上り側接続部8とによって、ファイバー・ノード9に接続されている。ファイバーノード9は、ケーブルモデム加入者(すなわち家庭11)に出る同軸コネクタ10を有している。これらのマルチプレクサには目下のところ、ヘッドエンド・ターミネーション・システムに加えて、およそ$50,000の費用がかかり、コミュニティへのサービス拡大は、新しいマルチプレクサおよびサーバを必要とする。
ヘッドエンド・ターミネーションシステム上のコンポーネントが機能しないと、「下り(ヘッドエンドからエンドユーザへの)サブネットワーク(図7)全体が接続されるネットワークとの通信機能を奪われてしまうおそれがある。
コストを節減し、システム管理を容易にするために、システムを統合する試みがなされてきた。現行の「統合」データ供給システム20を図2の機能ブロックとして示す。図2は、リバース・パス・モニタリング・システム22と、IPスイッチ24と、ルータ26と、変調器およびアップコンバータ28と、プロビジョニング・システム30と、テレフォニー部分32と、複数のCMTS34(ケーブルモデム・ターミネーション・システム)とを有するシステムを示す。このタイプのシステムは、複数のベンダーからの複数のシステムを有するように構成され、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有しているのが普通である。
音声およびデータを供給するための代表的な現行のブロードバンド・ケーブル網を図3に示す。SONET(POS)リンク40,42を介した2つのOC−12パケットが、それぞれ2つのバックボーン・ルータ44,46のうちの一方に接続されている。これらのバックボーン・ルータは2つのスイッチ48,50にネットワークされている。スイッチ48,50はCMTSヘッド末端ルータ52,54にネットワークされている。CMTSヘッドエンド・ルータ52,54は、CMTS61を介して複数の光学ノード56に接続されている。スイッチ48,50はまた、複数の電話幹線ゲートウェイ58に接続されており、これらのゲートウェイは公衆交換電話網(PSTN)60に接続されている。図2に示した「統合」システムと同様に、このタイプのネットワークも、複数のシステムに対応する複数のベンダーを有しており、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有している。システムのサイズ、必要な電力およびコストを低減し、データ供給における整合性の増大および信頼性の向上を保証することが依然として望まれる。
本発明の目的は、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための統合システムおよびプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、高いネットワーク信頼性を有すると共に、ライフライン電話サービスを信頼性高く支援する能力、および、階層化された音声・データサービスを供給する能力をも備えたケーブル・アクセス・プラットフォームのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、安全かつ拡張可能なネットワーク・スイッチのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
発明の概要
ブロードバンド網環境においてデータ処理を行うための統合ネットワーク・ソリューションを提供する上での問題点は、本発明による、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための、高度に統合された搬送クラス・ブロードバンド・アクセス・システムにより解決される。
本発明において、HFC経路への切換えがIP(インターネット・プロトコル)またはネットワーク層(OSI層3)において、広域網(WAN)、インタフェイス・カード、HFCインタフェイス(ケーブルモデム・ターミネーション)カード、および、クラスター・マネージャによって制御された、完全にメッシュ化された共通シャーシ内のシャーシ間リンク(ICL)カードの組み合わせを用いて行われるようなプロセスおよびシステムが提供される。ICLは数マイルにわたって延びてよいが、しかし、クラスター・マネージャによって制御される、シャーシのクラスターは、単一のIPスイッチとして働く。シャーシは、同様に他のブロードバンド・アクセス・メディア、例えばデジタル加入者ライン(DSL)、固定無線ローカル・マルチポイント配信サービス(LMDS)およびマルチチャネル・マルチポイント配信サービス(MMDS)、「縁石までの光ファイバ(fiber to the curb)」(FTTC)とインタフェイスすることができる。
本発明は、種々様々な局地的および広域的形態を配備する上でのフレキシビリティを提供し、規模拡張のために準備されている経路を必要とする小規模なオペレータに、このような形態を適したものにする。電話モデム・リターンを有する一方向ケーブルのように、種々異なるブロードバンド通信様式には、種々異なるメディア・カードが使用されてよい。本発明はまた、種々異なるネットワーク・エレメントに複数レベルの冗長性を許し、特にストレスを与えられるエレメントの冗長性を有することにより、より高い利用可能性をオペレータに提供するのを可能にする。本発明は、信頼性の高い拡張可能なシステムを、僅かな設置面積および低所要電力と共に提供する。
詳細な説明
図4は、本発明の原理に従って動作するシャーシ200を示す。このシャーシ200は、複数のネットワーク・インタフェイスとアプリケーションとを単一のスイッチシステム内に統合している。本発明のシャーシは、シャーシ・コントローラ内のクラスター・マネージャによって制御された低レベルの組込みソフトウェアを使用した、高性能のパケット転送、フィルタリングおよびQoS/CoS(サービス品質/サービス・クラス)能力を有する、完全にメッシュ化されたIPスイッチである。パケット転送、フィルタリングおよびQoS/CoSは、シャーシ内部のアプリケーション・モジュール(「カード」とも呼ばれる)にわたって分布されている。動作は、高速IPプロセッサによってそれぞれのモジュールにおいて実行される。シャーシ・コントローラおよびクラスター・マネージャは動作を制御し、それぞれのモジュールを構成する。クラスター・マネージャ内には、ルータ・サーバ機能(RIPv1、RIPv2、OSPFなど)、ネットワーク管理(SNMP V1/V2)、セキュリティ、DHCP、LDAPおよびリモート・アクセス・ソフトウェア(VPNs、PPTP,L2TPおよびPPP)を含む、より高レベルのソフトウェアが位置しており、このソフトウェアは容易に変更またはアップグレードすることができる。
本発明のこの実施例の場合、シャーシ200は14個のモジュール用スロットを有している。これら14個のスロットのうち12個はアプリケーション・モジュール205を保持しており、2つのスロットはシャーシ・コントローラ・モジュール210を保持している。各アプリケーション・モジュールはDC−DCコンバータ202を搭載しており、シャーシ内に「ホットプラグ可能」である。シャーシ・コントローラ210は、冗長システムのクロック/バス・アービトレーションのために働く。シャーシはまた、冗長電源モジュールを有している。電源モジュールおよびDC−DCコンバータは、シャーシ内で完全分配された電源装置から成っている。シャーシ内に統合可能なアプリケーションの例はCMTSモジュール215、イーサネット・モジュール220、SONETモジュール225およびテレフォニー・アプリケーション230である。他のアプリケーションとしては、シャーシ間リンク(ICL)ポート235があってよく、このポート235を介して、シャーシを別のシャーシにリンクすることができる。ICLポートはただの出口ポートである。ICLポートは、あらゆる出口モジュール、例えば10/100イーサネット、IGイーサネットおよびパケット−オーバー−SONET(PoS)を使用して実行可能である。
図5は、図4のシャーシ200を有する統合ケーブル・インフラストラクチャ260を示す。シャーシ200は音声およびデータの供給のための地域ハブ262の一部である。ハブ262は、ビデオコントローラ・アプリケーション264と、ビデオサーバ266と、ウェブ/キャッシュ・サーバ268と、動作支援システム(OSS)270と、IPアクセススイッチとして働くシャーシ200にネットワークされた全てのものとを含んでいる。シャーシ200はSONETリング272に、ハブ262の外部で接続されている。SONETリング272はインターネット接続部274と、公衆交換電話網(PSTN)接続部276とを有している。シャーシ200はまた、HFCリンク278によってケーブル顧客に接続されており、音声、データ、ビデオおよびファックスサービスを含む、IPに基づくサービスを提供する。各HFCアプリケーション・モジュールは、最大2000件までのケーブルモデム・サービス加入者を取り扱う。加入者数の論理的限界は8192件である。シャーシは複数のHFCリンクをサポートすることができ、また、100万件を超えるケーブルモデム加入者をサポートするために、複数のシャーシが一緒にネットワークされてよい(後述のとおり)。
今日の慣例により、ユーザ(例えばデスクトップ型コンピュータ、ファクシミリ機または電話セット)への送信(ダウンロード)のために1つの広帯域チャネル(27〜40Mbps)があり、アップロードのためには、より狭帯域の複数のチャネル(320Kbps〜10Mbps)がある。これは、O/Eノードで双方向通信することによりHFCカードによって処理される。ローカルなHFCケーブル・システムまたはループは、ケーブルモデムへのドロップを有する同軸ケーブル分布網である。
図6は、図4の複数のシャーシを使用するリング・ネットワーク300を示す。複数のシャーシ302,304,306,308は、全二重シャーシ間リンク310,312,314,316にわたって延びるリングとして接続されている。このリング形態は、シャーシ304またはICL310,312がシャーシ302および306の間で機能しないとしても、シャーシ302およびその関連ケーブル網がシャーシ306およびその関連ケーブル網と通信するのを可能にする。
図7は、本発明の原理に従って動作する一次シャーシ330と二次シャーシ332とを有する第1の階層ネットワーク328を示す。一次シャーシはファイバー光通信ライン(OC−n)334,336に接続されている。OC−12ラインが図示されているが、OC−3またはOC−48も支持されている。一次シャーシ330はPSTN338に接続されてもよい。一次シャーシ330と二次シャーシ332とは全二重リンク340によってリンクされている。全二重リンクは高速イーサネット(FE)、ギガビット・イーサネットまたはパケット−オーバー−SONET(PoS)タイプの接続部であってよい。二次シャーシ332は複数の光学ノード342に接続されている。一次シャーシと1つまたは複数の二次シャーシとがあるネットワークにおいては、一次シャーシがクラスターをそのクラスター・マネージャで管理する。
他の形態、例えば一次シャーシ352と二次シャーシ354,356,358,360,362とを備えた、図8に示したような「星」形態350、または、二次階層に一次シャーシ382と二次シャーシ384および386を備え、三次階層に二次シャーシ388,390,392,394とを備えた階層状配列380が可能である。シャーシ402,404,406,408,410を備えたメッシュ形態400が図10に示されている。この場合、各シャーシが他の全てのシャーシにシャーシ間リンク内で接続されている。一次および二次シャーシはシステム形態によって決定される。各シャーシは他のどのシャーシとも実質的に同じである。
上述の形態は、長距離ファイバー光リンクを使用して数10マイルにわたって延びることができ、あるいは、同一のマスタ・ヘッドエンド・サイトで単一ラックに配列することもできる。
図11は、図4のシャーシ200のバックプレーン420に接続されたアプリケーション・モジュールを示す。各アプリケーション・モジュール422は、メッシュ通信チップ(MCC)424を介してバックプレーン420とインタフェイスする。このMCCについてはより詳細に後述する。各MCC424は12個のシリアル・リンク・インタフェイス426を有しており、11個がバックプレーン420に通じている。各アプリケーション・モジュールにおいてバックプレーンに通じる11個のシリアル・リンクは、アプリケーション・モジュールをシャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに接続するために設けられている。1つのリンクはモジュールをそれ自体に接続するために、つまりループ・バックのために設けられている。アプリケーション・モジュール422はシャーシ管理バス432を介してシャーシ・コントローラ428,430に接続されている。第2のシャーシ・コントローラ430は、オプションとして、システムをより信頼性高くするため、冗長性のために使用される。好ましい実施例の場合、やはり冗長性/信頼性を目的として、第2のシャーシ管理バス(図示せず)が設けられている。
バックプレーンは完全にメッシュ化されている。このことはどのアプリケーション・モジュールも、シリアル・リンクを介して、シャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに対して直接的な二地点間リンクを有することを意味する。メッシュ・バックプレーンにおけるメッシュ線はそれぞれ、毎秒1.5ギガビット以上の速度で、データ通信のための連続的なダイレクト・チャネルを提供する。接続部200の一部だけを例として図11に示す。バックプレーン・メッシュは図12に示す。
MCCのシリアル・リンクを備えた12個のチャネルは0〜11の番号を有している。この番号を、チャネルIDまたはCIDと呼ぶ。チャネルについてはより詳しく後述する。バックプレーンのスロットもまた0〜11の番号を有している(スロットIDまたはSID)。しかしシャーシシステムは、チャネル0がバックプレーンのスロット0に結線されることを必要とはしない。シリアル・リンクはどのスロットにも接続できる。スロットIDはシステム・トポロジーに応じて動的に構成される。このことはバックプレーン結線の自由を可能にし、このような結線の自由はルーティングの複雑さを低減する。
図11に戻ると、各アプリケーション・モジュールはまた、シャーシ管理バス432に接続されている。シャーシ管理バスはモジュールとシャーシ・コントローラとの接続を可能にする。
シャーシ間リンク(ICL)を介してシャーシ相互間でパケットを交換するため、また、MCCリンクを介してシャーシ内部でパケットを交換するために、シャーシはシャーシ間交換層を有している。このシャーシ間交換層はIP層3(L3、ネットワーク層)の下方に位置している。シャーシ内のパケット処理は、2つのタイプのトラヒック、すなわちユニキャストと、ブロードキャスト/マルチキャストとに分類される。シャーシ間交換層を介した交換は、図13に示したシャーシ間ヘッダ500(シャーシ間タグとも呼ばれる)を使用して達成される。
Bas Typeフィールド502はxビットを有しており、シャーシ間ヘッダタイプを示す。このフィールドは、ファブリック・インタフェイス・アドレス(FIA)が論理ポートを有することを示し、パケットがブロードキャスト・パケットであるかまたはユニキャスト・パケットであるかを示し、また、BASヘッダ内の該当フィールドを示すのに使用されてよい。Bas Typeフィールド502は、BASヘッダをデコードし、パケット転送を助けるのに使用される。
保持(Keep)フィールド504はxビットを有しており、パケットが混雑のために落下するおそれがあるかどうかを決定する。
優先順位フィールドはxビットを有しており(図13には示さず)、パケット優先順位を決定し、混雑のためにパケットをどこで待ち行列させるかを決める。
断片フィールド506はxビットを有しており、パケットの断片化およびパケットが2つのフレームから成るか否かを示す。
next Hopフィールド508は複数のビットを有しており、シャーシ内パケット伝送に関する次のホップ情報のために使用される。このフィールドはBas Typeフィールドが特に指示しない場合には非アクティブである。
Encap Typeフィールド510は、1ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがさらに層2(シャーシ間交換層の下方のデータ層)の処理を必要とするかどうか、または、パケットをさらなる処理なしで転送することができるかどうかを示す。
Mcast Typeフィールド512は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがブロードキャストかまたはマルチキャストかを示す。
Dest FIA Typeフィールド514は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、宛先FIAが短い形(〈chassis/slot/port〉)で提供されるか、長い形(〈chassis/slot/port/logical port〉)で提供されるかを示す。
Src FIA Typeフィールド516は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、ソースFIAフィールドが短い形で提供されるか長い形で提供されるかを示す。
Date Typeフィールド518は複数のビットを有しており、ペイロードで運搬されているトラヒック・タイプを示すのに使用される。
TTLフィールド(図示せず)は複数のビットを有しており、パケットがシステム内に不定に留まることを防止するためのフェイルセーフ・メカニズムである。TTLはそれがICLポートで受信されるたびに減小される。このフィールドが減小後にゼロになると、パケットは廃棄される。
転送Infoフィールド520は複数のビットを有しており、転送テーブル・リビジョン、forward table entry key/id、および次のホップ情報を含んでいる。
宛先FIAフィールド522は複数のビットを有しており、パケットの最終宛先を示す。このフィールドは、シャーシ/スロット/ポートおよび論理ポートの情報を含んでいる。ゼロのシャーシ値は特別な意味を有し、マスター・エージェント(後述する)を有するシャーシを意味する。ゼロのポート値もまた特別な意味を有し、パケットの受信側がアプリケーション・モジュールであることを意味する。論理ポートは、モジュール内のどのスタック/エンティティがそのパケットを受信すべきかを示すのに使用することができる。したがって全てのエッジ・ポートおよびICLポートは1をベースとしている。すなわち、ポート数はゼロよりも多い。
Src FIAフィールド524は複数のビットを有しており、パケット・ソースを示す。このフィールドは、ルート・サーバによって使用されることにより、入来パケットのソースを識別する。
システム・アーキテクチャにしたがって、シャーシ内にプラグインする全てのアプリケーション・カードは共通の構成要件を共有する。アプリケーション・カードはデータ・プロセッサ、データ処理アプリケーション・モジュールおよびデータ通信モジュールとも呼ばれる。図14はシャーシ内のイーサネット・アプリケーション・モジュール550のブロック図である。このアプリケーション・モジュールは、メッシュ・バックプレーン552にも、管理バスA554およびB556にも接続されている。イーサネット・アプリケーション・モジュール550においては、高速IPプロセッサ(FIPP)558がPCIバス560およびF−バス562の双方に接続されている。FIPP558は、アドバンストRISCマシン(ARM)プロセッサ・コア564と6つのマイクロ・エンジン566とを有している。FIPP558はパケットを記憶するためのDRAM568と、ルーティング・テーブルを記憶するためのSRAM570とに接続されている。8つのポートを有するイーサネット・デバイス572は、F−バス562に接続されている。MCC574もまたF−バスに接続されている。MCC574はメッシュ・バックプレーン552との接続部を提供する。イーサネット・デバイス572は、シャーシ外部との接続部を提供する。2つのMACデバイスは、PCIバス560と管理バスとの間に接続されている。MAC A576はPCIバス560と管理バスA554との間に接続されている。MAC B578は、PCIバス560と管理バスB556との間に接続されている。
データパケットがイーサネット・デバイス572内に入来すると、このデータパケットはFIPP558を通り、DRAM568内に記憶される。マイクロ・エンジン566はデータパケットを並列の状態で検査する。マイクロエンジン566はパケットのIPアドレスを見、次いで、SRAM570に記憶された転送テーブル内の宛先アドレスを調べる。転送テーブルはパケットが出る際に通ることになるシャーシ、スロットおよびポートを提供する。パケットがイーサネット・デバイスを介して入来するときには、パケットはイーサネット・ヘッダを有している。パケットが入来したのと同じスロットから出る場合には、シャーシ間ヘッダは付けられない。FIPPは送信ポートを見極め、パケットをそのポートから送出する。パケットが異なるスロットによって出るようになる場合、イーサネット・ヘッダは除去され、BASヘッドがデータパケットに加えられる。BASヘッダ内の最小情報は宛先データ、シャーシ、スロットおよびポートの情報である。パケットはさらに、IPヘッダとペイロードとを含んでいる。FIPPは送信待ち行列を有している。この待ち行列に、パケットは送信前に並ばされる。パケットはF−バス562を介してMCC574に送られる。MCC574はデータを64バイト・チャンクで送出する。
パケットがイーサネット・モジュール550のMCC574を通って入来すると、アプリケーション・モジュール550はパケットまたはパケットに対するポインタを、DRAM570の待ち行列内に置く。パケットがシリアル・ポートのうちの1つから出ることになる場合には、FIPP558はSRAM570のARPテーブルにおいて宛先を調べる。ARPテーブルを図15に示す。FIPPはシャーシ、スロットおよびポートを見出す。シャーシアドレスは、宛先がICLでない限り変わらない。同一シャーシの場合には、アプリケーション・モジュールはIPパケットに対応するMCCアドレスを見出し、パケットを送出する。パケットが他のシャーシに出ることになる場合、アプリケーション・モジュールはICLであるポートがあるかどうかを問う。もしあるならば、アプリケーション・モジュールはパケットをそのポートから送出する。
図20は、HFC DOCSISインタフェイス・カードとも呼ばれるCMTSアプリケーション・カードを示す。広域通信技術が現在利用可能であることに基づき、HFC−オン−PCI技術が利用される。しかし、将来的には他のタイプのインタフェイス技術を使用することが可能である。
図16は、シャーシ内の2つのアプリケーション・モジュール600、602を示している。アプリケーション・モジュール600,602は、管理バス604,606と、メッシュ・バックプレーン608とを介して接続されている。第2のアプリケーション・モジュール602はPCIバス612に取り付けられたルート・サーバ610を有している。シャーシに対応するルート・サーバはいずれのアプリケーション・モジュールにも位置することができる。本発明のこの実施例の場合、ルート・サーバはPentium(登録商標)プロセッサである。シャーシネットワーク内の各シャーシは、ルートサーバを有している。しかしどの時点においても、ネットワーク内のルート・サーバはただ1つしかアクティブになることはできない。ルート・サーバは管理バス、およびICLを介して、それがルート・サーバであることをブロードキャストする。
複数のシャーシから成るネットワークの場合、一次ルート・サーバであるように、1つのルート・サーバが指定される。他の全てのルート・サーバは二次サーバである。ネットワーク内のルート・サーバはルーティング情報を30秒毎に送出する。一次ルート・サーバはそのシャーシ、スロットおよびポートを他の全てのルート・サーバにブロードキャストする。
図17は、「コントロール」または一次ルート・サーバによるルート・サーバの更新を概念的に示す。
全ての転送テーブルは、そのシャーシのルート・サーバがどこに位置しているかを認識する。一次ルート・サーバはイーサネット・ポートと同等の論理ポートを有している。一緒にネットワークされたシャーシのうちの1つのシャーシのルート・サーバにパケットが送られると、一次ルータは、あたかも一次ルータがそのパケット自体を受信しているかのようにパケット情報を受信する。一次ルータはルーティング・テーブルと転送テーブルとを形成し、これらを全てのアプリケーション・モジュールおよびネットワーク上の他の全てのシャーシにブロードキャストする。転送テーブルは、ルーティング・テーブル内の情報から形成される。転送テーブルは、シャーシ、スロットおよびパケットのポートのような情報、QoSデータ、CMTS情報、マルチキャスト・ドメイン情報およびネクスト・ホップICL情報を含む。
図18は、シャーシ内で管理バスに接続されたシャーシ・コントローラを示す。冗長性を得るために、各シャーシは2つのシャーシ・コントローラを有している。シャーシ・コントローラは、メッシュ・バックプレーンには接続されていない。シャーシ・コントローラはネットワーク管理タスクと提供タスクとを有している。シャーシ・コントローラは、シャーシクラスター全体が、1つの管理されたエレメントに見えることを可能にする。シャーシ・コントローラはプロセッサと、メモリと、クラフト・インタフェイスとを有している。本発明のこの実施例では、プロセッサはPentium(登録商標)プロセッサである。クラフト・インタフェイスは、10/100ベースのイーサネットを使用したネットワーク管理インタフェイスである。
論理的には、図8〜10に示したクラスターは、多数の外部ポートを備えた単一ルータ、すなわちIP層3スイッチとして共同で機能する。物理的には、これらの外部ポートは、複数のシャーシにわたって分布されていることになる。これらのシャーシは隔たった場所に分配されていてよい。ICLは、外部ポートの物理的分布を仮想化する。
論理的には、クラスターは単一エンティティとして管理される(図19)。IPから見ると、それぞれのシャーシ内の各カードは管理サブエージェントを有することになる。各カードに局限されたサブエージェントは管理のためのカードを意味する。クラスター・マネージャの管理サーバ(マスターエージェント)は、サブエージェントと通信し、またサブエージェントの物理的分布を仮想化することになる。
一次および二次シャーシの双方は、種々の伝送メディアをサポートすることができ、最初はHFCインタフェイスに照準を合わせることにより、ケーブルモデムの接続を支援して、インターネット・アクセスおよびIP電話を可能にする。シャーシはケーブルモデム・インフラストラクチャのための、電話会社をベースとするリターンパス、ならびに、通常の(PSTN)モデムをベースとするインターネット・アクセスをサポートすることができる。
クラスター・マネージャ100は、Windows NTのような汎用オペレーティング・システムを走行させる。より具体的なエンティティの集合は、例えば:(1)マスター・エージェント(MA)またはネットワーク・マネージャ、(2)アプリケーション・モジュール、(3)カード・リソースのセンサスを可能にするためのリソース・マネージャ(RM)、(4)クラスターによって機能させられる、IP末端ユーザの動的ビューを維持するユーザ・マネージャ(UM)、(5)転送テーブルを作成/配信するための転送テーブル・マネージャ(FT)、(6)一般的なIPフィルタリングのためのフィルタ・マネージャ(FM)、(7)サービス・マネージャの帯域幅(サービス品質)/クラス、および(8)負荷分散マネージャ(LS)である。
クラスター・マネージャのシステム管理サーバはまた、クラスター化されたシャーシを単一の仮想エンティティとして表す。クラスター・マネージャはまた、ダイヤルイン・モデムのためのRASサーバとして機能することもできる。クラスター・マネージャ上のRADIUSクライアントは、ネットワーク管理者によって提供されたRADIUSサーバと通信する。
ウェブサーバおよびメールサーバのような多目的機能は、クラスター・マネージャ上で実行させることができる。FTPおよびTelnetは、管理者がクラスター・マネージャにリモート・アクセスすることを可能にする。
本発明はリソース共有を可能にする。例えば二次シャーシのHFCインタフェイス内に入来したIPトラヒックは、潜在的に音声をそのペイロードとして有している。このようなIPパケットは、VOIP/PSTNカードに交換されることになる。このカードは異なる場所の異なるシャーシに位置してよい。音声ペイロードを備えたIPパケットは、分布されたIP交換ファブリックによって、適切なVOIP/PSTNカードにルーティングされる。原シャーシは、最高「サービスクラス」の優先順位をパケットにタグ付けし、ルート/スイッチ決定が最小限の待ち時間で行われることを可能にする。クラスター・マネージャは、全てのリソース(利用可能なDSの場所を含む)の集中リソース・マップをクラスター化されたシステム内に維持する。
シャーシ・コントローラは、管理バスを介してシャーシ内のアプリケーション・モジュールと通信する。シャーシ・コントローラおよびアプリケーション・モジュールはそれぞれ、通信を目的としたエージェントを有している。シャーシ・コントローラはマスターエージェントを有し、アプリケーション・モジュールはサブエージェントを有している(図19)。サブエージェントはシャーシ、アプリケーション・モジュール、およびスロットの情報をそのシャーシのマスターエージェントに通信する。
図19はネットワーク内の複数のシャーシを示す。複数のシャーシを有する環境では、形成された第1のシャーシは一次シャーシであるように指定される。一次シャーシは付加的なマスターエージェントを有している。このマスターエージェントは「マスター−マスター」と呼ばれる。ネットワーク内の全てのシャーシは、マスター−マスターエージェントと通信する。図19に示すように、各シャーシ内のそれぞれのアプリケーション・モジュールは、そのIPアドレス(「10.chassis.slot.port」)をそのシャーシに対応するマスターエージェントおよびマスター−マスターに通信する。IPアドレス中の「10」という数値は、プライベート・ネットワーク・アドレスを表す。
マスター−マスターエージェントはそのシャーシIDを管理バスを介して分配する。一次シャーシのシャーシIDは、一次シャーシが一次シャーシとして指定された後で1にシフトする。ネットワーク上に第2のシャーシが形成されると、その存在を検出するのにリンク検出プロトコル(LDP)が使用される。LDPメッセージが目下のシャーシのリンク毎に送出される。第2のシャーシがリターン信号を受け取ると、シャーシ・コントローラがそれをICLとして識別する。LDPは各シャーシがそのICLリンクを識別するのを可能にする。一次シャーシはそのICLリンクを介して、このシャーシがマスター−マスターエージェントを有することをブロードキャストする。
図21は、メッシュ通信チップ(MCC)のブロック図である。MCC ASICは、全二重シリアル・リンク215として示した高速差分対を介して、シャーシ内の他の全てのカードとの接続を可能にする。各差分対は、毎秒1ギガビットよりも高い速度のデータ処理量で動作する。F−バス・インタフェイス805がMCC300をFIFOバス(F−バス)に接続する。12個の送信側FIFO810および12個の受信側FIFO815が、F−バス・インタフェイス805に接続されている。各送信側FIFOは並直列方式のデータ・コンプレッサ(全部で12個のデータ・コンプレッサ820)を有しており、各受信側FIFOはデータ・エキスパンダ(全部で12個のデータ・エキスパンダ825)を有している。データ・コンプレッサ820およびデータ・エキスパンダ825のために、12個の並直列変換器830が役立つ。各並直列変換器に対して1つのコンプレッサおよび1つのエキスパンダが使用される。MCCのチャネルは、そのエンコード/デコード論理、送信待ち行列および受信待ち行列と共にシリアル・リンクとして規定される。チャネルから延びるシリアル・ラインはバックプレーン・メッシュに接続する。全てのチャネルは同時にデータを送信する。
本発明のこの実施例は、メッシュ通信チップを使用することにより、シリアル・リンク技術を用いて完全メッシュ状に最大13個のF−バスを相互接続する。各MCCは2つのFバス・インタフェイスと、12個のシリアル・リンク・インタフェイスとを有している。MCCはF−バス上でパケットを、64バイトからパケットいっぱいまでプログラム可能にサイズを増分して送受する。MCCは12個の仮想送信プロセッサ(VTP)を含んでいる。これらのプロセッサは、F−バスからパケットを取り出し、シリアル・リンクからこれらを送出して、同時に12個のパケットが出発するのを許す。VTPはパケット先頭のMCCタグを読み取り、ヘッダに示された宛先スロットと動的にバインドする。
カード/スロット−特定プロセッサ、カード/スロット−特定MAC/PHYの対(イーサネット、SONET、HFCなど)およびMCCは双方向F−バス(または複数の一方向F−バス)上で通信する。パケット送信経路は、PHY/MACからプロセッサへ、さらにプロセッサからMCCへ延び、メッシュで終わる。プロセッサは層3および層4の探索をFIPPで行うことにより、パケットの宛先およびサービス品質(QoS)を見極め、必要に応じてヘッダを変え、パケットをMCCに送る前にパケットにMCCタグを予め取り付ける。
パケット受信経路は、メッシュからMCCおよびプロセッサへ延び、さらにプロセッサからMAC/Phyへ延び、チャネルで終わる。プロセッサはパケットをMACに送る前にMCCタグを剥ぎ取る。
図22は、MCCタグとも呼ばれるパケット・タグを示す。MCCタグは32ビット・タグであり、バックプレーン・メッシュを介してパケットをルーティングするのに用いられる。このタグは、パケットをMCCに送る前にスロット・プロセッサによってパケット先頭に加えられる。タグは4つのフィールド、すなわち、宛先マスクフィールド、優先順位フィールド、保持フィールドおよび保留フィールドを有している。宛先マスクフィールドは、それがシステム内の最終宛先であるか否かを問わず、パケットが指定されている目下のシャーシにおけるスロットのマスクを保持するフィールドである。送信パケットのために、MCCは宛先マスクを使用することにより、パケットがどの送信待ち行列に並ぶことになるかを決定する。受信パケットのためには、MCCは優先順位フィールドおよび保持フィールドを使用することにより、過剰割り当てを受けたスロット内でどのパケットを廃棄すべきかを決定する。保留フィールドは本発明のこの実施例では使用されない。
MCCは2つの個別の送信モードセレクタ、すなわちスロット・チャネル間マッピングおよび仮想送信モードとを有している。スロット・チャネル間マッピングにおいて、MCCはSIDをCIDにトランスペアレントにマッピングし、ソフトウェアはマッピング軌跡を保存する必要はない。仮想送信モードにおいて、MCCはマルチキャスト・パケットを半トランスペアレントに取り扱う。MCCは単一のF−バス流を取り出し、これを複数のチャネルに案内する。MCCにおける送信ポートは、スロットをアドレスするのではなく、仮想送信プロセッサ(VTP)をアドレスする。F−バス・インタフェイスはパケットを、選択された仮想送信プロセッサに案内する。VTPはMCCタグから宛先マスクフィールドを保存し、パケット・データ(MCCタグを含む)を、宛先マスクに示された送信待ち行列のセットに転送する。これに続く全ての64バイトのパケット「チャンク」が、同じポートIDを使用してスロット・プロセッサによって送られ、こうして同じVTPに案内される。VTPは、MCCタグから保存された宛先マスクフィールドに示された送信待ち行列集合に、パケット・チャンクを転送する。チャンクがEOPビット集合と一緒に到達したときには、VTPはその宛先マスクを消去する。このポートにアドレスされた次のチャンクが新しい(すなわちSOPビット集合を有する)パケットのスタートではない場合、VTPはこのチャンクをいかなる待ち行列にも転送しない。
MCCは「チャネル・ビジー」ビットのセットを維持する。このセットを使用することにより、MCCは、複数のVTPが同じCIDにパケットを同時に送ることを防止する。このような競合防止メカニズムは、ビジー状態のチャネルを管理してスロット・プロセッサを助けようとするものではなく、むしろ、スロット・プロセッサが偶然同じスロットに同時に2つのパケットを送ってしまった場合に、パケットの完全な崩壊を防ごうとするものである。VTPが新しいパケットを得ると、VTPは宛先CIDマスクとチャネル・ビジー・ビットとを比較する。ビジー状態のチャネルがある場合には、そのチャネルは宛先マスクから除去され、そのCIDに対してエラーが記録される。ついでVTPは残りの全ての宛先チャネルにビジー・ビット全てをセットし、パケットを送信する。VTPがそのパケットに関してF−バス上でEOPを見た場合には、VTPはその宛先CIDに対するチャネル・ビジー・ビットを消去する。
F−バス・インタフェイスは、MCCと、アプリケーション・モジュールの残りの部分との間でI/O機能を発揮する。アプリケーション・モジュールは、図22に示す32ビット・パケット・タグ(MCCタグ)を、メッシュを介してルーティングされるべき各データパケットに加える。
F−バス上で送受されるデータは最大64ビット幅である。データ送信時には、F−バス・インタフェイスは送信データに4状態ビットを加え、68ビット・データ・セグメントにする。F−バス・インタフェイスは68ビット・データ・セグメントを、パケット・タグから決定される適切な送信側FIFOにドロップする。送信側FIFOからのデータは、関連するデータ・コンプレッサに伝送される。ここで68ビット・データ・セグメントは10ビット・セグメントに圧縮される。データは次いで、関連する並直列変換器に通され、ここでデータはさらに直列ストリームに圧縮される。直列ストリームはシリアル・リンクからバックプレーンに送出される。
バックプレーンから到達したデータは、シリアル・リンクを通って、関連チャネルに来る。そのチャネルに対応する並直列変換器は、データを10ビット・データ・セグメントに伸張し、関連するデータ・エキスパンダはデータを68ビットデータ・セグメントに伸張する。このデータ・セグメントは、関連FIFOを通過させられ、次いでFIFOからF−バス・インタフェイスに送られる。
高速IPプロセッサ(FIPP)は高速シンクロナスSDRAMの32/64Mバイト、高速シンクロナスSRAMの8Mバイト、およびブート・フラッシュを備えている。FIPPは32ビットPCIバスと、64ビットFIFOバス(F−バス)とを有している。FIPPはパケットデータを全てのF−バス接続デバイスへ、またこのデバースから伝送する。FIPPはユニキャストおよびマルチキャストの両モードでのIP転送を可能にする。シャーシルート・サーバから管理バスを介して、ルーティング・テーブルが受信される。FIPPはまた、フィルタリングのようなより高い層機能およびCoS/QoSを提供する。
各ライン・カードは、各カードに必要な全てのクロックを生成するクロック・サブシステムを有している。このシステムは、システム・クロックおよび管理バス・アービトレーション・カードによって提供された基準クロックに関連する。
各カードはホットプラグ、パワーオン・リセット回路およびサニティ・タイマ機能を有している。全てのカードはDC−DCコンバータを搭載しており、これによりバックプレーンの−48Vレールから、その用途に必要となるいかなる電圧にも変換することができる。(CMTSカードのような)いくつかのカードは多くの場合、別個の分離した2つの電源回路を有し、これによりそのカードのアナログ部分の性能を最大限に活かすことができる。
以上、出願時における本発明の好ましい実施例を説明してきた。本発明の要旨から逸脱することなしに、同等の構成成分および機能を置き換えることができることは明らかである。本発明の利点を維持しながらハードウェアおよびソフトウェアの種々の組み合わせを実施することが可能である。本発明は極めてフレキシブルかつ拡張可能であろうとするものなので、重要なのは、モジュールおよびポートの数よりも、ここに開示したモジュールの協働関係である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
マルチプレクサ・ドロップを介してSONETリングに接続されたHFCヘッドエンド・サーバを有する従来技術のネットワークを示す図である。
【図2】
従来技術のケーブル経由のHFCデータ供給システムを示す図である。
【図3】
従来技術のデータ供給網を示す図である。
【図4】
本発明の原理による、シャーシのブロック図である。
【図5】
図4のシャーシを有する統合ケーブル・インフラストラクチャを示す図である。
【図6】
図4のような複数のシャーシを使用する、環状トポロジーのネットワークを示す図である。
【図7】
本発明の原理に従って動作する一次シャーシと二次シャーシとを有する第1の階層状ネットワークを示す図である。
【図8】
図4のような複数のシャーシを有する星形ネットワークを示す図である。
【図9】
図4のような複数のシャーシを有する第2の階層状ネットワークを示す図である。
【図10】
図4のような複数のシャーシを有するメッシュ・ネットワークを示す図である。
【図11】
図4のシャーシのアプリケーション・カードおよびバックプレーン部分のブロック図である。
【図12】
交換メッシュを含む、バックプレーン相互接続の概略的な図である。
【図13】
本発明の原理によるBASヘッダのブロック図である。
【図14】
ギガビット・イーサネットのシャーシ間リンクまたは出口アプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図15】
ARPテーブルのブロック図である。
【図16】
シャーシ内の2つの出口モジュールのブロック図である。
【図17】
ルート・サーバのブロック図である。
【図18】
シャーシ・コントローラ・モジュールのブロック図である。
【図19】
ネットワーク管理構造のブロック図である。
【図20】
CMTSアプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図21】
バックプレーン・メッシュ・インタフェイスのブロック図である。
【図22】
MCCタグのブロック図である。
本発明の分野は、データ処理システムのブロードバンド網を介する通信分野、例えば、SONETバックボーンと、ユーザをバックボーンに接続するためのハイブリッド・ファイバー・同軸(ケーブル)(「HFC」)アクセス網とを使用するネットワークを介する通信分野である。HFC環境に対応するパケット通信基準はケーブル・ラボ(CableLabs)のDOCSIS(ケーブル経由データ・サービス・インタフェイス仕様(Data Over Cable Service Interface Specification)、資料番号SP−RFI−I05−991105)である。
図1は、(それぞれ200〜2000件の適合世帯(HHP)に接続される)HFCシステムへの広域データ供給の典型的な形態を示す。ヘッドエンド・ターミネーション・システム2は、リング6においてマルチプレクサ・ドロップを介してSONETリング4に接続されている。ヘッドエンド2は、ファイバー下り側接続部7とファイバー上り側接続部8とによって、ファイバー・ノード9に接続されている。ファイバーノード9は、ケーブルモデム加入者(すなわち家庭11)に出る同軸コネクタ10を有している。これらのマルチプレクサには目下のところ、ヘッドエンド・ターミネーション・システムに加えて、およそ$50,000の費用がかかり、コミュニティへのサービス拡大は、新しいマルチプレクサおよびサーバを必要とする。
ヘッドエンド・ターミネーションシステム上のコンポーネントが機能しないと、「下り(ヘッドエンドからエンドユーザへの)サブネットワーク(図7)全体が接続されるネットワークとの通信機能を奪われてしまうおそれがある。
コストを節減し、システム管理を容易にするために、システムを統合する試みがなされてきた。現行の「統合」データ供給システム20を図2の機能ブロックとして示す。図2は、リバース・パス・モニタリング・システム22と、IPスイッチ24と、ルータ26と、変調器およびアップコンバータ28と、プロビジョニング・システム30と、テレフォニー部分32と、複数のCMTS34(ケーブルモデム・ターミネーション・システム)とを有するシステムを示す。このタイプのシステムは、複数のベンダーからの複数のシステムを有するように構成され、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有しているのが普通である。
音声およびデータを供給するための代表的な現行のブロードバンド・ケーブル網を図3に示す。SONET(POS)リンク40,42を介した2つのOC−12パケットが、それぞれ2つのバックボーン・ルータ44,46のうちの一方に接続されている。これらのバックボーン・ルータは2つのスイッチ48,50にネットワークされている。スイッチ48,50はCMTSヘッド末端ルータ52,54にネットワークされている。CMTSヘッドエンド・ルータ52,54は、CMTS61を介して複数の光学ノード56に接続されている。スイッチ48,50はまた、複数の電話幹線ゲートウェイ58に接続されており、これらのゲートウェイは公衆交換電話網(PSTN)60に接続されている。図2に示した「統合」システムと同様に、このタイプのネットワークも、複数のシステムに対応する複数のベンダーを有しており、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有している。システムのサイズ、必要な電力およびコストを低減し、データ供給における整合性の増大および信頼性の向上を保証することが依然として望まれる。
本発明の目的は、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための統合システムおよびプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、高いネットワーク信頼性を有すると共に、ライフライン電話サービスを信頼性高く支援する能力、および、階層化された音声・データサービスを供給する能力をも備えたケーブル・アクセス・プラットフォームのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、安全かつ拡張可能なネットワーク・スイッチのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
発明の概要
ブロードバンド網環境においてデータ処理を行うための統合ネットワーク・ソリューションを提供する上での問題点は、本発明による、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための、高度に統合された搬送クラス・ブロードバンド・アクセス・システムにより解決される。
本発明において、HFC経路への切換えがIP(インターネット・プロトコル)またはネットワーク層(OSI層3)において、広域網(WAN)、インタフェイス・カード、HFCインタフェイス(ケーブルモデム・ターミネーション)カード、および、クラスター・マネージャによって制御された、完全にメッシュ化された共通シャーシ内のシャーシ間リンク(ICL)カードの組み合わせを用いて行われるようなプロセスおよびシステムが提供される。ICLは数マイルにわたって延びてよいが、しかし、クラスター・マネージャによって制御される、シャーシのクラスターは、単一のIPスイッチとして働く。シャーシは、同様に他のブロードバンド・アクセス・メディア、例えばデジタル加入者ライン(DSL)、固定無線ローカル・マルチポイント配信サービス(LMDS)およびマルチチャネル・マルチポイント配信サービス(MMDS)、「縁石までの光ファイバ(fiber to the curb)」(FTTC)とインタフェイスすることができる。
本発明は、種々様々な局地的および広域的形態を配備する上でのフレキシビリティを提供し、規模拡張のために準備されている経路を必要とする小規模なオペレータに、このような形態を適したものにする。電話モデム・リターンを有する一方向ケーブルのように、種々異なるブロードバンド通信様式には、種々異なるメディア・カードが使用されてよい。本発明はまた、種々異なるネットワーク・エレメントに複数レベルの冗長性を許し、特にストレスを与えられるエレメントの冗長性を有することにより、より高い利用可能性をオペレータに提供するのを可能にする。本発明は、信頼性の高い拡張可能なシステムを、僅かな設置面積および低所要電力と共に提供する。
詳細な説明
図4は、本発明の原理に従って動作するシャーシ200を示す。このシャーシ200は、複数のネットワーク・インタフェイスとアプリケーションとを単一のスイッチシステム内に統合している。本発明のシャーシは、シャーシ・コントローラ内のクラスター・マネージャによって制御された低レベルの組込みソフトウェアを使用した、高性能のパケット転送、フィルタリングおよびQoS/CoS(サービス品質/サービス・クラス)能力を有する、完全にメッシュ化されたIPスイッチである。パケット転送、フィルタリングおよびQoS/CoSは、シャーシ内部のアプリケーション・モジュール(「カード」とも呼ばれる)にわたって分布されている。動作は、高速IPプロセッサによってそれぞれのモジュールにおいて実行される。シャーシ・コントローラおよびクラスター・マネージャは動作を制御し、それぞれのモジュールを構成する。クラスター・マネージャ内には、ルータ・サーバ機能(RIPv1、RIPv2、OSPFなど)、ネットワーク管理(SNMP V1/V2)、セキュリティ、DHCP、LDAPおよびリモート・アクセス・ソフトウェア(VPNs、PPTP,L2TPおよびPPP)を含む、より高レベルのソフトウェアが位置しており、このソフトウェアは容易に変更またはアップグレードすることができる。
本発明のこの実施例の場合、シャーシ200は14個のモジュール用スロットを有している。これら14個のスロットのうち12個はアプリケーション・モジュール205を保持しており、2つのスロットはシャーシ・コントローラ・モジュール210を保持している。各アプリケーション・モジュールはDC−DCコンバータ202を搭載しており、シャーシ内に「ホットプラグ可能」である。シャーシ・コントローラ210は、冗長システムのクロック/バス・アービトレーションのために働く。シャーシはまた、冗長電源モジュールを有している。電源モジュールおよびDC−DCコンバータは、シャーシ内で完全分配された電源装置から成っている。シャーシ内に統合可能なアプリケーションの例はCMTSモジュール215、イーサネット・モジュール220、SONETモジュール225およびテレフォニー・アプリケーション230である。他のアプリケーションとしては、シャーシ間リンク(ICL)ポート235があってよく、このポート235を介して、シャーシを別のシャーシにリンクすることができる。ICLポートはただの出口ポートである。ICLポートは、あらゆる出口モジュール、例えば10/100イーサネット、IGイーサネットおよびパケット−オーバー−SONET(PoS)を使用して実行可能である。
図5は、図4のシャーシ200を有する統合ケーブル・インフラストラクチャ260を示す。シャーシ200は音声およびデータの供給のための地域ハブ262の一部である。ハブ262は、ビデオコントローラ・アプリケーション264と、ビデオサーバ266と、ウェブ/キャッシュ・サーバ268と、動作支援システム(OSS)270と、IPアクセススイッチとして働くシャーシ200にネットワークされた全てのものとを含んでいる。シャーシ200はSONETリング272に、ハブ262の外部で接続されている。SONETリング272はインターネット接続部274と、公衆交換電話網(PSTN)接続部276とを有している。シャーシ200はまた、HFCリンク278によってケーブル顧客に接続されており、音声、データ、ビデオおよびファックスサービスを含む、IPに基づくサービスを提供する。各HFCアプリケーション・モジュールは、最大2000件までのケーブルモデム・サービス加入者を取り扱う。加入者数の論理的限界は8192件である。シャーシは複数のHFCリンクをサポートすることができ、また、100万件を超えるケーブルモデム加入者をサポートするために、複数のシャーシが一緒にネットワークされてよい(後述のとおり)。
今日の慣例により、ユーザ(例えばデスクトップ型コンピュータ、ファクシミリ機または電話セット)への送信(ダウンロード)のために1つの広帯域チャネル(27〜40Mbps)があり、アップロードのためには、より狭帯域の複数のチャネル(320Kbps〜10Mbps)がある。これは、O/Eノードで双方向通信することによりHFCカードによって処理される。ローカルなHFCケーブル・システムまたはループは、ケーブルモデムへのドロップを有する同軸ケーブル分布網である。
図6は、図4の複数のシャーシを使用するリング・ネットワーク300を示す。複数のシャーシ302,304,306,308は、全二重シャーシ間リンク310,312,314,316にわたって延びるリングとして接続されている。このリング形態は、シャーシ304またはICL310,312がシャーシ302および306の間で機能しないとしても、シャーシ302およびその関連ケーブル網がシャーシ306およびその関連ケーブル網と通信するのを可能にする。
図7は、本発明の原理に従って動作する一次シャーシ330と二次シャーシ332とを有する第1の階層ネットワーク328を示す。一次シャーシはファイバー光通信ライン(OC−n)334,336に接続されている。OC−12ラインが図示されているが、OC−3またはOC−48も支持されている。一次シャーシ330はPSTN338に接続されてもよい。一次シャーシ330と二次シャーシ332とは全二重リンク340によってリンクされている。全二重リンクは高速イーサネット(FE)、ギガビット・イーサネットまたはパケット−オーバー−SONET(PoS)タイプの接続部であってよい。二次シャーシ332は複数の光学ノード342に接続されている。一次シャーシと1つまたは複数の二次シャーシとがあるネットワークにおいては、一次シャーシがクラスターをそのクラスター・マネージャで管理する。
他の形態、例えば一次シャーシ352と二次シャーシ354,356,358,360,362とを備えた、図8に示したような「星」形態350、または、二次階層に一次シャーシ382と二次シャーシ384および386を備え、三次階層に二次シャーシ388,390,392,394とを備えた階層状配列380が可能である。シャーシ402,404,406,408,410を備えたメッシュ形態400が図10に示されている。この場合、各シャーシが他の全てのシャーシにシャーシ間リンク内で接続されている。一次および二次シャーシはシステム形態によって決定される。各シャーシは他のどのシャーシとも実質的に同じである。
上述の形態は、長距離ファイバー光リンクを使用して数10マイルにわたって延びることができ、あるいは、同一のマスタ・ヘッドエンド・サイトで単一ラックに配列することもできる。
図11は、図4のシャーシ200のバックプレーン420に接続されたアプリケーション・モジュールを示す。各アプリケーション・モジュール422は、メッシュ通信チップ(MCC)424を介してバックプレーン420とインタフェイスする。このMCCについてはより詳細に後述する。各MCC424は12個のシリアル・リンク・インタフェイス426を有しており、11個がバックプレーン420に通じている。各アプリケーション・モジュールにおいてバックプレーンに通じる11個のシリアル・リンクは、アプリケーション・モジュールをシャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに接続するために設けられている。1つのリンクはモジュールをそれ自体に接続するために、つまりループ・バックのために設けられている。アプリケーション・モジュール422はシャーシ管理バス432を介してシャーシ・コントローラ428,430に接続されている。第2のシャーシ・コントローラ430は、オプションとして、システムをより信頼性高くするため、冗長性のために使用される。好ましい実施例の場合、やはり冗長性/信頼性を目的として、第2のシャーシ管理バス(図示せず)が設けられている。
バックプレーンは完全にメッシュ化されている。このことはどのアプリケーション・モジュールも、シリアル・リンクを介して、シャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに対して直接的な二地点間リンクを有することを意味する。メッシュ・バックプレーンにおけるメッシュ線はそれぞれ、毎秒1.5ギガビット以上の速度で、データ通信のための連続的なダイレクト・チャネルを提供する。接続部200の一部だけを例として図11に示す。バックプレーン・メッシュは図12に示す。
MCCのシリアル・リンクを備えた12個のチャネルは0〜11の番号を有している。この番号を、チャネルIDまたはCIDと呼ぶ。チャネルについてはより詳しく後述する。バックプレーンのスロットもまた0〜11の番号を有している(スロットIDまたはSID)。しかしシャーシシステムは、チャネル0がバックプレーンのスロット0に結線されることを必要とはしない。シリアル・リンクはどのスロットにも接続できる。スロットIDはシステム・トポロジーに応じて動的に構成される。このことはバックプレーン結線の自由を可能にし、このような結線の自由はルーティングの複雑さを低減する。
図11に戻ると、各アプリケーション・モジュールはまた、シャーシ管理バス432に接続されている。シャーシ管理バスはモジュールとシャーシ・コントローラとの接続を可能にする。
シャーシ間リンク(ICL)を介してシャーシ相互間でパケットを交換するため、また、MCCリンクを介してシャーシ内部でパケットを交換するために、シャーシはシャーシ間交換層を有している。このシャーシ間交換層はIP層3(L3、ネットワーク層)の下方に位置している。シャーシ内のパケット処理は、2つのタイプのトラヒック、すなわちユニキャストと、ブロードキャスト/マルチキャストとに分類される。シャーシ間交換層を介した交換は、図13に示したシャーシ間ヘッダ500(シャーシ間タグとも呼ばれる)を使用して達成される。
Bas Typeフィールド502はxビットを有しており、シャーシ間ヘッダタイプを示す。このフィールドは、ファブリック・インタフェイス・アドレス(FIA)が論理ポートを有することを示し、パケットがブロードキャスト・パケットであるかまたはユニキャスト・パケットであるかを示し、また、BASヘッダ内の該当フィールドを示すのに使用されてよい。Bas Typeフィールド502は、BASヘッダをデコードし、パケット転送を助けるのに使用される。
保持(Keep)フィールド504はxビットを有しており、パケットが混雑のために落下するおそれがあるかどうかを決定する。
優先順位フィールドはxビットを有しており(図13には示さず)、パケット優先順位を決定し、混雑のためにパケットをどこで待ち行列させるかを決める。
断片フィールド506はxビットを有しており、パケットの断片化およびパケットが2つのフレームから成るか否かを示す。
next Hopフィールド508は複数のビットを有しており、シャーシ内パケット伝送に関する次のホップ情報のために使用される。このフィールドはBas Typeフィールドが特に指示しない場合には非アクティブである。
Encap Typeフィールド510は、1ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがさらに層2(シャーシ間交換層の下方のデータ層)の処理を必要とするかどうか、または、パケットをさらなる処理なしで転送することができるかどうかを示す。
Mcast Typeフィールド512は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがブロードキャストかまたはマルチキャストかを示す。
Dest FIA Typeフィールド514は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、宛先FIAが短い形(〈chassis/slot/port〉)で提供されるか、長い形(〈chassis/slot/port/logical port〉)で提供されるかを示す。
Src FIA Typeフィールド516は1ビット・フィールドであり、このフィールドは、ソースFIAフィールドが短い形で提供されるか長い形で提供されるかを示す。
Date Typeフィールド518は複数のビットを有しており、ペイロードで運搬されているトラヒック・タイプを示すのに使用される。
TTLフィールド(図示せず)は複数のビットを有しており、パケットがシステム内に不定に留まることを防止するためのフェイルセーフ・メカニズムである。TTLはそれがICLポートで受信されるたびに減小される。このフィールドが減小後にゼロになると、パケットは廃棄される。
転送Infoフィールド520は複数のビットを有しており、転送テーブル・リビジョン、forward table entry key/id、および次のホップ情報を含んでいる。
宛先FIAフィールド522は複数のビットを有しており、パケットの最終宛先を示す。このフィールドは、シャーシ/スロット/ポートおよび論理ポートの情報を含んでいる。ゼロのシャーシ値は特別な意味を有し、マスター・エージェント(後述する)を有するシャーシを意味する。ゼロのポート値もまた特別な意味を有し、パケットの受信側がアプリケーション・モジュールであることを意味する。論理ポートは、モジュール内のどのスタック/エンティティがそのパケットを受信すべきかを示すのに使用することができる。したがって全てのエッジ・ポートおよびICLポートは1をベースとしている。すなわち、ポート数はゼロよりも多い。
Src FIAフィールド524は複数のビットを有しており、パケット・ソースを示す。このフィールドは、ルート・サーバによって使用されることにより、入来パケットのソースを識別する。
システム・アーキテクチャにしたがって、シャーシ内にプラグインする全てのアプリケーション・カードは共通の構成要件を共有する。アプリケーション・カードはデータ・プロセッサ、データ処理アプリケーション・モジュールおよびデータ通信モジュールとも呼ばれる。図14はシャーシ内のイーサネット・アプリケーション・モジュール550のブロック図である。このアプリケーション・モジュールは、メッシュ・バックプレーン552にも、管理バスA554およびB556にも接続されている。イーサネット・アプリケーション・モジュール550においては、高速IPプロセッサ(FIPP)558がPCIバス560およびF−バス562の双方に接続されている。FIPP558は、アドバンストRISCマシン(ARM)プロセッサ・コア564と6つのマイクロ・エンジン566とを有している。FIPP558はパケットを記憶するためのDRAM568と、ルーティング・テーブルを記憶するためのSRAM570とに接続されている。8つのポートを有するイーサネット・デバイス572は、F−バス562に接続されている。MCC574もまたF−バスに接続されている。MCC574はメッシュ・バックプレーン552との接続部を提供する。イーサネット・デバイス572は、シャーシ外部との接続部を提供する。2つのMACデバイスは、PCIバス560と管理バスとの間に接続されている。MAC A576はPCIバス560と管理バスA554との間に接続されている。MAC B578は、PCIバス560と管理バスB556との間に接続されている。
データパケットがイーサネット・デバイス572内に入来すると、このデータパケットはFIPP558を通り、DRAM568内に記憶される。マイクロ・エンジン566はデータパケットを並列の状態で検査する。マイクロエンジン566はパケットのIPアドレスを見、次いで、SRAM570に記憶された転送テーブル内の宛先アドレスを調べる。転送テーブルはパケットが出る際に通ることになるシャーシ、スロットおよびポートを提供する。パケットがイーサネット・デバイスを介して入来するときには、パケットはイーサネット・ヘッダを有している。パケットが入来したのと同じスロットから出る場合には、シャーシ間ヘッダは付けられない。FIPPは送信ポートを見極め、パケットをそのポートから送出する。パケットが異なるスロットによって出るようになる場合、イーサネット・ヘッダは除去され、BASヘッドがデータパケットに加えられる。BASヘッダ内の最小情報は宛先データ、シャーシ、スロットおよびポートの情報である。パケットはさらに、IPヘッダとペイロードとを含んでいる。FIPPは送信待ち行列を有している。この待ち行列に、パケットは送信前に並ばされる。パケットはF−バス562を介してMCC574に送られる。MCC574はデータを64バイト・チャンクで送出する。
パケットがイーサネット・モジュール550のMCC574を通って入来すると、アプリケーション・モジュール550はパケットまたはパケットに対するポインタを、DRAM570の待ち行列内に置く。パケットがシリアル・ポートのうちの1つから出ることになる場合には、FIPP558はSRAM570のARPテーブルにおいて宛先を調べる。ARPテーブルを図15に示す。FIPPはシャーシ、スロットおよびポートを見出す。シャーシアドレスは、宛先がICLでない限り変わらない。同一シャーシの場合には、アプリケーション・モジュールはIPパケットに対応するMCCアドレスを見出し、パケットを送出する。パケットが他のシャーシに出ることになる場合、アプリケーション・モジュールはICLであるポートがあるかどうかを問う。もしあるならば、アプリケーション・モジュールはパケットをそのポートから送出する。
図20は、HFC DOCSISインタフェイス・カードとも呼ばれるCMTSアプリケーション・カードを示す。広域通信技術が現在利用可能であることに基づき、HFC−オン−PCI技術が利用される。しかし、将来的には他のタイプのインタフェイス技術を使用することが可能である。
図16は、シャーシ内の2つのアプリケーション・モジュール600、602を示している。アプリケーション・モジュール600,602は、管理バス604,606と、メッシュ・バックプレーン608とを介して接続されている。第2のアプリケーション・モジュール602はPCIバス612に取り付けられたルート・サーバ610を有している。シャーシに対応するルート・サーバはいずれのアプリケーション・モジュールにも位置することができる。本発明のこの実施例の場合、ルート・サーバはPentium(登録商標)プロセッサである。シャーシネットワーク内の各シャーシは、ルートサーバを有している。しかしどの時点においても、ネットワーク内のルート・サーバはただ1つしかアクティブになることはできない。ルート・サーバは管理バス、およびICLを介して、それがルート・サーバであることをブロードキャストする。
複数のシャーシから成るネットワークの場合、一次ルート・サーバであるように、1つのルート・サーバが指定される。他の全てのルート・サーバは二次サーバである。ネットワーク内のルート・サーバはルーティング情報を30秒毎に送出する。一次ルート・サーバはそのシャーシ、スロットおよびポートを他の全てのルート・サーバにブロードキャストする。
図17は、「コントロール」または一次ルート・サーバによるルート・サーバの更新を概念的に示す。
全ての転送テーブルは、そのシャーシのルート・サーバがどこに位置しているかを認識する。一次ルート・サーバはイーサネット・ポートと同等の論理ポートを有している。一緒にネットワークされたシャーシのうちの1つのシャーシのルート・サーバにパケットが送られると、一次ルータは、あたかも一次ルータがそのパケット自体を受信しているかのようにパケット情報を受信する。一次ルータはルーティング・テーブルと転送テーブルとを形成し、これらを全てのアプリケーション・モジュールおよびネットワーク上の他の全てのシャーシにブロードキャストする。転送テーブルは、ルーティング・テーブル内の情報から形成される。転送テーブルは、シャーシ、スロットおよびパケットのポートのような情報、QoSデータ、CMTS情報、マルチキャスト・ドメイン情報およびネクスト・ホップICL情報を含む。
図18は、シャーシ内で管理バスに接続されたシャーシ・コントローラを示す。冗長性を得るために、各シャーシは2つのシャーシ・コントローラを有している。シャーシ・コントローラは、メッシュ・バックプレーンには接続されていない。シャーシ・コントローラはネットワーク管理タスクと提供タスクとを有している。シャーシ・コントローラは、シャーシクラスター全体が、1つの管理されたエレメントに見えることを可能にする。シャーシ・コントローラはプロセッサと、メモリと、クラフト・インタフェイスとを有している。本発明のこの実施例では、プロセッサはPentium(登録商標)プロセッサである。クラフト・インタフェイスは、10/100ベースのイーサネットを使用したネットワーク管理インタフェイスである。
論理的には、図8〜10に示したクラスターは、多数の外部ポートを備えた単一ルータ、すなわちIP層3スイッチとして共同で機能する。物理的には、これらの外部ポートは、複数のシャーシにわたって分布されていることになる。これらのシャーシは隔たった場所に分配されていてよい。ICLは、外部ポートの物理的分布を仮想化する。
論理的には、クラスターは単一エンティティとして管理される(図19)。IPから見ると、それぞれのシャーシ内の各カードは管理サブエージェントを有することになる。各カードに局限されたサブエージェントは管理のためのカードを意味する。クラスター・マネージャの管理サーバ(マスターエージェント)は、サブエージェントと通信し、またサブエージェントの物理的分布を仮想化することになる。
一次および二次シャーシの双方は、種々の伝送メディアをサポートすることができ、最初はHFCインタフェイスに照準を合わせることにより、ケーブルモデムの接続を支援して、インターネット・アクセスおよびIP電話を可能にする。シャーシはケーブルモデム・インフラストラクチャのための、電話会社をベースとするリターンパス、ならびに、通常の(PSTN)モデムをベースとするインターネット・アクセスをサポートすることができる。
クラスター・マネージャ100は、Windows NTのような汎用オペレーティング・システムを走行させる。より具体的なエンティティの集合は、例えば:(1)マスター・エージェント(MA)またはネットワーク・マネージャ、(2)アプリケーション・モジュール、(3)カード・リソースのセンサスを可能にするためのリソース・マネージャ(RM)、(4)クラスターによって機能させられる、IP末端ユーザの動的ビューを維持するユーザ・マネージャ(UM)、(5)転送テーブルを作成/配信するための転送テーブル・マネージャ(FT)、(6)一般的なIPフィルタリングのためのフィルタ・マネージャ(FM)、(7)サービス・マネージャの帯域幅(サービス品質)/クラス、および(8)負荷分散マネージャ(LS)である。
クラスター・マネージャのシステム管理サーバはまた、クラスター化されたシャーシを単一の仮想エンティティとして表す。クラスター・マネージャはまた、ダイヤルイン・モデムのためのRASサーバとして機能することもできる。クラスター・マネージャ上のRADIUSクライアントは、ネットワーク管理者によって提供されたRADIUSサーバと通信する。
ウェブサーバおよびメールサーバのような多目的機能は、クラスター・マネージャ上で実行させることができる。FTPおよびTelnetは、管理者がクラスター・マネージャにリモート・アクセスすることを可能にする。
本発明はリソース共有を可能にする。例えば二次シャーシのHFCインタフェイス内に入来したIPトラヒックは、潜在的に音声をそのペイロードとして有している。このようなIPパケットは、VOIP/PSTNカードに交換されることになる。このカードは異なる場所の異なるシャーシに位置してよい。音声ペイロードを備えたIPパケットは、分布されたIP交換ファブリックによって、適切なVOIP/PSTNカードにルーティングされる。原シャーシは、最高「サービスクラス」の優先順位をパケットにタグ付けし、ルート/スイッチ決定が最小限の待ち時間で行われることを可能にする。クラスター・マネージャは、全てのリソース(利用可能なDSの場所を含む)の集中リソース・マップをクラスター化されたシステム内に維持する。
シャーシ・コントローラは、管理バスを介してシャーシ内のアプリケーション・モジュールと通信する。シャーシ・コントローラおよびアプリケーション・モジュールはそれぞれ、通信を目的としたエージェントを有している。シャーシ・コントローラはマスターエージェントを有し、アプリケーション・モジュールはサブエージェントを有している(図19)。サブエージェントはシャーシ、アプリケーション・モジュール、およびスロットの情報をそのシャーシのマスターエージェントに通信する。
図19はネットワーク内の複数のシャーシを示す。複数のシャーシを有する環境では、形成された第1のシャーシは一次シャーシであるように指定される。一次シャーシは付加的なマスターエージェントを有している。このマスターエージェントは「マスター−マスター」と呼ばれる。ネットワーク内の全てのシャーシは、マスター−マスターエージェントと通信する。図19に示すように、各シャーシ内のそれぞれのアプリケーション・モジュールは、そのIPアドレス(「10.chassis.slot.port」)をそのシャーシに対応するマスターエージェントおよびマスター−マスターに通信する。IPアドレス中の「10」という数値は、プライベート・ネットワーク・アドレスを表す。
マスター−マスターエージェントはそのシャーシIDを管理バスを介して分配する。一次シャーシのシャーシIDは、一次シャーシが一次シャーシとして指定された後で1にシフトする。ネットワーク上に第2のシャーシが形成されると、その存在を検出するのにリンク検出プロトコル(LDP)が使用される。LDPメッセージが目下のシャーシのリンク毎に送出される。第2のシャーシがリターン信号を受け取ると、シャーシ・コントローラがそれをICLとして識別する。LDPは各シャーシがそのICLリンクを識別するのを可能にする。一次シャーシはそのICLリンクを介して、このシャーシがマスター−マスターエージェントを有することをブロードキャストする。
図21は、メッシュ通信チップ(MCC)のブロック図である。MCC ASICは、全二重シリアル・リンク215として示した高速差分対を介して、シャーシ内の他の全てのカードとの接続を可能にする。各差分対は、毎秒1ギガビットよりも高い速度のデータ処理量で動作する。F−バス・インタフェイス805がMCC300をFIFOバス(F−バス)に接続する。12個の送信側FIFO810および12個の受信側FIFO815が、F−バス・インタフェイス805に接続されている。各送信側FIFOは並直列方式のデータ・コンプレッサ(全部で12個のデータ・コンプレッサ820)を有しており、各受信側FIFOはデータ・エキスパンダ(全部で12個のデータ・エキスパンダ825)を有している。データ・コンプレッサ820およびデータ・エキスパンダ825のために、12個の並直列変換器830が役立つ。各並直列変換器に対して1つのコンプレッサおよび1つのエキスパンダが使用される。MCCのチャネルは、そのエンコード/デコード論理、送信待ち行列および受信待ち行列と共にシリアル・リンクとして規定される。チャネルから延びるシリアル・ラインはバックプレーン・メッシュに接続する。全てのチャネルは同時にデータを送信する。
本発明のこの実施例は、メッシュ通信チップを使用することにより、シリアル・リンク技術を用いて完全メッシュ状に最大13個のF−バスを相互接続する。各MCCは2つのFバス・インタフェイスと、12個のシリアル・リンク・インタフェイスとを有している。MCCはF−バス上でパケットを、64バイトからパケットいっぱいまでプログラム可能にサイズを増分して送受する。MCCは12個の仮想送信プロセッサ(VTP)を含んでいる。これらのプロセッサは、F−バスからパケットを取り出し、シリアル・リンクからこれらを送出して、同時に12個のパケットが出発するのを許す。VTPはパケット先頭のMCCタグを読み取り、ヘッダに示された宛先スロットと動的にバインドする。
カード/スロット−特定プロセッサ、カード/スロット−特定MAC/PHYの対(イーサネット、SONET、HFCなど)およびMCCは双方向F−バス(または複数の一方向F−バス)上で通信する。パケット送信経路は、PHY/MACからプロセッサへ、さらにプロセッサからMCCへ延び、メッシュで終わる。プロセッサは層3および層4の探索をFIPPで行うことにより、パケットの宛先およびサービス品質(QoS)を見極め、必要に応じてヘッダを変え、パケットをMCCに送る前にパケットにMCCタグを予め取り付ける。
パケット受信経路は、メッシュからMCCおよびプロセッサへ延び、さらにプロセッサからMAC/Phyへ延び、チャネルで終わる。プロセッサはパケットをMACに送る前にMCCタグを剥ぎ取る。
図22は、MCCタグとも呼ばれるパケット・タグを示す。MCCタグは32ビット・タグであり、バックプレーン・メッシュを介してパケットをルーティングするのに用いられる。このタグは、パケットをMCCに送る前にスロット・プロセッサによってパケット先頭に加えられる。タグは4つのフィールド、すなわち、宛先マスクフィールド、優先順位フィールド、保持フィールドおよび保留フィールドを有している。宛先マスクフィールドは、それがシステム内の最終宛先であるか否かを問わず、パケットが指定されている目下のシャーシにおけるスロットのマスクを保持するフィールドである。送信パケットのために、MCCは宛先マスクを使用することにより、パケットがどの送信待ち行列に並ぶことになるかを決定する。受信パケットのためには、MCCは優先順位フィールドおよび保持フィールドを使用することにより、過剰割り当てを受けたスロット内でどのパケットを廃棄すべきかを決定する。保留フィールドは本発明のこの実施例では使用されない。
MCCは2つの個別の送信モードセレクタ、すなわちスロット・チャネル間マッピングおよび仮想送信モードとを有している。スロット・チャネル間マッピングにおいて、MCCはSIDをCIDにトランスペアレントにマッピングし、ソフトウェアはマッピング軌跡を保存する必要はない。仮想送信モードにおいて、MCCはマルチキャスト・パケットを半トランスペアレントに取り扱う。MCCは単一のF−バス流を取り出し、これを複数のチャネルに案内する。MCCにおける送信ポートは、スロットをアドレスするのではなく、仮想送信プロセッサ(VTP)をアドレスする。F−バス・インタフェイスはパケットを、選択された仮想送信プロセッサに案内する。VTPはMCCタグから宛先マスクフィールドを保存し、パケット・データ(MCCタグを含む)を、宛先マスクに示された送信待ち行列のセットに転送する。これに続く全ての64バイトのパケット「チャンク」が、同じポートIDを使用してスロット・プロセッサによって送られ、こうして同じVTPに案内される。VTPは、MCCタグから保存された宛先マスクフィールドに示された送信待ち行列集合に、パケット・チャンクを転送する。チャンクがEOPビット集合と一緒に到達したときには、VTPはその宛先マスクを消去する。このポートにアドレスされた次のチャンクが新しい(すなわちSOPビット集合を有する)パケットのスタートではない場合、VTPはこのチャンクをいかなる待ち行列にも転送しない。
MCCは「チャネル・ビジー」ビットのセットを維持する。このセットを使用することにより、MCCは、複数のVTPが同じCIDにパケットを同時に送ることを防止する。このような競合防止メカニズムは、ビジー状態のチャネルを管理してスロット・プロセッサを助けようとするものではなく、むしろ、スロット・プロセッサが偶然同じスロットに同時に2つのパケットを送ってしまった場合に、パケットの完全な崩壊を防ごうとするものである。VTPが新しいパケットを得ると、VTPは宛先CIDマスクとチャネル・ビジー・ビットとを比較する。ビジー状態のチャネルがある場合には、そのチャネルは宛先マスクから除去され、そのCIDに対してエラーが記録される。ついでVTPは残りの全ての宛先チャネルにビジー・ビット全てをセットし、パケットを送信する。VTPがそのパケットに関してF−バス上でEOPを見た場合には、VTPはその宛先CIDに対するチャネル・ビジー・ビットを消去する。
F−バス・インタフェイスは、MCCと、アプリケーション・モジュールの残りの部分との間でI/O機能を発揮する。アプリケーション・モジュールは、図22に示す32ビット・パケット・タグ(MCCタグ)を、メッシュを介してルーティングされるべき各データパケットに加える。
F−バス上で送受されるデータは最大64ビット幅である。データ送信時には、F−バス・インタフェイスは送信データに4状態ビットを加え、68ビット・データ・セグメントにする。F−バス・インタフェイスは68ビット・データ・セグメントを、パケット・タグから決定される適切な送信側FIFOにドロップする。送信側FIFOからのデータは、関連するデータ・コンプレッサに伝送される。ここで68ビット・データ・セグメントは10ビット・セグメントに圧縮される。データは次いで、関連する並直列変換器に通され、ここでデータはさらに直列ストリームに圧縮される。直列ストリームはシリアル・リンクからバックプレーンに送出される。
バックプレーンから到達したデータは、シリアル・リンクを通って、関連チャネルに来る。そのチャネルに対応する並直列変換器は、データを10ビット・データ・セグメントに伸張し、関連するデータ・エキスパンダはデータを68ビットデータ・セグメントに伸張する。このデータ・セグメントは、関連FIFOを通過させられ、次いでFIFOからF−バス・インタフェイスに送られる。
高速IPプロセッサ(FIPP)は高速シンクロナスSDRAMの32/64Mバイト、高速シンクロナスSRAMの8Mバイト、およびブート・フラッシュを備えている。FIPPは32ビットPCIバスと、64ビットFIFOバス(F−バス)とを有している。FIPPはパケットデータを全てのF−バス接続デバイスへ、またこのデバースから伝送する。FIPPはユニキャストおよびマルチキャストの両モードでのIP転送を可能にする。シャーシルート・サーバから管理バスを介して、ルーティング・テーブルが受信される。FIPPはまた、フィルタリングのようなより高い層機能およびCoS/QoSを提供する。
各ライン・カードは、各カードに必要な全てのクロックを生成するクロック・サブシステムを有している。このシステムは、システム・クロックおよび管理バス・アービトレーション・カードによって提供された基準クロックに関連する。
各カードはホットプラグ、パワーオン・リセット回路およびサニティ・タイマ機能を有している。全てのカードはDC−DCコンバータを搭載しており、これによりバックプレーンの−48Vレールから、その用途に必要となるいかなる電圧にも変換することができる。(CMTSカードのような)いくつかのカードは多くの場合、別個の分離した2つの電源回路を有し、これによりそのカードのアナログ部分の性能を最大限に活かすことができる。
以上、出願時における本発明の好ましい実施例を説明してきた。本発明の要旨から逸脱することなしに、同等の構成成分および機能を置き換えることができることは明らかである。本発明の利点を維持しながらハードウェアおよびソフトウェアの種々の組み合わせを実施することが可能である。本発明は極めてフレキシブルかつ拡張可能であろうとするものなので、重要なのは、モジュールおよびポートの数よりも、ここに開示したモジュールの協働関係である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
マルチプレクサ・ドロップを介してSONETリングに接続されたHFCヘッドエンド・サーバを有する従来技術のネットワークを示す図である。
【図2】
従来技術のケーブル経由のHFCデータ供給システムを示す図である。
【図3】
従来技術のデータ供給網を示す図である。
【図4】
本発明の原理による、シャーシのブロック図である。
【図5】
図4のシャーシを有する統合ケーブル・インフラストラクチャを示す図である。
【図6】
図4のような複数のシャーシを使用する、環状トポロジーのネットワークを示す図である。
【図7】
本発明の原理に従って動作する一次シャーシと二次シャーシとを有する第1の階層状ネットワークを示す図である。
【図8】
図4のような複数のシャーシを有する星形ネットワークを示す図である。
【図9】
図4のような複数のシャーシを有する第2の階層状ネットワークを示す図である。
【図10】
図4のような複数のシャーシを有するメッシュ・ネットワークを示す図である。
【図11】
図4のシャーシのアプリケーション・カードおよびバックプレーン部分のブロック図である。
【図12】
交換メッシュを含む、バックプレーン相互接続の概略的な図である。
【図13】
本発明の原理によるBASヘッダのブロック図である。
【図14】
ギガビット・イーサネットのシャーシ間リンクまたは出口アプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図15】
ARPテーブルのブロック図である。
【図16】
シャーシ内の2つの出口モジュールのブロック図である。
【図17】
ルート・サーバのブロック図である。
【図18】
シャーシ・コントローラ・モジュールのブロック図である。
【図19】
ネットワーク管理構造のブロック図である。
【図20】
CMTSアプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図21】
バックプレーン・メッシュ・インタフェイスのブロック図である。
【図22】
MCCタグのブロック図である。
Claims (31)
- データ配信サブネットワークを接続するための装置であって、
(a) 該装置が、メッシュ線を有するメッシュに対する複数の同一のインタフェイスを有する少なくとも1つのシャーシを有しており、前記メッシュ線が、前記インタフェイスの各対相互間でデータを通信するための連続的なダイレクト・チャネルを提供しており、さらに、
(b) 前記装置が、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも1つのデータ・ポートを備えた少なくとも1つのデータ処理モジュールを有しており、該モジュールが、前記シャーシの前記インタフェイスのうちの1つと関与していて、前記ポートのうちの1つを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記モジュールとインタフェイスされている前記メッシュ線のうちの選択されたメッシュ線に前記データをルーティングする
ことを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。 - 前記データの前記ルーティングが、前記データに付けられたタグによって決定され、前記タグが、前記同一のインタフェイスの中から選択された1つまたは複数の宛先インタフェイスを示している、請求項1に記載の装置。
- 前記装置がさらに、前記データ処理モジュールに論理的に接続されたプロセス・コントローラ・モジュールを有している、請求項1に記載の装置。
- 前記装置がさらに、
(c)少なくとも1つのシャーシ間データリンクと、
(d)請求項1に記載のシャーシと同一の少なくとも1つの二次シャーシと、
(e)データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも1つのデータ・ポートを備えた少なくとも1つのデータ処理モジュールとを有しており、該モジュールが、前記二次シャーシの前記インタフェイスのうちの1つと関与していて、前記シャーシ間データリンクから受信されたデータの情報に対して応答して、選択されたデータ配信ポートに前記データをルーティングする、
請求項1に記載の装置。 - (c1)前記シャーシ間データリンクが、シャーシ間データリンクメディアに接続するように適合された少なくとも1つのデータ・ポートを備えた少なくとも1つのデータ処理モジュールとを有しており、該モジュールが、前記一次シャーシの前記インタフェイスのうちの1つと関与していて、前記インタフェイスを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記シャーシ間データ・ポートに前記データをルーティングし、
(c2)前記シャーシ間データリンクが、前記シャーシ間データポートに一方の端部で接続されたシャーシ間データリンクメディアを有しており、さらに、
(c3)前記シャーシ間データリンクが、少なくとも1つのデータ・ポートを備えたデータ処理モジュールを有しており、該データ・ポートが、シャーシ間データリンクメディアに接続するように適合されていて、該シャーシ間データリンクメディアの他方の端部に接続されており、前記モジュールが、前記二次シャーシの前記インタフェイスのうちの1つと関与していて、前記シャーシ間データ・ポートを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記モジュールとインタフェイス状態にある前記メッシュ・チャネルのうちの1つに前記データをルーティングする、
請求項4に記載の装置。 - 前記装置がさらに、各データ処理モジュールに論理的に接続されたプロセス・コントローラ・モジュールを有している、請求項4に記載の装置。
- 前記プロセス・コントローラ・モジュールが、前記シャーシ間データリンクを介して、前記二次シャーシモジュールと関与するデータ処理モジュールに論理的に接続されている、請求項6に記載の装置。
- データ配信サブネットワークを接続するための装置であって、該装置が:
(a)ルート・サーバを提供する少なくとも1つのプロセッサをそれぞれ含む少なくとも2つのシャーシと、
(b)シャーシ間リンクと、
から成っており、
前記シャーシが、前記データ配信サブネットワークに対するポートを提供し、1つの前記ルート・サーバがマスター・ルート・サーバとして作用して、前記シャーシが単層3スイッチとして作用するように、それぞれ他のルート・サーバと通信する、
ことを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。 - 前記シャーシのうちのいずれか1つの前記ポートのうちの1つを介して受信されたデータに、スイッチ−インターナル・タグが割り当てられて、前記データ配信サブネットワーク内の宛先に転送するための、前記ポートのうちの適切な1つを特定する、請求項8に記載の装置。
- 前記マスター・ルート・サーバが、それぞれ他のルート・サーバにルーティング・テーブルを提供する、請求項8に記載の装置。
- 前記シャーシのうちの少なくとも1つが複数のプロセッサから成っており、該プロセッサがそれぞれ、切換え可能に互いに接続されていて、それぞれが前記ポートのうちの1つまたは複数のポートを提供しており、それぞれが前記シャーシ間リンクに論理的に接続されている、請求項8に記載の装置。
- 前記複数のプロセッサを有するシャーシの前記ポートのうちの1つを介して、または、前記シャーシに対する前記シャーシ間リンクを介して受信されたデータに、シャーシ−インターナル・タグが割り当てられて、転送のための、前記複数のプロセッサを有するシャーシの前記ポートのうちの適切な1つのポート、または前記シャーシに対する前記シャーシ間リンクを特定する、請求項11に記載の装置。
- データ処理アプリケーション・モジュールを保持するための複数の同一のスロットを有するシャーシであって、各スロットが、メッシュ線を有するバックプレーン・メッシュに対する同一のインタフェイスを有しており、前記メッシュ線がそれぞれ、前記インタフェイスの各対相互間でデータを通信するための連続的なダイレクト・チャネルを提供しており、前記メッシュ線が、毎秒1.5ギガビット以上の速度でのデジタル・データパケット通信に相応する処理能力を有していることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュールを保持するための複数の同一のスロットを有するシャーシ。
- 前記シャーシがさらに、管理制御信号バスを有しており、前記同一のインタフェイスが前記バスとインタフェイスしている、請求項13に記載のシャーシ。
- 前記シャーシがさらに、電気通信バスを有している、請求項13に記載のシャーシ。
- 前記シャーシが、前記シャーシのバックプレーン側で前記モジュールに対応する外部データ・ポートに接続可能である、請求項13に記載のシャーシ。
- 前記シャーシが、前記モジュールにのための、完全に分配されたDC電源装置を有している、請求項13に記載のシャーシ。
- 前記同一のスロットの数が4つよりも大きい、請求項13に記載のシャーシ。
- データ処理アプリケーション・モジュールであって、該モジュールが、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも1つのデータ・ポートを備えており、前記モジュールがさらに、シャーシのスロット内に挿入するように適合されて、これにより前記スロットと関連するインタフェイスに関与しており、前記インタフェイスが複数のチャネルを有しており、該チャネルがそれぞれ、毎秒1.5ギガビット以上の速度でのデジタル・データパケット通信能力をそれぞれ有しており、前記モジュールが、前記データ・ポートを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記複数のチャネルのうちの選択されたチャネルに前記データをルーティングすることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュール。
- 前記データの前記ルーティングが、前記データに前記モジュールによって付けられたタグによって決定されるようになっており、前記タグが、前記データが最終的にルーティングされるべき、前記シャーシにおける1つまたは複数のスロット・インタフェイスを示しており、前記モジュールが、第1のルートが機能しない場合には代替ルートを選択可能であり、さらに、前記モジュールのスロット・インタフェイスとは異なる最終的なスロット・インタフェイスを示す添付タグを有する受信データを再ルーティング可能である、請求項19に記載のモジュール。
- 前記モジュールが、並列ブロックで検査された前記受信データに対して応答し、前記チャネル上で前記データを直列に伝送するようになっている、請求項19に記載のモジュール。
- 前記モジュールが各前記チャネル専用の別個のトランシーバを有している、請求項19に記載のモジュール。
- データ処理アプリケーション・モジュールであって、該モジュールが、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも1つのデータ・ポートを有しており、前記モジュールが、同一のモジュールと組み合わされた前記モジュールが単層3スイッチとして作用できるように、マスター・ルート・サーバと同期するように適合されたルート・サーバを有していることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュール。
- 前記データ・ポートのうちの1つを介して受信されたデータに、スイッチ−インターナル・タグが割り当てられて、宛先データ配信サブネットワークに転送するための、前記ポートのうちの適切な1つを特定する、請求項23に記載の装置。
- 前記モジュールが、実質的に同一のデータ処理モジュールを有する単一のシャーシに取り付けるように適合されており、前記データ・ポートのうちの1つを介して受信されたデータに、シャーシ−インターナル・タグが割り当てられて、宛先データ配信サブネットワークに転送するための、前記ポートのうちの適切な1つを特定する、請求項23に記載の装置。
- 1つまたは複数のシャーシ内に組み込まれたデータ処理アプリケーション・モジュールにそれぞれ接続されたデータ配信サブネットワークにユーザを接続するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち:
A) シャーシ内に組み込まれて1つのデータ配信サブネットワークに接続されたモジュール上でデータを受信するステップと、
B) i)前記シャーシに組み込まれたモジュールに接続された、ii)前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシに組み込まれたモジュールに接続された、または、iii)前記シャーシ、または前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシのモジュールを介してアクセス可能なインターネットまたは同様のネットワークに接続された、データ配信サブネットワーク上に、前記受信データの宛先があるか否かを、前記受信データのヘッダ情報から決定するステップと、
C) 前記シャーシ内で前記データをルーティングするために、前記受信データにヘッダ・タグを付けるステップと、
D) 前記シャーシ内に組み込まれたモジュールから前記ヘッダ・タグなしで前記データを伝送するステップと
から成ることを特徴とする、データ配信サブネットワークにユーザを接続するための方法。 - シャーシ内で相互接続されたデータ通信モジュール間でデータ・フローを交換するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち:
A) 前記データを1つの前記モジュールで受信するステップと、
B) 前記モジュール内のmビット幅のパラレル・バスに一度にmビットの前記データを供給するステップと、
C) 前記データをmビットのパラレル待ち行列に蓄積するステップと、
D) どのモジュールが適切な宛先モジュールであるかを決定するステップと、
E) どの宛先モジュールに前記データがルーティングされるべきかを示すために、前記データにタグを付けるステップと、
F) 前記mビットのデータを前記mビット幅のパラレル・バスに一度に供給するステップと、
G) 前記宛先モジュールへの経路と関連するシャーシ内チャネル内に、前記mビットのデータをゲーティングするステップと、
H) 前記mビットのデータをシリアル化するステップと、
I) 前記経路と関連する前記チャネル専用の高速シリアル・リンクに、前記シリアル化されたmビットのデータを供給するステップと、
J) 前記宛先モジュール内のmビット幅のパラレル・バスに前記mビットのデータを一度に供給するステップと、
K) 前記データをmビットのパラレル待ち行列に蓄積するステップと、
L) 前記宛先モジュール内の前記mビット幅のパラレル・バスに前記mビットのデータを一度に供給するステップと、
M) 前記宛先モジュールから前記データを伝送するステップと
から成ることを特徴とする、データ・フローを交換するための方法。 - 複数のシャーシに対するポートを有するデータ配信サブネットワークを接続するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち:
a) 前記複数のシャーシのそれぞれに対応するルート・サーバを同期するステップと、
b) 前記シャーシのうちの1つのポートで受信されたデータにタグを付け、前記データの情報と、前記シャーシに対応する同期されたルート・サーバとにしたがって転送するためのポートを指定するステップと、
c) 前記タグによって指定された前記ポートに前記データを転送するステップと
から成る、データ配信サブネットワークを接続するための方法。 - データ配信サブネットワークにユーザを接続するための装置であって、該装置が、シャーシ内の組込みに適合されて、同一または他のシャーシ内に組み込まれた実質的に同様の1つまたは複数のモジュールに論理的に接続されるべきデータ処理アプリケーション・モジュールから成っており、該モジュールが、
A) データを受信するための手段と、
B) i)前記シャーシに組み込まれたモジュールに接続された、ii)前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシに組み込まれたモジュールに接続された、または、iii)前記シャーシ、または前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシのモジュールを介してアクセス可能なインターネットまたは同様のネットワークに接続された、データ配信サブネットワーク上に、前記受信データの宛先があるか否かを、前記受信データのヘッダ情報から決定するための手段と、
C) 前記シャーシ内で前記データをルーティングするために、前記受信データにヘッダ・タグを付けるための手段と、
D) 前記シャーシ内に組み込まれたモジュールから前記ヘッダ・タグなしで前記データを伝送するための手段と
から成っていることを特徴とする、データ配信サブネットワークにユーザを接続するための装置。 - シャーシ内で相互接続された実質的に同様のモジュール間でデータ・フローを交換するためのデータ通信モジュールから成る装置であって、前記モジュールが:
A) 前記データを受信するための手段と、
B) mビット幅のパラレル・バスに一度に前記mビットのデータを供給するための手段と、
C) 前記データをmビットのパラレル待ち行列に蓄積するための手段と、
D) どのモジュールが適切な宛先モジュールであるかを決定するための手段と、
E) どの宛先モジュールに前記データがルーティングされるべきかを示すために、前記データにタグを付けるための手段と、
F) 前記mビットのデータを前記mビット幅のパラレル・バスに一度に供給するための手段と、
G) 前記宛先モジュールへの経路と関連するシャーシ内チャネル内に、前記mビットのデータをゲーティングするための手段と、
H) 前記mビットのデータをシリアル化するための手段と、
I) 前記経路と関連する前記チャネル専用の高速シリアル・リンクに、前記シリアル化されたmビットのデータを供給するための手段と
から成っていることを特徴とする、データ・フローを交換するためのデータ通信モジュールから成る装置。 - 複数のシャーシに対するポートを有するデータ配信サブネットワークを接続するための装置であって、該装置が:
a) 前記シャーシのそれぞれに組み込まれた少なくとも1つのデータ・プロセッサと、
b) 前記シャーシのそれぞれに設けられた少なくとも1つのルート・サーバと、
c) 前記ルート・サーバのそれぞれを同期するための手段と、
d) 前記シャーシのうちの1つのポートで受信されたデータにタグを付け、前記データの情報と、前記シャーシに対応する同期されたルート・サーバとにしたがって転送するためのポートを指定するための手段と、
e) 前記タグによって指定された前記ポートに前記データを転送するための手段と
から成ることを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。
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