RU2710980C1

RU2710980C1 - Multi-service router

Info

Publication number: RU2710980C1
Application number: RU2019112814A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Вергелис; Заур Валерьевич Курашев; Сергей Евгеньевич Тоцкий; Александр Михайлович Чуднов; Владимир Семенович Авраменко; Андрей Иванович Попов
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-01-14

Abstract

FIELD: computer equipment.SUBSTANCE: invention relates to the computer equipment. Multiservice router has a routing processor, a switching unit, a high-speed packet data processing module with a non-blocking high-speed switching matrix based on a reprogrammable logic integrated circuit (RLIC), a ternary associative memory, two processor modules, a synchronization module, two COM ports, two Ethernet ports and signal conversion modules, further includes nonvolatile memory, an information input / output unit, a direction selection unit, an interface unit and a communication line, as well as a synchronization module, which includes an antenna, a GPS receiver, a clock signal generation circuit and a reference generator, which provides continuous and independent adjustment of the router synchronization system and operation thereof in a data network, which increases network throughput capacity and degree of adaptation thereof with structural and qualitative changes.EFFECT: technical result consists in improvement of router throughput and reliability in various conditions.3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к системам передачи данных и может быть использовано в модульной масштабируемой структуре для построения маршрутизаторов быстрого Ethernet и высокоскоростных сетей передачи данных.The invention relates to data transmission systems and can be used in a modular scalable structure to build fast Ethernet routers and high-speed data networks.

В динамических сетях передачи сообщений важную роль в распределении потоков сообщений по направлениям и линиям связи играют маршрутизаторы и коммутаторы пакетов сообщений.In dynamic messaging networks, routers and message packet switches play an important role in distributing message flows between directions and communication lines.

Известны различные схемы построения маршрутизаторов для сетей передачи данных, работа которых основана на различных принципах построения и включения в сети с коммутацией пакетов, влияющие на производительность и пропускную способность указанных сетей [1].There are various schemes for constructing routers for data transmission networks, the operation of which is based on various principles of construction and inclusion in packet-switched networks, which affect the performance and throughput of these networks [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа мультисервисный маршрутизатор, описанный в патенте на полезную модель №186859 U1 от 06.02.2019 г.[2]. Этот маршрутизатор содержит маршрутный процессор, коммутационный блок, модуль высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе перепрограммируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), троичную ассоциативную память, два процессорных модуля, модуль синхронизации, два СОМ порта, два порта Ethernet и SFP модули (модули преобразования сигналов). Технический результат в известной полезной модели заключается в обеспечении непрерывного доступа к маршрутизатору и расширение его функциональных возможностей.The closest in technical essence to the proposed invention is a multi-service router selected as a prototype, described in the utility model patent No. 186859 U1 dated 02/06/2019 [2]. This router contains a route processor, a switching unit, a high-speed packet data processing module with a non-blocking high-speed switching matrix based on a reprogrammable logic integrated circuit (FPGA), a ternary associative memory, two processor modules, a synchronization module, two COM ports, two Ethernet ports and SFP modules (signal conversion modules). The technical result in the known utility model is to provide continuous access to the router and expand its functionality.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая пропускная способность сети из-за значительного объема передаваемой служебной информации для обеспечения возможности коррекции маршрутно-адресной таблицы.The main disadvantage of the prototype is the relatively low network bandwidth due to the significant amount of transmitted overhead information to enable correction of the route-address table.

Целью изобретения является разработка мультисервисного маршрутизатора, обеспечивающего повышение пропускной способности сети, надежности работы и степени адаптации при ее структурных и качественных изменениях.The aim of the invention is to develop a multiservice router that provides increased network bandwidth, reliability and degree of adaptation with its structural and qualitative changes.

Поставленная цель достигается тем, что в мультисервисный маршрутизатор, содержащий маршрутный процессор, коммутационный блок, модуль высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе перепрограммируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), троичную ассоциативную память, два процессорных модуля, модуль синхронизации, два СОМ порта, два порта Ethernet и модули преобразования сигналов, дополнительно введены энергонезависимая память, блок ввода-вывода информации, блок выбора направлений, блок интерфейса и линии связи, при этом первый и второй входы-выходы маршрутного процессора подключены соответственно к входу-выходу троичной ассоциативной памяти и к первому входу-выходу коммутационного блока, вторые и третьи входы-выходы маршрутного процессора подключены соответственно к входу-выходу энергонезависимой памяти и к первым входам-выходам модуля высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, вторые и третьи входы-выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам-выходам модуля синхронизации, второй вход-выход коммутационного блока соединен с первым входом-выходом первого процессорного модуля, второй и третий входы-выходы которого подключены к первым входам-выходам соответственно первого СОМ порта и первого Ethernet порта, второй вход-выход первого СОМ порта соединен с первым входом-выходом блока ввода-вывода информации, второй вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом первого Ethernet порта, четвертый вход-выход модуля высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС подключен к четвертому входу-выходу первого процессорного модуля, третий вход-выход коммутационного блока соединен с первым входом-выходом второго процессорного модуля, второй, третий и четвертый входы-выходы которого подключены соответственно к пятому входу-выходу модуля высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, к входам-выходам второго СОМ порта и второго Ethernet порта, пятые входы-выходы маршрутного процессора соединены с первыми входами-выходами блока выбора направлений, вторые входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами модулей преобразования сигналов, вторые входы-выходы которых соединены с первыми входами-выходами блока интерфейса, ко вторым входам-выходам которого подключены линии связи, через которые осуществляется обмен данными с аналогичными маршрутизаторами.This goal is achieved by the fact that in a multiservice router containing a route processor, a switching unit, a high-speed packet data processing module with a non-blocking high-speed switching matrix based on a reprogrammable logic integrated circuit (FPGA), a ternary associative memory, two processor modules, a synchronization module, two COM ports, two Ethernet ports and signal conversion modules, non-volatile memory, an input / output unit of information, a selection unit are directed interface unit and communication lines, while the first and second inputs / outputs of the route processor are connected respectively to the input-output of the ternary associative memory and to the first input-output of the switching unit, the second and third inputs and outputs of the route processor are connected respectively to the input-output non-volatile memory and to the first inputs and outputs of the high-speed packet data processing module with non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix, the second and third inputs and outputs of which are connected respectively but to the first and second inputs and outputs of the synchronization module, the second input-output of the switching unit is connected to the first input-output of the first processor module, the second and third inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the first COM port and the first Ethernet port, respectively the input-output of the first COM port is connected to the first input-output of the information input-output block, the second input-output of which is connected to the second input-output of the first Ethernet port, the fourth input-output of the high-speed packet data processing module with non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix is connected to the fourth input-output of the first processor module, the third input-output of the switching unit is connected to the first input-output of the second processor module, the second, third and fourth input-outputs of which are connected respectively to the fifth input-output a module for high-speed processing of packet data with a non-blocking high-speed switching matrix based on FPGAs, to the inputs and outputs of the second COM port and the second Ethernet port, fifth inputs and outputs of the routing the processor is connected to the first inputs and outputs of the direction selection unit, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the signal conversion modules, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the interface unit, the communication lines are connected to the second inputs and outputs, through which data is exchanged with similar routers.

Поставленная цель достигается также тем, что модуль синхронизации содержит антенну, GPS приемник, схему формирования сигналов синхронизации и опорный генератор, при этом высокочастотный вход-выход антенны соединен с высокочастотным входом-выходом GPS приемника, выход которого соединен со входом схемы формирования сигналов синхронизации, управляющий вход которой соединен с управляющим выходом опорного генератора, при этом выход схемы формирования сигналов синхронизации является первым входом-выходом модуля синхронизации, вторым входом-выходом которого является управляющий вход-выход опорного генератора.This goal is also achieved by the fact that the synchronization module contains an antenna, a GPS receiver, a synchronization signal generation circuit and a reference generator, while the high-frequency input-output of the antenna is connected to a high-frequency input-output of the GPS receiver, the output of which is connected to the input of the synchronization signal generation circuit, which controls the input of which is connected to the control output of the reference generator, while the output of the synchronization signal generation circuit is the first input-output of the synchronization module, the second input -the output of which is the control input-output of the reference generator.

Сопоставимый анализ заявляемого изобретения с прототипом показывает, что предлагаемый мультисервисный маршрутизатор отличается от прототипа наличием новых блоков: энергонезависимой памяти, блока ввода-вывода информации, блока выбора направлений, блока интерфейса и линий связи, а также изменением связей между известными блоками устройства.A comparable analysis of the claimed invention with the prototype shows that the proposed multiservice router differs from the prototype in the presence of new units: non-volatile memory, an input / output unit for information, a unit for selecting directions, an interface unit and communication lines, as well as a change in the connections between known units of the device.

Таким образом, благодаря новой совокупности признаков заявляемый мультисервисный маршрутизатор соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введенные блоки широко известны и дополнительного творчества по их реализации не требуется. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемый мультисервисный маршрутизатор вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к достижению поставленной цели.Thus, thanks to a new set of features, the claimed multiservice router meets the criteria of the invention of "novelty." A comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the introduced blocks are widely known and additional creativity for their implementation is not required. However, when they are introduced in this connection with the rest of the circuit elements in the inventive multiservice router, the above blocks exhibit new properties, which leads to the achievement of the goal.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень, а используемые в устройстве блоки широко известны в литературе, что подтверждает возможность промышленной реализации мультисервисного маршрутизатора.The claimed solution explicitly does not follow from the prior art and has an inventive step, and the blocks used in the device are widely known in the literature, which confirms the possibility of industrial implementation of a multiservice router.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема мультисервисного маршрутизатора, а на фиг. 2 приведена структурная схема модуля синхронизации.In FIG. 1 is a structural electrical diagram of a multiservice router, and FIG. 2 shows a block diagram of a synchronization module.

Мультисервисный маршрутизатор содержит (фиг. 1) маршрутный процессор 1, троичную ассоциативную память 2, коммутационный блок 3, модуль 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, модуль 5 синхронизации, энергонезависимую память 6, первый процессорный модуль 7, первый СОМ порт 8, первый Ethernet порт 9, блок 10 ввода-вывода информации, второй процессорный модуль 11, второй СОМ порт 12, второй Ethernet порт 13, блок 14 выбора направлений, модули 15 преобразования сигналов, блок 16 интерфейса и линии 17 связи.The multiservice router contains (Fig. 1) a route processor 1, a ternary associative memory 2, a switching unit 3, a high-speed packet data processing module 4 with a non-blocking high-speed FPGA switching matrix, a synchronization module 5, non-volatile memory 6, the first processor module 7, the first COM port 8, the first Ethernet port 9, information input-output unit 10, the second processor module 11, the second COM port 12, the second Ethernet port 13, the direction selection unit 14, the signal conversion modules 15, the interface unit 16, and whether nii 17 communications.

Первый и второй входы-выходы маршрутного процессора 1 подключены соответственно к входу-выходу троичной ассоциативной памяти 2 и к первому входу-выходу коммутационного блока 3, вторые и третьи входы-выходы маршрутного процессора 1 подключены соответственно к входу-выходу энергонезависимой памяти 6 и к первым входам-выходам модуля 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, вторые и третьи входы-выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам-выходам модуля 5 синхронизации. Второй вход-выход коммутационного блока 3 соединен с первым входом-выходом первого процессорного модуля 7, второй и третий входы-выходы которого подключены к первым входам-выходам соответственно первого СОМ порта 8 и первого Ethernet порта 9, второй вход-выход первого СОМ порта 8 соединен с первым входом-выходом блока 10 ввода-вывода информации, второй вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом первого Ethernet порта 9, четвертый вход-выход модуля 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС подключен к четвертому входу-выходу первого процессорного модуля 7. Третий вход-выход коммутационного блока 3 соединен с первым входом-выходом второго процессорного модуля 11, второй, третий и четвертый входы-выходы которого подключены соответственно к пятому входу-выходу модуля 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, к входам-выходам второго СОМ порта 12 и второго Ethernet порта 13, пятые входы-выходы маршрутного процессора 1 соединены с первыми входами-выходами блока 14 выбора направлений, вторые входы-выходы которого соединены с первыми входами-выходами модулей 15 преобразования сигналов, вторые входы-выходы которых соединены с первыми входами-выходами блока 16 интерфейса, ко вторым входам-выходам которого подключены линии 17 связи, через которые осуществляется обмен данными (пакетами сообщений) с аналогичными маршрутизаторами.The first and second inputs and outputs of the route processor 1 are connected respectively to the input-output of the ternary associative memory 2 and to the first input-output of the switching unit 3, the second and third inputs and outputs of the route processor 1 are connected respectively to the input-output of non-volatile memory 6 and to the first inputs-outputs of module 4 of high-speed packet data processing with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix, the second and third inputs and outputs of which are connected respectively to the first and second inputs and outputs module 5 synchronization. The second input-output of the switching unit 3 is connected to the first input-output of the first processor module 7, the second and third inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the first COM port 8 and the first Ethernet port 9, the second input-output of the first COM port 8 connected to the first input-output of the information input-output block 10, the second input-output of which is connected to the second input-output of the first Ethernet port 9, the fourth input-output of the module 4 for high-speed processing of packet data with a non-blocking high-speed comm matrix Utilities on the basis of FPGA is connected to the fourth input-output of the first processor module 7. The third input-output of the switching unit 3 is connected to the first input-output of the second processor module 11, the second, third and fourth inputs and outputs of which are connected respectively to the fifth input-output of the module 4 high-speed packet data processing with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix to the inputs and outputs of the second COM port 12 and the second Ethernet port 13, the fifth inputs and outputs of the route processor 1 are connected to the first inputs the outputs of the direction selection unit 14, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the signal conversion modules 15, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the interface unit 16, the communication lines 17 are connected to the second inputs and outputs of which exchange data (message packets) with similar routers.

Модуль 5 синхронизации (см. фиг. 2) содержит антенну 18, GPS приемник 19, схему 20 формирования сигналов синхронизации и опорный генератор 21.The synchronization module 5 (see FIG. 2) comprises an antenna 18, a GPS receiver 19, a synchronization signal generation circuit 20, and a reference oscillator 21.

Высокочастотный вход-выход антенны 18 соединен с высокочастотным входом-выходом GPS приемника 19, выход которого соединен со входом схемы 20 формирования сигналов синхронизации, управляющий вход которой соединен с управляющим выходом опорного генератора 21, при этом выход схемы 20 формирования сигналов синхронизации является первым входом-выходом модуля 5 синхронизации, вторым входом-выходом которого является управляющий вход-выход опорного генератора 21.The high-frequency input-output of the antenna 18 is connected to the high-frequency input-output of the GPS receiver 19, the output of which is connected to the input of the synchronization signal generation circuit 20, the control input of which is connected to the control output of the reference generator 21, while the output of the synchronization signal generation circuit 20 is the first input the output of the synchronization module 5, the second input-output of which is the control input-output of the reference generator 21.

Маршрутный процессор 1 представляет собой специализированный процессор, спроектированный и оптимизированный для операций обработки пакетов сообщений сети передачи данных.The routing processor 1 is a specialized processor designed and optimized for processing operations of message packets of a data communication network.

Маршрутный процессор 1 выполняет функции протоколов маршрутизации, обрабатывает информацию о маршрутах, а также выполняет функции управления сетью в маршрутизаторе.The routing processor 1 performs the functions of routing protocols, processes information about routes, and also performs the functions of network management in the router.

Для конфигурации маршрутного процессора 1 используется шина PCI. Для пересылки служебных пакетов используется сеть Ethernet.The PCI bus is used to configure route processor 1. An Ethernet network is used to forward service packets.

Троичная ассоциативная память 2 представляет собой специальную память и предназначена для хранения информации, обрабатываемой в маршрутном процессоре 1.The ternary associative memory 2 is a special memory and is designed to store information processed in the route processor 1.

Коммутационный блок 3 соединяет входные порты маршрутизатора с его выходными портами. Коммутационный блок 3 представляет собой коммутатор PCI.The switching unit 3 connects the input ports of the router with its output ports. Patch 3 is a PCI switch.

Модуль 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС предназначен для пересылки служебных пакетов на первый 7 и второй 11 процессорные модули.Module 4 for high-speed processing of packet data with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix is designed to forward service packets to the first 7 and second 11 processor modules.

Использование модуля 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС дает необходимую гибкость при разработке аппаратной логики обработки сетевого трафика, а также возможность реализации дополнительного функционала при изменении конкурентной среды без изменения архитектуры устройства.Using module 4 of high-speed packet data processing with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix provides the necessary flexibility in the development of hardware logic for processing network traffic, as well as the possibility of implementing additional functionality when changing the competitive environment without changing the device architecture.

Модуль 5 синхронизации предназначен для надежного и непрерывного определения текущего времени и выдачи необходимых сигналов синхронизации 10 МГц и 1 Гц в модуль 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС.Synchronization module 5 is designed to reliably and continuously determine the current time and output the necessary synchronization signals of 10 MHz and 1 Hz to module 4 of high-speed processing of packet data with a non-blocking high-speed FPGA switching matrix.

Энергонезависимая память 6 предназначена для обеспечения сохранения данных, выработанных маршрутным процессором 1 при пропадании сети электропитания маршрутизатора.Non-volatile memory 6 is designed to ensure the storage of data generated by the route processor 1 in the event of a power failure of the router.

В заявляемом мультисервисном маршрутизаторе используются два процессорных модуля (7 и 11), работающих в горячем резерве.In the inventive multiservice router uses two processor modules (7 and 11), working in a hot reserve.

Первый 8 и второй 12 СОМ порты, первый 9 и второй 13 Ethernet порты предназначены для ввода в первый 7 и второй 11 процессорные модули программ маршрутизации пакетов данных и управляющих команд.The first 8 and second 12 COM ports, the first 9 and second 13 Ethernet ports are intended for input into the first 7 and second 11 processor modules of the routing programs of data packets and control commands.

Блок 10 ввода-вывода информации предназначен для ввода/вывода управляющих команд при первоначальной настройке маршрутизатора, включаемого в сеть передачи данных с конкретной структурой, а также автоматического перестроения архитектуры сети при структурных ее изменениях.The information input / output block 10 is intended for input / output of control commands during the initial configuration of a router included in a data transmission network with a specific structure, as well as automatic rebuilding of the network architecture during its structural changes.

Блок 14 выбора направлений содержит рандомизированную матрицу, данные для которой рассчитывают по показателям интенсивностей, распределенных на первоначальном этапе потоков пакетов сообщений по допустимым направлениям (маршрутам) сети передачи данных. При этом вероятности выбора порта в направлении определяют пропорционально интенсивности потока исходящего в направлении получателя, а значения вероятности использования источника данных определяют по формуле:Block 14 selection of directions contains a randomized matrix, the data for which is calculated according to the indicators of intensities distributed at the initial stage of the flow of message packets in the acceptable directions (routes) of the data network. In this case, the probabilities of choosing a port in the direction are determined in proportion to the intensity of the outgoing stream in the direction of the recipient, and the probability values of using the data source are determined by the formula

p(k,D)=s(i,k/D)/sΣ(i/D),p (k, D) = s (i, k / D) / sΣ (i / D),

где: s(i,k/D) - интенсивность оптимально распределенного потока, передаваемого от источника данных узла коммутации с номером i в адрес получателя D через смежный узел k,where: s (i, k / D) is the intensity of the optimally distributed stream transmitted from the data source of the switching node with number i to the address of the recipient D through the adjacent node k,

sΣ(i/D)=Σks(i,k/D) - суммарная интенсивность потоков, передаваемых от источника узла коммутации с номером i в адрес D.sΣ (i / D) = Σks (i, k / D) is the total intensity of the flows transmitted from the source of the switching node with number i to the address D.

Расчеты для таблицы маршрутизации приведены, причем в каждой строке таблицы указывают показатели интенсивности для каждого направления. Эти показатели используются для выбора физического маршрута (линии связи) для передаваемого пакета.The calculations for the routing table are shown, and in each row of the table indicate the intensity indicators for each direction. These indicators are used to select the physical route (communication line) for the transmitted packet.

В таблице приведены показатели интенсивности направлений передачи в виде значения вероятности W. При этом суммарное значение вероятности W в каждой строке равняется единице.The table shows the indicators of the intensity of the directions of transmission in the form of the probability value W. Moreover, the total value of the probability W in each row is equal to one.

Для примера, в указанной ниже таблице, приведены значения вероятности для четырех направлений передачи (узлов назначения), по которым передаются сообщения от источника, подключенного к одному из промежуточных узлов (ПУ1, ПУ2, ПУЗ и ПУ4).For example, the table below shows the probability values for the four transmission directions (destination nodes) along which messages are transmitted from a source connected to one of the intermediate nodes (ПУ1, ПУ2, ПУЗ and ПУ4).

Модули 15 преобразования сигналов совместно с блоком 16 интерфейса образуют входные и выходные порты мультисервисного маршрутизатора. При этом входной порт выполняет функции физического уровня, завершая входную физическую линию маршрутизатора. Он также осуществляет функции канального уровня, необходимые для взаимодействия с функциями канального уровня на другой стороне линии 17 связи. Еще он выполняет функции поиска и продвижения данных, так что пакет, перенаправленный в коммутационный блок 3 маршрутизатора, на выходе из него появляется из того же порта, из которого следует. Управляющие пакеты (например, пакеты, содержащие информацию протокола RIP, OSPF или BGP) продвигаются из входного порта в маршрутный процессор.The signal conversion modules 15 together with the interface unit 16 form the input and output ports of a multiservice router. In this case, the input port performs the functions of the physical layer, completing the input physical line of the router. It also carries out link layer functions necessary for interacting with link layer functions on the other side of communication line 17. It also performs the functions of searching and promoting data, so that a packet redirected to the switching unit 3 of the router, appears at the output from the same port from which it follows. Control packets (for example, packets containing RIP, OSPF, or BGP information) are pushed from the input port to the route processor.

Выходной порт хранит пакеты, переправленные ему через коммутационный блок 3, а затем передает пакеты данных пользователю по выходной линии 17 связи. Выходной порт осуществляет функции физического и канального уровней, обратные функциям входного порта. В случае двунаправленной линии 17 связи (то есть когда линия связи передает данные в оба направления) выходной порт линии связи, как правило, составляет пару с входным портом этой линии, располагаясь на той же самой карте канала.The output port stores packets forwarded to it through the switching unit 3, and then transmits data packets to the user on the output communication line 17. The output port performs the functions of the physical and channel layers, the inverse functions of the input port. In the case of a bi-directional communication line 17 (that is, when the communication line transmits data in both directions), the output port of the communication line, as a rule, is paired with the input port of this line, located on the same channel map.

Блок 16 интерфейса содержит присоединительные элементы, к которым подключаются линии 17 связи. Он обеспечивает распределение цепей и согласование входных и выходных уровней сигналов, поступающих с линий 17 связи, с выходными и входными уровнями сигналов слотов модулей 15 преобразования сигналов.The interface unit 16 contains connecting elements to which communication lines 17 are connected. It provides distribution of circuits and matching of input and output signal levels coming from communication lines 17 with output and input signal levels of slots of signal conversion modules 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Известно, что маршрутизация в IP сетях представляет собой процесс пересылки пакетов данных, основанный на изучении служебной информации, находящейся в заголовке пакета, модификации части служебной информации и пересылке пакета в нужный порт. С точки зрения пакеты данных можно разделить на два типа: служебные (протоколы маршрутизации, управления, мониторинга, диагностики), предназначенные для обработки непосредственно процессорным модулем 7 (11), и транзитные пакеты, которые подвергаются процессу маршрутизации.It is known that routing in IP networks is a process of forwarding data packets based on the study of service information in the packet header, modification of a part of service information, and forwarding of the packet to the desired port. From the point of view, data packets can be divided into two types: service packets (routing, control, monitoring, diagnostic protocols) intended for processing directly by processor module 7 (11), and transit packets that undergo a routing process.

Основную функцию по маршрутизации пакетов данных (сообщений) в заявляемом мультисервисном маршрутизаторе выполняет маршрутный процессор 1. Маршрутный процессор 1 представляет собой специализированный процессор, спроектированный и оптимизированный для операций обработки пакетов данных. На данном процессоре в бесконечном цикле выполняется специальная программа, осуществляющая анализ содержимого пакета (заголовка пакета, а в определенных случаях и тела пакета), модификацию заголовка пакета и пересылку. При пересылке пакета через определенный порт маршрутный процессор 1 руководствуется таблицей маршрутизации. Данная таблица формируется с помощью ручной настройки маршрутов, либо с помощью динамических протоколов маршрутизации.The main function of routing data packets (messages) in the inventive multiservice router is performed by the route processor 1. The route processor 1 is a specialized processor designed and optimized for data packet processing operations. A special program is executed on this processor in an infinite loop, analyzing the contents of the packet (packet header, and, in certain cases, the packet body), modifying the packet header and forwarding. When forwarding a packet through a specific port, the route processor 1 is guided by the routing table. This table is formed using manual configuration of routes, or using dynamic routing protocols.

Настоящий мультисервисный маршрутизатор содержит два процессорных модуля (7 и 11), работающих в горячем резерве. Для коммутации управляющих сигналов от активного, например, первого 7 процессорного модуля к маршрутному процессору 1 используется коммутационный блок 3. Для пересылки служебных пакетов на оба (7 и 11) процессорных модуля используется модуль 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС.This multiservice router contains two processor modules (7 and 11) operating in a hot standby. For switching control signals from an active, for example, the first 7 processor module to the route processor 1, a switching unit 3 is used. For sending service packets to both (7 and 11) processor modules, a high-speed packet data processing module 4 with non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix is used .

Для ускорения процесса поиска в таблице маршрутизации используется специальная память, так называемая троичная ассоциативная память 2.To speed up the search process in the routing table, a special memory is used, the so-called ternary associative memory 2.

При загрузке устройства процессорный модуль 7 связывается с соседними устройствами по протоколам динамической маршрутизации, при этом формируется таблица маршрутизации. После того, как таблица маршрутизации сформирована, процессорный модуль 7 преобразовывает данную информацию для хранения в троичной ассоциативной памяти 2 и энергонезависимой памяти 6.When the device is loading, the processor module 7 communicates with neighboring devices via dynamic routing protocols, and a routing table is formed. After the routing table is formed, the processor module 7 converts this information for storage in the ternary associative memory 2 and non-volatile memory 6.

В качестве портов ввода-вывода выступают слоты модулей 15 преобразования сигналов. Модули 15 осуществляют конвертацию сигналов, полученных с линий 17 связи (медных или оптических), в формат, пригодный для обработки маршрутным процессором 1.As the input-output ports are the slots of the signal conversion modules 15. Modules 15 convert signals received from communication lines 17 (copper or optical) into a format suitable for processing by route processor 1.

При поступлении пакета данных от модуля 15 маршрутный процессор 1 анализирует заголовок пакета. При этом служебные пакеты перенаправляются на процессорный модуль 7 (или 11), для транзитных пакетов осуществляется поиск соответствия в таблице маршрутизации, хранящейся в упрощенном виде в троичной ассоциативной памяти 2 и в энергонезависимой памяти 6. После этого осуществляется пересылка транзитного пакета через соответствующий порт.Upon receipt of a data packet from module 15, the route processor 1 analyzes the packet header. In this case, service packets are redirected to the processor module 7 (or 11), for transit packets, a correspondence search is performed in the routing table stored in a simplified form in ternary associative memory 2 and in non-volatile memory 6. After that, the transit packet is forwarded through the corresponding port.

Для первичной конфигурации или прямого управления мультисервисным маршрутизатором предусмотрены последовательные СОМ порты 8 (12) и порты Ethernet 9 (13), подключенные напрямую к процессорным модулям 7 (11). Через указанные порты поступают управляющие команды с блока 10 ввода-вывода информации.For the initial configuration or direct control of the multiservice router, serial COM ports 8 (12) and Ethernet ports 9 (13) are connected directly to the processor modules 7 (11). Through these ports control commands are received from block 10 input-output information.

Использование модуля 4 высокоскоростной обработки пакетных данных с неблокируемой высокоскоростной матрицей коммутации на базе ПЛИС, энергонезависимой памяти 6, блока 10 ввода-вывода информации, блока 14 выбора направлений и блока 16 интерфейса дает необходимую гибкость при разработке аппаратной логики обработки сетевого трафика, обеспечивает надежность работы устройства при пропадании сети электропитания маршрутизатора или отказа в работе одного из процессорных модулей (7 или 11), а также возможность реализации функциональных возможностей маршрутизатора при изменении конкурентной среды без изменения архитектуры устройства.The use of module 4 for high-speed processing of packet data with a non-blocking high-speed switching matrix based on FPGAs, non-volatile memory 6, information input / output block 10, direction selection block 14, and interface block 16 gives the necessary flexibility in the development of hardware logic for processing network traffic and ensures the reliability of the device in case of power failure of the router or failure of one of the processor modules (7 or 11), as well as the possibility of implementing functional capabilities the router when changing the competitive environment without changing the device architecture.

Технический эффект от предлагаемого изобретения заключается в повышении пропускной способности и надежности работы маршрутизатора в различных условиях, включая выход из строя отдельных элементов устройства и прекращение внешнего электропитания, в обеспечении непрерывного доступа к маршрутизатору и расширении его функциональных возможностей, достигаемый за счет введения новых элементов, которые в совокупности с другими элементами устройства обеспечивают получение необходимого эффекта, а также за счет непрерывной подстройки точности сигнала синхронизации как по частоте, так и по фазе, что является очень важным для цифровых сетей передачи данных.The technical effect of the present invention is to increase the throughput and reliability of the router in various conditions, including the failure of individual elements of the device and the cessation of external power supply, in providing continuous access to the router and expanding its functionality, achieved by introducing new elements that in conjunction with other elements of the device provide the desired effect, and also due to the continuous fine tuning minute synchronization signal both in frequency and phase, which is very important for digital data networks.

Источники информации.Sources of information.

1. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. - Издательство «Питер», 2000.1. Guk M. Hardware LANs. Encyclopedia. - Publishing house "Peter", 2000.

2. RU, патент на полезную модель №186859 U1, МПК H04L 12/701, H04L 12/54, Бюл. №27 от 27.09.2019 г.(прототип).2. RU, utility model patent No. 186859 U1, IPC H04L 12/701, H04L 12/54, Bull. No. 27 dated 09/27/2019 (prototype).

Claims

1. A multiservice router containing a route processor, a switching unit, a high-speed packet data processing module with a non-blocking high-speed switching matrix based on a reprogrammable logic integrated circuit (FPGA), ternary associative memory, two processor modules, a synchronization module, two COM ports, two Ethernet ports and signal conversion modules, characterized in that non-volatile memory, an information input-output unit, a direction selection unit, an in interface and communication lines, while the first and second inputs and outputs of the route processor are connected respectively to the input-output of the ternary associative memory and to the first input-output of the switching unit, the second and third inputs and outputs of the route processor are connected respectively to the input-output of non-volatile memory and to the first inputs and outputs of the high-speed packet data processing module with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix, the second and third inputs and outputs of which are connected respectively to the first and second inputs-outputs of the synchronization module, the second input-output of the switching unit is connected to the first input-output of the first processor module, the second and third inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the first COM port and the first Ethernet port, the second input-output the first COM port is connected to the first input-output of the information input-output block, the second input-output of which is connected to the second input-output of the first Ethernet port, the fourth input-output of the high-speed packet data processing module from non-blocks a high-speed FPGA-based switching matrix is connected to the fourth input-output of the first processor module, the third input-output of the switching unit is connected to the first input-output of the second processor module, the second, third and fourth inputs and outputs of which are connected respectively to the fifth input-output of the module high-speed packet data processing with a non-blocking high-speed FPGA-based switching matrix to the inputs and outputs of the second COM port and the second Ethernet port, fifth input-outputs of the route processor and connected to the first inputs and outputs of the direction selection unit, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the signal conversion modules, the second inputs and outputs of which are connected to the first inputs and outputs of the interface unit, to the second inputs and outputs of which communication lines are connected, through which data is exchanged with similar routers.

2. The router according to claim 1, characterized in that the synchronization module comprises an antenna, a GPS receiver, a synchronization signal generation circuit and a reference generator, wherein the high-frequency input-output of the antenna is connected to the high-frequency input-output of the GPS receiver, the output of which is connected to the input of the circuit of generating synchronization signals, to the control input of which the control output of the reference generator is connected, while the input-output of the circuit for generating synchronization signals is the first input-output of the synchronization module, the second the move-output of which is the control input-output of the reference generator.

3. The router according to claim 1, characterized in that the direction selection block contains a randomized matrix, the data for which is calculated by the intensity indicators distributed at the initial stage of the message packet flows along the selected (valid) network directions (routes).