具有通用傳遞接口的多業務交換機的製作方法

2023-12-07 04:24:41 6

專利名稱：具有通用傳遞接口的多業務交換機的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡交換機，更具體地是涉及從單獨平臺提供多個網絡業務的多業務網絡交換機。
背景技術：
今天的網絡服務提供商面臨著極大的挑戰。通信水平快速提高。客戶和公司均要求更高的訪問速率並在網際網路上停留更長的時間，同時希望有可預測的性能和嚴格的服務等級保證。這直接需要網際網路服務提供商(ISP)在其落腳點(POP)位置提供更大的容量和更高的速度，並且最好不損害性能。
為了保證可接受的性能，服務提供商正在增加對更多用戶、傳輸和事務的支持，並且最好沒有引入瓶頸或損害網絡可用性。許多基於網絡的商業交易均對時間有嚴格要求並且通常不能容忍過度的延遲或中斷。
為了適應某些挑戰，某些ISP接入集線器和高端路由器以處理高密度傳輸。然而常規接入集線器和高端路由器的問題是在設計中均採用中央CPU進行集中式處理。通過集中路由傳送器/處理器傳遞所有數據增加了處理開銷，導致瓶頸，限制可伸縮性並且產生單點故障。當增加新模塊時中央處理器本質上不能有效處理增加的數據傳輸數量。當增加更多的模塊時，系統性能會遇到屏障。
除了通信量增長的挑戰之外，網絡技術的多樣性增長也是個挑戰。用戶可以通過撥號連接，ISDN鏈路，租借線路，幀中繼，ATM虛擬電路來接入公共基礎設施。它們可以使用音頻級數據機，電纜數據機，各種xDSL數據機，或其它數據機。在基礎設施內部，服務提供商的POP可以依附於核心網絡和POP中使用ATM，幀中繼或乙太網的其它設備。
以常規方式支持各種網絡技術意味著ISP通常增加不同的接入伺服器，接入路由器和/或獨立的LAN交換機，這通常導致ISP費用和管理複雜性的增加。
因此，需要能夠提供耐故障和有效服務的網絡交換機以適應網絡傳輸數量和種類的增加。這種交換機最好允許ISP提供增值業務，從而允許它們彼此區別競爭對手，進入新市場並且提高從現有客戶得到的收入。

發明內容
本發明涉及能夠從單獨平臺提供包含數據機和ISDN服務，幀中繼支持，LAN接口和層次2與層次3交換的多種業務的多業務網絡交換機。根據本發明的一個實施例，交換機引入分布式分組傳遞體系結構，其中各種系統接口模塊(卡)具有板上智能，路由傳遞和路由處理信息。所以各個模塊能夠獨立作出傳遞決定，從而允許並行傳遞分組。根據本發明的一個方面，通過包含一個路由表，傳遞表和IP高速緩存的層次路由方案完成分布式分組傳遞。各個接口模塊最好包含具有已知目的地址的IP高速緩存和傳遞表。如果在IP高速緩存或傳遞表中沒有搜尋到目的地址，則在路由表中進行查找並且獲得用於傳遞分組的路由信息。
在可選實施例中，交換機包含一個或多個下列功能交換機允許動態資源管理向入局呼叫動態分配資源。通過這種方式，資源不被限定到特定的埠，而是可以在各種接口模塊中間共享。如果某個資源在系統中隨處可用，則任意的卡均可以使用該資源。此外，如果一個資源出現故障，則被標記成不可用並且最好把呼叫自動連接到其它資源上。在完全分布式的體系結構中，這種處理減少了發送或應答資源請求時對單獨處理單元的依賴。
交換機也可以包含故障管理功能以防護交換機內部的單獨故障點。一個耐故障應用管理器(FTAM)監視系統模塊，並且在一個模塊出現故障時剩餘模塊中的FTAM軟體從故障中恢復出來並且將連接重新路由到不同的資源或輸出埠。FTAM最好調用自動保護切換(APS)硬體和軟體以便自動從設備故障和外部鏈路故障中恢復出來。
通過把交換機分成多個虛擬路由器，交換機還可以成批售出撥號網絡，其中撥號埠被轉給其它ISP。各個虛擬路由器最好配置自身的資源(例如ISDN或數據機資源)和虛擬路由器專用的路由表。所以各個虛擬路由器最好充當以獨立和自包含方式工作的分離路由器。根據本發明的一個特定方面，各個虛擬路由器還被分成虛擬專用網以便控制對網絡的接入。通過過濾器產生虛擬專用網，其中各個過濾器與一個過濾條件和在導向虛擬路由器的數據塊符合濾波條件時採取的動作相關聯。
交換機基於策略的路由也支持撥號網絡批發。交換機允許根據與呼叫相關的呼叫策略為具體連接選擇路由路徑。因而根據諸如連接的內鏈類型，域名電話號碼之類的因素可以建立針對具體批發ISP的路由器的連接。
交換機還通過定義各個入局連接請求的接入質量等級(QoA)來提供對網際網路的分等級接入。QoA等級允許交換機在存在資源競爭時對入局連接請求劃分優先權。為具有較高QoA等級的連接請求指定的優先權最好高於具有較低QoA等級的連接請求。
交換機還可以支持一個IP路由協議和體系結構，其中層次2協議獨立於其運行所依賴的物理接口。埠接口(PIF)模塊允許將層次2協議動態綁定到物理接口。當在物理埠上建立連接時，交換機針對該埠產生一個PIF對象。PIF對象最好根據連接類型確定針對會話使用的層次2協議，並且將一個層次2接口動態綁定到介質埠的層次1接口上。通過這種方式，層次2協議不需要依賴其運行所需的物理介質埠，而是可以在運行時刻動態確定。當一個分組將被傳遞到物理埠時，PIF接收分組，加入要求的層次2封裝報頭，並且將分組傳遞到適當的物理接口。
交換機還可以包含對應用透明的通用傳遞接口(GFI)軟體。GFI軟體最好為傳遞函數提供一個統一接口以便屏蔽在不同接口類型上發送和接收分組的詳細信息。最好還為驅動器定義一個傳遞從系統接收和發送的分組的接口。


結合下列詳細描述，所附權利要求書和附圖可以更加完全地理解本發明的這些和其它特性，方面和優點，其中圖1是有關基於本發明一個實施例的多業務網絡交換機的示意模塊圖；圖2是更加詳細的、關於圖1的傳遞模塊的示意模塊圖；圖3是有關對進入圖1的交換機的呼叫的處理的示例性流程圖；圖4是更加詳細的、有關圖2的一個IP傳送器模塊的功能模塊圖；圖5是關於路由表的示意結構圖；圖6是關於傳遞表的示意結構圖；圖7是關於IP高速緩存的示意結構圖；圖8是關於ARP表的示意結構圖；圖9是關於圖4的IP傳送器模塊參與的分組傳遞過程的流程圖；圖10是關於域資料庫的示意結構圖；圖11是關於呼叫策略記錄的示意結構圖；圖12是基於策略的路由的處理流程圖；圖13是關於接入質量表的示意結構圖；圖14圖解了一個路徑，如果正在共享交換機資源則連接可以使用該路徑；圖15是關於數據機資源列表的示意結構圖；圖16是關於資源分配過程的流程圖；圖17是關於圖1維護各個虛擬路由器的路由表的交換機的示意模塊圖；圖18是關於包含各種虛擬專用網會話的會話列表的示意結構圖；圖19是關於包含各種虛擬專用網規則的規則列表的示意結構圖；圖20是關於包含各種虛擬專用網過濾器的過濾器列表的示意結構圖；圖21是關於過濾模塊參與的分組過濾過程的流程圖；圖22是關於針對外部鏈路故障引入APS機制的交換機的示意模塊圖；圖23是關於引入後備埠的交換機的示意模塊圖，上述後備埠被物理連接到一個單獨的卡上的另一個埠；圖24是關於引入1:2保護切換的交換機的示意模塊圖；
圖25是關於引入基於本發明一個可選實施例的1:2保護切換的交換機的示意模塊圖；圖26是關於引入1:1保護切換的交換機的示意模塊圖；圖27是關於IP傳遞層，層次2協議和層次1物理接口的示意模塊圖；圖28是示出具有多個埠接口的層次1，2和3接口的示意模塊圖；圖29是關於把圖1的交換機分成驅動器和應用的通用傳遞接口的示意模塊圖；圖30是關於通用分組格式的示意模塊圖；圖31是關於傳遞埠地址的示意結構圖；圖32是關於物理埠地址的示意結構圖；圖33是關於輸入埠信息的示意結構圖；圖34是關於輸出埠信息的示意結構圖；圖35是關於虛擬地址埠分配的示意結構圖；和圖36是關於支持接收隊列和傳遞隊列的通用傳遞接口的示意結構圖。
具體實施例方式
I.多業務網絡交換機系統體系結構圖1是關於基於本發明一個實施例的多業務網絡交換機(也被稱作″機架″或″系統″)的示意模塊圖。交換機上的各個插槽最好插入一個被稱作傳遞模塊(FM)10的單獨接口模塊(卡)。如下所述，各個FM10最好包含板上智能，路由傳遞和路由處理信息以便進行分布式分組傳遞。
一種被稱作系統控制模塊(SCM)14的FM承載一個路由伺服器並且充當網絡管理的控制點。SCM14還執行FM10的所有典型功能。
交換機包含至少兩個用於承受故障的SCM，即主SCM和輔助SCM。在系統啟動時選擇主SCM並且通知到所有其它FM10。主SCM最好選擇輔助SCM作為後備。如果主SCM出現故障，則輔助SCM自動成為主SCM，最好沒有信息損失和服務中斷。
各個FM10可以具有特定於應用、針對附加物理線路接口或支持硬體的相關子卡，這種子卡被稱作專用模塊(PM)12。在最優實施例中，存在一個或兩個與各個FM相關的PM。示例性的PM12包含乙太網交換機PM12a，初級速率接口PM12b，數字數據機伺服器PM12c，和串行數據接口PM12d。並且，FM10和PM12允許某個ISP完全在一個單獨的平臺內提供大量服務並且支持大量應用。
乙太網交換機PM12a允許建立一個到諸如網際網路的公共網絡的LAN連接。這個模塊通常被用來將伺服器機組，內聯網和Web連接到網際網路。根據本發明的一個實施例，乙太網交換機PM12a提供十二個10Mb乙太網埠和兩個10/100Mb自動探測乙太網/快速乙太網埠。
初級速率接口(PRI)PM12b提供網際網路撥號連接。可以在軟體中為T1/E1鏈路或PRI ISDN鏈路提供這個模塊。PRI PM 12b為每個埠上的自動保護切換提供冗餘連接。埠″A″13被分配成活躍主埠，而埠″B″15被分配成在線後備埠。
數字數據機伺服器PM12c為數據機呼叫提供撥號接入。根據本發明的一個實施例，各個數字數據機伺服器PM12c提供一個由32個數據機構成的數據機池。數字數據機伺服器PM12c最好沒有物理連接器。因而通過底板將入局呼叫路由到FM10，其中在FM10上連接了數字數據機伺服器PM12c。根據諸如接入質量和虛擬路由器ID的資源可用性條件為入局呼叫分配可用的數據機。如果能夠為一個呼叫提供服務，則不管呼叫進入哪個FM10，均會將呼叫隨機分配到數據機池中一個可用數據機上。
串行數據接口PM12d允許串行同步通信。串行數據接口PM12d總共支持四個鏈路，例如三個幀中繼和一個乙太網鏈路，或者四個幀中繼鏈路並且沒有乙太網鏈路。串行數據接口PM12d上的鏈路層最好屬於幀中繼類型，並且鏈路層通常連接到本地路由器或外部設備以便建立到ISP或服務提供商的連接。
除了專用PM12d之外，專用FM10也可以允許ISP提供大量服務。專用FM最好是固定結構模塊，其中處理能力和功能被緊密固定在模塊上。示例性的專用FM包含數字數據機伺服器FM和WAN線路接口FM。WAN線路接口FM對交換機提供信道T1或初級速率ISDN接入。數字數據機伺服器FM為數據機呼叫提供撥號接入。數字數據機伺服器FM通常提供32個數據機，但是在增加數字數據機伺服器PM12c的情況下可以提供多達64個數據機。
交換機最好包含一個互連FM10和SCM14的冗餘總線體系結構。這個總線體系結構最好在交換機底板上提供兩個(右和左)管理總線16，兩個(右和左)時分多路復用(TDM)總線18，和兩個(右和左)信元/ATM總線20。在本發明一個實施例中，所有的卡均預設使用右管理和TDM總線。所有偶數插槽中的卡均預設使用左信元總線，而所有奇數插槽中的卡均預設使用右信元總線。冗餘總線體系結構允許自動將傳輸切換到剩餘總線以保證連續服務。當恢復出現故障的總線的操作時，傳輸最好被自動切回到重新恢復的總線上。
管理總線16提供內部系統通信以便監視各種系統部件。例如，管理總線傳遞用於啟動排序，模塊狀態和其它硬體管理功能的消息。
TDM總線18為數字數據機伺服器PM12c提供通信。根據本發明的一個實施例，TDM總線16c支持超過2,000個DS0連接並且共享這些連接上發送的傳輸負載。
信元總線20在FM10之間轉移用戶傳輸，並且使用多點傳送電路傳遞內部協議和控制消息。
除了上述之外，交換機還包含兩個時鐘卡，即一個右或第一時鐘卡18a和一個左或第二時鐘卡18b，這兩個時鐘卡分別可以被指定成活躍主時鐘卡或冗餘後備時鐘卡。右時鐘卡18a監視右TDM和信元總線，而左時鐘卡18b監視左TDM和信元總線。
兩個時鐘卡周期性檢查其各自的TDM和信元總線，以及系統風扇架、系統風扇的狀態和供電的有無及類型。時鐘卡接著通過其管理總線16向所有FM10周期性廣播一個機架狀態消息。
最好為時鐘卡提供至少一個時鐘源以便交換機接收撥號呼叫。時鐘最好強制發送和接收位保持同步。根據本發明的一個實施例，交換機支持多達五個基準時鐘，一個作為在線主時鐘，一個是冗餘輔助時鐘，另外有三個可選時鐘。交換機可以根據一個外部信源或內部系統時鐘導出基準時鐘。如果來自一個信源的輸入變得不可接受，則時鐘卡自動切換到一個後備時鐘源。類似地，如果一個時鐘卡或TDM總線出現故障，則選用其它的卡或總線。
圖2是更加詳細的、關於圖1的FM10的示意模塊圖；雖然針對FM10描述了圖2，但由於SCM14是特定類型的FM10，所以相同的模塊圖也可以適用於SCM14。然而SCM14可以包含附加存儲器，快閃PROM和引導PROM。根據本發明的一個實施例，FM10包含至少一個，但通常為兩個RISC處理器一個右或第一處理器(RCPU)22a(也被稱作應用CPU)和一個左或第二處理器(LCPU)22b(也被稱作驅動器CPU)。在一個具有兩個CPU的最優實施例中，LCPU22b主要負責接收和發送分組，RCPU22a主要負責故障管理，協議封裝/解除封裝和類似操作。RCPU22a和LCPU22b均通過外設部件互連(PCI)總線28a，28b訪問共享存儲器24。
PCI橋30把右PCI(RPCI)總線28a連接到左PCI(LPCI)總線28b。RPCI總線28a最好是橋30的主PCI總線，而LPCI總線28b是輔助PCI總線。
各個FM10最好也包含一個通用模塊管理(GMM)26模塊以便通過管理總線16與RCPU22a交換消息。根據本發明的一個實施例，GMM26被實現成一個智能微處理器。通過一組寄存器實現GMM26和RCPU22a之間的通信。在一個可編程邏輯設備中實現寄存器並且RCPU22a通過一個PCI輸入/輸出40模塊訪問寄存器。根據本發明的一個實施例，GMM26提供兩個狀態寄存器，GST0和GST1，其中RCPU22a通過上述狀態寄存器查詢並獲得有關機架狀態，最後提交命令的狀態，消息隊列中以前和當前消息的狀態和類似狀態的信息。
GMM26通過管理總線16接收從其它GMM廣播的消息和尋址到其FM10的消息。根據本發明的一個實施例，只有某個被指定成機架管理器的卡上的GMM26接收廣播消息。所有其它GMM最好忽略廣播消息並且只接收尋址到卡上的消息。如下所述，駐留在機架管理器上的GMM26針對時鐘卡18a，18b周期性廣播的機架狀態消息完成特殊的處理。
任意的卡，只要是FM10或SCM14，就可以被指定成機架管理器。然而整個系統只有一個活躍的機架管理器，即主機架管理器。如果主機架管理器出現故障，則後備輔助機架管理器代之成為活躍機架管理器。
最好在系統啟動期間選擇主機架管理器和輔助機架管理器。各個卡包含一個機架管理開關，並且所有具有打開的機架管理開關的卡均是機架管理器候選。這些候選不需要發送任何激活請求便可以啟動。根據本發明的一個實施例，具有打開的機架管理開關的機架的最低插槽內的卡被選成主機架管理器，具有打開的機架管理開關的機架的倒數第二低的插槽內的卡被選成輔助機架管理器。如果系統中只有一個卡，則這個卡既是主機架管理器又是輔助機架管理器。一旦選擇了主要和輔助機架管理器，則這些卡但開始應答從其它卡接收的激活請求。
主要和輔助機架管理器通過信元總線20呼叫消息進行通信。主機架管理器控制右活躍管理和信元總線16a，20a。輔助機架管理器控制左後備管理和信元總線16b，20b。如果輔助機架管理器檢測到主機架管理器的一個故障(由於呼叫消息超時)，則輔助機架管理器最好切換到右管理總線16a，復位主機架管理器並且成為新的主機架管理器。新的主機架管理器根據機架中的插槽位置選擇新的輔助機架管理器。如果主機架管理器檢測到輔助機架管理器的一個故障，則主機架管理器復位輔助機架管理器並且選擇一個新的FM10充當輔助機架管理器。
機架管理器包含一個機架管理模塊(CMM)34。CMM34通過GMM26接收和發送機架狀態消息，並且負責監視和管理系統。CMM34還專門負責機架供電管理。因而，當一個新的FM10插入系統時，新插入的卡的GMM26讀取FM10和PM12中的一個串行EEPROM以確定其功率要求。EEPROM存儲關於卡的型號，修改，序號和功率要求的信息。新卡的GMM26接著在管理總線16上通過一個激活請求消息向機架管理器廣播功率要求。機架管理器中的GMM26接收請求並且把請求傳遞到CMM34以確定在系統中是否有足夠的功率提供到卡上。如果有，則機架管理器中的GMM26用一個激活模塊消息應答。
機架管理器中的CMM34最好還負責時鐘卡監視。主機架管理器中的CMM34偵聽右時鐘卡通過右管理總線16a周期性發送的機架狀態消息，而輔助機架管理器中的CMM34偵聽左時鐘卡通過左管理總線16b周期性發送的機架狀態消息。機架狀態消息包含機架供電，風扇，和溫度的狀態。各個機架管理器中的GMM26監視其各自的管理總線上的機架狀態消息。GMM26接著將機架狀態消息中的任何變化通知到CMM34。如果功率是有限資源，則CMM34從最高編號的插槽開始關閉插槽中的卡，直到系統中仍然提供的供電可以滿足功耗要求。
如果GMM26在一個具體的管理總線上沒有接收兩個連續的機架狀態消息，則兩個通知其CMM34。CMM34接著調用FTAM36以便在其管理總線上廣播一個測試消息。如果傳輸成功，或如果傳輸因目的地不存在而出現故障，則假定其時鐘卡(例如右時鐘卡18a)出現故障並且FTAM36產生一個故障通知。所有的卡接著被轉移到後備管理總線(例如左管理總線16b)上。當故障時鐘卡恢復工作時，所有的卡最好被轉移到初始的管理總線(例如右管理總線16a)上。
如果傳輸因總線不可用而出現故障，則認為所監視的管理總線(例如右管理總線16a)發生故障並且FTAM36產生一個故障通知。對應的機架管理器把所有的卡轉移到後備管理總線(例如左管理總線16b)上。監視出現故障的管理總線，並且當上述總線是恢復工作時，最好把所有的卡轉移到這個總線上。
CMM34結合機架管理器中運行的FTAM36對機架進行管理和監視。在機架的其它各個卡中也運行FTAM36的一個實例。鑑於CMM34負責整個機架，FTAM36最好負責識別故障並且對卡的某些局部故障作出響應。FTAM36還專門提供對卡故障和鏈路/埠故障的本地監視，故障檢測，故障通知，故障隔離，和服務恢復(只要可能)。
應用軟體部件在FTAM36上登記識別要監視的事件。當檢測到故障時，FTAM36通知所有登記該類型事件的應用。FTAM36和應用接著採取糾正措施。例如，一個時鐘管理器應用可以在FTAM36上登記選擇活動連結上的外部時鐘源。一個冗餘埠列表應用可以在FTAM36上登記確定故障鏈路並切換到活躍後備埠。IP應用可以在FTAM36上登記更新具有故障鏈路/埠入口的傳遞表。
各個FTAM36通過呼叫消息檢測卡故障。各個FM20通過信元總線20按照固定時間間隔發送呼叫消息。如果某個卡不發送呼叫消息，則系統中的其它卡將這個卡標記成出現故障。各個卡中的FTAM36則更新所有受故障事件影響的列表。在檢測到卡故障時，主SCM14通過管理總線向主機架提交一個復位請求以便重新啟動故障卡。
各個FTAM36最好還檢測鏈路/埠故障。鏈路和埠驅動器一直監視各個鏈路和埠的狀態。如果檢測到狀態改變，則一個鏈路故障廣播消息被發送到FTAM36。系統的自動保護切換(APS)硬體和軟體機制允許自動從設備故障和外部鏈路故障中恢復出來。例如，初級速率接口(PRI)PM12b(圖1)上的各個埠具有兩個連接器，一個埠″A″13連接器和一個埠″B″15連接器。如果在埠″A″13上檢測到一個內部故障，則系統的APS機制自動把WAN傳輸重定向到埠″B″15連接器上。
再次參照圖2，各個FM10還包含一個連接管理器46和一個資源管理器38。連接管理器46檢測FM10的入局呼叫，而資源管理器38管理和分配包含數字數據機和ISDN切換資源的本地資源。到交換機的各個連接需要特定的硬體和軟體資源設置。例如，幀中繼呼叫需要一個線路接口，一個HDLC控制器，一個幀中繼協議堆棧，和幀傳遞軟體。通常，在輸入FM10及其相關PM12上搜尋一個連接所需的所有資源。但有時一個卡上進入系統的傳輸需要另一個卡上的資源。因而，當連接管理器46檢測到一個入局呼叫時，通過信元總線20廣播一個資源請求。各個卡中的資源管理器38接收請求並且確定需要什麼資源。如果卡具有請求的資源，則將這個卡分配給入局呼叫。
各個FM10也包含一個根據層次3地址傳遞分組的IP傳送器44。IP傳送器模塊最好包含本地路由信息以便通過右或第一IP傳遞引擎42a和左或第二IP傳遞引擎42b傳遞分組。當FM10接收到一個分組時，IP傳送器44在已經了解目的地址的情況下繼續傳遞分組。否則，IP傳送器44查找中央路由表並且獲得必要的路由信息。
圖3是處理進入圖1的交換機的連接請求的示例性流程圖。程序開始執行，並且在步驟50連接管理器46在FM10(接收FM)的一個物理埠中檢測到一個入局呼叫。在步驟52，連接管理器46將入局呼叫通知到接收FM10中的資源管理器38。資源管理器38在步驟54搜尋呼叫策略資料庫以便找到某個對應於入局呼叫的呼叫策略記錄。呼叫策略記錄包含規定如何路由呼叫的各種參數。可以根據呼叫內鏈，電話號碼，域名，源地址，目的地址和類似內容使用不同的策略。
呼叫策略參數中包含與呼叫相關的接入質量(QoA)等級，服務質量(QoS)等級，虛擬路由器ID，和虛擬專用網ID。QoA是一個對用戶進行分類並且根據其QoA等級與當前資源利用率的比較結果授權接入交換機的方法。這允許在存在資源競爭時劃分網際網路的接入等級。最好為各個QoA等級分配一個閾值資源使用百分比。如果資源利用率低於為入局呼叫的QoA等級分配的閾值資源使用百分比，則接受呼叫。否則拒絕呼叫。
QoS是對用戶進行分類以便在呼叫被接受的情況下確定傳送分組的優先權的方法。QoS通過根據其QoS等級處理連接的方式提供優先處理。呼叫的QoS等級越高，則為呼叫的分組分配的處理優先權也越高。
入局呼叫的虛擬路由器ID和虛擬專用網ID允許交換機提供對授權給用戶的資源的訪問。根據本發明的一個實施例，交換機可以被分成多個虛擬路由器，其中各個虛擬路由器具有其自身的資源設置(例如ISDN或數據機資源)和路由表。因而各個虛擬路由器最好充當以獨立和自包含方式工作的分離路由器。各個虛擬路由器還可以被分成多個虛擬專用網(VPN)以便進一步控制對交換機的接入。使用過濾軟體產生VPN，過濾軟體根據諸如源地址和/或目的地址的條件過濾指向虛擬路由器的傳輸。
一旦根據呼叫策略記錄確定了呼叫的QoA等級，QoS等級，虛擬路由器ID和VPN ID，資源管理器38在步驟58向其它FM10廣播一個資源請求消息。如果有FM10具有符合呼叫的QoA等級和虛擬路由器ID的可用資源，則具有可用資源的FM10向接收FM10發送一個應答以便把呼叫連接到可用資源。
如果接受入局呼叫，則程序在步驟59產生一個埠接口(PIF)對象，這個對象確定用於會話的層次2協議。交換機提供的一個通用傳遞接口接著把層次2接口動態綁定到物理埠的層次1接口上。通過這種方式，層次2協議不需要依賴其運行所需的物理介質埠，而是可以在運行時刻動態確定。
在步驟60，程序調用ISP的認證伺服器對用戶進行認證。典型的認證伺服器是RADIUS伺服器。認證伺服器最好包含一個用戶資料庫和詳細定義提供給各個用戶的服務類型的用戶配置信息。如下所述，服務配置信息可以包含壓縮類型，QoA等級，QoS等級，和/或分配給用戶的VPNID。根據本發明的一個實施例，認證伺服器中的配置信息可以覆蓋通過呼叫策略資料庫提供的預設配置信息。
在認證用戶之後，數據分組可以被傳遞到步驟62的目的地址。在這點上，交換機提供了被稱作通用傳遞接口(GFI)的統一接口，這個接口負責相同FM10上的埠之間或通過總線到交換機中另一個FM10的所有內部分組傳遞。具體地，GFI軟體使物理鏈路驅動器對應用和鏈路協議透明，因而任何物理接口可以和任何協議或應用關聯。因而所有的GFI傳遞功能均是協議透明的。
當分組到達系統中時，GFI軟體使用GFI應用程式把分組轉換成通用格式。當分組將被發送到物理埠時，GFI軟體調用適當驅動器的傳遞函數以發送分組。驅動器的傳遞函數接著負責識別物理埠並且把分組傳遞到PIF模塊以便將通用分組轉換成驅動器的特定格式並且從所需的埠發送出去。
然而在傳遞數據分組之前，最好進行檢查以確定是否有適用於數據分組的過濾器。過濾器確定分組將被傳遞或丟棄。根據分組的VPN ID定位適用於數據分組的過濾器。
II.分布式處理和分組傳遞圖1的多業務網絡交換機的一個特性是使用分布式處理和分組傳遞體系結構進行IP(層次3)路由。各個FM10中的IP傳送器模塊提供必要的分組傳遞和路由處理智能。與集中處理器會產生瓶頸的常規接入伺服器不同的是，分布式傳遞體系結構有助於減少或消除單點阻塞並且允許標定產品的針對接口數量和分組傳遞性能。
圖4是更加詳細的、有關圖2的IP傳送器模塊44的功能模塊圖。IP數據分組到達PM12的一個介質埠並且被其介質埠驅動器118處理。在另一個FM10通過信元總線20已經傳遞分組的情況下，也可以由一個底板驅動器120接收IP數據分組。
當在介質埠上建立連接時，交換機針對該埠產生一個埠接口(PIF)122對象。PIF122對象根據連接類型確定用於當前會話的層次2協議，並且GFI軟體124將層次2接口動態綁定到介質埠的層次1接口上。
通過這種方式，層次2協議不需要依賴其運行所需的物理介質埠，而是可以在運行時刻動態確定。
PIF122還包含存儲各個埠的特定介質和分組格式信息的PIF結構。PIF結構被組織成以控制器號碼和埠號碼為索引的二維數組。
邏輯埠識別器(LPI)128與PIF122通信並且包含涉及各個物理埠的IP參數。每當希望發送分組時，IP層調用一個LPI發送函數。LPI發送函數識別適當的物理埠並且將分組傳遞到PIF122以便增加特定於介質的層次2封裝報頭並且從適當埠發送出去。
當介質埠驅動器120接收到分組時，最好由驅動器把分組轉換成通用格式並且發送到GFI124軟體。GFI124最好處理一個協議透明層次中的所有內部分組傳遞，其中隱藏了在不同接口類型上發送和接收分組的細節。GFI124還根據分組的QoS將分組排入系統共享存儲器24(圖2)的四個GFI緩衝區中的一個緩衝區。
分組處理模塊126在GF2緩衝區中查詢分組，並且分析分組以定位出分組的PIF結構。一旦定位，則分組處理模塊126最好檢查分組是否數據分組，檢查是否建立會話，並且將分組傳遞到IP傳送器44。如果需要路由分組，則IP傳送器嘗試根據其IP高速緩存102或傳遞表90獲得目的地信息。如果不成功，則IP傳送器44試圖根據SCM14中存儲的路由表70獲得信息。另外，IP傳送器44可以通過地址解析協議(ARP)功能模塊114或管理ARP(MARP)功能模塊116發出的MARP請求從一個ARP列表獲得目的地址的附加參數。
圖5是關於基於本發明一個實施例的路由表70的示意結構圖。路由表70列出了從FM10可達的所有IP目的地址和到達各個目的地址的所有已知路由。可以根據包含RIP，OSPF，BGP4和類似協議的標準路由協議產生路由表。
根據本發明的一個實施例，路由表70包含一個標識分組可以到達的已配置目的IP位址的目的欄位72。路由表還包含一個子網欄位74，該欄位通過隱藏或示出部件地址來指示出目的IP位址中的重要位。數值″0″允許示出IP位址的對應位，而數值″255″則隱藏IP位址的對應位。通過這種方式可以指定子網中的大量地址。
路由表70還包含一個次轉發段路由器欄位76，該欄位指示一個次轉發段路由器的IP位址。一個所有者欄位78指示如何學習路由。具體地，″OSPFE″指示路由是一個從不同的路由域(例如RIP)學習到的外部路由。″OSPF1″指示路由是一個區域內路由。″OSPF2″指示路由是一個區域間路由。″LOCAL″指示路由屬於直接連接。″STATIC″指示路由是人工配置路由。″DIAL-POOL″指示從撥號池分配路由。
費用欄位80指示與各個路由相關的費用。費用的依據是使用指示的路由對目的IP位址的距離度量。通常使用任何適當或常規的距離向量算法計算費用。
圖6是關於基於本發明的傳遞表90的示意結構圖。傳遞表90是路由表70的一個子集。然而與路由表70不同的是，傳遞表90最好列出IP目的地址和到達所有這些目的地址的最優已知路由。
就象路由表70那樣，傳遞表90包含分別指示IP目的地址和子網掩碼的目的欄位92和子網欄位94。如果路由是遠程路由，則次轉發段路由器欄位96指示一個次轉發段路由器IP位址。
類型欄位98指示埠連接的類型。例如，如果連接類型被指示成″SPORT″，則目的IP位址位於一個單獨的埠上。如果連接類型被指示成″VLAN″，則目的地屬於一個虛擬LAN。如果類型被指示成″DIAL″，則目的埠位於撥號IP位址池。
傳遞表也包含一個描述路由類型的標誌欄位100。這個欄位的有效數值是″S″，該數值指示一個系統接口，其中目的地位於一個交換機接口的遠端；″D″，該數值指示一個直接接口，其中目的地被連接到交換機(相同或不同的卡上)；″R″，該數值指示目的地位於網絡遠端的另一個設備上；″P″，該數值指示目的地位於上級網絡；″F″，該數值指示目的地是預設路由；″M″，該數值指示目的地是一個管理接口。
圖7是關於基於本發明一個實施例的IP高速緩存102的示意結構圖。IP高速緩存102還位於各個FM10內並且列出了最近使用的IP源/目的地址對以及物理埠地址和報頭信息。因而如果IP高速緩存內有一個目的地址，則不用查找任何路由或傳遞表便可以傳遞分組，從而允許提高傳遞性能。
根據本發明的一個實施例，IP高速緩存102包含分別指示近來的IP目的地和源地址的目的欄位104和源欄位106。一個外部埠欄位108指示向目的地址發送數據的物理埠。報頭欄位110指示用於向目的地址傳遞分組的16位MAC報頭信息。
圖8是關於基於本發明一個實施例的ARP列表112的示意結構圖。ARP列表允許將IP位址解析成本地目的地的MAC地址和物理埠地址。當一個設備被連接到FM10時，IP軟體動態完成MAC-IP位址轉換並且在FM10的ARP列表112中存儲這個信息。
ARP列表112包含一個IP位址欄位200，該欄位指示一個將被轉換成MAC地址和物理埠地址的IP位址。MAC地址欄位202指示對應於IP位址的MAC地址。物理埠欄位204指示對應於IP和MAC地址的物理埠地址。根據本發明的一個實施例，埠地址約定如下所述設備類型.機架.插槽.專用模塊位置.鏈路.埠設備類型是對提供連接的PM12的類型的雙字符描述。交換機最好至少支持下列PMISDN的初級速率接口PM12b(is)；T1的初級速率接口PM12b(t1)；數字數據機伺服器PM12c(mo)；乙太網交換機PM12a(en)；和幀中繼的串行數據接口PM12d(fr)。
機架編號是為交換機分配的號碼。插槽編號指示插入FM的插槽。從插槽編號1開始自底向上對插槽順序編號。專用模塊位置指示一個右PM(編號1)或左PM(編號2)。鏈路指定模塊上配置的邏輯鏈路數量。埠編號指示PM上的一個埠。因而根據這個連接，物理埠地址En1.3.1.1.1指示針對機架1，插槽3，右PM，鏈路1，物理埠1上的一個乙太網模塊的連接。
ARP列表112還包含一個類型欄位206，如果在網絡中根據統計結果配置地址，該欄位指示地址屬於靜態(″S″)類型，如果地址位於直接連接的網絡上，該欄位指示地址屬於本地(″L″)類型，如果地址是通過學習得到的，該欄位指示地址屬於動態(″D″)類型，如果地址位於遠程網絡上，該欄位指示地址屬於遠程(″R″)類型，如果在一個點到點鏈路上學習到地址，該欄位指示地址屬於點到點(″P″)類型，如果地址屬於一個路由器，該欄位指示地址屬於路由器(″T″)類型，如果通過一個廣播分組學習到地址，該欄位指示地址屬於廣播(″B″)類型。
圖9是關於IP傳送器44參與的分組傳遞過程的流程圖。當一個需要路由的IP分組被傳送到IP傳送器44時，程序在步驟210查詢IP高速緩存102是否包含目的地址。如果IP高速緩存102中有一個目的地址條目，則把MAC報頭從報頭欄位110複製到分組，並且在步驟212把分組傳遞到外部埠欄位108指示的物理埠。如果物理埠位於不同的卡上，則使用底板驅動器傳遞分組。
如果IP高速緩存102中沒有目的地址條目，則程序在步驟214查詢IP傳遞表90中是否有目的地址。如果結果是YES，則程序檢索到目的路由並且確定路由是通過相同卡上的一個埠還是通過另一個卡上的一個埠。如果路由通過相同卡上的一個埠，則可以在本地處理路由。因此在步驟216中，程序在直接路由的情況下從ARP列表112中搜尋目的地址，在遠程路由的情況下從ARP列表112搜尋根據傳遞表90的次轉發段路由器欄位96獲得的次轉發段路由器。如果通過步驟218的查詢在ARP列表112中搜尋到目的地址或次轉發段路由器，則分組被發送到所示的物理埠地址並且條目被加到IP高速緩存102中。
如果ARP列表中沒有針對目的地址或次轉發段路由器的條目，則目的地未經過相同卡上的一個埠。因而程序在步驟220調用管理ARP(MARP)協議以確定目的地是否通過不同的卡上的埠。因而程序在IP分組前面發出一個MARP請求分組並且在管理總線16上廣播出去以便確定是否另一個FM10具有到達目的地的路徑。具有目的IP路由的FM10摘下MARP分組並且通過適當的接口發出IP分組。接著如步驟222所示向發出MARP請求分組的FM10回送一個MARP應答分組以便通過用埠信息更新其ARP列表112。現在所有的後續分組可以被直接傳遞到埠並且不用廣播到總線上。
回到步驟214，如果目的地址不在傳遞表90中，則向SCM14發送一個路由請求。在步驟224，程序查詢目的地址是否在路由表70中。如果結果是YES，則在步驟226檢索出到目的地址的路由並且存儲在傳遞表中。如果相同目的地有多個路由，則SCM14最好返回具有最低成本的路由。如果相同目的地有多個路由並且所有路由具有相同的費用，則SCM14返回在路由表70中首先出現的路由。接著程序執行ARP列表查找或調用MARP請求以便將分組傳遞到目的地址。
如果目的地址不在路由表中，則SCM14在步驟228中返回一個指示目的地不可到達的消息並且在步驟230丟棄分組。
III.基於策略的路由圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠根據連接請求的某些特徵選擇路由器。這種特徵包含但不僅限於入站接入信道或鏈路，主叫或被叫電話號碼，域名，源地址，目的地址，和類似內容。這個特性尤其利於向其它ISP批發撥號連接。例如，某個具體類型的內鏈(例如ISDN線路)接收的所有用戶傳輸可以被導向指定給上述內鏈的批發ISP所操作的路由器。因而基於策略的路由允許在交換機內部選擇路由路徑並且不用參照一個分離的路由表。
對於基於域的路由，用戶登錄信息(例如″user@_isp1.com″)可以被用來選擇一個ISP並且由ISP的認證伺服器對用戶進行認證。一旦通過認證，用戶發出的所有分組均被傳遞到為ISP操作的域指定的路由器。
根據本發明的一個實施例，交換機維護一個域資料庫，其中包含確定用戶將要連接的域的參數。圖10是關於基於本發明一個實施例的域資料庫380的示意結構圖。通過用戶能夠指定連接的域名382表示和標識各個域資料庫380。域資料庫380還包含一個標識為該域指定的路由器的次轉發段路由器地址384。連接到域的用戶發出的分組接著被傳遞到指定的路由器。
對於基於源地址的路由，根據分組的源地址將分組傳遞到一個特定的路由器。因而具有指定源地址的用戶最好只接入指定路由器後面的域。根據本發明的一個實施例，在ISP的認證伺服器中針對各個用戶設置基於源地址的路由的路由器信息。
對於基於呼叫策略的路由，根據電話號碼，鏈路或撥號連接的信道將分組傳遞到一個特定的路由器。根據本發明的一個實施例，交換機維護一個呼叫策略資料庫，其中包含被稱作呼叫策略參數、用於確定如何處理撥號連接的呼叫簡表信息。具體地，呼叫策略參數允許選擇所有用戶傳輸應當導向的特定路由器。可以通過若干種方式配置呼叫策略資料庫，但是最好將其配置成多個呼叫策略記錄，其中每個記錄為一組需要系統接入的用戶定義一個唯一的簡表。
圖11是關於基於本發明的一個實施例的呼叫策略記錄290的示意結構圖。呼叫策略記錄290包含一個用於鍵入到記錄中的搜尋關鍵字291。搜尋關鍵字291可以是與一個入局呼叫相關的各種特性中的一個或其組合。搜尋關鍵字291最好是電話號碼，內鏈或內鏈中呼叫所在的信道(例如DS0)，或者二者的組合。例如，如果搜尋關鍵字指示″被叫″，則對被叫電話號碼使用呼叫策略。如果搜尋關鍵字指示″主叫″，則對主叫電話號碼使用呼叫策略。如果搜尋關鍵字指示″內鏈″，則對內鏈上接收的任何呼叫使用呼叫策略。在源鏈路欄位292和/或源信道欄位293中指定特定的內鏈和/或信道。在電話號碼欄位316中指定被叫或主叫電話號碼。
各個呼叫策略記錄290包含標識接收呼叫類型的呼叫類型294，和標識呼叫請求的服務類型的服務類型296。根據本發明的一個實施例，呼叫類型294包含ISDN和數據機呼叫，服務類型296包含點到點協議(PPP)或終端服務。
一旦接受呼叫，各個呼叫策略記錄290還包含一個標識為呼叫提供的優先權類型的QoA等級298和一個標識為傳送的分組提供的優先權類型的QoS等級300。
呼叫策略記錄290也包含一個虛擬路由器ID302和一個虛擬專用網ID304。虛擬路由器ID302標識一個虛擬路由器，其中呼叫將被導向這個虛擬路由器。如下所述，各個虛擬路由器被分配一組允許虛擬路由器充當交換機內部的獨立路由器的資源和路由協議。虛擬專用網ID304標識一個控制對虛擬路由器的接入的虛擬專用網。
除此之外，呼叫策略記錄290還將一個認證源306指定成ISP認證伺服器或由交換機提供的本地資料庫。如果認證源是ISP的認證伺服器，則呼叫策略記錄指定一個主認證伺服器312和一個輔助認證伺服器314，其中輔助認證伺服器在主認證伺服器出現故障時被激活。
呼叫策略記錄290還包含一個處理呼叫的域名伺服器(DNS)的IP位址。交換機最好支持一個主支持地址308和一個輔助DNS地址310，其中輔助DNS地址310在主DNS出現故障時被激活。
為了給撥號連接選擇適當的路由器，呼叫策略記錄290包含一個域ID311，其中具有一個針對域資料庫記錄的索引。域資料庫記錄包含將處理用戶發出的傳輸的路由器的地址。
圖12是有關基於本發明一個實施例的基於策略的路由的處理流程圖。程序開始運行，在步驟318連接管理器46檢測一個入局呼叫並且通知資源管理器38有一個呼叫。在步驟320，資源管理器38查詢呼叫策略資料庫並且使用一個或多個搜尋關鍵字291檢索適當的呼叫策略記錄290。在步驟322，識別呼叫策略記錄290中列出的呼叫參數並且在步驟324中使用上述參數。在適當的情況下也可以應用諸如基於域的路由的其它策略。在步驟326，程序根據策略參數將呼叫路由到適當的路由器。
IV.接入伺服器中的接入質量圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠通過為入局連接請求分配QoA服務等級實現對系統資源的分等級訪問，其中包含撥號數據機和ISDN資源。通過這種方式，使用交換機的ISP可以提供不同的接入服務等級，其中每個服務等級有不同的價格。QoA服務等級越高，接入優先權也越高，因此在交換機中資源可用性較低時得到連接的概率就越高。
根據本發明的一個實施例，在呼叫策略記錄290中定義入局連接的QoA等級。呼叫策略記錄根據入局呼叫諸如內鏈類型，電話號碼等等的具體特性指定QoA接入等級。當請求連接時，檢索呼叫的呼叫策略記錄並且識別呼叫的QoA等級。接著根據識別的QoA等級和當前資源使用率為呼叫分配請求的資源。
如果ISP的認證伺服器被用於認證用戶，用戶的QoA等級還被定義成用戶配置信息的一部分。認證伺服器中的QoA等級可以被用來覆蓋呼叫策略記錄中的QoA等級。
圖13是關於基於本發明一個實施例的QoA列表332的示意結構圖。QoA列表332包含預設數量的QoA等級328和與各個QoA等級相關的接入閾值330。根據本發明的一個實施例，QoA等級328的預設數量為4。與各個QoA等級328相關的接入閾值330最好指示在資源被分配給連接請求之前可能已經投入使用的資源的最大數量。如果資源利用率超過對應於用戶QoA等級328的接入閾值330，則拒絕請求。在圖13的例子中，具有最低QoA等級(等級1)的用戶總是能夠訪問可用系統資源。具有QoA等級2的用戶在資源使用率達到75％之前可以訪問可用系統資源。此時不允許具有相同QoA等級的新用戶訪問系統資源，直到有更多的資源可用。對於具有QoA等級4的用戶，一旦接入閾值到達25％便限制訪問系統資源。
根據本發明的一個實施例，系統通過斷開低QoA等級用戶為其它連接保留系統資源。在這點上，資源管理器38周期性檢查系統資源的利用率(例如每60秒檢查一次)。資源管理器38將在使用的系統資源與涉及各個登錄用戶QoA等級的接入閾值330相比較。如果在使用的系統資源超過用戶的接入閾值330，則斷開用戶。如果具有不同QoA等級的多個用戶被連接到網際網路，則資源管理器38最好按照降序斷開用戶。例如，首先斷開等級4QoA用戶，接著是等級3QoA用戶，等等，直到收回足夠的資源以供將來連接請求的使用。
例如，假定三個用戶被連接到網際網路。用戶1具有QoA等級1，用戶2具有QoA等級2，用戶3具有QoA等級3。如果系統資源使用率為50％或更低，則所有三個用戶繼續連接到交換機。如果系統資源使用率達到70％，則只有用戶1和用戶2仍然連接。用戶3被斷開並且資源管理器38收回用戶3佔用的資源。如果系統資源使用率達到80％或更高，則只有用戶1仍然連接。
當多個具有相同QoA等級的用戶被連接到網際網路時，資源管理器38最好以先入先出方式斷開相同等級內的用戶。因而登錄時間最長的用戶首先被斷開。
V.撥號應用的數據機池管理圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠為入局連接請求動態分配系統資源。資源不固定在特定埠上，但可以根據需要在各種卡中間共享。
圖14圖解了在共享資源的情況下可以被用作連接的路徑。在圖14的例子中，連接是以DS0的形式到達T1 WAN線路接口FM380的一個埠的數據機呼叫。FM沒有自身的數據機，所以資源管理器38定位一個可用數據機並且通過TDM總線18將DS0路由到數字數據機伺服器FM382。在解調之後，根據情況處理得到的分組並且通過信元總線20傳遞到一個輸出FM384。
根據本發明的一個實施例，各個FM10中的資源管理器38負責分配和管理系統資源。資源管理器最好保存一個本地資源列表並且將這個信息廣播到系統中的所有其它FM10。各個FM10則完整了解到交換機中總體可用資源或在使用資源。資源管理器38最好還負責監視本地資源的狀況。例如，可疑的數據機可以被標記成不可用並且停止使用。
圖15是關於基於本發明一個實施例的資源管理器38維護的數據機資源列表334的示意結構圖。最好還針對ISDN和其它系統資源維護類似的列表。
資源管理器38按照QoA等級和虛擬路由器(VR)跟蹤數據機資源列表334中的可用數據機資源。因而列表334包含一個VR ID欄位336，該欄位標識其數據機資源正被跟蹤的數據機資源。最大本地資源欄位338指示為FM10上VR分配的數據機最大數量。這個欄位如果為零則指示FM10不是一個數據機模塊。最大全局資源欄位340指示整個交換機中已經分配給VR的數據機最大數量。
當前本地資源欄位342指示FM10上的VR當前可用的數據機數量。這個數值和最大本地資源欄位338的數值之間的差值指示FM10上的VR在使用的數據機數量。當前全局資源欄位344指示整個交換機上VR在使用的數據機數量。這個數值和最大全局資源欄位340的數值之間的差值指示整個交換機上VR在使用的數據機數量。
QoA欄位346指示交換機支持的QoA等級。根據本發明的一個實施例，交換機支持四個QoA等級，其中等級1具有最高優先權。
本地QoA欄位348針對為指示的VR列出的QoA類別指示FM10中可用的數據機數量。在圖15的例子中，當有零個或更多可用數據機時等級1QoA接入交換機(100％時間)，當有8個或更多可用數據機時等級2QoA接入交換機(75％時間)，當有16個或更多可用數據機時等級3QoA接入交換機(50％時間)，當有24個或更多可用數據機時等級4QoA接入交換機(25％時間)。
全局QoA欄位350提供與本地QoA欄位348類似的信息，但是針對整個交換機而言。因而全局QoA欄位350針對為指示的VR列出的QoA類別指示整個交換機中可用的數據機數量。
接受本地欄位352根據當前本地資源欄位342指示的可用本地資源數量指示列出的各個QoA等級是否可以接入FM10。有效數值最好是yes和no。動態計算yes和no數值，因而在佔用資源時，除了總是允許接入的等級1QoA之外，yes數值可以改變成no數值。
接受全局欄位354提供與接受本地欄位352類似的信息，但是針對整個交換機而言。因而接受全局欄位354根據當前全局資源欄位344指示的可用全局資源數量指示列出的各個QoA等級是否可以接入交換機。
圖16是關於基於本發明一個實施例的資源分配過程的流程圖。當用戶在步驟356發出連接請求時，連接管理器46在步驟358通過一個接口線路檢測入局連接請求，並且在步驟360通知接收請求的FM10(接收FM)中駐留的資源管理器。在步驟362，資源管理器38根據連接請求的特徵從呼叫策略資料庫中檢索適當的呼叫策略記錄290。檢索的呼叫策略記錄包含呼叫類型，與呼叫相關的QoA等級和VR ID。
資源管理器38根據呼叫類型確定分配給呼叫的資源類型。例如，如果呼叫是ISDN呼叫，則分配ISDN資源。另一方面，如果呼叫是數據機呼叫，則分配數據機資源。
在步驟364，程序查詢識別的資源是否駐留在接收FM10本地。如果結果是YES，則資源管理器38在步驟366根據識別的VR ID和QoA等級向呼叫分配所識別的資源。資源管理器38在步驟368更新其本地資源列表334以指示識別資源的分配。並且，接收FM10中的資源管理器38發送指示所識別資源已經分配的廣播消息，從而允許其它各個資源管理器也更新其各自的資源列表。在步驟370最好通過ISP的認證伺服器認證用戶，並且現在可以開始發送和接收數據分組。
回到步驟364，如果本地沒有所識別的資源，則資源管理器38在步驟372廣播一個資源請求，該請求包含與入局呼叫相關的QoA等級和VR ID。其它FM10中的資源管理器38接收請求並且檢查其本地資源列表334以確定是否存在可用於指定QoA等級和VR ID的資源。如果存在，接收FM10在步驟374從各個FM10接收一個指示所請求資源的可用性的消息。根據本發明的一個實施例，為首先應答連接請求的FM10分配呼叫並且忽略其它應答。
當如步驟366所示為呼叫分配資源時，接收FM10的連接管理器46廣播一個連接請求以便連接到首先應答的FM10中的資源。應答FM10中的連接管理器46則用一個表示呼叫已經連接的消息應答。根據本發明的一個實施例，應答FM10按照從埠1上的數據機開始的順序從其本地數據機池分配一個數據機。應答FM10連接的下一個呼叫選中埠2，接著是埠3，等等。如果一個呼叫在埠3得到呼叫之前在埠1或埠2上掛斷，則埠1和2保持空閒，第三個呼叫仍然被分配給埠3。如果一個數據機埠正在使用並且這個埠按正常順序是下一個應答呼叫的埠，則埠分配變成隨機方式並且任何後續埠均可能應答呼叫。
如果沒有匹配指定QoA和VR ID的可用資源，則接收FM10中的連接管理器46終止呼叫。
如果一個呼叫已經連接並且分配了資源，並且如果呼叫將被終止，則發送呼叫的接口線路接收一個斷開呼叫的請求並且將請求通知到連接管理器46。如果已經從接收FM10向呼叫分配了本地資源，則在本地終止呼叫並且將分配給呼叫的資源返回到空閒池。所有的資源管理器38接著更新其資源列表以反映資源變成可用這一情況。
如果已經從一個不同的卡分配了資源，則接收FM10中的連接管理器46廣播一個斷開資源的請求。FM10中分配了資源的連接管理器46接著斷開呼叫。FM10中分配了資源的連接管理器46接著廣播一個通知呼叫已經斷開的消息。資源則被返回到空閒池並且各個FM10上的資源管理器更新其資源列表以反映資源變成可用這一情況。
VI.多個虛擬路由器圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠把交換機劃分成多個虛擬路由器(VR)，其中各個VR均分配了一組資源(例如ISDN或數據機資源)和路由表。因而各個VR充當以獨立和自包含方式工作的分離路由器。
系統的資源管理方案允許有效提供VR。如上所述，系統資源未被固定到具體的插槽或接口上，從而允許在各種VR中間靈活地分配系統資源。
根據本發明的一個實施例，在系統引導時產生一個預設系統路由器。這個路由器最好總是在系統中出現，並且所有資源最初均屬於系統路由器，直到被重新分配給VR。
系統管理員可以建立新VR並且為其分配資源。系統管理員也可以對VR進行路由配置。
最好通過為其分配一個唯一名稱和一個唯一VR ID來建立新的VR。接著通過設置其物理接口，IP接口並許可其路由協議來配置新的VR。一旦完成配置，VR就能夠工作並且可以充當一個獨立的路由器。
具體地，一部分系統可用資源被分配給新產生的VR。這種資源可以包含撥號數據機，ISDN，T1，PRI，乙太網和/或幀中繼資源。以逐個PM的方式分配乙太網資源。因而各個VR或者具有整個乙太網交換機PM12a，或者根本所有。在DS0層次上分配PRI和T1資源。在PVC(固定虛擬電路)層次上分配幀中繼資源。
各個VR還被分配了撥號池中的若干數據機和ISDN資源。根據本發明的一個實施例，各個VR被分配了池中某固定百分比或固定數量的資源。資源管理器38針對各個QoA等級監視各個VR的資源使用率。當接收一個呼叫時，資源管理器38識別入局呼叫的VR ID並且在不超出針對VR和用戶QoA設置的限制的情況下動態分配數據機或ISDN資源。
另外，各個VR針對包含RIP，OSPF，GBP4等等的路由協議均具有一個IP協議堆棧實例及其自身的路由表70。因而如圖17所示，SCM根據VR ID為各個VR維護一個路由表70。另外，各個VR自身具有同樣根據VR ID維護的傳遞表90和IP高速緩存102以便傳遞IP分組。
各個VR還可以被分成多個虛擬專用網(VPN)以便控制對VR的某些部分的接入。通過過濾軟體控制接入，過濾軟體根據諸如源和/或目的地址的條件過濾器指向VR的傳輸。
根據本發明的一個實施例，VPN由VPN會話，VPN規則和VPN濾波器構成。VPN會話是一組條件，其中交換機將上述條件與網絡中的傳輸進行比較。VPN規則確定分組如何與要處理的VPN會話匹配。VPN濾波器將VPN會話綁定到VPN規則上。
圖18是關於基於本發明一個實施例的會話列表240的示意結構圖，上述會話列表包含各種VPN會話。圖18的各個VPN會話包含一個會話ID242以便對具體會話進行分類。由於按照數字順序查詢會話，所以會話ID242最好還指示將會話列表240中的會話與分組進行比較的順序。例如，首先比較會話1，接著比較會話2，等等。如果一個分組與一個會話不匹配，則越過列表繼續處理下一個會話。
各個會話最好還包含一個VPN ID244以便對撥號連接進行分級和分類。例如，一組用戶可以構成某個公司具有特定VPN ID244並且可以訪問公司網絡以及網際網路的僱員群體，第二組用戶可以構成具有不同VPNID244並且可以訪問網際網路但不能訪問公司網絡的客戶群體。在本發明的一個實施例中，在ISP的認證伺服器中配置各個用戶的VPN ID。
各個會話還包含一個IP源地址246與目的地址250對以便與網絡中發送和接收的分組匹配。源比較掩碼248和目的地比較掩碼250允許定義一個子網，一組主機或所有地址。通過這種方式，交換機識別出屬於過濾過程的候選對象的分組。
例如，會話ID 242″1″，VPN ID 244″111″，源地址246″任意值″，源比較掩碼248″任意值″，目的地址″10.1.0.0″和目的地比較掩碼252″255.255.0.0″指示具有VPN ID″111″的用戶(例如公司僱員)的VPN會話″1″，並且允許其來自任何源地址上的任何地方，並且允許其接入10.1.0.0網絡(例如公司LAN)上的任何子網。另一方面，會話ID 242″2″，VPN ID244″任意值″，源比較掩碼248″255.255.0.0″，目的地址″208.277.214.0″和目的地比較掩碼252″255.255.255.0″指示一個VPN會話″2″以供10.1.0.0網絡(例如公司LAN)的任何子網上的任何用戶(VPN ID″任意值″)接入網絡207.221.211.0(例如接入網際網路的撥號池)。在這個例子中，根據會話ID按照數字升序比較分組和各個會話。因而如果分組不與會話ID242″1″匹配，則接著與會話ID″2″比較。
一旦確定一個要過濾的分組，VPN規則指定一組關於如何處理分組的條件。規則可以指定傳遞或丟棄分組。
圖19是關於基於本發明一個實施例的規則列表254的示意結構圖，上述規則列表包含各種VPN規則。各個VPN規則包含一個規則ID256以便識別規則中的條件。各個VPN規則還包含一個規則優先權258，上述規則優先權指示針對與某個具體VPN會話匹配的分組應用規則的順序。動作欄位260指示規則將在分組上執行的動作。有效動作最好包含傳遞或丟棄分組。
各個會話還包含一個IP協議欄位262和一個應用層協議欄位264。IP協議欄位指示要過濾的IP協議的名稱。應用層協議欄位264指示用於向VPN交付分組的應用層協議。
會話計數欄位266指示使用規則的VPN會話數量。分組計數欄位268指示被交換機傳遞或丟棄的分組數量。
VPN過濾器最好是把VPN會話綁定到VPN規則上的實體。因而當根據會話列表240中的條件識別要過濾的分組時，軟體從規則列表254中查詢與會話相關的規則，而規則確定分組是否繼續通過網絡。
圖20是關於基於本發明一個實施例的過濾器列表270的示意結構圖，上述過濾器列表包含各種VPN過濾器。各個過濾器包含一個會話272和一個被綁定到會話272上的規則274。會話272對應於會話列表240中的會話ID242，並且規則274對應於規則列表254中的規則ID256。
當介質埠接收一個分組時，該埠確定是否需要過濾分組。如果是這樣的話，分組被傳遞到一個過濾模塊以便執行適當的過濾處理。根據本發明的一個實施例，過濾模塊駐留在各個FM10中。
圖21是關於基於本發明一個實施例的過濾模塊參與的分組過濾過程的流程圖。要過濾的各個分組均包含一個VPN ID。因而程序開始執行並且在步驟280定位分組中的VPN ID。程序還在會話列表240中搜尋適當的VPN ID244。程序根據會話ID242按照數字升序搜尋會話列表240。一旦程序定位一個與VPN ID匹配的會話，程序在步驟282查詢分組的源地址是否與為會話指定的源地址246匹配。如果結果是YES，則程序在步驟284查詢分組的目的地址是否與為會話指定的目的地址250匹配。如果結果仍是YES，則程序在步驟286從過濾器列表270中搜尋對應於匹配會話的規則。在步驟288，程序搜尋規則列表254以確定為規則指定的條件，並且根據這些條件處理分組(即傳遞或丟棄分組)。
VII.自動保護切換圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠通過自動保護切換(APS)硬體和軟體提供抗故障能力。APS允許隔離交換機內部的部件故障(例如端接設備故障)和外部鏈路故障並且通過後備部件恢復服務。因而如果一個端接設備或外部鏈路出現故障，則上述設備或鏈路在不中斷服務的情況下被自動轉接到一個後備部件。一個連接有兩個單元，即一個外部鏈路和一個連接到外部鏈路的端接設備。因而APS最好被分成兩個區域，一個區域處理終端設備故障的故障隔離和自動恢復，另一個區域處理外部鏈路故障的故障隔離和自動恢復。
交換機最好支持主要和後備部件的任意組合。例如，後備部件可以是相同模塊(卡)上的一個埠，相同機箱內部的另一個模塊，不同機箱但相同機架內的另一個模塊，或不同機架內另一個機箱中的另一個模塊。
圖22是關於針對外部鏈路故障引入APS機制的交換機的示意模塊圖。交換機包含一個主模塊506和一個後備模塊508，其中主模塊接受一個主WAN鏈路502而後備模塊接受一個後備WAN鏈路504。主要和後備模塊均包含電湧保護設備510，514和一個線路接口單元(LIU)/成幀器512，518。主WAN鏈路502接收的相同數據最好也被輔助WAN鏈路504接收。如果軟體檢測到主WAN鏈路502上諸如傳輸錯誤的錯誤，則APS軟體將讀取操作從主WAN鏈路切換到後備鏈路504。從主WAN鏈路到後備鏈路的切換最好是瞬時的，並且不對系統功能產生任何中斷。
根據本發明的一個實施例，從一個冗餘埠列表(RPL)中選擇後備WAN鏈路504。冗餘埠列錶針對系統中的各個鏈路提供一個用戶定義後備鏈路列表。後備鏈路的類型可以和主鏈路相同，也可以不同。例如，一個ISDN連接可以將部分T1鏈路當作後備鏈路。
交換機還為諸如故障模塊或故障埠的終端設備故障提供一個APS機制。根據本發明的一個實施例，有兩個保護終端設備的方式。一個方式是在一個卡中容納兩個或更多個埠，其中各個主埠受到一個後備埠的保護。因而當主埠出現故障時，後備埠取而代之。另一個方式是擁有兩個或更多個卡，其中各個主卡受到另一個後備卡的保護。因而當一個卡出現故障時，另一個卡取而代之並且處理數據。
圖23是關於引入後備埠的交換機的示意模塊圖，上述後備埠被物理連接到一個單獨的卡上的另一個埠。主模塊501包含一個主埠503和一個後備埠505。後備埠505通過後備鏈路511被物理連接到後備模塊507上的另一個埠509。當在主埠503上檢測到故障時，中繼器將傳輸轉移到後備埠505，而後備埠依次將傳輸轉移到後備模塊507的埠509上。
根據本發明的一個實施例，通過監視埠的活動由硬體檢測主埠503上的故障。如果在經過一個預編程時間段(例如290毫秒)之後埠上仍沒有活動(例如沒有變化)，則保護中繼器520自動切換到後備埠505。APS軟體使後備埠505中的數據與主埠保持同步。因而當從主埠切換到後備埠時，不用考慮數據損失。如果後備埠位於相同的卡上，則使用相同的存儲器。如果後備埠位於不同的後備卡上，則APS軟體最好同時把數據寫到兩個卡上。
APS體系結構最好是一個1:n體系結構，其中各個後備部件支持n個主部件，而n大於或等於1。例如，1:2保護切換表明每兩個主部件有一個後備部件。根據本發明的一個實施例，交換機為T1/E1鏈路提供1:1，1:2，1:3和1:4保護切換選擇，為CT3鏈路(E3，T3和信道化OC3)提供1:1和1:2保護切換選擇。圖24是關於引入基於本發明一個實施例的1:2保護切換的交換機的示意模塊圖。編號為1的埠522和編號為2的埠524均被連接到一個公共後備埠526。編號為1的埠522通過後備鏈路528被連接到後備埠526，而編號為2的埠通過後備鏈路530被連接到後備埠。這種1:2保護切換允許兩個工作鏈路中的任意一個被切換到保護電路。
圖25是關於引入基於本發明一個可選實施例的1:2保護切換的交換機的示意模塊圖。埠1具有一個第一主連接540，而埠2具有一個第二主連接542。與各個埠具有其自身的後備連接的方式不同，埠1和埠2與圖25的實施例類似均共享一個後備連接544。
圖26是關於引入1:1保護切換的另一個實施例的示意模塊圖。外部鏈路B532充當外部鏈路A534的後備。根據這個實施例，LIU和其它邏輯通過一個選擇中繼器536被切換到埠A538或埠B540。因而如果外部鏈路A534出現故障，中繼器536切換到埠B540以便從外部鏈路B532讀取數據。
VIII.模塊化，獨立協議堆棧體系結構圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠支持一個IP路由協議和體系結構，其中層次2協議獨立於其運行所依賴的物理接口。與在編譯時把協議附著在物理埠上的已知交換機技術相反，本發明的交換機在埠被激活時，即在建立連接之後為一個埠動態配置適當的協議，從而允許交換機應用獨立於其運行所依賴的物理埠。
交換機最好支持各種廣域網(WAN)和區域網(LAN)物理接口。這些物理接口包含數據機，ISDN，T1和部分T1(T1/FT1)，非信道化T3(UT3)，ATM OC3，ATM DS3，和乙太網。交換機還支持各種層次2協議，其中包含點到點協議(PPP)，幀中繼PPP(PPP/FR)，乙太網PPP(PPOE)，層次2隧道協議(L2TP)，層次2傳遞(L2F)，RFC1483橋接，RFC1483路由，RFC1490橋接，和RFC1490。
由於動態配置埠的靈活性，一個單獨的埠可以支持一個會話的一個L2TP和另一個會話的一個L2F。另外，相同協議可以在各個會話的不同埠上運行。例如，PPP通常通過數據機運行。然而在動態配置埠的情況下，PPP也可以在乙太網，T1或ISDN線路上運行，並且不被限制到單獨類型的物理接口上。此外，交換機不僅能夠處理來自不同類型介質的不同類型的分組，而且能夠向任何類型的介質傳遞分組。例如，數據可以通過PPP進入交換機並且通過ATM出去。
埠的動態配置還可以被擴展到各種介質，例如用於語音的窄帶，寬帶和DSL，等等。埠也可以是諸如用於T1的專用埠。軟體體系結構允許不同介質的模塊完全在一個交換機內彼此通信。
圖27是關於IP傳遞層600，層次2協議602和層次1物理接口604的示意模塊圖。埠的動態配置允許將PPP綁定到數據機，ISDN，T1，UT3，ATM DS3和ATM OC3。另外，層次2協議602可以被動態連結在一起以便產生一個新的層次2協議。新的層次2協議則能夠被綁定到一個層次1接口604上。
根據本發明的一個實施例，埠接口(PIF)122(圖4)允許將層次2協議動態綁定到層次1協議上。當介質埠變成活躍時，交換機針對該埠產生一個PIF對象。最好由GFI124(圖4)軟體產生PIF並且由介質驅動器118觸發PIF。PIF對象根據連接類型確定用於當前會話的層次2協議，並且GFI軟體124將層次2協議動態綁定到層次1協議上。在會話持續階段連結協議。
圖28是示出具有多個PIF122的層次1，2和3接口的示意模塊圖，其中每個埠有一個PIF。當一個埠被激活時，介質驅動器118最好產生一個存儲該埠的具體介質和分組格式信息的PIF結構/模塊，其中包含埠類型，封裝，狀態信息(例如活躍或不活躍)，和不同的埠編號(例如物理埠地址，傳遞埠地址，和底板埠地址)。PIF還跟蹤PIF狀態並向FTAM報告狀態變化，維護埠的統計信息，並且維護一個指向撥號埠的當前撥入用戶的指針。
根據本發明的一個實施例，PIF結構被組織成以控制器編號和埠編號為索引的二維數組。為了定位埠的具體PIF，使用控制器編號和該控制器內的埠編號。
最好在卡啟動時產生所有物理埠的PIF。PIF最初處於不活躍狀態。當埠變成活躍時將PIF狀態改變成活躍狀態。對於撥入埠，當用戶通過該埠撥入時將PIF設置到活躍狀態。當呼叫斷開時，將PIF設置到不活躍狀態。由於PIF結構也保存埠統計信息並且即使在用戶被斷開之後仍然可用於保存埠統計信息，所以最好不清除PIF。
每當一個埠的狀態從不活躍狀態變成活躍狀態時，所有LAN卡均向SCM發送一個埠啟動消息。WAN卡通常不向SCM發送埠啟動消息。在該埠被用來傳遞類似RIP和OSPF分組的路由協議更新消息的情況下，WAN埠最好發送埠啟動消息。
每當一個埠的狀態從活躍狀態變成不活躍狀態時，向機架內所有的卡發送一個埠關閉消息。在接收這個消息之後，各個卡清除傳遞表和ARP列表中將該埠標識成關閉的條目。
SCM上的PIF模塊還負責維護和管理RPL。對於各個物理埠，用戶可以建立另一個物理埠以作為後備埠。後備埠最好不屬於任何LPI。當主埠出現故障時使用後備埠。所有分組通常被發送到主埠。後備埠保持禁止狀態。當主埠活躍時，後備埠既不接收也不發送分組。當主埠出現故障時，SCM上的PIF模塊啟動模塊並且所有的分組從此均被發送到後備埠。根據本發明的一個實施例，當主埠再次啟動時，後備埠再次進入禁止狀態並且所有分組再次被發送到主埠。可選地，分組在會話的後續階段繼續使用後備埠並且不切換到主埠。
在本發明的一個可選實施例中，以分布式方式維護RPL。當卡在其初始化階段啟動時，SCM將RPL分配到各個卡上。各個卡使後備埠保持禁止狀態。當主埠出現故障時，一個RPL埠關閉消息被發送到所有的卡。當卡接收到RPL埠關閉消息時，各個卡搜尋其RPL列表並且確定其是否有一個後備埠。如果有，則這個卡使該埠進入使能狀態並且開始處理該埠上的傳輸。並且，所有的卡均清除傳遞表和ARP列表中指向主埠的條目。從此所有的傳輸均開始流向後備埠。當主埠重新恢復時，一個RPL埠啟動消息被發送到所有的卡。具有後備埠的卡將後備埠設置到禁止狀態並且向所有的卡發送一個有關後備埠的埠關閉消息。埠關閉消息導致所有的卡清除傳遞表和ARP列表中涉及後備埠的條目。從此主埠再次活躍。RPL列表在所有的卡均保持同步。每當改變RPL列表時，SCM將這種改變更新到所有的卡上。
IP傳送器44(圖4)與PIF對象接口並且通過邏輯埠識別器(LPI)128向PIF發送和接收分組。邏輯埠識別器(LPI)128與PIF122通信並且包含涉及各個物理埠的IP參數。每當希望發送分組時，IP層調用一個LPI發送函數。LPI發送函數識別適當的物理埠並且將分組傳遞到PIF122以便增加特定於介質的層次封裝報頭並且從適當埠發送出去。
在已經處理初始分組之後，最好在一個IP高速緩存條目中存儲所識別的層次2封裝報頭。這允許IP傳送器在處理後續分組時略過PIF和層次2功能，從而最小化分組處理開銷。因而對於所有後續分組，從IP高速緩存條目中獲得層次2封裝報頭。
IX.通用傳遞接口圖1的多業務網絡交換機的另一個特性是能夠為傳遞函數提供一個統一接口以屏蔽通過不同接口類型發送和接收分組的細節。最好通過通用傳遞接口(GFI)122(圖4)實現這個特性，其中通用傳遞接口允許應用(例如IP傳送器，PPP，和交換機提供的其它功能)以通用格式發送和接收分組。
根據本發明的一個實施例，GFI處理相同FM10上的埠之間或通過總線到交換機的其它FM10的所有內部分組傳遞。不管分組被傳遞到遠程卡或本地卡，GFI最好使傳遞函數透明。此外，不管用於分組的是入埠還是出埠，傳遞函數也是透明的。例如，在不經過IP傳送器模塊44(圖4)的情況下，入埠可以是ISDN上的幀中繼埠，而相關的出埠可以被切換到幀中繼電路。
如圖29所示，GFI124通過把交換機分成驅動器620和應用610來提供協議透明。最好在運行時刻把應用610綁定到驅動器620。這允許動態配屬和分離應用和驅動器，因而為埠提供了靈活性。這種動態綁定還釋放了不需要為未使用協議提供的存儲器和處理資源。
期望接收和傳遞分組的應用和驅動器在GFI上登記各種函數，其中包含接收函數，傳遞函數和/或查詢函數。驅動器620最好登記其傳遞函數以便向物理埠傳遞分組。如果分組將被發送到物理埠，GFI軟體調用埠的驅動器登記的傳遞函數。
應用610最好在GFI上登記其接收函數以便接收和處理入局分組。把接收器函數登記成處理各種類型的分組，其中包含已經通過介質埠接收的分組，已經傳遞的分組和導向已知內部埠的分組。諸如PPP或IP傳送器的協議處理或傳遞應用通常在GFI進行登記以便接收和處理通過介質埠接收的分組。針對具體輸出埠進行轉換和封裝的應用處理被傳遞的分組。接收器函數也在GFI上登記以便處理導向已知內部埠，例如被用來交換外部管理信息的管理信道的分組。
應用610和驅動器620均可以在GFI上登記查詢函數以便定期調用。查詢函數經常被用來檢查交換機的操作。在本發明的一個最優實施例中，可以指定兩個查詢頻率等級高和低。諸如分組處理的前臺功能最好使用高頻率查詢，而諸如定時器進程的後臺功能最好使用低頻率查詢。在本發明的可選實施例中，可以使用多個查詢頻率等級。
當一個分組通過介質埠到達系統中時，分組被共享存儲器24(圖2)中的一或多個緩衝區(GFI緩衝區)接收。與介質埠相關的驅動器接收分組並且使用GFI應用程式將其轉換成通用格式。驅動器還建立一個定義分組的GFI描述符並且具有指向屬於分組的緩衝區的指針。接著分組被傳遞到系統上以便被應用處理。
當分組將被發送到物理埠時，GFI軟體調用適當驅動器的傳遞以發送分組。驅動器的傳遞功能最好負責把通用分組轉換成驅動器的特定格式並且從要求的埠發送出去。
進入系統的所有分組最好被轉換成通用分組格式(GPF)以保證協議透明。圖30是關於基於本發明的一個實施例的GPF700的示意模塊圖。GPF700最好包含一列共享存儲器緩衝區和一個指向緩衝區的描述符。描述符被分成一個通用分組描述符(GPD)702和一或多個緩衝區描述符704。GPD最好包含四個字。在一個實施例中，GPD的第一個字包含分組的總字節計數706和各種路由標誌708。路由標誌包含分段標誌，多點傳送標誌，切換標誌和監視標誌。在這個實施例中，總字節計數是一個分組的長度。
第二個字定義一個QoS數值710和VPN ID712。VPN ID標識一個與分組相關的虛擬專用網。QoS數值標識處理分組的優先權等級。在本發明的一個最優實施例中，GFI提供八個QoS等級。一旦為分組分配一個QoS數值，GFI便根據其QoS保證分組在整個系函數統中得到處理。GFI還根據其QoS數值為分組分配諸如CPU，底板，通信信道和系統緩衝函數資源。
第三個字定義一個輸出埠信息714。最好在已經通過IP傳送器模塊44的查找確定分組的路由信息之後填寫輸出埠信息。
第四個字標識一個接收分組的輸入埠716。第四個字還包含一個多點傳送參考計數。參考計數被驅動器用來跟蹤被發送到多個埠的分組。
緩衝區描述符最好包含一個緩衝區控制字和一個指向系統緩衝區717的指針。緩衝區控制字包含控制信息718以及緩衝區中數據720的字節數。控制信息包含定義緩衝區類型的控制標誌。
一個被用於輸入埠714和輸出埠信息716的埠尋址方案允許在交換機內的任何地方傳遞分組。埠尋址方案最好具有層次結構並且基於機架，卡，控制器和埠。此外，埠被分成五個類別本地埠，內部多點傳送埠，內部單點傳送埠，外部多點傳送埠，和遠程埠。根據本發明的一個實施例，GFI提供兩個不同類型的埠尋址方案，即傳遞埠地址(FPA)和物理埠地址(PPA)。圖31是關於基於本發明的一個實施例的FPA的示意結構圖。最好使用FPA在整個交換機內傳遞分組。圖32是關於基於本發明的一個實施例的PPA的示意結構圖。PPA最好被用於以管理為目的的外部用途和配置交換機內部的埠。
GFI最好提供兩種FPA，即本地FPA和底板FPA。本地FPA被用來將分組傳送到本地介質驅動器。底板FPA被用來將分組傳送到遠程埠。
根據本地FPA和底板FPA的控制器編號傳遞分組。卡上的每個設備最好均具有一個控制器編號601。例如，一個乙太網設備有一個乙太網控制器而一個ISDN設備有一個ISDN控制器。控制器編號是FPA的一部分。控制器編號允許GFI將分組調度到適當的驅動器上。根據本發明的一個實施例，控制器編號只在本地有意義。如果一個卡上有四個驅動器，則為四個驅動器分配四個不同的控制器編號以便GFI可以向其調度分組。
底板驅動器也有一個控制器。底板驅動器最好使用控制器編號零。底板是另一個在GFI下運行的驅動器。底板分組不離開交換機。它們只被傳送到交換機中的另一個卡上。所有將被傳遞到交換機內部的其它卡上的分組均被發送到底板驅動器。如果分組必須被傳送到另一個卡上，則改變控制器編號以便允許分組被發送到遠程埠。方案包含確定埠類型的地址範圍。
底板也包含一個地址範圍。當從一個卡向另一個卡發送諸如從數據機進入交換機並且以幀中繼方式到達另一個卡上的分組的分組時，通過將控制器編號設成零從而把分組重定向到底板。指向遠程埠的分組被傳送到底板驅動器。當在其它的卡上接收分組時，控制器地址被切換成幀中繼。
當驅動器從一個埠接收分組時，驅動器為分組構造一個GPD702。在進行構造時，驅動器最好構造如圖33所示的輸入埠716信息。輸入埠716信息包含8個標誌位和24個地址位。標誌位定義允許接收應用進行適當的路由和封裝的源控制信息。
最好在已經從傳送器模塊44獲得分組的路由信息之後建立輸出埠信息714。圖34是關於基於本發明的一個實施例的輸出埠信息的示意結構圖。輸出埠信息714包含8個標誌位和24個地址位。8位標誌欄位用作控制信息，這種控制信息被從應用傳遞到負責發送分組的驅動器。
最好把輸出埠信息設計成允許應用向本地埠地址(LPA)，已知內部多點傳送(WKIM)地址，已知內部單點傳送(WKIU)地址，已知外部多點傳送(WKEM)地址，動態外部多點傳送(DEM)地址，和遠程埠地址(RPA)發送分組。
如果正在向一個本地埠(即在卡的本地)傳遞分組，則輸出埠指定如圖32所示的物理埠地址。其它的卡可見的本地埠被映射成底板驅動器埠。底板驅動器埠被用來將分組傳送到遠程埠。底板驅動器將入局分組中的埠地址映射成本地埠地址。
WKIM地址提供不同模塊的應用之間的內部通信路徑。例如，如果ISDN模塊上運行的一個應用希望向SCM上運行的管理IP堆棧發送消息，該應用使用被分配給SCM的的IP堆棧的適當WKIM地址。在系統有多個SCM的情況下，消息被發送到所有SCM的IP管理堆棧。如果用戶希望尋址卡內的一個已知內部埠，則應當使用WKIU。
WKEM被用來將許多外部埠組合起來。例如，針對任何諸如OSPF，需要對一組埠進行廣播的應用建立一個WKEM。DEM允許用戶在運行時刻建立和取消多點傳送組。
如果一個卡上的應用希望向另一個卡上的某個外部埠發送分組，該應用使用為上述埠分配的RPA。在可以尋址一個遠程埠之前需要將RPA映射成物理埠地址。系統中的各個卡負責將其自身的物理埠映射成RPA。在本發明的最優實施例中，一個頭文件中的應用程式執行所需的映射。
除了本地埠地址之外，所有上述類別的地址最好均為虛擬地址。
虛擬埠地址被映射成一或多個物理埠地址。基於本發明的一個實施例的虛擬地址埠分配如圖35所示。最好為虛擬地址分配控制器編號0。在本發明的一個最優實施例中，底板地址範圍如下所示0為已知內部管理保留 信道1-7167動態埠範圍(遠程埠地址)7168-7368已知內部單點傳送埠7369-7568已知內部多點傳送埠7569-7668已知外部多點傳送埠7669-8191動態多點傳送埠已知內部多點傳送被用來向多個卡上運行的內部應用傳送分組。例子包含OSPF，RIP和呼叫記錄。已知外部多點傳送被用來向一個已知應用的一組埠傳送分組。例子是諸如OSPF，RIP和BGP4的路由協議使用的埠。需要動態產生和刪除多點傳送組的應用協議使用動態多點傳送。在動態多點傳送中，可以動態增加和刪除成員。IP多點傳送是動態多點傳送的一個例子。
GFI提供的另一個功能是分布式多點傳送。為了向一個多點傳送組發送一個分組，只產生唯一一個分組。當分組被發送到一個多點傳送組時，分組被發送到底板。接著，分組被傳播到多點傳送組。當接收方得到分組時，在不必複製分組的情況下從接收方的卡中向適當的介質埠傳播分組。
GFI還提供硬體配置透明特性。例如，CPU數量和DMA能力對應用是透明的。平臺之間的存儲器結構在不同的卡上可以完全不同。GFI使其對應用透明。所以應用不關心驅動器和存儲器。在運行時刻確定卡的規格。GFI根據GFI的配置把所有數據結構移動到適當的地方。當GFI被激活時，GFI調用一個通用平臺函數初始化平臺。通用平臺函數得到一個平臺的參數。平臺函數檢測板/卡的類型和存儲器的類型並且接著建立相應的數據結構和存儲器。函數傳遞的參數確定共享存儲器配置，緩衝區尺寸。例如，一個表示256k字節數據機緩衝區尺寸的參數可以被回送到GFI。每個卡均有一個平臺函數。因而可以在不同的卡上運行相同的代碼。
GFI軟體被設計成能夠在不同硬體平臺上運行。例如，GFI在所有專用模塊和所有通用硬體模塊(即高速通用模塊，低速度通用模塊等等)上運行。一旦根據GFI接口實現了一個驅動器，該驅動器可以在不經任何修改的情況下從一個平臺轉移到另一個平臺。此外，GFI使系統的CPU配置(即一個CPU或兩個CPU)對應用和驅動器透明。當從一個單CPU配置轉換到多CPU配置時，不需要改變驅動器和應用，反之亦然。
當在單CPU平臺中處理分組時，GFI檢索一個接收隊列並且檢查分組描述符中的代碼設置。GFI還檢查是否有登記接收分組的應用。應用在初始化階段登記到GFI上。如果有一個應用登記接收分組，則GFI調用已經登記的應用並且為該應用提供分組描述符。
在一個多CPU平臺中，有一個排隊CPU和一個應用CPU。排隊CPU進行排隊而應用CPU進行處理。一個宏指令根據已經在分組描述符中設置的QoS等級把分組放到一個QoS隊列中以便應用CPU處理。GFI代碼使CPU數量配置透明。GFI是在一個CPU上運行還是在兩個CPU上運行對於調用GFI接收函數的驅動器而言是沒有關係的。如果在一個雙CPU平臺上運行或在直接單CPU平臺上調用函數，GFI把分組放入一個隊列中。
當分組被傳遞到一個應用時。應用可以(1)傳遞分組；(2)丟棄分組；或(3)保存分組。當應用被呼叫時，應用向GFI返回任意的上述代碼。
一個應用是IP傳送器模塊44，該模塊得到IP分組並且作出有關分組的傳遞決定。一旦作出傳遞決定，IP傳送器模塊在分組描述符中設備目的GFI地址並且返回一個傳遞代碼。如果IP傳送器模塊確定分組不良或不能處理，則向GFI返回一個指示丟棄分組的丟棄代碼。如果IP傳送器模塊確定要保存分組，由於還沒有確定路由信息，該模塊稍後會傳送分組。
如果返回傳遞代碼並且GFI在雙CPU環境中運行，GFI把分組放到排隊CPU中排隊。如果在單CPU環境中運行，則GFI直接調用其調度函數。調度函數根據這個分組必須到達的驅動器作出判定並且把分組調度到適當的發送函數中進行發送。
當GFI在雙CPU平臺中運行時，自動建立一組隊列，即接收隊列和傳遞隊列。在本發明的一個實施例中，有4個接收隊列和4個傳遞隊列。各個隊列被用來區別不同等級的QoS。GFI根據QoS從隊列中取出分組並且處理隊列，接著調用調度函數，再接著把分組調度到適當的驅動器發送函數上。根據分組描述符中的傳遞埠地址調用驅動器發送函數。傳遞埠地址具有一個控制器編號，而控制器編號確定將接收分組的驅動器。
在本發明的一個可選實施例中，GFI支持8個接收隊列(RQ)和8個傳遞隊列(FQ)。圖36是關於基於本發明的一個實施例的接收隊列和傳遞隊列的示意結構圖。當接收分組時，驅動器使用為分組分配的QoS數值將分組排到8個RQ的任意一個中。類似地，當應用傳遞分組時，該應用QoS數值將分組排到8個FQ的任意一個中。
上述排隊方案最好僅用於雙CPU配置。當GFI在單CPU配置中運行時，不產生或使用傳遞和接收隊列。GFI使之對其用戶透明。
GFI還提供處理器間通信(IPC)。在使用IPC的情況下，在相同卡上的不同處理器中運行的應用可以交換消息。為了通過IPC接收消息，一個應用使用gfi-ipc.h中提供的函數調用在IPC上登記。IPC提供兩個操作模式同步和異步。在使用同步模式的情況下，應用可以向另一個CPU上運行的客戶端發送消息並且等待應答。當使用同步操作模式時，IPC提供被應答方用來向請求方發送消息的機制。如果應用不需要顯式消息確認，該應用使用異步操作模式。在這種情況下，IPC將消息排隊並且立即返回到應用。
雖然通過某些特定實施例描述了本發明，但本領域的技術人員顯然可以進行許多額外修改和改變。所以應當理解，可以通過與前面具體描述的方式不同的方式實踐本發明。因而應當認為本發明的當前實施例僅用於說明並且不是限制性的，本發明的範圍由所附權利要求書及其等價描述來確定。
權利要求
1.一個交換系統，其中包括一個按照第一協議接收第一分組的輸入埠；一個被連接到輸入埠以便把第一分組轉換成通用格式的輸入驅動器；將通用分組傳遞到一個應用的裝置；從應用接收通用分組的裝置；一個將通用分組轉換成第二協議的輸出驅動器；和一個被連接到輸出驅動器以便發送轉換後的分組的輸出埠。
2.如權利要求1所述的交換系統，其中輸入和輸出驅動器在一個通用傳遞接口上登記，而通用傳遞接口位於驅動器和應用之間。
3.如權利要求1所述的交換系統，其中還包括一個接收通用分組的接收隊列，接收隊列對應於一個通用分組服務質量等級。
4.如權利要求1所述的交換系統，其中還包括一個從應用接收通用分組的傳遞隊列，傳遞隊列對應於通用分組服務質量等級。
5.一個交換系統，其中包括多個驅動器；多個應用；多個接收隊列，其中各個隊列對應於服務質量等級並且通用傳遞接口介於多個驅動器和多個應用之間，通用傳遞接口把來自一個驅動器的分組放入一個對應於分組的服務質量的接收隊列中。
6.如權利要求5所述的交換系統，其中通用傳遞接口從接收隊列取出分組並且向一個登記處理該分組的應用發送分組。
7.在包含多個接口模塊的數據交換機中傳遞數據塊的方法，該方法包括按照第一協議接收第一分組；把第一分組轉換成通用格式；將通用分組傳遞到一個應用；從應用接收通用分組；把通用分組轉換成第二協議；和向一個輸出埠發送經過轉換的分組。
8.如權利要求7所述的方法，其中還包括把通用分組放入一個對應於通用分組的服務質量等級的接收隊列中。
9.如權利要求7所述的方法，其中還包括在一個傳遞隊列上從應用接收通用分組，傳遞隊列對應於通用分組服務質量等級。
10.如權利要求7所述的方法，其中發送包括向底板發送經過轉換的分組，分組具有一個不超出為目的埠保留的範圍的埠地址。
11.如權利要求8所述的方法，其中從已知內部單點傳送埠，已知內部多點傳送埠，已知外部多點傳送埠和動態多點傳送埠構成的埠組中選擇目的地埠。
全文摘要
能夠從單獨平臺提供多個網絡業務的多業務網絡交換機，交換機引入了分布式分組傳遞體系結構，其中各種卡均能夠作出獨立的傳遞決定。交換機還允許動態資源管理向入局呼叫動態分配數據機和ISDN資源。交換機也可以包含故障管理功能以防護交換機內部的單獨故障點。交換機還允許將交換機劃分成多個虛擬路由器，其中各個虛擬路由器具有其自身的資源網和路由表。各個虛擬路由器還被劃分成虛擬專用網以便進一步控制網絡接入。交換機支持基於策略的路由，其中根據域名，電話號碼和類似內容選擇具體路由路徑。交換機還通過定義各個入局連接請求的接入質量等級來提供對網際網路的分等級接入。交換機還可以支持一個IP路由協議和體系結構，其中層次2協議與其運行所依賴的物理接口相獨立。並且，交換機包含隱藏通過不同接口類型發送和接收分組的詳細的通用傳遞接口軟體。
文檔編號H04L12/56GK1514600SQ0210248
公開日2004年7月21日 申請日期2000年2月23日 優先權日1999年2月23日
發明者查理·哈裡馬尼, 查理 哈裡馬尼 申請人:阿爾卡達網際網路運行公司