CN1254227A

CN1254227A - 分组处理设备、分组处理方法和分组交换

Info

Publication number: CN1254227A
Application number: CN99122470A
Authority: CN
Inventors: 天谷达彦; 山下干治; 荒水辰夫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Juniper Networks Inc
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2000-05-24
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2000115234A; US7130312B1; US7515610B2; DE19947430C2; DE19947430A1; JP3397144B2; CA2283999C; CA2283999A1; US20070025380A1; US20090161694A1; US7970012B2; CN1127833C

Abstract

本发明公开通过多个层交换分组数据的一种分组处理方法,包括步骤:存储整个分组到一个分组存储器;和存储多个层的第2层处理部分和第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分到一个多端口共享存储器。第2层处理部分和第3层处理部分存取该多端口共享存储器的相同存储空间。另外,使用一个流水线处理系统,以使在第2层处理部分和第3层处理部分存取该共享存储器时它们彼此不干扰。

Description

分组处理设备、分组处理方法和分组交换

本发明涉及分组处理，特别涉及相应于ISO参考模型的第2层、第3层等等的分组处理方法，分组处理设备和分组交换机。

在通信网络中，不管有线系统或无线系统，可以选择各种通信模式。利用各种通信模式，提供各种业务，诸如电话，数据通信，传真和视频通信。在近几年，为了允许同一接口容纳多个终端和各种业务共享一个接口，国际组织ITU(国际电信联盟)和ISO(国际标准化组织)开始标准化通信网络和建议的OSI(开放系统互联)参考模型。

在OSI参考模型中，在一个通信会话中使用的多个协议被分为在下面定义的七层。第1层是物理层，其中管理电气和机械条件及过程，用于设置、维护和删除物理线路，和保证比特序列的发送。第2层是数据链路层，其中在与通信线路连接的节点之间设置数据链路和校正发送路径上的比特差错。第3层是网络层，其中通过通信网络执行路由选择操作，以便连接本地系统到远端系统。

第4层是传送层，其中设置端对端传送连接和执行透明数据传输，以便提供一个服务器给更高的层，而不管通信网络的质量。第5层是会话层，其中应用处理与会话和通信模式诸如全双工模式和半双工模式连接，并且管理在处理中的通信必需的同步模式和再同步模式。

第6层是表示层，其中执行管理在处理之间接收和传送的数据结构的数据格式控制操作。第7层是应用层，是最高的层，其中执行对应于目标的用户/应用协议。迄今为止，相应于OSI参考模型的每一层构成各种协议。在交换之间，在交换和终端之间以及在计算机之间的通信相应于七层实现的。

例如，在计算机之间的通信被称为系统间通信。在计算机的处理之间的通信被称为进程通信。第1层至第3层是系统间通信。实际上，第1层是数据和比如声音和图象的每个媒介被转换成电信号然后传送的一个层。第2层是一个数据链路层，其中在终端，交换机，节点等等中的数据传输以高可靠性安全地执行。第3层是一个网络层，其中媒介通过多个网络在终端，交换机，节点等等之间传送和中继。

例如，数字交换机分为线路交换机类型和分组交换机类型，另外数字交换机进一步分为用户线路交换机和中继交换机。该用户线路交换机对于连接到用户终端的用户线路执行中继操作和交换操作。该中继交换机通过传输路径对用户线路交换执行中继操作和交换操作。第4层至第7层是高功能层，对于中继操作和交换操作不是必需的。因此，任何交换机具有相应于第1层第2层和第3层的一个转移层结构。当与作为一个存储程序控制系统的计算机程序对应控制交换机时，该计算机在适当的定时以高速存储器(比如半导体LSI存储器)搜索空闲线，更新传输数据，从该存储器读出该数据，和传送该数据给相关的线路。

接下来，描述在分组交换机的第2层处理部分和第3层处理部分之间交换的分组。常规地，相应于下列两个方法之一在第2层处理部分2和第3层处理部分之间交换分组。

(A)存取第2层处理部分的分组存储器作为通过存储器总线由第3层处理部分储存在其中的分组的读/写操作；

(B)(B)存取放置在控制总线上和由具有DMA(直接存储器存取)电路的第2层处理部分写入的分组存储器中储存的分组作为第3层处理部分的读/写操作。

分组交换机的传送层功能在日本专利公开no.7-1431333中揭露。根据相关参考技术，在常规的层结构系统中，当处理第1层(ATM)，第2层和第3层三层的协议时，设置共享存储器，该共享存储器存储在第1层协议处理装置和线路之间输入和输出的用户数据和比如用于每层协议处理的标题信息的数据，以致减少该系统存储器的存储容量和减少该系统的处理能力。

每层协议处理装置可以存取该共享存储器。当在第1层和第2层之间传递一个帧或在第2层和第3层之间传递一个分组时，储存在共享存储器中的数据不直接地传送。而是数据是以储存在该共享存储器的数据的顶上的和最后一个地址值间接地传递。换言之，每个传送层可以通过总线存取该共享存储器。需要时，因为数据可以通过总线从共享存储器读出，共享存储器的存储容量可以显著地减少，从而处理性能可以改善。

在上面描述的方法(A)和(B)的每个方法中，因为从第2层处理部分和第3层处理部分存取相同的存储器总线，它们的处理引起彼此干扰。即使放置总线争用仲裁控制部分，该处理性能恶化。特别当第2层是ATM时，因为执行复杂的信元拆装/组装处理等等，由于对第3层的存储器存取争用引起的处理延迟更关键。

在方法(B)中，代替总线争用仲裁控制部分，需要具有用于在第2层处理中传递的帧和分组的大存储容量的一个分组存储器。因此当使用昂贵的双端口存储器时，该产品的成本上升了。

在层3，在大多数情况下，只是处理分组标题信息。因此，特别是在分组发送处理中，最好存储用户数据到第2层处理部分的存储器和仅仅提供标题信息给第2层处理部分。此时，当第3层处理部分连接到第2层处理部分的相同的总线时，因为它们的存储器存取处理争用和干扰，处理能力恶化了。

本发明是从上面描述的观点作出的。本发明的目的是提供一个分组处理装置，它允许减少存储器的存储容量和实现平滑的管道(pipeline)处理，该处理在不同的层处理之间没有共享存储器的存取争用。本发明的另一个目的是允许以高速和变换的各种分组格式传递。

根据本发明，除了一个分组存储存储器(分组存储器)之外，放置双端口存储器作为一个共享存储器。因此，省略了仲裁在第2层和第3层之间的存储器存取争用的存储器存取争用仲裁电路。另外，第2层接收处理部分将第3层处理所需的信息复制到该共享存储器。接收分组数据储存在第2层接收处理部分的一个分组存储器中。因此作为该共享存储器，可以使用高速，低存储容量存储器。

本发明的第一方面是通过多个层变换分组数据的一个分组处理装置，包括存储整个分组的一个分组存储器，和存储较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分的一个共享存储器，该较低层处理部分和较高层处理部分通过物理上不同的存储总线存取共享存储器的相同存储空间。

本发明的第二方面是通过多个层交换分组数据的一个分组处理装置，包括存储整个分组的一个分组存储器，和作为多端口存储器的一个共享存储器，存储作为数据链路层的第2层处理部分和作为网络层的第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分，该第2层处理部分和第3层处理部分存取共享存储器的相同存储空间。

第二方面的分组处理装置还包括第2层接收处理部分，仅仅存储第3层或更高的层需要的字段到该分组存储器和该共享存储器。

第一方面的分组处理装置还包括第2层发送处理部分，用于组合储存在多个分组存储器中的数据和储存在共享存储器中的数据并且发送该合成的数据作为该分组。

本发明的第三方面是通过多个层交换分组数据的一个分组处理方法，包括步骤：存储整个分组到一个分组存储器，和存储多个层的较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分到多端口共享存储器，该较低层处理部分和较高层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

本发明的第四方面是通过多个层交换分组数据的一个分组处理方法，包括步骤：存储整个分组到一个分组存储器，和存储第2层处理部分和第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分到多端口共享存储器，该第2层处理部分和第3层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

在本发明的第四方面的分组处理方法中，使用管道处理系统，以使第2层处理部分和第3层处理部分存取该共享存储器而无干扰。

本发明的第五方面是通过多个层交换分组数据的一个分组交换机，包括存储整个分组到一个分组存储器，和存储多个层的较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分的一个多端口共享存储器，该较低层处理部分和较高层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

本发明的第六方面是通过多个层交换分组数据的一个分组交换机，包括存储整个分组到一个分组存储器，和存储作为多层的数据链路层的第2层处理部分和作为网络层的第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分的一个多端口共享存储器，该第2层处理部分和第3层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

本发明的第六方面的分组交换机还包括连接到第2层处理部分和第3层处理部分的处理器，用于执行比第3层更高层的处理。

本发明的第七方面是通过多个层交换分组数据的一个分组交换机，包括第2层接收处理部分，用于接收分组，存储接收的分组到一个分组存储器，和存储接收的分组的标题部分到一个共享的存储器，第3层处理部分，用于接收该标题部分，执行相应于该标题部分的网络处理，当必要时更新该标题部分，和存储该更新的标题部分到该共享存储器的相同的地址，和第2层发送处理部分，用于组合从第3层处理部分收到的并且储存在该共享存储器的更新的标题部分和储存在该分组存储器的分组信息，和作为一个分组发送该合成的数据。

在本发明的第七方面的分组交换机中，第2层发送处理部分组合通过第3层处理部分更新的并且储存在该共享存储器中的数据和储存在该分组存储器的分组数据，传送该组合的数据，变换分组格式为第1层的格式，和当第3层是IP(网际协议)层时，变换IP V4(版本4)分组为IP V6(版本6)分组，反之亦然。

在本发明的第七方面的分组交换机中，其中第2层发送处理部分组合通过第3层处理部分更新的并且储存在该共享存储器的数据和由第2层接收处理部分储存在该分组存储器的分组数据，并且当第3层是一个IP(网际协议)层时，对于IP V4分组执行IP V6隧道效应(tunneling)处理(即，IP V6标题加到或从IP V4分组删除)，对于IP V6分组执行IP V4隧道效应处理(IP V4标题加到或从IP V6分组删除)，或对于IP V4分组执行IP V4隧道效应处理(IP V4分组加到或从IP V4分组删除)。

根据本发明，因为第2层发送处理部分自由地组合由第3层处理部分更新的并且储存在该共享存储器的数据和储存在第2层接收处理部分的分组存储器的分组数据，和当传递数据时传送该组合的数据，一个分组格式可以自由地变换(即，一个分组标题可以被更新，变换，删除和加上)。

根据本发明，作为需要分组格式变换的一个例子，当第3层是一个IP协议层时，IP V4分组可以转换成IP V6分组，反之亦然(作为标题变换)。另外，对于IP V4分组的IP V6隧道效应操作可以容易地执行(即，IP V6标题加到或从IPV4分组删除)。

如附图所示，根据下面对本发明最佳模式实施例的详细叙述，将使本发明的这些和其它的目的，特征和优点变得更明显。

图1是表示根据本发明第一实施例的一个分组交换机结构的方块图；

图2是表示根据本发明第一实施例的一个分组处理装置结构的方块图；

图3A至3D是表示根据本发明第一实施例的数据结构的示意图；

图4A至4C是表示根据本发明第一实施例的数据结构的示意图；

图5是说明根据本发明第一实施例的分组处理装置操作的示意图；

图6是表示根据本发明第一实施例在分组处理装置的存储器之间关系的示意图；

图7是说明根据本发明的第二实施例的分组处理装置管道操作的示意图。

接下来参照附图描述本发明的实施例。

第一实施例：

第一实施例的结构：

参见图1描述根据本发明的第一实施例的分组交换机11。分组数据从多个传输路径A12提供给该分组交换机11。分组交换机11执行网络处理，比如对于从传输路径A12收到的分组数据的路由选择处理和信号处理，和发送合成的分组数据到传输路径B13。在该分组交换机11中，第1层处理部分10选择物理层的传输路径和正确地传送分组数据到选择的传输路径。第2层接收处理部分4存储接收的分组数据到一个分组存储器2和存储接收的分组数据所需的标题部分到一个共享的存储器3。第3层处理部分5执行第3层的处理。

换言之，当该分组数据具有被更新的标题部分时，第3层处理部分5更新该标题部分和将它存储到共享存储器3。需要时，第2层发送处理部分6删除分组存储器2中存储的分组数据的标题部分，组合该分组数据的用户信息部分和该更新的标题部分，并且通过第1层处理部分10发送该合成的分组数据到传输路径B13。接下来详细描述根据第一实施例的分组交换机的结构和操作。

图2是表示根据本发明第一实施例的一个分组处理装置结构的方块图。参见图2，标号1是一个存储区，用于控制第2层的处理，以便处理从较低层接收的数据分组。标号2是存储分组数据的一个分组存储区。标号3是第2层和第3层的一个共享存储器。标号4是第2层接收处理部分，从作为较低层的第1层接收数据。标号5是第3层处理部分，执行相应于分组数据的标题部分的路由选择处理。

标号6是第2层发送处理部分，传送数据到第1层。标号7是一个处理器，控制第2层处理部分和第3层处理部分并且执行第3层或相应于可执行程序的更高层的协议处理。

接下来，实际地描述表示在图2中的分组处理装置的结构。参见图2，该分组处理装置包括第2层处理存储器1，一个大存储容量分组存储器2，一个共享存储器3，一个第2层接收处理部分4，第3层处理部分5，第2层发送处理部分6，和一个处理器7。第2层处理存储器1管理和存储发送/接收分组的第2层处理信息。

该大存储容量分组存储器2存储该发送/接收分组。该共享存储器3是一个高速的，小存储容量的双端口存储器，第2层处理部分和第3层处理部分独立地存取。第2层接收处理部分4复制第3层处理部分所需的和足够的信息(信息是例如该接收分组和接收连接数据的分组标题)到共享存储器3。第3层处理部分5执行第3层或更高层的处理，通知第2层处理部分与该接收分组不同的信息，以便传送一个分组，和引起并且起动发送处理。

第2层发送处理部分6组合存储在该共享存储器的数据(新的分组标题)和存储在该分组存储器的接收分组数据，并且编辑/构成传输分组以便执行分组发送处理。处理器7执行比第3层处理部分更复杂的处理(更高的处理)。

接下来参见表示在图3中的ATM(异步转移模式)，描述将分组数据分开到该分组存储器和该共享存储器的方法。参见图3，在ATM层，ATM信元a1+d1，a1+d2，…(a代表5字节的标题部分；d代表48字节的数据部分)通过物理层处理连续地传送。

一个AAL(ATM适应层)5拆开用户信息为ATM信元和装配信元为用户信息。AAL5具有相当于OSI参考模型第2层的一个功能。AAL5包括一个SAR(分段和再装配)子层，一个CPCS(公共部件会聚子层)(Common Part ConvergenceSub-layer)，和一个SSCS(特定业务会聚子层)。正如在图3B中表示的，CPCS-PDU(协议数据单元)是由一个填充和用于检测差错的一个尾部构成的。如图3C所示的，在第3层，分组数据被转换成一个分组标题部分3和一个数据部分。根据该第一实施例，第3层中的数据结构存储在表示在图2中的分组存储器2。在第4层，分组数据被处理为一个标题部分4和用户信息。在更高层，相继地处理标题部分和剩余用户信息。根据本发明的第一实施例，第3层的标题部分3和用户信息存储到该分组存储器2。第3层的标题部分3和(当必要时)第4层的标题4存储到共享存储器3。

接下来参见图4A，4B和4C，描述相应于以太网协议的数据结构。在图4A，4B和4C中，以太网帧的标题部分2是由一个前置码部分p(8字节)，一个目的地址部分r(6字节)，一个源地址部分s(6字节)和一个帧类型部分t(2字节)构成。因此，该标题部分2是由总共22字节组成。该以太网帧是由该标题部分2，一个可变长度数据部分和一个帧校验序列(FCS)(4字节)组成。如图4B所示的，在第3层的IP分组是由一个IP标题和用户信息构成的。在更高层，使用具有标题部分4和用户信息数据的结构。另外，如图4B所示，该IP标题部分的标题部分3和用户信息存储在表示在图2中的分组存储器中。标题部分2和标题部分3存储到共享存储器3。

根据本发明的第一实施例的数据结构可以应用到ATM网络，以太网网络和其它数据网络。另外，根据第一实施例的数据结构可用于此类网络的组合。

第一实施例的操作：

参见图2，当第2层接收处理部分4从第1层接收一个分组时，第2层接收处理部分4从第2层处理存储器1的空的分组缓冲管理字段获得一个空分组缓冲器的起始地址。同时第2层接收处理部分4将该接收分组数据写到获得的该分组缓冲器的起始地址，第2层接收处理部分4仅仅拷贝第3层协议处理必需的一个字段(分组标题)到共享存储器3。

在第2层接收处理部分4完成第2层的处理之后，第3层处理部分5执行相应于从第2层接收处理部分4接收的共享存储器3的地址的第3层的处理。例如第3层处理部分从存储在共享存储器3的标题部分3中搜索预先通知的通信网络的内容，执行最佳的路由选择处理，提供到目的地系统的连接和更新该标题部分。当要求更高层处理时，第3层处理部分5发送该用户信息到该更高层。在更高层完成用户信息的处理之后，第3层处理部分变换该用户数据的标题部分和发送改变的标题部分到第2层。

例如，根据TCP/IP(传输控制协议/网际协议)，作为网络层的第3层功能的数据报类型IP协议保证相应于作为传送层的第4层功能的TCP协议的双向通信。在LAN(局域网)中，使用以太网，FDDI(100Mb/s的环型局域网)等等作为TCP/IP的较低层。

根据本发明的第一实施例，为了防止第2层处理部分8和第3层处理部分5争用存取该存储器总线，共享存储器3是一个双端口存储器。

该双端口存储器是由第一端口数据总线，第一端口地址总线，第二端口数据总线，第二端口地址总线和一个控制电路构成的。该控制电路通过该地址总线控制存储单元和数据总线的连接。根据本发明的第一实施例，因为在一个时间不存取相同的地址，实质上不发生争用。因此，在管道操作中不要求防止发生争用的仲裁器电路。

图5是一个示意图，表示分组发送处理的概要。参见图5，第2层接收处理部分4接收其分组长度是s和其标题长度是t的一个分组。第2层接收处理部分4存储该分组到该分组存储器2和复制它到该共享存储器。

其后，第3层处理部分5执行相应于复制到共享存储器3的分组的分组标题的第3层的协议处理，和更新存储在共享存储器3的分组的分组标题为其长度是u的一个新的分组标题。其后，第2层发送处理部分6组合其长度是u、由第3层处理部分5更新的并且存储在共享存储器3的该分组标题和除了存储在该分组存储器的该分组标题之外其长度是s-t的分组数据，并且传送该组合的数据到第1层。此时，相对于其长度是s的该接收分组，传递其长度是(s-t+u)的传输分组。值t和u有时可以是O。

图5中

s：接收分组的长度(由第2层处理部分写入接收描述符)

t：在传递时从接收分组删除的分组的标题长度(由第三层处理部分写入发送描述符)

u：在发送时新增加的标题长度(由第三层处理部分写入发送描述符)

I：描述符的长度

N：分组存储器容量和共享存储器容量

n：处理一个分组使用的分组存储器的存储空间容量

Nn：处理一个分组使用的分组存储器的存储空间的开始地址

接下来描述划分共享存储器3和分组存储器2的存储空间的方法。正如在图6表示的，共享存储器3和分组存储器2的存储空间是相关的。存储被处理的分组的缓冲器的开始地址很容易地代表处理该分组的共享存储器3的存储器空间(反之亦然)，以便有效地执行有关的处理。

图6是一个示意图，表示分组存储器2和其存储容量是该分组存储器2的l/m的共享存储器3的分开的存储空间的一个例子。参见图6，分组存储器2要求用于处理一个分组的n字节的存储空间，而共享存储器3要求用于处理一个分组的n/m字节的存储空间。因此，该分组缓冲器#N的开始地址Nn的1/m是共享存储器3的存储空间的开始地址Nn/m。当使用共享存储器3的每个存储空间的开始地址之后的一个字节作为发送/接收一个分组必需的信息的一个字段(这个字段被称为描述符)时，用于共享存储器3的分组标题的每个存储空间的开始地址是(Nn/m+1)。因此，可以很容易地获得和使用缓冲存储器2和共享存储器3之间的相关。

接下来详细描述第一实施例的操作。当第2层接收处理部分4接收新的分组时，第2层接收处理部分4存储该分组数据到相应于从第2层处理存储器1的空的分组缓冲器管理字段读出的开始地址Nn的分组存储器2的存储空间。另外，当第2层接收处理部分4存储该接收分组到该分组存储器2时，第2层接收处理部分4复制第3层处理所需的该接收分组数据的一部分(比如该分组标题部分)到其开始地址是共享存储器3的(Nn/m+1)的一个存储空间。

在第2层接收处理部分4接收该分组之后，第2层接收处理部分4写入诸如接收分组长度s的信息到其长度是1和其开始地址是共享存储器3的Nn/m的描述符字段。其后第2层接收处理部分4通知第3层处理部分5该地址信息(Nn/m)，以使第3层处理部分5处理该分组。其后第＿鑏艪B屑蘝？1I搼？79□＿＞籪4坃nifg0层接收处理部分4接收一个新的分组。

第3层处理部分5读出存取相应于从第2层接收处理部分4接收的地址Nn/m的共享存储器3和执行第3层的各种处理(例如，分组标题正常性的检验操作，路由选择表的搜索操作和网络地址的变换操作)。

在第3层处理部分5决定传送有关的分组的情况下，需要时，第3层处理部分5将由第2层接收处理部分4复制到共享存储器3的分组标题重写到被传送的一个分组际题。另外，第3层处理部分5将诸如与由第2层接收处理部分4存储到分组存储2的接收分组不同的信息的信息(例如，从该接收分组删除的标题长度t，加上的新的分组标题的长度u，目的地物理端口，逻辑信道等等)写入到该描述符字段，和通知第2层发送处理部分6该共享存储器3的地址Nn/m。

因此，第2层发送处理部分6处理该分组。其后第3层处理部分5接收一个新的分组和处理它。

另外第2层发送处理部分6读出相应于从第3层处理部分5接收的共享存储器3的地址Nn/m的描述符字段，组合存储在共享存储器3的新的分组标题和存储在分组存储2中、相应于与写入该描述符字段的接收分组不同的信息的接收分组数据，形成一个发送分组和传送它到指定的物理端口以及指定的逻辑信道。

此时，从共享存储器3读出的分组标题的开始地址是Nn/m+1。分组标题的长度是u。从分组存储器2读出的分组数据的开始地址是Nn+t。分组数据的长度是(s-t)。发送帧长度是(s-t+u)。

在第2层发送处理部分6传送该分组之后，它写入在分组存储器2中是空闲的分组缓冲器的开始地址(Nn)到第2层处理存储器1的空的分组缓冲器管理字段，以使分组存储器2的空闲存储空间和该共享存储器的空闲存储空间可用于另一个分组处理。第2层发送处理部分6写入该地址到第2层处理存储器1的空的分组缓冲器管理字段之后，第2层发送处理部分6获得新的地址信息和开始下一个新的分组的发送处理。

该发送处理是以这样的方式执行的。然而，当第3层没有决定传送该分组时，已经确定该分组已经寻址该本地单元，或已经确定对于该分组要求更复杂的处理，第3层处理部分可以通知处理器7而不是通知第2层发送处理部分2有关该地址，以使处理器7处理该分组。此时，处理器7可以存取所有的层处理部分和所有的存储空间，读出该接收描述符，通过连接的数据总线和地址总线从分组存储器2读出所有的分组，处理它们和终止它们。

另外，处理器7可以将一个发送分组写到分组存储2，设定该传输描述符，和开始分组发送处理，跳过第3层处理部分5。

关于IP地址，在IP V4(版本4)格式中，使用32比特固定的具体地址格式。为了增加可以分配的域名的数量，已经逐渐使用支持128比特网络地址的IPV6(版本6)格式。在这个情形下，当IP V4格式分组数据转换成IP V6格式分组数据时，第2层接收处理部分4存储分组数据到分组存储器2和传送分组数据的IPV4标题部分到共享存储器3。第3层处理部分5接收IP V4标题部分，分析它，和建立一个IP V6标题部分。第2层发送处理部分6从第3层处理部分5接收处理结束消息，第2层发送处理部分6组合存储在共享存储器3的IPV6标题部分和存储在分组存储器2的相关的分组数据并且发送该组合数据到第1层。除了从IP V4格式到IP V6格式的标题格式转换外，可以执行从IP V6格式到IP V4格式的标题格式转换。同样地，可以执行从IP V6格式到IP V6格式的标题格式转换和从IP V4格式到IP V4格式的标题格式转换。

接下来描述根据第一实施例的分组交换机的IP V4分组的IP V6隧道效应。第2层接收处理部分4存储接收的IP V4分组数据到分组存储器2。另外，第2层接收处理部分4存储IP V4标题部分到共享存储器3。其后，第2层接收处理部分4通知第3层处理部分5该处理完成。第3层处理部分5建立一个IP V6标题部分，将它加到IP V4标题部分，以该共享存储器3中的IP V6分组数据代替IP V4分组数据。当IP协议要求在更高层中的处理时，例如，处理器7执行第4层或更高层的处理和返回该结果给第3层处理部分5。其后，第3层接收处理部分5通知第2层传送部分6该处理完成。

第2层发送处理部分6从代表处理完成并且存储在共享存储器3的地址读出该标题部分信息，其IP V6标题部分已经加到IP V4标题部分，组合该标题部分信息和相关的分组数据，并且发送得到的数据到第1层(物理层)。

作为隧道效应功能的另一个方法，第2层接收处理部分4存储接收的IP V4分组数据到分组存储器2，存储分组数据的IP V4标题部分到共享存储器3，并且通知第3层处理部分5该处理完成。第3层处理部分5建立相应于该IP协议的IP V6标题部分并且将IP V6标题部分加到存储在共享存储器3的IP V4标题部分。当IP协议要求更高层的处理时，例如处理器7执行第4层或更高层的处理并且返回该组合数据到第3层处理部分5。第3层处理部分通知第2层发送处理部分6该处理完成。

第2层发送处理部分6从代表该处理完成的地址读出IP V4标题部分和IPV6标题部分并且存储在共享存储器3组合该标题部分和相关的分组数据，以及发送该组合数据到第1层(物理层)。

作为另一个方法，第2层接收处理部分4存储IP V4标题部分到共享存储器3和通知第3层处理部分5该处理完成。第3层处理部分5从相应于该IP协议的共享存储器3删除该IPV4标题部分。另外，第3层处理部分5建立一个IP V6标题部分和将该IP V6标题部分写入到共享存储器3。其后，第3层接收处理部分5通知第2层发送处理部分6该处理完成。第2层发送处理部分6从共享存储器3的相关的地址读出IP V6标题部分、组合IP V6该标题部分和具有相关的IP V4标题部分的分组数据，以及发送该组合数据到第1层(物理层)。

因此，第2层发送处理部分6组合由第3层处理部分5更新的数据和由第2层接收处理部分4存储在分组存储器2的分组数据，并且传送该组合的数据。因此，IP V4分组传送到相应于IP V4的交换机，跳过IP V6交换机。

在这种情况下，当第3层是一个IP(网际协议)层时，可以执行IP V4分组的IP V6隧道效应处理(换言之，一个IP V6标题可以加到IP V4分组或从一个IP V4分组删除)。另外，可以执行IP V6分组的IP V4隧道效应处理(换言之，IP V4标题加到IP V6分组或从IP V6分组删除)。而且，可以执行IP V4分组的IP V4隧道效应处理(换言之，IP V4标题可以加到IP V4分组或从IP V4分组删除)。

第二实施例：

根据本发明的第二实施例的分组处理装置的结构与表示在图2的根据第一实施例的结构相同。根据第二实施例，第2层接收处理部分4复制数据到共享存储器3有两个方法。作为第一个方法，第2层接收处理部分4确定更高层的协议类型和提取相应于确定结果的一个字段。作为第二个方法，第2层接收处理部分4从分组的开始提取固定长度数据而不考虑更高层的协议类型。

图7是说明根据本发明的第二实施例的管道操作的示意图。参见图7，对于接收分组A的处理，在时序中分别地以X，Y和Z表示第2层接收处理部分4，第3层处理部分5和第2层发送处理部分6的操作。接收分组A的处理后面跟着接收分组B和C的处理。在第2层发送处理部分6正在处理分组A(正如操作Z)的同时，第3层处理部分处理分组B(正如操作Y)。

另外，第2层接收处理部分4处理分组C(作为操作X)。虽然同时执行分组A的操作Z，分组B的操作Y和分组C的操作X，但是分组存储器2的存储空间是不同于共享存储器3的存储空间。因此这些操作不争用存储空间。另外，因为第2层处理部分和第2层处理部分是通过物理上不同的存储器总线连接到共享存储器3，不发生对存储器总线的争用，不需要仲裁分组A的操作Z，分组B的操作Y和分组C的操作X。因此，这些操作可以独立地执行。

在图7中，在处理分组A的同时，当在时间(a)操作X是在操作Y前面时和当在时间(a)操作Y是在操作Z前面时，可以使用由阴影矩形部分表示的缓冲器。这分别地在时间(b)和(c)应用于分组B和C的处理。这些缓冲器还防止该处理争用。

实际上，对于每个分组和每个处理类型该处理时间是变化的。作为触发每个处理块操作的地址信息可以缓冲(排队)到缓冲器14，以便调整处理块的速度。另外，在每个处理块，可以执行相似的管道操作和速度调整。

在上面描述的实施例中，使用一个双端口存储器作为共享存储器3。作为替代，可以使用一个多端口存储器(诸如：三端口存储器或八端口存储器)，以便执行包括处理器7的管道操作。

在上面描述的TCP/IP协议中，第3层处理部分5可以处理第4层的分组标题部分，诸如：TCP(传送控制协议)以及第3层的分组标题部分。

在每层处理中交换的地址信息例如可以是一个描述符地址而不是分组存储器2的分组缓冲器的开始地址。

另外，作为相关不同的存储空间的方法，例如可以使用一个表搜索方法代替相乘方法。

根据上面描述的实施例，第3层处理部分5为每个接收分组指定不同的信息，以便变换ATM分组格式为TCP/IP分组格式，反之亦然。作为替代，当预定接收/发送分组的格式变换方法时，可以指定固定的不同信息。因此，为每个分组指定不同信息的处理可以从由第3层处理部分执行的处理中删去。

根据本发明，因为在第2层接收处理部分、第3层处理部分和第2层发送处理部分中交换的数据仅仅是代表多个存储空间的地址信息。因此，在存储器之间不传递冗余数据。因此可以以高速度执行该处理和可以减少该存储器的存储容量。

当每一个第2层接收处理部分，第3层处理部分，第2层发送处理部分和处理器部分中的每一个已经通知下一个处理块一个相关地址时，每个处理块可以处理一个新的分组。另外，直接地交换的信息仅仅是地址信息，该信息量少。因此，因为可以缓冲每个处理块的操作，它的速度可以容易地调整。因此，可以顺利地执行管道处理。

另外，因为通过该共享存储器在第2层处理部分和第3层处理部分之间间接地交换的信息仅仅是必需的信息，诸如分组标题，所以该共享存储器的存储容量可以减少。

另外，因为该共享存储器是一个双端口存储器和第2层处理部分以及第3层处理部分存取相应于在第2层处理部分和第3层处理部分之间交换的地址信息的共享存储器，可以防止在第2层和第3层之间争用存储器总线和相同的地址字段地址，而不需要使用专用的仲裁器电路。因为每个处理不干扰，因此增加了处理速度。

因为第2层发送处理部分以各种组合组合从第3层释放的并且存储在该共享存储器中的数据和由第2层接收处理部分存储在该分组存储器的接收数据，以及发送得到的数据，同时第2层发送部分在发送一个分组，它可以执行各种处理，诸如分组格式变换和更高的协议转换。

虽然已经相对于最佳模式实施例表示和描述了本发明，但是本领域的技术人员懂得：可以在形式和细节上进行对前面的和各种其它变换，省略和增加，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.通过多个层变换分组数据的一种分组处理装置，包括：

用于存储整个分组的一个分组存储器；和

一个共享存储器，用于存储在较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分，该较低层处理部分和该较高层处理部分通过物理上不同的存储器总线存取所述共享存储器的相同存储空间。

2.通过多个层交换分组数据的一种分组处理装置，包括：

用于存储整个分组的一个分组存储器；和

作为一个多端口存储器的一个共享存储器，用于存储在作为数据链路层的第2层处理部分和作为网络层的第3层处理部分的处理中使用的该分组数据的每个分组的一部分，该第2层处理部分和第3层处理部分存取所述共享存储器的相同存储空间，其中第2层和第3层是由开放系统互连参考模型建议的。

3.根据权利要求2所述的分组处理装置，还包括：

第2层接收处理部分，仅仅存储第3层或更高层必需的一个字段到所述分组存储器和所述共享存储器。

4.根据权利要求1所述的分组处理装置，还包括：

第2层发送处理部分，用于组合在多个分组存储器中存储的数据和在所述共享存储器中存储的数据，并且发送得到的数据作为该分组，其中第2层是由开放系统互连参考模型建议的。

5.通过多个层交换分组数据的一种分组处理方法，包括步骤：

存储整个分组到一个分组存储器；和

存储多个层的较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分到一个多端口共享存储器，该较低层处理部分和较高层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

6.通过由开放系统互连参考模型建议的多个层交换分组数据的一种分组处理方法，包括步骤：

存储整个分组到一个分组存储器；和

存储第2层处理部分和第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分到多端口共享存储器，该第2层处理部分和第3层处理部分存取多端口共享存储器的相同存储空间。

7.根据权利要求6所述的分组处理方法，其中使用管道处理系统，以使第2层处理部分和第3层处理部分存取该共享存储器而无干扰。

8.通过多个层交换分组数据的一种分组交换机，包括：

用于存储整个分组的一个分组存储器；和

一个多端口共享存储器，用于存储多个层的较低层处理部分和较高层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分，该较低层处理部分和较高层处理部分存取所述多端口共享存储器的相同存储空间。

9.通过由开放系统互连参考模型建议的多个层交换分组数据的一种分组交换机，包括：

用于存储整个分组的一个分组存储器；和

一个多端口共享存储器，用于存储多个层的作为数据链路层的第2层处理部分和作为网络层的第3层处理部分的处理中使用的分组数据的每个分组的一部分，第2层处理部分和第3层处理部分存取所述多端口共享存储器的相同存储空间。

10.根据权利要求9所述的分组交换机，还包括：

一个处理器，连接到所述第2层处理部分和所述第3层处理部分，用于执行比第3层更高的层的处理。

11.通过由开放系统互连参考模型建议的多个层交换分组数据的一种分组交换机，包括：

第2层接收处理部分，用于接收分组，存储接收的分组数据到一个分组存储器和存储接收分组的标题部分到一个共享存储器。

第3层处理部分，用于接收该标题部分，执行相应于该标题部分的网络处理，需要时更新该标题部分，和存储更新的标题部分到所述共享存储器的相同地址；和

第2层发送处理部分，用于组合从所述第3层处理部分接收的并且存储在所述共享存储器中的更新标题部分和存储在所述分组存储器中的分组信息，并且作为一个分组发送得到的数据。

12.根据权利要求11所述的分组交换机，其中所述第2层发送处理部分组合由所述第3层处理部分更新的并且存储在所述共享存储器中的数据和存储在所述分组存储器中的分组数据，发送该组合数据，变换分组格式为第1层的格式，而当第3层是一个IP(网际协议)层时，变换IP V4(版本4)分组为IP V6(版本6)分组，反之亦然。

13.根据权利要求11所述的分组交换机，其中所述第2层发送处理部分组合由所述第3层处理部分更新的并且存储在所述共享存储器中的数据和由所述第2层接收处理部分存储在所述分组存储器中的分组数据，并且当第3层是一个IP(网际协议)层时，对IP V4分组执行IP V6隧道效应处理(即，IP V6标题加到IP V4分组或从IP V4分组删除)，对IP V6分组执行IP V4隧道效应处理(IP V4标题加到IP V6分组或从IP V6分组删除)，或对IP V4分组执行IP V4隧道效应处理(IP V4分组加到IP V4分组或从IP V4分组删除)。