DE69938329T2

DE69938329T2 - Vorrichtung zur weiterleitung von ip-paketen und zur vermittlung von atm-zellen

Info

Publication number: DE69938329T2
Application number: DE69938329T
Authority: DE
Inventors: Steven R. Acton WILLIS
Original assignee: Juniper Networks Inc
Current assignee: Juniper Networks Inc
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2019-06-19
Also published as: CN1214689C; CA2301823A1; EP1066735B1; EP1005779A1; CN1275298A; CN1284409C; AU4956499A; AU4697599A; CN1166247C; WO1999066761A1; US6909720B1; AU4689699A; CN100385876C; US6611522B1; CA2301910A1; US9077777B2; IL134611A; AU760640B2; IL134616A; CA2301853A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Switching-Netzwerkknoten und insbesondere eine einzelne Vorrichtung zur Durchführung von IP-Weiterleitung und ATM-Switching.
Hintergrund der Erfindung
In herkömmlichen Systemen wurden Computernetzwerke typischerweise als in mehrere Schichten teilbar angesehen. Das Open System Interconnection (OSI) Referenzmodell wurde durch die internationale Standardisierungsorganisation (ISO) erstellt. Das OSI-Referenzmodell definiert ein Computernetzwerk, das sieben Schichten aufweist, die von einer physikalischen Schicht zu einer Anwendungsschicht reichen. Eine Reihe von unterschiedlichen Protokollen hat sich zur Verwendung in den entsprechenden Schichten eines Computernetzwerkes entwickelt. Das ATM-(Asynchronous Transfer Mode) Protokoll ist ein Schicht-2-Protokoll. Die Schicht-2 ist die Sicherungsschicht (Data Link Layer) und ist für die Übertragung von Informationsblöcken über eine Datenverbindung verantwortlich. Das Internet Protocol (IP) ist ein Beispiel eines Schicht-3-Protokolls. Die Schicht-3 ist die Vermittlungsschicht (Network Layer), die dafür verantwortlich ist, dass ein beliebiges Paar von Systemen in dem Computernetzwerk miteinander kommunizieren kann.
In herkömmlichen Systemen wurden ATM-Netzwerke als von IP-Netzwerken getrennte Gesamtheiten gesehen. ATM-Netzwerke funktionieren für eine Untermenge von Diensten gut, und IP-Netzwerke funktionieren gut für eine unterschiedliche Untermenge von Diensten. Wenn man bedenkt, dass weder IP noch ATM eine vollständige Multi-Service-Lösung anbieten, ziehen es viele Service Provider vor, duale Netzwerke zu betreiben. IP-Netzwerke unterstützen Anwendungen, wie z. B. Internet- Zugriff und virtuelle private Netzwerke (VPN), wohingegen ATM-Netzwerke Frame Relay, virtuelle private Netzwerke, Verbindungsemulation (Circuit Emulation), private Vermittlungsstellen (PBX) und andere Anwendungen unterstützen, wo Zuverlässigkeit und Qualität der Dienste (Quality of Service; QOS) eine hohe Priorität haben.
In "AITPM: A strategy for integrating IP with ATM" von G. Parulkar et al., 8282 Computer Communication Review, Bd. 25, Nr. 4, 1. Oktober 1959; S. 49 bis 58, wird ein System bereitgestellt, das IP- und ATM-Technologien durch die Verwendung eines ATM-Switches und von IP-Verarbeitungs-elementen bereitstellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die nicht nur IP-Paketweiterleitung und -Routing durchführen, sondern auch ATM-Switching und -Routing ausführen kann. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht es einem Netzwerkentwickler, sich nicht exklusiv auf ein einzelnes Protokoll festzulegen; vielmehr ermöglicht die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dem Entwickler, eine Anzahl von unterschiedlichen Protokollen innerhalb einer einzigen Vorrichtung zu unterstützen. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bietet eine echte Mehrfachquellen-Eignung. Die Vorrichtung ist in der Lage, ATM-, IP-Pakete über SONET zu verarbeiten und IP-Pakete über ATM zu routen.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Leiten von Eingabedaten zu Zielen eine IP-Paketweiterleitungseinrichtung zum Weiterleiten von IP-Paketen in den Eingabedaten zu ihren Zielen. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine ATM-Cell-Switching-Einrichtung zum Switchen bzw. Umlenken der ATM-Zellen in den Eingabedaten zu ihren Zielen. Die Eingabedaten können SONET-(Synchronous Optical Network) Datenblöcke umfassen.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Leiten zu Zielen Eingangsanschlüsse zum Empfangen von Eingaben und Ausgangsanschlüsse zum Ausgeben von Daten. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine Leiteinrichtung, die mit einem ausgewählten der Eingangsanschlüsse zum Leiten der Eingaben zu den Ausgangsanschlüssen gekoppelt ist. Die Leiteinrichtung leitet Schicht-2-Dateneinheiten, die von einem OSI-Schicht-2-Protokoll gekapselt sind, zu den Ausgangsanschlüssen basierend auf Adressdaten in den Schicht-2-Dateneinheiten. Die Leiteinrichtung leitet ebenfalls Schicht-3-Dateneinheiten, die durch ein OSI-Schicht-3-Protokoll gekapselt sind, zu den Ausgangsanschlüssen basierend auf Adressdaten in den Schicht-3-Dateneinheiten. Das Schicht-2-Protokoll kann das ATM-Protokoll und das Schicht-3-Protokoll kann IP sein.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren in einer Vorrichtung zum Leiten von Eingangsdatenverkehr, der auf Eingangsanschlüssen empfangen wird, zu Ausgangsanschlüssen durchgeführt. Ein IP-Lookup wird bereitgestellt zum Ermitteln, wohin ein IP-Paket, das auf einem ausgewählten Eingangsanschluss empfangen wurde, zu leiten ist. Ein ATM-Lookup wird bereitgestellt zum Ermitteln, wohin eine ATM-Zelle, die auf einem ausgewählten Eingangsanschluss empfangen wurde, zu leiten ist. Eine Einheit von Eingabedaten wird durch den ausgewählten Eingangsanschluss empfangen. Wenn die Dateneinheit eine ATM-Zelle ist, wird der ATM-Lookup verwendet, um zu erkennen, an welchen der Ausgangsanschlüsse die Dateneinheit zu leiten ist. Wo die Dateneinheit ein IP-Paket ist, wird der IP-Lookup verwendet, um den Ausgangsanschluss zu identifizieren, an den die Dateneinheit zu leiten ist.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Leiten von sowohl IP-Paketen, die Adressdaten enthalten, die Ziele identifizieren, als auch von ATM-Zellen, die Adressdaten enthalten, die Ziele in Richtung ihrer Destination identifizieren. Die Vorrichtung umfasst Eingangsanschlüsse zum Empfangen von Eingangsdatenströmen und Ausgangsanschlüsse zur Ausgabe von Datenströmen. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls Line-Cards zum Leiten von an den Eingangsanschlüssen empfangenen Eingabedaten zu den Ausgangsanschlüssen. Jede Line-Card umfasst eine IP-Paket-Weiterleitungsvorrichtung zum Leiten von IP-Paketen in den Eingangsdaten zu den Ausgangsanschlüssen basierend auf den Adressdaten, die in den IP-Paketen enthalten sind. Jede Line-Card umfasst zusätzlich eine ATM-Zellen-Weiterleitungseinrichtung zum Leiten von ATM-Zellen in den Eingabedaten zu den Ausgangsanschlüssen basierend auf den Adressdaten, die in den ATM-Zellen enthalten sind. Die Vorrichtung kann eine Verbindung zum Verbinden von Line-Cards umfassen, um die Kommunikation unter den Line-Cards zu ermöglichen. Ein Multiplexer kann vor einem ausgewählten der Eingangsanschlüsse angeordnet sein, um Datenströme in einen einzelnen Eingangsdatenstrom zu bündeln. Die Eingangsdaten können als ein OC-48-Datenstrom empfangen werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Eine anschauliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt ein Switch-Einbaufach zur Verwendung in der veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Implementierung der Vorrichtung der veranschaulichenden Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Switch-Einbaufächern verwendet werden.
3 zeigt das kanalisierte SONET-Schema, das in der veranschaulichenden Ausführungsform verwendet wird.
4 zeigt Multiplexer und ein Switch-Einbaufach mit vier Line-Cards.
5 zeigt Bestandteile einer Line-Card im Detail.
6 zeigt drei Hauptverarbeitungsstufen, die bei eingehendem Verkehr durchgeführt werden.
7 ist eine funktionale Darstellung, die die auf dem Datenverkehr durchgeführten Schritte veranschaulicht.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während der Eingangsverarbeitung durchgeführt werden.
9 ist eine funktionale Darstellung, die die funktionalen Schritte veranschaulicht, die während der Eingangsverarbeitung durchgeführt werden.
10 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild des Empfangs-ASIC 70 aus 5.
11 stellt das logische Format eines SONET STS-1-Datenblocks dar.
12 stellt das logische Format einer Zeile eines DS-3 PLCP Datenblocks dar.
13. stellt das logische Format eines PPP Datenblocks dar.
14 stellt das logische Format eines Frame-Relay Datenblocks dar.
15 veranschaulicht das logische Format eines AAL5 IDU.
16 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während der ATM-Zellen-Eingangsverarbeitung durchgeführt werden.
17 stellt das logische Format einer ATM-Zelle dar.
18 veranschaulicht das logische Format einer internen Zelle.
19 ist ein Schaubild, das den ATM-Lookup in der veranschaulichenden Ausführungsform darstellt.
20 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während der IP-Eingangsverarbeitung durchgeführt werden.
21 veranschaulicht das logische Format von Kopfsatzdaten, die während des IP-Lookups verwendet werden.
22 veranschaulicht Datenstrukturen und -tabellen, die während des IP-Lookups verwendet werden.
23 veranschaulicht ein logisches Format einer DANET-Struktur.
24 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während des IP-Lookups verwendet werden.
25 ist ein Schaubild, das die Indexierung eines Lookup-Arrays während des IP-Lookups veranschaulicht.
26 ist ein Beispiel, das die Beziehung zwischen Lookup-Arrays und DANET-Strukturen während des IP-Lookups zeigt.
27 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während der Switching-Stufe durchgeführt werden.
28 ist eine funktionale Abbildung, die funktionale Stufen veranschaulicht, die während der Ausgangsverarbeitung durchgeführt werden.
29 ist eine detailliertere Darstellung des Sende-ASIC 64 aus 5.
30 veranschaulicht die Übertragungs-Queues, die bei dem Sende-ASIC 64 verwendet werden.
31 veranschaulicht die Logik, die verwendet wird, um Daten zu den Übertragungswarteschlangen weiterzuleiten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine einzelne Vorrichtung zur Durchführung von sowohl Internetprotokoll-(IP-)Weiterleitung/Routing und ATM (Asynchronous Transfer Mode) Switching/Routing bereit. Die einzelne Vorrichtung enthält sowohl eine IP-Paketweiterleitungseinrichtung als auch eine ATM-Switching-Einrichtung. In diesem Kontext bezieht sich "Weiterleiten" auf das Weitergeben von Paketen zwischen einem Quellanschluss und einem oder mehreren Zielanschlüssen in einem Kommunikationsknoten. Wie z. B. einem Switch, einem Router oder einem Switch/Router. "Routing" bezeichnet die Ansammlung von Topologiedaten, um Daten einer Weiterleitungstabelle oder einer ähnlichen Struktur durch einen Kommunikationsknotenpunkt bereitzustellen, der zum Leiten von Eingabedaten zu einem Ziel verwendet wird. "Switching" betrifft das Leiten von Paketen oder anderen modularisierten Informationen durch dazwischen geschaltete Schaltknotenpunkte (Switching Nodes), um einen Sender mit einem Empfänger in einer verbindungsorientierten Umgebung zu verbinden.
Die veranschaulichende Ausführungsform beseitigt den Bedarf nach getrennten Switches und Routern. Die in der veranschau lichenden Ausführungsform verwendete Vorrichtung kann sowohl ATM-Zellen und IP-Pakete in einer einzigen Vorrichtung verarbeiten und kann ebenfalls von ATM-Zellen übertragene IP-Pakete verarbeiten. Die Vorrichtung kann in IP-Netzwerken, wie z. B. im Internet, einem Intranet oder Extranet oder in traditionelleren Switching-Umgebungen verwendet werden, wie z. B. virtuellen privaten Netzwerken (VPN), privaten Datennetzwerken. Die Vorrichtung unterstützt das Routen von IP-Paketen über ein SONET (Synchronous Optical Network), das Routen von IP-Paketen über ATM und reines ATM-Switching. Allgemeiner gesprochen beseitigt die veranschaulichende Ausführungsform die Trennung zwischen Schicht-2-Vorrichtungen und Schicht-3-Vorrichtungen, sodass Schicht-2-Dateneinheiten und Schicht-3-Dateneinheiten durch eine einzige Vorrichtung zu ihren Zielen hin geleitet werden können.
Die veranschaulichende Ausführungsform verwendet einen Switch/Router, der zur Verwendung in einem Kommunikationsnetzwerk, wie z. B. einem Computernetzwerk oder einem Telefonnetzwerk geeignet ist. Der Switch/Router umfasst Eingangsanschlüsse zum Empfangen von Eingangsdatenverkehr und Ausgangsanschlüsse zum Leiten des Eingangsdatenverkehrs zu den Zielen. Jeder Eingangsdatenanschluss ist mit einer Kommunikationsleitung wie z. B. einer faseroptischen Leitung verbunden. In ähnlicher Weise ist jeder Ausgangsanschluss ebenso mit einer Kommunikationsleitung verknüpft (z. B. einer faseroptischen Leitung). Eine ATM-Zellen-Weiterleitungseinrichtung und eine IP-Paketweiterleitungseinrichtung sind für jeden Eingangsanschluss vorgesehen. Die ATM-Zellen-Weiterleitungseinrichtung bestimmt für jede von dem Eingangsanschluss empfangene ATM-Zelle, welcher Ausgangsanschluss zur Ausgabe der ATM-Zelle zu verwenden ist. Die IP-Paketweiterleitungseinrichtung bestimmt für jedes durch den Eingangsanschluss empfangene IP-Paket, welcher Ausgangsanschluss zur Ausgabe des IP-Paketes zu verwenden ist. Damit kann jeder Eingangsanschluss sowohl ATM-Zellen als auch IP- Pakete empfangen und die Switch/Anteile werden die ATM-Zellen und IP-Pakete in korrekter Weise leiten.
Die nachstehende Erläuterung fasst die Architektur und den Betrieb der Switch-/Router-Vorrichtung der veranschaulichenden Ausführungsform zusammen.

1 zeigt ein Switch-Einbaufach 10, das zur Verwendung in der Switch-/Router-Vorrichtung der veranschaulichenden Ausführungsform geeignet ist. Das Switch-Einbaufach 10 stellt die Kern-Switching-Funktionalität für die Vorrichtung bereit. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird, kann die Vorrichtung mehrere Switch-Einbaufächer umfassen, um die Switching-Kapazität der Vorrichtung zu erhöhen. Diese Modularisierung der Switching-Funktionalität ermöglicht einem Netzbetreiber, die Switching-Kapazität auszuwählen, die für die Bedürfnisse des Netzbetreibers angemessen ist. Das Switch-Einbaufach 10 umfasst ein Gehäuse 12 zum Halten der Bestandteile des Switch-Einbaufachs einschließlich acht Line-Cards 14. Die acht Line-Cards 14 sind Leiterplatten, die die Logik zum Empfangen und Senden der Daten enthalten. Jede Line-Card 14 ist dazu bestimmt, einen OC-48 Eingangsstrom entsprechend 2,488 Gigabits pro Sekunde (Gbps) zu empfangen/senden. SONET ist ein Standard, der eine Familie von faseroptischen Übertragungsraten definiert, der die Zusammenarbeit von Übertragungsprodukten unterschiedlicher Hersteller ermöglicht. SDH ist ein Standard, der technisch mit SONET konsistent ist. Die optischen Übertragungsraten sind als Optical Carry (OC)-Raten bekannt. Die SONET/SDH OC-Raten sind wie folgt definiert: OC-Level Leitungsgeschwindigkeit Kapazität

OC-1	51,84 Mbps	28 DS1s oder 1 DS3
OC-3	155,52 Mbps	84 DS1s oder 3 DS3s
OC-9	466,56 Mbps	252 DS1s oder 9 DS3s
OC-12	622,08 Mbps	336 DS1s oder 12 DS3s
OC-18	933,12 Mbps	504 DS1s oder 18 DS3s

OC-Level Leitungsgeschwindigkeit Kapazität

OC-24	1,244 Gbps	672 DS1s oder 24 DS3s
OC-36	1,866 Gbps	1008 DS1s oder 36 DS3s
OC-48	2,488 Gbps	1344 DS1s oder 48 DS3s
OC-96	4,976 Gbps	2688 DS1s oder 96 DS3s
OC-192	9,953 Gbps	5376 DS1s oder 192 DS3s

Wie in der oben gezeigten Tabelle ersichtlich, ist OC-48 eine der spezifizierten Leitungsgeschwindigkeiten. In der Kapazitätsspalte der Tabelle wird auf DS-1 und DS-3 Raten Bezug genommen. Dies sind SONET/SDH-Kapazitäten ausgedrückt in Begriffen von Leitungsgeschwindigkeit in der Plesiochronen Digitalen Hierarchie (PDH) von digitalen Signalgeschwindigkeiten, die verwendet wird, um Kapazitäten von Leitungen oder Bündeln bzw. Trunks zu klassifizieren. Der Basis-Geschwindigkeitswert in der DS-Hierarchie ist DS-0, was 64 Kilobits pro Sekunde entspricht. DS-1 entspricht 1,54 Megabits pro Sekunde, und DS-3 entspricht 44,737 mbps.
Das Switch-Einbaufach 10 enthält ebenfalls Switch-Modulkarten 18, die 3 Fächer bzw. Slots belegen. Die Switch-Modulkarten 18 sind Leiterplatten, die eine Switch-Kapazität bereitstellen, um die Kommunikation zwischen Line-Cards zu ermöglichen. Die Switch-Modulkarten 18 bilden den Kern des "Interconnect", der nachfolgend ausführlicher beschrieben ist. Switch-Ressourcen-Module 16 besetzen die verbleibenden zwei Einschübe in dem Switch-Einbaufach 10. Diese Module 16 steuern die Statusinformationen auf Leiterplattenebene für das Switch-Einbaufach 10.
Wie oben erwähnt können zusätzliche Switch-Einbaufächer 10 in der Vorrichtung verwendet werden, um die Switch-Kapazität der Vorrichtung zu erhöhen. 2 zeigt ein Beispiel, wobei acht Switch-Einbaufächer 10 verwendet werden. Zugangseinbaufächer 20 werden ebenfalls in der Vorrichtung verwendet. Jedes Zugangseinbaufach 20 weist ein Paar von linearen Terminal-Multiplexern auf, die einen strukturierten OC-48 Datenstrom einzelne OC-12/STM4, OC-2/STM1, DS-3 und/oder E3 untergeordnete Leitungen (engl. tributaries) erzeugen. In dem in 2 abgebildeten Beispiel werden acht Zugangseinbaufächer 20 verwendet. Ein Zugangseinbaufach 20 wird für jedes entsprechende Switch-Einbaufach 10 bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält ebenfalls eine Anzahl von Steuer-Einbaufächern 24. Jedes Steuer-Einbaufach 24 enthält ein duales redundantes Paar von Steuerprozessoren. Das Erweiterungseinbaufach 22 ist ein 160 Gbps Switch zur Verbindung der bis zu 8 Switch-Einbaufächer 10. Das Erweiterungseinbaufach 22 ermöglicht, dass ein Eingangsdatenstrom auf einer Line-Card in einem ersten der Switch-Einbaufächer 10 empfangen wird und von einer Line-Card auf einem zweiten der Switch-Einbaufächer ausgegeben wird.
Die Vorrichtung der veranschaulichenden Ausführungsform stellt einen kanalisierten SONET/SDH-Betriebsmodus bereit, sodass z. B. jedes OC-48 Line-Card-Modul für DS-3, OC-3 und OC-12 oder OC-48 Leitungskonfiguration konfiguriert werden kann. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Kanalisierung. Ein einzelner OC-48 Eingangsstrom 30 hat untergeordnete oder Neben-Leitungen, die eine OC-12C-Paket-über-SONET-Leitung 32 und eine OC-12 ATM-Leitung 34 umfassen. Die Leitung 38 ist in vier OC-3 Leitungen einschließlich einer OC-3C Paket-über-SONET Leitung 44 und einer OC-3 ATM-Leitung 46 aufgeteilt. Die Leitung 47 ist in drei DS-3 Leitungen einschließlich einer ATM HEC abgegrenzten Leitung 40, einer DS-3 ATM PLCP abgegrenzten Leitung 40 und einer PPP-über-DS-3 Leitung 42 aufgeteilt. Jedes der Line-Card Module 14 entbündelt den OC-48 Eingangsstrom in die spezifizierten Leitungen und arbeitet dann getrennt auf den Leitungen (d. h. "Kanälen"). Die Konfiguration der Leitungen ist Software-gesteuert und kann dynamisch verändert werden.
4 veranschaulicht ein Beispiel des Abschnitts des funktionalen Layouts für die Vorrichtung der veranschaulichenden Ausführungsform. Die Vorrichtung umfasst Line-Cards 53, 55, 57 und 59, die an Eingangsverbindungsleitungen gekoppelt sind. Jede Line-Card 53, 55, 57 und 59 empfängt einen einzelnen physikalischen OC-48 Datenstrom über einen Eingangsanschluss. 5 zeigt einige zusätzliche Komponenten, die auf der Line-Card 59 in größerem Detail vorhanden sind. Es wird unterstellt, dass jede der anderen Line-Cards 53, 55 und 57 ein ähnliches Layout aufweist. Die Line-Card 59 umfasst einen Mikroprozessor 72 und einen Speicher 74. Der Speicher 74 kann viele unterschiedliche Formen annehmen einschließlich eines Schreib-Lese-Speichers (RAM) oder Nur-Lese-Speichers (ROM). Die Line-Card 59 umfasst anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) einschließlich eines Empfangs-ASIC 70 und eines Sende-ASICs 64. Der Empfangs-ASIC 70 ist für den Empfang von Eingangsdaten und die Verarbeitung der Daten verantwortlich, sodass die Daten bereit sind, über den Interconnect 62 übertragen zu werden. Der Sende-ASIC 64 empfängt die Daten von dem Interconnect 62 und leitet die Daten über einen Ausgangsanschluss auf eine Ausgangsleitung weiter nach außen. Wie oben erwähnt weist jede der Line-Cards 53, 55 und 57 eine ähnliche Architektur zu der in 5 abgebildeten auf. Damit umfasst die Line-Card 53 einen ASIC 54, die Line-Card 55 einen ASIC 56 und die Line-Card 57 umfasst einen ASIC 58.
Der einschlägige Fachmann wird zu würdigen wissen, dass die in 5 dargestellte Abbildung der Line-Card 59 lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung zu berücksichtigen ist. Andere Line-Card-Konfigurationen können verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen. Darüber hinaus muss die von der Line-Card bereitgestellte Funktionalität nicht auf einer Line-Card an sich implementiert werden, sondern kann in einer unterschiedlichen Art und Weise oder einer unterschiedlichen Hardware-Konfiguration implementiert sein. Darüber hinaus brauchen der Empfangs-ASIC 70 und der Sende-ASIC 64 nicht als zwei getrennte ASICs implementiert sein, sondern können auch als mehr als zwei ASICs oder als einzelner ASIC implementiert sein.
Die Line-Cards 53 können SONET-Multiplexer wie z. B. die Multiplexer 50 und 52 aufweisen, die an dem Eingang der Eingangsanschlüsse für die Line-Cards angeordnet sind, um die eingehenden (Neben-)Leitungsdatenströme in OC-48 Datenströme zu bündeln. In dem in 4 dargestellten Beispiel bündelt der SONET-Multiplexer 50 vier OC-12 Datenströme in einen OC-48 Datenstrom. Der Steuerprozessor 64 steuert im Überblick den Betrieb der Line-Cards 53, 55, 57 und 59 und den Interconnect 62. Die Demultiplexer 50 und 52 sind an den Zuführungen an die Ausgangsanschlüsse angeordnet, um die OC-48 Ausgabe von den Line-Cards zu nehmen und sie in die einzelnen Leitungsbestandteile wie z. B. OC-12, OC-3 oder DS-3 Leitungen aufzuteilen.
Ein Beispiel ist hilfreich, um den Datenfluss durch die in 4 abgebildeten Bestandteile zu veranschaulichen. Man nehme an, dass vier OC-12 Datenströme in einen einzelnen OC-48 Eingangsdatenstrom an dem Eingangsanschluss für die Line-Card 59 gebündelt bzw. multiplext werden. Der Empfangs-ASIC 70 auf der Line-Card 59 bestimmt, wie ATM-Zellen und/oder IP-Pakete in dem Eingangsdatenstrom zu leiten sind. Die Daten werden über den Interconnect 62 zu einer Ziel-Line-Card wie z. B. die Line-Card 53 weitergegeben. Der Sende-ASIC 64 auf der Line-Card 53 paketiert die Daten (d. h. kapselt) in einem Format, das für das Ziel geeignet ist. Die Daten werden anschließend über die Ausgangsanschlüsse nach außen gesendet. Ein Multiplexer 50 kann die Ausgangsdaten von dem OC-48 Strom, der aus der Line-Card kommt, auf einen physikalischen OC-12 Anschluss bündeln.
6 zeigt die drei Hauptstufen, die bei der Verarbeitung eines Eingangsdatenstromes bei der Vorrichtung involviert sind. Zunächst wird die Eingangsverarbeitung 80 durchgeführt. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird, ortet die Eingangsverarbeitung 80 die ATM-Zellen und IP-Pakete innerhalb des Eingangsdatenstromes und entkapselt und segmentiert die eingehenden Paketdaten. Die Eingangsverarbeitung 80 ordnet die Daten in einem geeigneten Format an, um die Daten über den Interconnect 62 zu leiten. IP-Weiterleitungs- und ATM-Switching-Lookups bzw. Nachschlagevorgänge werden als Teil der Eingangsverarbeitung 80 durchgeführt. Die Interconnect-Stufe 82 leitet die Eingangsdaten über den Interconnect 62 zu den entsprechenden Ausgangs-Line-Cards. Die Ausgangsverarbeitung 84 umfasst das Kapseln der über die Verbindung empfangenen Daten und das Ausleiten der Daten zu den entsprechenden Ausgangsanschlüssen, sodass die Daten die beabsichtigten Ziele erreichen. Die nachfolgende Erläuterung beschreibt diese Stufen ausführlicher.
7 stellt ein funktionales Schaubild bereit, das für einen vorgegebenen Datenstrom die Laufzeit der Verarbeitung vom Eingang zum Ausgang in der veranschaulichenden Ausführungsform darstellt. Der OC-48 Eingangsdatenstrom 90 wird zuerst in zwei getrennte Leitungsströme (auch als "Kanäle" bekannt) entbündelt 92. Die Daten jedes der Kanäle werden entkapselt 94, um die Daten aus den SONET-Datenblöcken und Schicht-2-Datenblöcken zu entfernen. Die ATM-Eingangsverarbeitung 96 wird für die ATM-Zellen in den Eingangsdaten durchgeführt und die IP-Eingangsverarbeitung 98 wird für die IP-Pakete in den Eingangsdaten durchgeführt. Daten werden über den Interconnect 62 zu einer Ausgabe-Line-Card weitergegeben. Die Ausgangs-Line-Card führt eine Ausgangsverarbeitung 102 durch, die Queueing (in Wartschlangen stellen) und Datenverkehr-Formung (Traffic Shaping) 102 umfasst. Die Kapselung 104 wird für die Daten durchgeführt und die entsprechenden Leitungsströme werden gebündelt 106, um einen OC-48 Ausgangsdatenstrom 108 zu erzeugen.
Die veranschaulichende Ausführungsform nutzt vorteilhaft die Infrastruktur von SONET/SDH, um Mehrfach-Datenkapselungen zu unterstützen. Es wird angenommen, dass die Eingangsdaten in einem SONET-Format codiert sind. 8 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die während der Eingangsverarbeitung in der veranschaulichenden Ausführungsform durchgeführt werden. Zuerst müssen die eingehenden Daten in die entsprechenden SONET/SDH-Leitungsströme entbündelt werden (Schritt 110 in 8). Die Eingangsverarbeitung wird wirksam auf allen Leitungsströmen gleichzeitig durchgeführt. 9 zeigt ein funktionales Schaubild der Eingangsverarbeitung, das detaillierter ist als das Schaubild in 7. Der OC-48 Datenstrom 90 wird als von den SONET-Demultiplexern 92 logisch entbündelt dargestellt.
Die resultierenden Daten in den entsprechenden Leitungen können in einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Formaten vorliegen. Der Empfangs-ASIC 70 grenzt diese Daten (Schritt 112 in 8) ab, um Zugriff auf die ATM-Zellen, PPP-Datenblöcke oder FR-Datenblöcke zu erhalten, die darin übertragen werden (siehe 94 in 7). Jedes IP-Paket kann aus mehreren ATM-Zellen zusammengesetzt sein oder kann in einem PPP-Datenblock oder FR-Datenblock enthalten sein.
11 zeigt das Format eines SONET STS-1 Datenblocks 200. Andere SONET-Datenblock-Formate können verwendet werden, um OC-3, OC-12 und OC-48 zu unterstützen. Der SONET-Datenblock 200 umfasst 9 Zeilen, wobei jede Zeile 90 Oktette (d. h. 90-Bit Bytes) enthält. Die Nutzlast für den SONET-Datenblock 200 ist in dem synchronen Nutzlastumschlag (Synchronous Payload Envelope; SPE) 202 enthalten. Der SPE 202 enthält 9 Bytes, die dem Path Overhead (OH) 208 gewidmet sind. Der SONET-Datenblock 200 enthält ebenfalls einen Abschnitt OH 204 und eine Leitung OH 206. Der Abschnitt OH 204 und die Leitung OH 206 sind Teil des SONET-Transport-Overheads. In diesem Zusammenhang bezeichnet "Overhead" die Kopfsatzdaten, die zur Verwendung von verschiedenen Schichten des Computernetzwerks bereitgestellt werden.
10 zeigt die Bestandteile des Empfangs-ASIC 70 in größerem Detail. Der Empfangs-ASIC 70 umfasst einen SONET-Deframer 140, der die Eingangsdaten empfängt. Der SONET-Deframer 140 entfernt die Inhalte des SPE 202 aus dem SONET-Datenblock 200. Die sich ergebende Nutzlast kann zusätzliche Datenblöcke enthalten, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Eine Möglichkeit ist, dass die Nutzlast des SONET-Datenblocks 200 einen oder mehrere DS-3 PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) Datenblöcke enthält. Ein derartiger Datenblock enthält eine Nutzlast, die beim Zuordnen von ATM-Zellen auf DS-3 Einrichtungen verwendet wird. Der Datenblock enthält zwölf Zeilen wie die Zeile 210, die in 12 dargestellt ist. Jede Zeile umfasst PLCP-Einrahmungs-(Framing-)Oktette 212, um das Einrahmungsmuster, das verwendet wird, zu identifizieren. Der Path Overhead Indicator (POI) 214 indiziert die angrenzenden Path Overhead (POH) Oktette 216 und identifiziert die Codierung für das POH-Oktett. Die ATM-Zelle 218 enthält den Dateninhalt für den Datenblock 210, und der Datenblock kann Schlusssatz-Halbbytes (d. h. 4-Bits) 220 umfassen.
Die Daten können ebenfalls in einem Punkt-zu-Punkt-Protokoll-(PPP-)Datenblock 222 gekapselt sein, wie er in 13 gezeigt ist. PPP ist ein Schicht-2-Protokoll, das auf einer restriktiven Untermenge des standardmäßigen High Level Data Link Control (HDLC) Protokolls aufgesetzt ist. Der PPP-Datenblock 222 wird durch die Merker 223 und 231 eingegrenzt. Jeder PPP-Datenblock 222 umfasst eine Adresse 224 und ein Steuerfeld 226, das die Flusssteuer-Informationen enthält. Der PPP-Datenblock 222 enthält einen Informationsabschnitt 228 und eine PPP-Nutzlast. Das CRC-Feld 230 kennzeichnet die Art der zyklischen Redundanzprüfung (Cyclic Redundancy Check), die für den Datenblock verwendet wird.
Die Daten können ebenfalls in einen Frame Relay (FR-)Datenblock 232 gekapselt sein (14). Jeder (FR-)Datenblock 232 umfasst ein Byte mit Merkerdaten 234 und ein Adressfeld 236 in dem FR-Datenblock-Kopfsatz. Der Frame-Relay-Datenblock 232 enthält ebenfalls ein Informationsfeld 238, das eine Nutzlast enthält und ein Datenblock-Überprüfungssequenz-Oktett 240, das Daten enthält, die verwendet werden, um zu überprüfen, ob der Datenblock richtig empfangen wurde. Schließlich hat der Frame-Relay-Datenblock 232 ein Merker-Oktett 242 an seinem Ende.
Sobald die ATM-Zellen festgestellt sind, muss die ATM-Zellen-Eingangsverarbeitung für jede ATM-Zelle durchgeführt werden (siehe Schritte 114 und 116 in 8). Der ATM-Zellen-Kopfsatz 303 wird an die ATM-Lookup-Maschine 150 zusammen mit den Eingangsanschluss-Daten gesendet (Schritt 260 in 16). Die verbleibenden 48 Bytes der ATM-Zelle werden an den Empfangs-FIFO 152 gesendet (Schritt 262 in 16). 17 stellt das Format einer ATM-Zelle 290 dar. Jede ATM-Zelle ist 53 Bytes lang mit 48 Bytes Nutzlast 310 und 5 Bytes Kopfsatz 303. Die ATM-Zelle 290 enthält ebenfalls einen virtuellen Pfadidentifikator (Virtual Path Identifier; VPI) 294, der den virtuellen Pfad für die ATM-Zelle kennzeichnet. Die ATM-Zelle 290 umfasst einen virtuellen Kanal-Identifikator (Virtual Channel Identifier; VCI) 298, der den virtuellen Kanal für die Zelle kennzeichnet. ATM-Zellen verwenden VCIs und VPIs, um die Behandlung einer Zelle zu bestimmen. Ein VC (virtueller Kanal; Virtual Channel) ist eine Verbindung zwischen zwei kommunizierenden ATM-Entitäten. Ein VP (virtueller Pfad) ist eine Gruppe von VCs, die zwischen zwei Punkten übertragen werden. VPs stellen eine zweckmäßige Technik zum Bündeln von Verkehr dar, der demselben Ziel zusteuert. In einigen Beispielen braucht ein Switching-Netzknoten nur hinsichtlich einem VPI zu überprüfen, um Verkehr weiterzugeben, und keine vollständigere Adresse.
Ein Nutzlasttyp 304 ist in dem Kopfsatz 303 umfasst und umfasst ein 3-Bit-Feld, das angibt, ob die Zelle Benutzerinformationen enthält oder zugehörige Schicht-Steuerungsdaten. Ein Zellverlust-Prioritäts-Bit 306 ermöglicht die Bestimmung von explizitem Prioritätsverlust für die Zelle. Der Kopfsatz 303 der ATM-Zelle 200 enthält ebenfalls ein Kopfsatz-Fehler-Steuerfeld 308, das von der physikalischen Schicht des Netzes für Bitfehler in dem Zellenkopfsatz verwendet wird.
Wie oben erwähnt, wird der ATM-Zellenkopfsatz 303 an die ATM-Lookup-Maschine 150 gesendet (Schritt 206 in 16). Die Nutzlast 310 wird an den Empfangs-FIFO 152 gesendet (Schritt 262 in 16). Die ATM-Lookup-Maschine 115 verwendet eine ATM-Tabelle 154, um einen Lookup durchzuführen, um zu bestimmen, wohin die ATM-Zelle zu leiten ist (Schritt 264 in 16). Die ATM-Lookup-Maschine spielt eine Rolle sowohl bei den Ordnungsaufgaben (siehe 126 in 9) als auch bei der Lookup-Funktion (siehe 128 in 9). Es sollte gewürdigt werden, dass der Zellen-Kopfsatz, der an den ATM-Lookup 150 gesendet wird, das HEC-Feld 308 nicht umfasst. Es sollte ebenfalls gewürdigt werden, dass die ATM-Lookup-Maschine 150 einen Lookup durchführt (Schritt 264 in 16), sobald die 48 Bytes von Daten in dem Empfangs-FIFO 152 gespeichert sind (Schritt 262 in 16).
Die nachfolgende Diskussion beleuchtet zuerst die Leistung des ATM-Lookup-Schrittes 264 in 16 und diskutiert anschließend kurz die Richtlinienverarbeitung (Policing), die durch die ATM-Lookup-Maschine 150 durchgeführt wird. Das Policing misst Datenverkehrsraten und eingehender Datenverkehr wird gegenüber Datenverkehrskontrakten unter Verwendung eines so genannten Dual-Leaky-Gucket-Algorithmus validiert.
Wie in 19 dargestellt, durchläuft eine eingehende ATM-Zelle einen dreistufigen Lookup. Die erste Stufe umfasst den Zugriff auf die Anschluss-Lookup-Tabelle (Port Lookup Table; PLUT). Die PLUT 320 enthält 49 Einträge, wobei 48 Einträge für die 48 unterschiedlichen Kontexte bereitgestellt werden, die möglich sind, und ein 49. Eintrag entspricht dem Line-Card-Prozessor (LCP) 72. Jeder Eintrag in der PLUT 320 zeigt auf einen Eintrag in der VP-Lookup-Tabelle (VPLUT) 322, die die zweite Stufe des Lookups bildet. Jeder Eintrag in der VPLUT ist mit einem bestimmten virtuellen Pfad verknüpft. Damit zeigt ein Eintrag in der VPLUT auf den virtuellen Pfad, der mit dem Kontext für den Eintrag verbunden ist. Jeder VPLUT-Eintrag 322 zeigt auf eine VC-Lookup-Tabelle (VCLUT), die Informationen für einen bestimmten virtuellen Schaltkreis enthält. Jeder Eintrag enthält 128 Bytes an Daten. Die Daten kennzeichnen den virtuellen Schaltkreis, zu dem die Zelle gereutet oder geswitcht wird oder gibt an, dass der Schaltkreis auf dem LCP endet.
Jeder VCLUT Eintrag 324, 326 oder 328 enthält ein Ziel-Handle und andere Switching-Daten einschließlich Daten, die die für die Durchführung von Policing nützlich sind. Ein Ziel-Handle ist eine Verbunddatenstruktur, die nützliche Informationen mit Bezug darauf enthält, wohin eine Zelle geleitet werden soll, sodass die Zelle korrekt in Richtung des gewünschten Zieles ausgegeben wird. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird, wird das Ziel-Handle durch den Sende-ASIC 64 verwendet, um zu bestimmen, wohin die Ausgabe zu senden ist (d. h. welcher Ausgangsanschluss verwendet werden soll). Die Ergebnisse des ATM-Lookups bestehen im Allgemeinen in einem Ziel-Handle.
Wie oben erwähnt führt die ATM-Lookup-Maschine 150 bestimmte Policing-Tätigkeiten durch. Für ATM-Zellen werden getrennte Kontrolleure bzw. Policer implementiert, um die Spitzenzellenrate (Peak Cell Rate; PCR) und die Sustained Cell Rate (SCR) gemäß Datenverkehr-Kontrakt für den VC oder VP zu beobachten. Jeder Kontrolleur bzw. Policer implementiert den allgemeinen Zellenraten-Algorithmus (Generic Cell Rate Algorithm; GCRA), der in UNI 4.0-Spezifikation definiert ist. Der PCR Leaky-Gucket-Algorithmus überwacht die maximale Zellenrate innerhalb der Toleranz, die durch die Zellenverzögerungs-Variationstoleranz (Cell Delay Variation Toleration; CDVT) erlaubt ist. Der SCR Leaky-Gucket-Algorithmus überwacht die durchschnittliche Zellankunftsrate über einen Zeitraum innerhalb der durch die Maximum Burst Size (MBS) und CDVT erlaubte Burst-Größe. SCR gilt für VGR- und UBR-Verbindungen und beträgt immer weniger als die PCR. Die Datenverkehrskontrakte sind gemäß der ATM Forms Traffic Management 4.0-Spezifikation definiert. Die ATM-Zellen, die über den Verkehrsdaten- Kontrakt hinausgehen, sind der Kontrolle bzw. dem Policing ausgesetzt, die bzw. das ein Kennzeichnen oder Fallenlassen der dagegen verstoßenden Zellen umfassen kann.
Das Policing und QOS sind ausführlicher in der ebenfalls anhängigen parallelen Anmeldung mit dem Titel "An Interconnect Network For Operation Within A Communication Node" [AGM-006] beschrieben, die auf einen gemeinsamen Inhaber übertragen ist und hierin explizit unter Bezugnahme einbezogen ist.
Die Ergebnisse des Lookups 150 (d. h. der Ziel-Handle) werden zu dem CRC-Modul 152 gesendet (Schritt 266) in 16). Der ATM-Lookup 150 kann entscheiden, ob eine Zelle als Teil des Kontrollierens bzw. Policing zu verwerfen ist oder nicht (siehe Schritt 268 in 16). Die entsprechenden Zellen werden anschließend verworfen (Schritt 270 in 16). Wenn die Zelle nicht zu verwerfen ist, wird ein Ticket von dem Ticket-Master 162 angefordert (Schritt 274 in 16). Das Ticket ist ein Zeiger auf einen Ort innerhalb eines Empfangsdaten-Parkplatzes 160 (10). Der Empfangsdaten-Parkplatz 160 ist ein Ort zum Speichern von Daten, während die Verarbeitung durchgeführt wird. Das Ticket kann eingelöst werden, um die Daten von dem durch das Ticket identifizierten Ort zu extrahieren. Als Antwort auf die Anfrage gibt der Ticket-Master 162 ein Ticket aus und sendet das Ticket an die ATM-Lookup-Maschine 150 (Schritt 276 in 16). Der 48-Byte-Abschnitt der Zelle, die die Daten enthält, wird dann zu dem Empfangsdaten-Parkplatz 160 über den Empfangs-FIFO 152 übertragen. Die Daten werden an dem Ort gespeichert, der durch das herausgegebene Ticket gekennzeichnet ist (Schritt 278 in 16). Eine Überprüfung wird durchgeführt, ob die ATM-Zelle einen Teil eines IP-Paketes enthält (Schritt 279 in 16). Wenn ja, dann muss die IP-Eingangsverarbeitung beginnend mit Schritt 412 aus 18 durchgeführt werden (nachfolgend beschrieben). Ansonsten wird der 48 Byte-Abschnitt der Zelle, der in dem Empfangsdaten-Parkplatz 160 gehalten wird, zusammen mit dem Ticket und dem Zielkopfsatz zu dem Interconnect 62 gesendet (Schritt 280 in 16). Insbesondere wird eine interne Zelle mit dem in 18 abgebildeten Format aufgebaut. Die interne Zelle 312 umfasst Daten 318 sowie einen Ziel-Handle 316 für die Zelle. Der Verbindungskopfsatz 314 enthält Kopfsatzdaten, die von dem Interconnect 62 verwendet werden.
Das Entkapselungs-Modul 182 hat eine Entkapselungs-Tabelle 184, die bestimmt, wie die aus dem Empfangsdatenpaket extrahierten Daten in die internen Zellen gekapselt werden sollen (d. h. ekanonisches Format). Für rohe ATM-Zellen wird die Nutzlast der ATM-Zellen mit den Kopfsatzdaten und dem Ziel-Handle kombiniert, um die interne Zelle zu erschaffen, die über den Interconnect 62 gesendet wird.
In Schritt 118 aus 8 kann bestimmt werden, dass die Eingangsdaten nicht alleinig eine ATM-Zelle sondern ein IP-Paket oder Teil eines IP-Pakets ist. Z. B. kann eine ATM-Zelle einen Anteil eines IP-Pakets enthalten. Die IP-Eingangsverarbeitung wird durchgeführt (Schritt 120 in 8). Das IP-Paket kann in einem PPP-Datenblock oder einem Frame-Relay-Datenblock gekapselt sein. Wie oben erwähnt wurde, entrahmt der Deframer 144 die PPP-Datenblöcke und die Frame-Relay-Datenblöcke. Das IP-Paket kann auch in einem AAL5 (ATM-Adaption Layer 5) Datenblock gekapselt sein. Mit anderen Worten, das IP-Paket kann über ATM übertragen werden. 15 zeigt das Format eines AAL5-Datenblocks 245. Der Datenblock 245 enthält eine Nutzlast 246 sowie einen Schlusssatz bzw. Trailer 248. Der Datenblock 245 kann von variabler Länge sein. Der Schlusssatz 248 enthält das Benutzer-zu-Benutzer (User-to-user; UU) Feld 250, das Daten enthält, die transparent zwischen Benutzern zu übertragen sind. Ein Common Part Indicator (CPI) Feld 252 gleicht den Schlusssatz in dem gesamten Bitstrom ab. Das Längenfeld 254 gibt die Länge der gesamten Datenblock-Nutzlast 246 an. Ein zyklisches Redundanzüberprüfungsfeld (Cyclic Redundancy Check; CRC) 256 wird zur Fehlererfassung und Korrektur nur in dem Schlusssatz verwen det. Der in dem Datenübertragungsblock 245 enthaltene gesamte Datensatz ist in 48 Oktett-Nutzlasten segmentiert, die mit einem 5 Oktett Kopfsatz vorangestellt sind, um 53 Oktett ATM-Zellen zu bilden.
20 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die während der Eingangsverarbeitung für IP-Pakete durchgeführt werden. Falls notwendig, wird das IP-Paket in pseudo-ATM-Zellen durch den AAL5-Segmentierer 148 geteilt (Schritt 400 in 20). In dem Fall, wo die Eingabe in Paketen über ATM erfolgt, kann das IP-Paket in einer ATM-Zelle enthalten oder in mehreren ATM-Zellen enthalten sein. Die Kopfsatzdaten von jeder der pseudo-ATM-Zellen werden zu der ATM-Lookup-Maschine 150 gesendet (Schritt 402 in 20). Ein Ticket wird von dem Ticket-Master 162 angefordert (Schritt 404 in 20). Der Ticket-Master gibt ein Ticket als Reaktion auf die Anfrage aus (Schritt 406 in 26). Die 48-Bytes Daten aus der Zelle werden anschließend in den Parkplatz übertragen (Schritt 408 in 20). Die ATM-Lookup-Maschine 150 erkennt, dass die Zelle IP-Paketdaten enthält und platziert das Ticket für die Zelle in der Warteschlange für anhängige Zellen (Schritt 410 in 20). Falls notwendig sammelt die Warteschlange für anhängige Zellen 166 die Zellen an, die ein einzelnes Paket bilden, sodass alle Zellen für ein Paket zum selben Ziel über den Interconnect 62 übertragen werden.
Um zu verstehen, wie die Verarbeitung vorgeht, ist es hilfreich, den Fall zu berücksichtigen, wo der PPP-Datenblock ein IP-Paket enthält. In solch einem Fall zerschneidet der Empfangs-ASIC 70 das IP-Paket in dem PPP-Datenblock in Pseudo-ATM-Zellen und sendet die Kopfsätze zu der ATM-Lookup-Maschine 150 und die 48 Datenbytes zu dem Empfangs-FIFO 152. Der PPP-Datenübertragungsblock wird als Alias umbenannt in ATM-Zellen, sodass die ATM-Lookup-Maschine 150 in der Lage ist, sie zu verarbeiten. Insbesondere weist Datenverkehr, der über einen PPP-Kontext kommt, ein VPI/VCI mit einem vorkonfi gurierten Wert von 0/1 auf. Dieser Wert wird in die Kopfsätze der internen Zellen eingefügt, die von dem AAL5-segmentierten 148 erzeugt wurden. Der VPI/VCI Wert von 0/1 für den PPP-Kontext wird als ein Schaltkreis konfiguriert, der geroutet wird. Für Frame Relay-Datenblöcke wird der VPI/VCI entsprechend dem eingehenden DLCI-Wert plus eins eingestellt. Wenn die eingehenden Kopfsatzdaten verarbeitet werden, gibt die ATM-Lookup-Maschine 150 entweder ein Ziel-Handle oder einen Platzhalter für ein Ziel-Handle zurück. Die Platzhater-Ziel-Handles sind eine Angabe dafür, dass der eingehende Kopfsatz für ein IP-Paket ist und eine weitere IP-Verarbeitung erfordert. Die vorhandene Ausgabe des Platzhalter-Ziel-Handles führt dazu, dass die Kopfdaten in der Warteschlange für anhängige Zellen 166 angeordnet werden.
Der ATM-Lookup 150 bestimmt, ob die Zelle für die erste Zelle eines IP-Pakets ist (Schritt 412 in 20). Wenn die Zelle nicht die erste ist, ist keine weitere Eingangsverarbeitung erforderlich. Wenn jedoch bestimmt wird, dass die Zelle die erste Zelle für ein IP-Paket ist, werden die IP-Kopfsatzdaten in der Nutzlast der ersten Zelle geortet, die für das Entkapselungs-Modul 170 der ersten Zelle verfügbar ist (Schritt 414 in 20). Die 48 Bytes an Daten für die Zelle werden von dem Empfangs-FIFO Raum 152 zu dem Entkapselungs-Modul 170 der ersten Zelle ebenfalls gesendet (Schritt 416 in 20). Das Entkapselungs-Modul 170 der ersten Zelle entkapselt die in der ersten Zelle als Nutzlast enthaltenen Daten, um die entsprechenden Daten zu dem IP-Lookup-Modul 174 zu senden, und die Daten werden dem Parkplatz gesendet (Schritt 418 in 20). Das Entkapselungs-Modul 120 der ersten Zelle verwendet eine Entkapselungs-Tabelle 171, um zu identifizieren, wie die Zelle zu entkapseln ist. Das IP-Lookup-Modul 174 führt sowohl einen Weiterleitungs-Lookup 132 (9) als auch ein Kontrollieren bzw. Policing 130 für IP-Pakete durch. Die Daten werden aus dem Parkplatz abgerufen (Schritt 422 in 24). Das IP-Lookup-Modul 174 gibt einen Ziel-Handle zurück, der identifiziert, wohin die interne Zelle zu senden ist, die über den Interconnect 62 gesendet wird (Schritt 420 in 20). Der kanonische Datenblock wird über die Verbindung gesendet (Schritt 424 in 20). IP-Pakete werden in kanonischen Datenblöcken zusammengefasst, die das Format eines AAL5-Datenblocks haben mit Ausnahme der Schlusssatz-Bytes, die neu angeordnet werden. Die Ansammlung von mehreren Byte-Stücken bzw. Chunks in den kanonischen Datenblock verbessert die Wirksamkeit der Übertragung über den Interconnect 62.
21 zeigt das Format der IP-Kopfsatzdaten 430, die von dem IP-Lookup-Modul 174 verwendet werden. Sämtliche Felder in den Kopfsatzdaten 430 außer den Feldern 456 und 458 (21) werden von dem IP-Kopfsatz des zugehörigen IP-Pakets kopiert. Die Felder 456 und 458 werden von einem Transport-Kopfsatz kopiert. Die Kopfsatzdaten 430 umfassen ein Versionsfeld 432, das Daten enthält bezüglich der Version des verwendeten IP-Protokolls. Für IP-Pakete der Version 4 enthält dieses Feld 432 einen Wert von 4. Das Internet-Kopfsatzlängenfeld 434 (Internet Header Length; IHO) identifiziert die Länge des Kopfsatzes von dem IP-Paket in vielfachen von 4 Oktetten. Das Differential Services Feld 436 enthält einen Wert, der eine besondere Handhabung oder Verarbeitung für das Paket kennzeichnet. Das Gesamtlängenfeld 438 enthält Informationen bezüglich der Gesamtlänge des Paketes, bevor jegliche Fragmentierung auftritt. Das Identifikationsfeld 440 stellt einen Identifikationswert für das Paket bereit, der verwendet werden kann, wenn das Paket später fragmentiert wird, um die Fragmente mit dem ursprünglichen Paket zu verknüpfen.
Die Kopfsatzdaten 430 umfassen Merker 170 einschließlich eines DF-Merkers und eines MF-Merkers. Der DF-("don't fragment") Merker gibt an, wo ein Datagramm, das zumindest teilweise von dem Paket zu übertragen ist, zu fragmentieren ist. Der MF ("more fragment") Merker identifiziert, ob es noch mehr Fragmente gibt oder ob das Paket das letzte Fragment des Datagramms enthält. Das Fragment-Offset-Feld 444 enthält ei nen Offset-Wert, der den Offset bzw. Versatz kennzeichnet, zu dem das Fragment in dem wieder zusammengesetzten Paket gehört. Das Time-to-live-Feld 446 kennzeichnet die Zeitdauer, für welche das Paket gültig ist und nach der das Paket verworfen werden soll. Das Protokollfeld 448 enthält einen Wert, der der Netzwerkschicht des Zielendknotens ermöglicht, zu wissen, welches Protokoll, das an dem Endknoten läuft, das Paket empfangen sollte. Ein Kopfsatz-Überprüfungssummenfeld 450 wird bereitgestellt. Ein Quelladressenfeld 452 und ein Zieladressenfeld 454 werden bereitgestellt, um eine Quelladresse zu enthalten, von der das Paket ihren Ursprung hat bzw. ein Ziel, zu dem das Paket weiterzuleiten ist. Das Quellanschlussfeld 456 kennzeichnet einen Quellanschluss und das Zielanschlussfeld 458 kennzeichnet einen Zielanschluss für das Paket.
Das IP-Lookup-Modul 174 verwendet eine Anzahl von Tabellen (siehe Router-Tabelle 176 in 10) und andere Strukturen bei der Durchführung des IP-Lookups. 22 zeigt eine Anzahl von bedeutenderen Tabellen und Strukturen, die verwendet werden. Eine Schnittstellen-(IF-)Struktur 480 wird bereitgestellt, um jede Schnittstelle (d. h. jeden Kontext) zu identifizieren, von dem Daten empfangen werden. Die Schnittstellenstruktur enthält ein anfängliches Lookup-Element, das verwendet wird, wenn der Weiterleitungs-Lookup anzustoßen ist. Dieses anfängliche Lookup-Element ist ein Array-Lookup-Element, das einen Befehl enthält, der am Beginn des Weiterleitungs-Lookup für ein IP-Paket auszuführen ist (wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird).
Das IP-Lookup-Modul 174 verwendet Lookup-Arrays 482, die Lookup-Elemente enthalten. Das IP-Lookup-Modul 174 kann ebenfalls ein SANFT 484 oder DANET 486 verwenden. Das SANFT ist eine Datenstruktur, die eine Anzahl von Strukturen für entsprechende Quelladressen enthält, die für die Quality-of-Service-(QOS-)Verarbeitung und die Type-of-Service-(TOS-)Verarbeitung ausgewertet werden. DANET 486 enthält DANET- Strukturen, die Informationen enthalten bezüglich der Zieladressen, die den nächsten Sprung für die IP-Pakete kennzeichnet. 23 zeigt das Basisformat einer DANET-Struktur 486. Die DANET-Struktur 486 enthält ein Ziel-Handle, einen Zeiger auf einen Rotor oder einen Zeiger auf ein TOS-Array in Feld 490. Ein Rotor ist eine Datenstruktur, die einen Satz von Ziel-Handles enthält. Ein Rotor kann verwendet werden, um mehrere Verbindungen mit niedriger Geschwindigkeit in eine virtuelle Verbindung mit hoher Geschwindigkeit zu bündeln. Ein TOS-Array ist auch ein Array von Handles, aber es ist durch einen TOS-Parameterwert indexiert. Das TOS-Array ermöglicht, dass das Ziel, das verarbeitet wird, mit TOS variiert. Die DANET-Struktur 486 enthält ebenfalls Zähler 492 für Halter von statistischen Daten und kann ebenfalls zusätzliche Zwecke sowie andere Daten enthalten.
24 stellt ein Flussdiagramm der Schritte bereit, die während eines IP-Lookups für ein Punkt-zu-Punkt IP-Paket durchgeführt werden. Der IP-Lookup bestimmt, wie das IP-Paket zu dem nächsten Sprung in Richtung des Ziels gesendet wird (d. h. letztendlich bestimmt er, welcher Ausgangsanschluss zu verwenden ist). Das IP-Lookup-Modul 174 kennt die Schnittstelle, auf der das IP-Paket angekommen ist. Die Schnittstellenstruktur für die zugehörige Schnittstelle wird abgerufen und das IP-Lookup-Modul 174 verarbeitet das erste Lookup-Element, das in der Schnittstellenstruktur enthalten ist (Schritt 460 in 24). Wie in 25 dargestellt, enthält das Schnittstellenelement ein Lookup-Element 498. Das Lookup-Element 498 enthält eine Array-Adresse 500 und einen Befehlscode für den Array-Lookup 504. Das Lookup-Element 498 enthält ebenfalls eine Kopfsatz-Halbbyte-Auswahl 502, die kennzeichnet, welches 4-Bit-Halbbyte innerhalb des Kopfsatzes verwendet werden kann, um einen Index auf ein Array-Lookup-Element in dem Lookup-Array 510 zu erzeugen. Die Array-Adresse kombiniert mit dem Halbbyte, das von der Kopfsatz-Halbbyte-Auswahl 502 ausgewählt wird, wird verwendet, um auf ein Lookup-Element 509 in dem Lookup-Array 510 zuzugreifen. Die Bits 508, die innerhalb des Kopfsatzes des IP-Paketes 506 enthalten sind, werden kombiniert, um einen Index zum Abrufen des Lookup-Elements 509 zu erzeugen.
Die Routing-Tabelle 176 enthält mehrere Lookup-Tabellen. Insbesondere wird ein Baum von Lookup-Arrays bereitgestellt. Die erste Ebene des Baums ist ein einzelnes Lookup-Array, das von den ersten beiden Bytes der Ziel-IP-Adresse für ein IP-Paket indexiert ist. Die zweite Ebene des Baums enthält Lookup-Arrays, die durch die dritten Bytes der Ziel-IP-Adresse indexiert sind. Die dritte Ebene des Baums enthält Lookup-Arrays, die durch das letzte Byte der Ziel-IP-Adresse indexiert sind. Durch Verwendung dieser Baumstruktur ist die veranschaulichende Ausführungsform geeignet, die Zahl der erforderlichen Speicherzugriffe zu reduzieren und die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der der IP-Lookup durchgeführt wird.
Nachdem der Befehl in der Schnittstellenstruktur abgerufen wurde (siehe Schritt 460 in 24), wird ein Eintrag in dem ersten Lookup-Array abgerufen und verarbeitet (Schritt 462 in 24). Der Befehl teilt dem IP-Lookup-Modul 174 mit, was als Nächstes zu tun ist. Z. B. kann der Befehl vorgeben, dass das IP-Lookup-Modul 174 ein Element in einer zweiten Lookup-Tabelle abrufen soll. Alternativ kann der Befehl das IP-Lookup-Modul 174 dazu anleiten, ein Ziel-Handle zu verwenden, das innerhalb einer bestimmten DANET-Struktur enthalten ist. Wenn der Eintrag in dem ersten Lookup-Array den Prozess (siehe Schritt 464 in 24) nicht beendet (d. h. eine zu verwendende DANET-Struktur erkennt), wird ein Eintrag in dem zweiten Lookup-Array abgerufen und verarbeitet (Schritt 466 in 24). Wenn die Verarbeitung dieses Eintrags in dem zweiten Lookup-Array den Lookup nicht beendet (siehe Schritt 468 in 24) wird ein Eintrag in dem dritten Lookup-Array abgerufen und verarbeitet (Schritt 470 in 24). Wenn die Befehle in den Lookup-Arrays zur Verwendung einer identifizierten DANET-Struktur beim Weiterleiten des Pakets anleiten, wird diese Struktur verwendet (Schritt 472 in 24).
28 zeigt ein Beispiel, das veranschaulicht, wie die Lookup-Arrays und DANET-Strukturen in Verbindung verwendet werden. In dem in 26 dargestellten Beispiel enthält das 16-Bit Lookup-Array 512 einen Eintrag 514 für das Präfix 1.2/16. Dieser Eintrag 514 gibt die Verwendung des 8-Bit Lookup-Arrays 516 vor. Das nächste Bit in der Zieladresse wird anschließend verwendet, um einen Eintrag wie z. B. den Eintrag 522 oder den Eintrag 524 zu lokalisieren. Der Eintrag 522 ist für die IP-Zieladresse 1.2.129/24. Die DANET-Struktur 526 wird in einer derartigen Instanz verwendet. Für die IP-Zieladresse von 1.2.128/17 wird die DANET-Struktur 528 verwendet.
Der IP-Lookup ist ausführlicher in der parallelen anhängigen Anmeldung mit dem Titel "Network Packet Forwarding Lookup With A Reduced Number Of Memory Accesses", Anmeldenummer 09/237,128, eingereicht am 25. Januar 1999, die auf einen gemeinsamen Patentinhaber mit der vorliegenden Anmeldung übertragen ist, und auf die hierin ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben.
Das Kontrollieren bzw. Policing der IP-Pakete tritt ebenfalls in dem IP-Lookup-Modul 174 auf (siehe 130 in 9). Die IP-Pakete werden in drei Bänder klassifiziert: grün, gelb oder rot. Grün impliziert, dass der Datenverkehr innerhalb der Datenverkehrsgrenzen liegt. Gelb bedeutet, dass der Verkehr über den Datenverkehrsgrenzen liegt, aber unter einer vordefinierten Abbruchrate, und rot bedeutet, dass der Datenverkehr über der Abbruchrate liegt. Das Policing kann verwendet werden, um das TOS-Bit in dem IP-Kopfsatz zu kennzeichnen. Darüber hinaus erzeugt der Policer in dem IP-Lookup-Modul 174 einen Profilangabewert in einem Bereich von eins bis vier, der bei der Eingabe in einen zufälligen frühen Verwerfungs-Algorithmus (random early discard; red) in dem Sende-ASIC 64 verwendet wird. Jeder Fluss weist ein zugehöriges Verkehrsdatenprofil auf, das Grenzen setzt, wie viel Verkehr der Fluss erzeugen darf. Die Flussgrenze wird von einem Token-Bucket-Algorithmus durchgesetzt, der kurze Ausbrüche über die Flussgrenze hinaus erlaubt. Der Token-Bucket ordnet eingehenden Datenverkehr dem entsprechenden Band zu. Damit führt die IP-Lookup-Maschine sowohl die Kontrollfunktion 130 (9) als auch IP-Weiterleitungsfunktion (132 in 9) durch.
27 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die von der Verbindung als ein Teil der Verbindungsstufe 82 (6) durchgeführt werden. Die Verbindung löst ein Ticket ein, um Daten von dem Empfangsdaten-Parkplatz 160 zu erhalten (Schritt 530 in 27). Die Daten aus dem Parkplatz werden anschließend über den Interconnect 62 übertragen (Schritt 532 in 27). Die Daten werden zu der entsprechenden Sende-Line-Card gesendet (Schritt 534 in 27). Das Ticket wird anschließend dem Ticketmaster 162 auf dem Empfangs-ASIC 70 zurückgegeben (Schritt 536 in 27). Der Interconnect ist ausführlicher in der parallelen anhängigen Anmeldung mit dem Titel "Interconnet Network For Operation Within A Communication Node", beschrieben, die auf einen mit der vorliegenden Anmeldung gemeinsamen Patentinhaber übertragen ist und auf die hierin explizit Bezug genommen wird.
Der Interconnect 62 liefert die internen Zellen zu dem Sende-ASIC 64. Der Sende-ASIC ist für die Durchführung der Ausgangsverarbeitung verantwortlich (siehe 84 in 6), sodass der entsprechende Ausgabedatenstrom über den entsprechenden Anschluss ausgegeben wird. Dies ist aus 28 ersichtlich, Ausgangsverkehr, der von dem Interconnect 62 empfangen wird, wird in dem Sende-Parkplatz 564 zwischengespeichert, bis die Zelle oder das Paket dazu übertragen wird. Wenn eine interne Zelle als Teil eines IP-Pakets empfangen wird, wird die Ausgangsverarbeitung normalerweise verzögert, bis alle der internen Zellen für das Paket empfangen wurden.
29 zeigt den Sende-ASIC 64 in größerem Detail. Die 64 Byte interne Zelle wird von dem Interconnect 62 empfangen.
Der Interconnect-Kopfsatz 314 (18) wird entfernt und der Datenabschnitt 318 der internen Zelle wird zu dem Sendedaten-Parkplatz 564 gesendet. Der Sendedaten-Parkplatz 564 kann als ein SDRAM implementiert sein. Der einschlägige Fachmann wird zu würdigen wissen, dass der Sendedaten-Parkplatz 564 alternativ in einer Anzahl von anderen Typen von Speichereinrichtungen implementiert werden kann.
Ein Ticket-Manager 552 steuert die Verteilung von Tickets. Der Ticket-Manager 552 hat Zugriff auf einen Ticket-frei-Listen-Speicher 556 und greift auf den Speicher 556 zu, um dem Interconnect 62 ein Pool 550 von freien Tickets von Orten in dem Sendedaten-Parkplatz 546 bereitzustellen, die zur Verwendung verfügbar sind. Der Interconnect 62 wählt eines dieser freien Tickets aus und präsentiert das Ticket dem Ticket-Manager 552. Der Interconnect 62 fragt auch nach den Daten, die an dem Ort zu speichern sind, der durch das Ticket in dem Sendedaten-Parkplatz 564 identifiziert wurde.
Der Ticket-Manager 552 ist mit dem Ziel-Handle (DH) für die interne Zelle ausgestattet und gibt das DH an den Zellenketten-Manager 558 weiter. Der Zellenketten-Manager 558 sammelt Pakete von Zellenketten auf. In dem üblichen Fall stellt der Zellenketten-Manager 558 sicher, dass alle Bestandteile (d. h. Bruchstücke von Daten) eines IP-Pakets verfügbar sind, bevor das IP-Paket übertragen wird. Es kann auch ein Durchbruchsfall auftreten, wobei diese Restriktion aufgeweicht wird.
Der Ausgangswarteschlangen-Manager sorgt für die Koordination zur Implementierung von QOS-Optionen. Er steuert verschiedene Ausgangswarteschlangen, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Der Ausgangswarteschlangen-Manager 570 arbeitet mit einer QOS-Tabelle 574 und einer Kalenderwarteschlange 572.
Der Ausgangsdatenstrom muss kein Punkt-zu-Punkt-(unicast) Datenstrom sein, sondern kann ein Punkt-zu-Gruppe-(multicast) Datenstrom sein, sodass derselbe Datenstrom zu mehreren Zielen gesendet wird. Das Bauteil 564 in 29 ist sowohl für das in der Warteschlange stellen von Zellen in die Sende-Warteschlangen und für die Durchführung der Schritte verantwortlich, die notwendig für die Unterstützung von Multicast-Ausgaben sind. Multicast-Pakete oder -Zellen werden durch das Bauteil 564 identifiziert und ihnen wird ein Multicast-Kenner gegeben, der einer ATM- oder IP-Multicast-Gruppe entspricht. Die zu sendenden Pakete oder Zellen werden durch das Bauteil 564 repliziert, um so viele Kopien zu erzeugen, wie Ziele in einer Multicast-alias-Tabelle 566 bestimmt sind. Die replizierten Daten werden in die entsprechenden Warteschlangen eingegeben.
Für jeden Kontext existieren acht Warteschlangen, wie die in 30 abgebildeten. Ein Ziel-Handle für eine Zelle bestimmt, in welche Warteschlange die Zelle zu stellen ist. Die Interrupt-Warteschlange 620 ist die Warteschlange mit der höchsten Priorität und wird sofort aus der Warteschlange entfernt. Die Interrupt-Warteschlange 620 wird für extrem wichtige Daten verwendet, die vor anderen Informationen zu übertragen sind. Die Prioritätswarteschlangen 622, 624, 626, 628 und 630 dienen zu unterschiedlichen Prioritäten von Daten. Diese Prioritätswarteschlangen 622, 624, 626, 628 und 630 werden gemäß einem gewichteten Ringschema bedient, wobei die Daten in den Warteschlangen mit höherer Priorität (z. B. die Warteschlange 622 mit Priorität eins) vor der Bedienung der Warteschlangen mit niedriger Priorität (z. B. Warteschlange 630 mit Priorität fünf) bedient werden. Die Warteschlange 632 mit bestmöglichem Aufwand (best effort) wird für all den Datenverkehr verwendet, der keine Garantien oder Zusicherungen der Lieferung aufweist. Die Warteschlange 634 mit dem geringsten Aufwand wird für sämtlichen Datenverkehr verwendet, der so gekennzeichnet ist, dass er eine Verkehrsspezifikation verletzt und fallengelassen würde, wenn keine verfügbare Bandbreite existierte. Im Allgemeinen wird nicht erwartet, dass Daten in der Warteschlange 634 mit geringstem Aufwand übertragen werden, dies kann jedoch auftreten, wenn Bandbreite verfügbar ist.
Eine Kalenderwarteschlange 540 wird bereitgestellt, um Datenverkehr zu formen oder in der Geschwindigkeit zu begrenzen. Die Daten werden über die Kalenderwarteschlange 540 gesteuert, um in die Warteschlangen 620, 622, 624, 626, 628, 630, 632 und 634 platziert zu werden. Wenn eine Zelle oder ein Paket zu formen ist (d. h. Ausgabe an QOS-Verarbeitung), dann wird die Zelle oder das Paket durch die Kalenderwarteschlange 540 weitergegeben. Da die Kalenderwarteschlange den ausgehenden Datenverkehr über einen konfigurierbaren Grenzwert verzögert, wird der Datenverkehr fallengelassen. Nachdem das Formen abgeschlossen ist, wird die Zelle oder das Paket in der Eingangswarteschlange an die bestimmte Ausgangswarteschlange übermittelt. Die Kalenderwarteschlange 540 ist eine Ringstruktur mit Schlitzen, die zukünftigen Momenten entsprechen. Die Kalenderwarteschlange 540 hat Zeiger zum in die Warteschlange stellen und aus der Warteschlange herausnehmen, die auf Zeit basieren. Die Zeiger zum aus der Warteschlange nehmen gehen gemäß eines Zeitplans vor, der auf der Breite eines Schlitzes und dem Kalenderring basiert. Der Zeiger zum in die Warteschlange stellen zeigt auf den letzten Schlitz, der mit Sicherheit in die Warteschlange gestellt werden kann, bevor der Zeiger zum aus der Warteschlange nehmen hin gelangt. Die beiden Zeiger schreiten gemeinsam voran. Die Daten werden basierend auf einer gewünschten Geschwindigkeit in die Warteschlange gestellt, sodass eine "Zukunftszeit" für die in die Warteschlange zu stellende Einheit basierend auf der letzten Übertragungszeit berechnet wird. Die "Zukunftszeit" kann nicht geringer sein als der Zeitschlitz, auf den durch den Zeiger zum in die Warteschlange stellen gezeigt wird. Die Kalenderwarteschlange 540 stützt sich auf die QOS-Tabelle 524, um die Kalenderwarteschlange in geeigneter Weise für den QOS zu konfigurieren, der verwendet wird.
Der Prozess zum aus der Warteschlange nehmen für die Kalenderwarteschlange 540 ist asynchron relativ zu dem Prozess zum in die Warteschlange stellen. Der Prozess zum aus der Warteschlange nehmen entfernt alle Einträge für den Schlitz der "aktuellen Zeit" und rückt die Zeiger zum in die Warteschlange stellen und aus der Warteschlange nehmen weiter. Die aus dem "aktuellen Schlitz" entfernten Einträge werden in die Warteschlange platziert, die durch ihre QOS-Behandlung spezifiziert ist. Damit werden Daten, wie in 31 gezeigt, denen nichts entgegensteht, direkt zu den Ausgangswarteschlangen 620, 622, 624, 626, 628, 630, 632 und 634 weitergegeben. Daten, die in die Warteschlange zu stellen sind, werden in der Kalenderwarteschlange 540 angeordnet, bis sie aus der Warteschlange genommen werden 654.
Ein Warteschlangensteuerer 544 (im Ausgangswarteschlangen-Manager 570) ist verantwortlich für das aus der Warteschlange nehmen der Daten aus den Ausgangswarteschlangen 542. Der Warteschlangensteuerer 544 wird innerhalb des Ausgangswarteschlangen-Managers 570 zur Verfügung gestellt. Der Steuerer 544 implementiert sowohl das Warteschlangenprinzip nach Priorität als auch nach Gewichtung und Rundverteilung (Round Robin Queueing). Ein programmierbarer Grenzwert trennt die Prioritätswarteschlangen von den gewichteten Rundwarteschlangen. Der Steuerer 544 verarbeitet zuerst die Prioritätswarteschlangen, wobei Datenverkehr in strenger Prioritätsreihenfolge übertragen wird. Der Rest der Warteschlangen wird in gewichteter Ringreihenfolge verarbeitet. Die Ausgangswarteschlangen werden in typischer Weise QOS-Klassen zugeordnet, und die Priorität bei den Gewichtungen in den Warteschlangen entsprechend konfiguriert. Der Prioritätsgrenzwert kann verwendet werden, um nur die Warteschlangenverarbeitung nach Priorität oder nur die Warteschlangenverarbeitung nach gewichteter Ringreihenfolge für alle der Ausgangswarteschlangen 620, 622, 624, 626, 628, 630, 632 und 634 zu wählen.
Der Ausgangswarteschlangen-Manager 570 gibt eine Ticketliste und ein Ziel-Handle an die Kapselungsauswahleinrichtung 576 weiter. Die Kapselungsauswahleinrichtung 576 ruft dann die entsprechenden Daten aus den Ausgangswarteschlangen 542 ab. Die Kapselungsauswahleinrichtung 576 gibt das Ziel-Handle für die ausgewählten Zellen an den Zielbeschreibungsmanager 580 weiter. Der Zielbeschreibungsmanager 580 arbeitet mit der Kapselungsmaschine 590 zusammen, um zu bestimmen, wie die Daten, die auszugeben sind, in geeigneter Weise zu kapseln sind. Der Zielbeschreibungsmanager 580 greift auf den Kapselung-RAM 578 zu, um die Informationen bezüglich der entsprechenden Kapselung für das Ziel zu erhalten. Der Zielbeschreibungsmanager 580 weist einen Ziel-Deskriptor für das Ziel des Ausgangsdatenstromes auf. Das Ziel-Handle (das jede Zelle begleitet) wird von dem Zielbeschreibungsmanager 580 verwendet, um einen Ziel-Deskriptor zu lokalisieren. Der Ziel-Deskriptor ist ein Feld, das innerhalb des Ziel-Handles gefunden wird, das sämtliche Informationen enthält, die für das Wiederkapseln der Zellen notwendig sind (einschließlich von teilweisen zyklischen Redundanzüberprüfungen und Informationen bezüglich der Länge des Datenblocks). Die Kapselungsmaschine 590 verwendet einen Kapselungs-Identifikator aus dem Ziel-Deskriptor, um auf eine Tabelle von Kapselungs-Deskriptoren 592 zu verweisen. Der Kapselungs-Deskriptor enthält ein Muster, das an den Anfang eines Ausgangsdatenblocks einzufügen ist, das die Musterkapselung kennzeichnet.
Das Ziel-Handle und die Daten, die aus dem Sendedaten-Parkplatz 546 der entsprechenden Kapselungen ermittelt wurden, werden für die ATM-Ausgabe gesammelt. Die sich ergebenden ATM-Zellen werden an ein ATM-Ausgabemodul 594 gesendet. Die ATM-Ausgabemodule erzeugen einen korrekten AAL5-Schlusssatz und setzen verschiedene Bits in der Zelle. OAM-Zellen 596 können erzeugt, oder ausgehende OAM-Zellen, erzeugt durch den LCP oder weitergeleitet von dem Empfangs-ASIC 70, müssen möglicherweise formattiert werden. Die resultierenden Daten werden zu dem PLCP-Modul 598 gesendet. Wenn kei ne PLCP-Kapselung erforderlich ist, fließen die Zellen durch die Anschluss-Sendewarteschlange 600 ohne Änderung. Andernfalls werden die Zellen in PLCP-Datenblöcke von dem PLCP-Modul 598 gekapselt.
IP-Pakete werden zu dem PPP/FR-Ausgabemodul 604 weitergegeben, das für das Erzeugen von PPP-Datenblöcken oder FR-Datenblöcken zur Kapselung der Daten verantwortlich ist. Die resultierenden Datenblöcke werden durch die Anschluss-Sendewarteschlangen 600 weitergegeben. Bestimmte Pakete müssen möglicherweise zu dem LCP weitergeleitet werden. Die LCP-Paketausgabe 606 wird durch einen LCP-Zwischenspeicher 608 weitergeleitet und schließlich auf das LCP weitergegeben.
Ein SONET-Framer/physikalische Schnittstelle 602 zum Einrahmen der Daten in SONET-Datenblöcke und zur Durchführung einer parallel-zu-seriell-Umwandlung wird bereitgestellt. Der SO-NST-Framer/physikalische Schnittstelle 602 stellt eine physikalische Schnittstelle zu den Ausgangsleitungen bereit. Die resultierenden Daten sind die Ausgabe zu dessen Deskriptor.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine ihrer veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der einschlägige Fachmann verschiedene Änderungen in Form und Detail zu würdigen wissen, die durchgeführt werden können, ohne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Leiten von Eingabedaten zu Zielen, die eine IP-(Internet Protocol) Paketweiterleitungseinrichtung (98) zum Weiterleiten von IP-Paketen in den Eingabedaten zu ihren Zielen; und eine ATM-(Asynchronous Transfer Mode) Cell-Switching-Einrichtung (96) zum Umlenken der ATM-Zellen in den Eingabedaten zu ihren Zielen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Eingangsverarbeitung (82) aufweist, die konfiguriert ist, um: Eingabedaten in einem Nicht-ATM-Datenstrom zu empfangen, wobei der Nicht-ATM-Datenstrom SONET-(Synchronous Optical Network) Datenübertragungsblöcke bzw. -Frames umfasst, und um die ATM-Zellen und IP-Pakete innerhalb der Eingabedaten zu erkennen, wobei die Eingangsverarbeitung einen SONET-Entstrukturierer bzw. -Deframer (94) umfasst, der eingerichtet ist, die SONST-Datenübertragungsblöcke bzw. -Frames in dem Nicht-ATM-Datensystem zu entstrukturieren (engl. deframe).
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit; ASIC) (70) umfasst, die zumindest einen Teil sowohl der IP-Paketweiterleitungsvorrichtung als auch der ATM-Cell-Switching-Einrichtung enthält, und die des weiteren einen gemeinsamen Eingang aufweist, von dem die IP-Paketweiterleitungseinrichtung und die ATM-Cell-Switching-Einrichtung die Eingabedaten empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Ausgangsanschlüsse zum Ausgeben von Daten umfasst, und wobei die ATM-Cell-Switching-Einrichtung (96) des Weiteren eine ATM-Zellenzuordnung umfasst zum Erkennen, an welchen der Ausgangsanschlüsse die ATM-Zellen in den Eingabedaten zu leiten sind, basierend auf Adressdaten, die in den ATM-Zellen enthalten sind, und/oder wobei die Vorrichtung Ausgangsanschlüsse zum Ausgeben von Daten umfasst und wobei die IP-Paketweiterleitungseinrichtung des Weiteren eine IP-Paketzuordnung aufweist zum Erkennen, an welchen der Ausgangsanschlüsse die IP-Pakete in den Eingabedaten zu leiten sind, basierend auf Adressdaten, die in den IP-Paketen enthalten sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei Line Cards (53, 55, 57, 59) zum Leiten der an den Eingangsanschlüssen empfangenen Eingabedaten zu den Ausgangsanschlüssen vorgesehen sind, wobei jede Line Card umfasst: – eine IP-Paketweiterleitungseinrichtung zum Leiten von IP-Paketen in den Eingabedaten an die Ausgangsanschlüsse basierend auf den in den IP-Paketen enthaltenen Adressinformationen; und – eine ATM-Zellenweiterleitungseinrichtung zum Leiten von ATM-Zellen in den Eingangsdaten an die Ausgangsanschlüsse basierend auf den in den ATM-Zellen enthaltenen Adressinformationen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren ein Verbindungselement bzw. Interconnect (62) zum Verbinden der Line Cards umfasst, um die Kommunikation der Line Cards untereinander zu ermöglichen, und/oder weiterhin einen Multiplexer (92) aufweist, der vor einem ausgewählten der Eingangsanschlüsse angeordnet ist, um mehrere Datenströme in einen einzelnen Eingangsdatenstrom zu bündeln, und/oder des Weiteren einen Multiplexer (106) aufweist, der an einem ausgewählten der Ausgangsanschlüsse ange ordnet ist, um die Ausgabedaten von mehreren Zuflüssen in einen einzelnen Ausgabedatenstrom zu bündeln.
Verfahren zum Leiten von an Eingangsanschlüssen empfangenem Eingabedatenverkehr zu Ausgangsanschlüssen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer IP-(Internet Protocol) Zuordnung zum Erkennen, wohin ein IP-Paket geleitet werden soll, das auf einem ausgewählten Eingangsanschluss empfangen wird; – Bereitstellen einer ATM-(Asynchronous Transfer Mode) Zuordnung zum Erkennen, wohin eine ATM-Zelle zu leiten ist, die auf dem gewählten Eingangsanschluss empfangen wird; – wenn eine Dateneinheit empfangen wird, die eine ATM-Zelle ist, Verwenden der ATM-Zuordnung, um zu identifizieren, an welchen der Ausgangsanschlüssen die Dateneinheit zu leiten ist; und wo die Dateneinheit ein IP-Paket ist, Verwenden der IP-Zuordnung, um zu identifizieren, an welchen der Ausgangsanschlüsse die Dateneinheit zu leiten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der Eingabedaten ein oder mehrere SONET-(Synchronous Optical Network) Datenübertragungsblöcke bzw. -Frames ist und das Verfahren des weiteren den Schritt des Entstrukturierens des/der einen oder mehreren SONET-Datenübertragungsblöcke bzw. -frames aufweist, um eine Dateneinheit zu ermitteln.