CN1299477C - 在多层网络交换机中实现多路线速atm接口的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口的方法，其中，(1)从SONET/SDH流恢复数据和时钟，提取同步负载封装，并成帧ATM负载；(2)以通道描述符连接信元和工作队列，ATM负载以流水线方式完成ATM SAR和信元/包转发；(3)成帧以太网包，根据MAC地址表或路由表进行IP包的交换和路由。采用本发明所述方法，可在多层网络交换机上实现多通道线速ATM接口的效果，大幅度地提高其性能，同时降低了成本和复杂度。

Description

在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口的方法

技术领域

本发明涉及多层网络交换机的异步传输模式(以下简称ATM)接口，尤其涉及在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口的方法。

背景技术

网络交换机是因特网从接入层到核心层的连接点和控制点，是整个因特网的重要组成部分，负责IP(互联网协议)包的分组转发。正是网络交换机的广泛应用，使因特网具有良好的可扩展性。而目前大量存在的ATM网，又要求网络交换机必须有ATM接口，以实现ATM网和以太网的互联。

如图1所示，在现有的网络交换机ATM接口卡技术中，ATM物理层器件101通过UTOPIA接口105连接到ATM SAR 102，可高效地完成ATM信元的分拆重装，其中的UTOPIA接口105是ATM通用测试和操作物理接口；之后由通用CPU 104通过软件完成信元/包转发。CPU 104通过PCI总线106与ATM SAR102和交换处理器103连接，从ATM端口接收的信元经PCI总线进入CPU，由CPU处理后再经PCI总线将包送入交换处理器，这样数据包需两次经过PCI总线，同时CPU还要通过微处理器接口107来执行器件读写、网管等多个实时任务，显然这种实现方法的性能在很大程度上取决于PCI总线和CPU的性能。目前采用66M的PCI总线和高性能CPU，可实现1路155M ATM的线速接口；如果要实现多路155M ATM线速接口，就要复制多套相同的电路，使用多个独立的PCI总线和高性能CPU。显然现有方法在实现多路线速155M ATM接口时，必将大幅度增加器件数量，增加线卡的复杂度、功耗和成本。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，针对现有技术中多层网络交换机技术中ATM信元转发速度慢，在实现多路线速ATM接口时技术复杂、成本高等缺陷，提供一种复杂度及成本都较低的方法，在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口。

本发明的基本思想是在ATM接口卡中使用一片或多片网络处理器，利用网络处理器的并行硬件处理引擎和网络优化的处理器，以流水线方式完成ATM SAR和全双工的信元/包转发，在多层网络交换机上实现多路线速ATM接口。

本发明的技术方案主要包括以下步骤：

(1)、从SONET(同步光网络)/SDH(同步数字系列)流恢复数据和时钟，提取同步负载封装，并成帧ATM负载；

(2)、以通道描述符连接信元和工作队列，ATM负载以流水线方式完成ATM SAR和信元/包转发；

(3)成帧以太网包，根据MAC地址表或路由表进行IP包的交换和路由。

其中的第(1)步中包括以下3个小步骤：

(1-1)、由物理层器件通过串行接口接收SONET/SDH流，恢复数据和时钟；

(1-2)、提取携带ATM信元的同步负载封装；

(1-3)、利用信元结构成帧ATM负载，由物理层器件的Utopia Level2接口送出。

其中的第(2)步中包括以下8个小步骤：

(2-1)、由网络处理器通过Utopia Level 2接口接收信元，建立输入流水线；

(2-2)、抽取信元头部，生成通道描述符并通过指针连接信元；

(2-3)、把输入事件放入输入事件工作队列，启动输入事件处理线程；

(2-4)、输入事件处理线程根据通道描述符建立包头，通过ATM SARDMA(直接存储器存取)将信元转入包队列，并修改通道描述符连接表的尾指针；

(2-5)当通道描述符到达通道描述符连接表头部时，处理器建立输出流水线；

(2-6)、把输出事件放入输出事件工作队列，激活输出事件处理线程；

(2-7)、输出事件处理线程通过包DMA将包输出到SATURN Level 2接口(一种标准的POS-PHY接口，由一个有几十个厂家联合的论坛定义)，并更新通道描述符连接表头指针；

(2-8)、TSS(The Traffic Scheduling System，业务计划模块)硬件引擎通过当前通道描述符中的参数，安排下一信元的传输时间，以保证多通道、多线程的线速处理。

其中的第(3)步中包括以下5个小步骤：

(3-1)、由交换处理器通过SATURN Level 2接口接收包，识别其所携带的协议类型；

(3-2)、加上/去除一些帧头组成一个符合Ethernet(以太网)V.2的包；

(3-3)、包被送到2层交换模块，同时将包的MAC(介质存取层)DA(Destination Address，目的地址)与路由表中的MAC DA比较，判断包的MAC DA与路由表中的MAC DA是否相同；

(3-4)、如果相同，则将包送到3层路由模块的队列等候路由，路由模块抽取/解析包头，进行必要的处理，根据路由表送到相应的端口和设备；

(3-5)、如果不相同，则根据MAC地址表将包送到相应的端口和设备。

采用本发明所述方法，可集成多路ATM接口，同时由于采用了网络处理器，利用网络处理器的并行硬件处理引擎和网络优化的处理器，实现信元/包的流水线处理，可在多层网络交换机上实现多通道线速ATM接口的效果，大幅度地提高其性能。本发明与现有技术相比，在实现低速ATM接口时，如155M ATM接口，大幅度的降低了成本和复杂度；在实现高速ATM接口时，如622M ATM接口时，解决了现有技术无法实现的问题。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是现有网络交换机技术中ATM线卡的原理框图；

图2是本发明实施例一中ATM线卡的原理框图；

图3是本发明实施例二中ATM线卡的原理框图；

图4是本发明方法的流程图。

具体实施方式

为了实施本发明的方法，需要对图1中所示现有技术中ATM线卡的原理框图作一些改动，主要是在数据通路上使用网络处理器实现ATM SAR和信元/包转发，以网络处理器的Utopia Level 2接口和SATURN Level 2接口取代PCI总线，避免了数据需两次经过PCI总线所形成的瓶颈；以网络处理器的硬件引擎和网络优化的处理器取代高性能CPU，避免了CPU以纯软件方式转发信元/包所形成的瓶颈。网络处理器的多通道硬件流水线，可并行处理多个信元/包；其内嵌的网络优化的RISC(精简指令集计算机)处理器，可并行执行多个线程，同时通过智能算法，预先安排下一信元/包的处理时间，分配处理器执行时间，保证多通道、多线程的线速处理。如果使用多片网络处理器，可在线卡上同时实现较多的线速ATM接口，如16路155M线速ATM接口、4路622M线速ATM接口，而只需一片CPU对所有器件进行管理。

本发明实施例一中ATM线卡的原理框图如图2所示，它可以实现4路155M线速ATM接口。线路端为单片4路155M ATM物理层器件201，它可进行数据和时钟合成/恢复，以及SONET/SDH处理。它通过标准的UTOPIALevel 2接口205连接具有622M全双工处理能力的网络处理器202，UTOPIALevel 2接口提供50M双向16bit位宽且最大为800Mbps的数据流量，可以满足4路155M ATM的要求。网络处理器实现ATM SAR，进行信元/包的线速转发，并通过SATURN Level 2接口206连接交换处理器203，实现IP包的交换和路由；SATURN Level 2接口也提供50M双向16bit位宽且最大为800Mbps的数据流量，可以满足4路155M ATM的要求。

同时在ATM接口卡上使用一片CPU 204，连接以上各器件的微处理器接口207，实现器件配置、网管等功能。由于CPU不需要执行实时转发任务，负担不大，可以选择中低性能CPU。图2中这种基于网络处理器的实现方法，可实现4路155M线速ATM接口。

本发明实施例二中ATM线卡的原理框图如图3所示，它可以实现2路622M线速ATM接口。线路端采用2片单路622M ATM物理层器件301、302，进行数据和时钟合成/恢复，SONET/SDH处理。它通过标准的UTOPIALevel 2接口308、309分别连接2片具有622M全双工处理能力的网络处理器303、304，UTOPIA Level 2接口提供50M、双向16bit位宽、最大为800Mbps的数据流量，可以满足1路622M ATM的要求；网络处理器实现ATMSAR，进行信元/包的线速转发，并通过SATURN Level 2接口310、311分别连接2片交换处理器305、306，实现IP包的交换和路由；SATURN Level2接口也提供50M、双向16bit位宽、最大为800Mbps的数据流量，可以满足1路622M ATM的要求。交换处理器之间通过专用的交换结构接口313连接。

同时在ATM接口卡上使用一片CPU307，连接以上各器件的微处理器接口312，实现器件配置、网管等功能，由于CPU不需要执行实时转发任务，负担不大，可以选择中低性能CPU。这种基于网络处理器的实现方法，可实现2路622M线速ATM接口。

本发明的方法的处理流程如图4所示：

步骤401、ATM物理层器件通过串行接口接收SONET/SDH流，恢复时钟和数据；

步骤402、提取携带ATM信元的同步负载封装；

步骤403、利用信元结构成帧ATM负载，由物理层器件的Utopia Level2接口送出；

步骤404、网络处理器通过Utopia Level 2接口接收信元，建立输入流水线；

步骤405、抽取信元头部，生成通道描述符并通过指针连接信元；

步骤406、把输入事件放入输入事件工作队列，启动输入事件处理线程；

步骤407、输入事件处理线程根据通道描述符建立包头，通过ATM SARDMA(直接存储器存取)将信元转入包队列，并修改通道描述符连接表的尾指针；

步骤408、当通道描述符到达通道描述符连接表头部时，处理器建立输出流水线；

步骤409、把输出事件放入输出事件工作队列，激活输出事件处理线程；

步骤410、输出事件处理线程通过包DMA将包输出到SATURN Level 2接口，并更新通道描述符连接表头指针；

步骤411、TSS硬件引擎通过当前通道描述符中的参数，安排下一信元的传输时间，以保证多通道、多线程的线速处理；

步骤412、交换处理器通过SATURN Level 2接口接收包，识别其所携带的协议类型；

步骤413、加上/去除一些帧头组成一个符合Ethernet V.2的包；

步骤414、包被送到2层交换模块，同时将包的MAC DA与路由表中的MAC DA比较，判断包的MAC DA与路由表中的MAC DA是否相同；

步骤415、如果相同，则将包送到3层路由模块的队列等候路由，路由模块抽取/解析包头，进行必要的处理，根据路由表送到相应的端口和设备；

步骤416、如果不相同，则根据MAC地址表将包送到相应的端口和设备。

从上述实施例中可以看出，本发明可集成多路ATM接口，同时由于采用了网络处理器，利用网络处理器的并行硬件处理引擎和网络优化的处理器，在多层网络交换机上实现了多路线速ATM接口。本发明的方法实施简单，成本低，可大幅度地提高ATM接口的性能。

Claims (2)

1、一种在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、从SONET/SDH流恢复数据和时钟，提取同步负载封装，并成帧ATM负载，由ATM物理层器件的Utopia Level 2接口输出；

(2)、以通道描述符连接信元和工作队列，ATM负载以流水线方式完成ATM SAR和信元/包转发，具体过程为：

由网络处理器通过Utopia Level 2接口接收由所述ATM物理层所输出的信元，建立输入流水线；

抽取信元头部，生成通道描述符并通过指针连接信元；

把输入事件放入输入事件工作队列，启动输入事件处理线程；

输入事件处理线程根据通道描述符建立包头，通过ATM SAR DMA将信元转入包队列，并修改通道描述符连接表的尾指针；

当通道描述符到达通道描述符连接表头部时，处理器建立输出流水线；

把输出事件放入输出事件工作队列，激活输出事件处理线程；

输出事件处理线程通过包DMA将包输出到SATURN Level 2接口，并更新通道描述符连接表头指针；

TSS硬件引擎通过当前通道描述符中的参数，安排下一信元的传输时间，以保证多通道、多线程的线速处理；

(3)、成帧以太网包，根据MAC地址表或路由表进行IP包的交换和路由。

2、根据权利要求1所述的在多层网络交换机中实现多路线速ATM接口的方法，其特征在于，在所述第(3)步中：

由交换处理器通过SATURN Level 2接口接收包，识别其所携带的协议类型；

加上/去除一些帧头组成一个符合以太网V.2的包；

包被送到2层交换模块，同时将包的MAC DA与路由表中的MAC DA比较，判断包的MAC DA与路由表中的MAC DA是否相同；

如果相同，则将包送到3层路由模块的队列等候路由，路由模块抽取/解析包头，进行必要的处理，根据路由表送到相应的端口和设备；如果不相同则根据MAC地址表将包送到相应的端口和设备。

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