專利名稱：通過單一通信交換機(jī)交換異步傳輸模式、時分復(fù)用和分組數(shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及電信網(wǎng)絡(luò)。更具體地講，本發(fā)明涉及旨在通過單個通信交換機(jī)交換ATM(異步傳輸模式)、TDM和分組數(shù)據(jù)的方法和裝置。
2.現(xiàn)有技術(shù)旨在利用寬帶電信網(wǎng)的最早技術(shù)之一稱之為時分復(fù)用(TDM)。TDM的工作原理簡單易懂。將高頻信號分成多個時隙，多個低頻信號可在這些時隙內(nèi)從一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。不過，TDM的實際實現(xiàn)非常復(fù)雜，要求復(fù)雜的成幀技術(shù)和緩沖器，以便精確地對信號進(jìn)行復(fù)用和去復(fù)用。TDM的北美標(biāo)準(zhǔn)(稱為T1或DS1)利用24個交織的信道，這些信道的總速率為1.544Mb/s。TDM的歐洲標(biāo)準(zhǔn)稱為E-1，它利用30個交織信道，其速率為2.048Mb/s。復(fù)用結(jié)構(gòu)基于多個T1或E-1信號，最常用的一種為T3或DS3。T3信號具有672個信道，等效于28個T1信號。TDM最初是為語音信道設(shè)計的，不過如今同時將其用于語音和數(shù)據(jù)。
利用寬帶數(shù)據(jù)通信的早期方法稱為分組交換。分組交換和TDM之間的差異之一為，分組交換包括用于糾錯和當(dāng)分組在傳輸中丟失或破壞時重傳分組的方法。另一差別在于，不像TDM中的信道，分組長度不一定是固定的。而且，根據(jù)分組中包含的地址信息將分組導(dǎo)向其目的地。與此相反，TDM信道基于它們在固定幀中的位置導(dǎo)向其目的地。今天，廣泛使用的分組交換協(xié)議稱為IP(因特網(wǎng)協(xié)議)。
最近，稱為ATM和SONET(同步光纖網(wǎng))的寬帶技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來。ATM網(wǎng)絡(luò)基于固定長度分組(信元)，每個分組53字節(jié)(48字節(jié)凈荷加5字節(jié)開銷)。ATM網(wǎng)絡(luò)的特性之一為，簽署業(yè)務(wù)質(zhì)量(QOS)等級的用戶合同。這樣，基于QOS為ATM信元分配不同的優(yōu)先級。例如，恒定比特率(CBR)業(yè)務(wù)具有最高優(yōu)先級，實質(zhì)上等效于提供的TDM連接。可變比特率(VBR)業(yè)務(wù)是中級優(yōu)先級的業(yè)務(wù)，它允許擁塞期間的信元丟失。不定比特率(UBR)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級最低，用于可以容忍高延遲的數(shù)據(jù)傳輸，例如電子郵件傳輸。
SONET網(wǎng)絡(luò)基于810字節(jié)的幀，783字節(jié)的同步凈荷包(SPE)在其中浮動。凈荷包浮動是因為網(wǎng)絡(luò)中的時間差異。凈荷的精確位置通過相對復(fù)雜的填充/去填充系統(tǒng)和指針確定。在北美，基本的SONET信號稱為STS-1(或者OC-1)。SONET網(wǎng)絡(luò)包括各種SONET信號構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，其中，多達(dá)768個STS-1信號復(fù)用在一起，提供21504個T1信號(768個T3信號)的容量。STS-1的幀速率為51.84Mb/s，每秒8000幀，每幀125μs。在歐洲，基本信號(STM-1)的速率為155.520Mb/s，等效于北美STS-3速率(3*51.84＝155.520)，且凈荷部分稱為虛容器(VC)。為了利于較低速率數(shù)字信號傳輸，SONET標(biāo)準(zhǔn)利用子STS凈荷映射，稱為虛支路(VT)結(jié)構(gòu)(ITU(國際電信聯(lián)盟)把這些稱為支路單元或TU)。四個虛支路的大小定義為VT-1.5、VT-2、VT-3和VT-6。VT-1.5的數(shù)據(jù)傳輸率為1.728Mb/s，容納帶開銷的T1信號。VT-2的數(shù)據(jù)傳輸率為2.304Mb/s，容納帶開銷的E1信號。VT-3的數(shù)據(jù)傳輸率為3.456Mb/s，容納帶開銷的T2信號。VT-6的數(shù)據(jù)傳輸率為6.912Mb/s，容納帶開銷的DS2信號。
上述的每種寬帶技術(shù)都可分類為TDM、ATM或者分組技術(shù)，其中SONET是一種復(fù)雜的TDM形式。從前述，應(yīng)理解TDM、ATM以及分組各有自身的獨(dú)特傳輸要求。所以，采用不同種類的交換機(jī)對這些不同種類的信號進(jìn)行路由。具體講，TDM要求精確的定時同步；ATM要求特別注意信元的優(yōu)先級和QOS；以及分組(例如IP)要求具有處理變長分組的能力。因為這些原因，TDM、ATM和變長分組交換的交換技術(shù)以不同的方式發(fā)展。業(yè)務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者因此被迫分別處理這些技術(shù)，通常提供重疊的網(wǎng)絡(luò)，其中具有多套不同的只可在單一網(wǎng)絡(luò)中使用的設(shè)備。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的是提供這樣的方法和裝置，籍此各種不同種類的寬帶信號可以通過單一交換結(jié)構(gòu)交換。
本發(fā)明的另一目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)單元，這種網(wǎng)絡(luò)單元可以通過同一交換結(jié)構(gòu)對TDM、ATM和變長分組流量進(jìn)行交換。
本發(fā)明的再一目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)交換芯片集，該芯片集可與相同的芯片集組合起來，以提供可伸縮的網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)允許TDM、ATM和變長分組流量之間的靈活劃分。
本發(fā)明的另一目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具有冗余交換平面，因此交換單元或鏈路的失效不會立即引起連接失效。
本發(fā)明的再一目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)處理組播和單播語音以及數(shù)據(jù)傳輸。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)支持克洛斯(Clos)體系結(jié)構(gòu)以及折疊式Clos體系結(jié)構(gòu)。
根據(jù)以下將要對其進(jìn)行詳述的這些目的，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)包括至少一個端口處理器(附圖中亦稱為“業(yè)務(wù)處理器”)和至少一個交換單元。端口處理器具有SONET OC-x(SONET/SDH STS-x/STM-y)接口(用于TDM流量)、UTOPIA(用于ATM的通用測試和操作接口)和基于UTOPIA幀的接口(用于ATM和分組流量)，以及與交換單元的接口。一種示范性端口處理器具有的總I/O帶寬等效于一個SONET OC-48信號。一種示范性交換單元具有12×12個端口，支持的總帶寬為30Gbps。
根據(jù)本發(fā)明的一種典型交換機(jī)包括多個端口處理器和多個交換單元。對于48×48“折疊式”交換機(jī)，48個端口處理器連接到(四個一組)12個(第一和第三級)交換單元，這12個交換單元中的每一個連接到8個(第二級)交換單元。根據(jù)本發(fā)明的三級無阻塞交換機(jī)提供的總帶寬為240Gbps，五級無阻塞交換機(jī)提供的總帶寬為1Tbps。一種示范性折疊式三級Clos體系結(jié)構(gòu)的交換機(jī)包括48個端口處理器和20個交換單元。4個端口處理器連接到12個交換單元(第一和第三級)中的每一個。這12個(第一和第三級)交換單元中的每一個連接到8個(第二級)交換單元。根據(jù)目前的最佳實施例，每個處理器配備了用于連接一個交換單元的兩個端口或者兩個交換單元的一個端口的部件，從而在鏈路失效時提供冗余。
根據(jù)本發(fā)明，9行，每行1700個時隙的數(shù)據(jù)幀用于通過一個或多個交換單元將ATM、TDM和分組數(shù)據(jù)從一個端口處理器傳送到同一或另一端口處理器。每幀在125μs內(nèi)傳輸，每行在13.89μs內(nèi)傳輸。每個時隙包括4比特標(biāo)簽加4字節(jié)凈荷(即，36比特)。時隙帶寬(整個幀的1/1700)為2.592Mbps，足以運(yùn)載帶開銷的E-1信號。4比特標(biāo)簽為跨連接指針，在準(zhǔn)備TDM連接時建立。幀的最后20個時隙為鏈路開銷而保留。這樣，這種幀能夠攜帶相當(dāng)于1680個E-1TDM信號，即使STM-16的容量只有1008個E-1信號。
對于ATM和分組數(shù)據(jù)，為64字節(jié)的凈荷定義了16個時隙的PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)(大得足以容納ATM信元和交換開銷)。每行允許最多96個PDU。PDU路由不需要PDU的16個4比特標(biāo)簽，它們因此被用作保護(hù)ATM或變長分組凈荷的奇偶校驗比特。這64字節(jié)凈荷中的12字節(jié)(96比特)由交換機(jī)用于內(nèi)部路由。剩下的52字節(jié)用于實際的凈荷，這足以運(yùn)載一個ATM信元(不具有一字節(jié)的HEC)，以及足以運(yùn)載分段后的較大分組。這些PDU借助28比特路由標(biāo)簽通過交換機(jī)自路由，這允許通過7個交換級每級利用4比特的路由。PDU剩余的68比特用于各種其它尋址信息，例如表示PDU是否包含ATM信元、分組或控制消息，是否要中止分組重組，凈荷是否是第一分段、中間分段或最后分段，最后分段中有多少凈荷字節(jié)，分段序列計數(shù)以及目的流標(biāo)識符。
幀的最后20個時隙中的鏈路開銷(LOH)功能上類似于SONET幀的線路和段開銷。LOH可以包含用在串行數(shù)據(jù)流中對信元和行邊界定界(delineate)的36比特幀對齊圖案、32比特交換和鏈路標(biāo)識符以及32比特填充模式。
由于ATM和分組流量一般不配置，故必須在流量進(jìn)入系統(tǒng)時在ATM和分組連接之間裁定帶寬。而且，由于TDM流量與ATM和分組流共享相同幀，故必須對帶寬進(jìn)行裁定，同時保持TDM時間。根據(jù)本發(fā)明，通過針對幀的每行中的各PDU實現(xiàn)的一種請求與授權(quán)體系裁定帶寬。交換單元為每鏈路提供3個信道，其中兩個用于運(yùn)載數(shù)據(jù)和仲裁請求，另一個用于運(yùn)載仲裁授權(quán)。根據(jù)目前的最佳實施例，為幀中下一行的各PDU生成48比特(1.5個時隙)的請求成分。每個交換單元包括單個請求分析器和各輸出鏈路的獨(dú)立請求仲裁模塊。請求成分由端口處理器生成，包括交換機(jī)內(nèi)“逐跳”路由標(biāo)簽和優(yōu)先級信息。請求成分由交換單元緩沖，而如果緩沖器已滿，交換單元就丟棄低優(yōu)先級請求成分。歷經(jīng)交換結(jié)構(gòu)未被丟棄的請求成分在一“行時間”，即13.89微秒內(nèi)，返回其發(fā)源的端口處理器。如上所示，請求在“帶內(nèi)”與數(shù)據(jù)交織在一起，而授權(quán)(返回的請求成分)則利用每條鏈路的第三信道在帶外進(jìn)行。
為了保持TDM流量的定時，分離VT/VC幀內(nèi)的V1-V4字節(jié)，并在交換機(jī)入口由端口處理器緩存VC字節(jié)。在交換機(jī)出口由端口處理器再生V1-V4字節(jié)。在同時具有PDU和TDM流量的行中，在該行中先配置PDU，后配置TDM時隙。
根據(jù)目前的最佳實施例，每個交換單元包括組播控制器和獨(dú)立的組播PDU緩沖器。提供了兩個備選組播實施例。第一實施例要求較少的門電路，最適于組播不是流量主要部分的環(huán)境。第二實施例要求更多的門電路來實現(xiàn)。不過，它更適于頻繁出現(xiàn)組播的環(huán)境。第二實施例在建立組播路徑時要求更大延遲，但組播數(shù)據(jù)的延遲較小。根據(jù)第一實施例，組播請求成分以同標(biāo)準(zhǔn)單播請求成分相同的方式流經(jīng)交換機(jī)。在需要對消息組播時，逐跳(hop-by-hop)字段中該交換級的比特編碼表示該請求為組播請求。將該請求轉(zhuǎn)發(fā)至組播控制器。在授權(quán)路徑上，如果組播循環(huán)緩沖器中存在容納數(shù)據(jù)的空間，組播控制器就作出一項授權(quán)。一旦數(shù)據(jù)已發(fā)送到組播緩沖器，組播控制器就檢查數(shù)據(jù)標(biāo)頭并確定需要從哪一條輸出鏈路將其發(fā)送出去。此時，組播控制器發(fā)出多個請求消息，對這些請求消息的處理方式與單播請求相同。對發(fā)送請求、接收授權(quán)、傳送PDU重復(fù)這個過程，即在每個組播PDU傳輸之前，請求和授權(quán)必須遍歷交換機(jī)。根據(jù)第二實施例，通過發(fā)送多個請求(每跳一個)，直到所有跳都得到授權(quán)，這樣將組播路徑保留一段時間。一旦以這種方式將路徑建立起來，就一個接一個無延遲地組播PDU，直到保留時間到期或者不再有PDU要傳送。
在參考結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明之后，本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn)就對本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的端口處理器的簡化示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的交換單元的簡化示意圖；圖3是說明本發(fā)明的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3a是說明根據(jù)本發(fā)明的目前最佳PDU格式的示意圖；圖3b是說明包括給交換機(jī)第一級的請求成分的行結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c是說明包括給交換機(jī)第二級的請求成分的行結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的三級48×48交換機(jī)的示意圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的48×48折疊式Clos體系結(jié)構(gòu)交換機(jī)的示意圖；最佳實施例的詳細(xì)說明本發(fā)明的裝置一般包括端口處理器和交換單元。圖1說明端口處理器10的主要特性，圖2說明交換單元100的主要特性?，F(xiàn)參照圖1，端口處理器10包括SONET接口和UTOPIA接口。在入口(RX)側(cè)，SONET接口包括串并轉(zhuǎn)換器12、SONET成幀器和傳輸開銷(TOH)提取器14、高階指針處理器16以及路徑開銷(POH)提取器18。針對在SPE中傳送的ATM和IP分組，SONET接口的入口側(cè)包括48個HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)成幀器20(針對IP)、48個信元定界器22(針對ATM)、以及48個64字節(jié)的FIFO 24(同時針對ATM和IP)。針對在SPE中傳送的TDM信號，SONET接口的入口側(cè)包括去復(fù)用器和低階指針處理器26。在出口(TX)側(cè)，SONET接口包括針對TDM信號的復(fù)用器和低階指針處理器28。針對在SPE中傳送的ATM和IP分組，SONET接口的出口側(cè)包括48個64字節(jié)的FIFO 30、48個HDLC幀生成器和48個信元映射器34。SONET接口的出口側(cè)還包括POH生成器36、高階指針生成器38、SONET成幀器和TOH生成器40以及并串轉(zhuǎn)換接口42。在入口側(cè)，UTOPIA接口包括針對ATM和分組的UTOPIA輸入44和一個4×64字節(jié)FIFO 46。在出口側(cè)，UTOPIA接口包括96個4×64字節(jié)FIFO 48和UTOPIA輸出50。
端口處理器10的入口部分還包括交換映射器52、并串交換結(jié)構(gòu)接口54以及請求仲裁器56。端口處理器的出口側(cè)還包括串并交換結(jié)構(gòu)接口58、交換去映射器60和授權(quán)生成器62。
為了處理ATM和分組流量，在入口部分，端口處理器10使用描述符構(gòu)造器64、IPF和ATM查找處理器66、IP分類處理器68、RED(隨機(jī)早期檢測)/管制處理器70，所有這些部件都可位于片外。在將ATM信元和分組交給(接收)數(shù)據(jù)鏈路管理器72之前由這些單元對它們進(jìn)行處理。端口處理器的出口部分提供了(發(fā)送)數(shù)據(jù)鏈路管理器74和發(fā)送調(diào)度器和整形器76。這兩個單元都可位于片外。端口處理器還配備了主機(jī)接口78和加權(quán)循環(huán)調(diào)度器80。
交換機(jī)入口處端口處理器的目的是對TDM、分組以及ATM數(shù)據(jù)拆包，并根據(jù)下面相對于圖3描述的數(shù)據(jù)幀對其成幀。端口處理器還在提出交換單元內(nèi)鏈路帶寬的仲裁請求的同時緩存TDM和分組數(shù)據(jù)，并如下面更詳細(xì)的描述那樣，授權(quán)通過交換機(jī)接收的仲裁請求。為了保持TDM流量時間，分離SONET幀內(nèi)的V1-V4字節(jié)，并在交換機(jī)出口處緩存VC字節(jié)。在同時具有PDU和TDM流量的行中，最好在該行中先配置PDU，后配置TDM。在交換機(jī)的出口側(cè)，端口處理器重組TDM、分組和ATM數(shù)據(jù)。在交換機(jī)的出口處再生V1-V4字節(jié)。
盡管圖1中未示出，端口處理器10包括雙交換單元接口，該接口允許將端口處理器10連接到兩個交換單元或一個交換單元的兩個端口。當(dāng)同時使用兩個接口時，“備用”鏈路僅攜帶幀信息，直到主鏈路中發(fā)生故障，這時通過備用鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。這就提供了交換機(jī)的冗余，因此即使部分交換機(jī)失效，各連接亦得以保持。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，根據(jù)本發(fā)明的交換單元100包括12個“數(shù)據(jù)路徑和鏈路帶寬仲裁模塊”102(為清晰起見僅在圖2中顯示一次)。交換單元100中每個模塊102提供一個鏈路輸入104和一個鏈路輸出106。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，進(jìn)入任何鏈路輸入的數(shù)據(jù)依賴于路由信息，可以通過任何鏈路輸出出去。根據(jù)本發(fā)明，每個模塊102提供兩條前向路徑108、110、112、114和一條返回“授權(quán)”路徑116、118。這三條路徑總地構(gòu)成單一信道。提供兩條數(shù)據(jù)路徑的原因是為了增加每個信道的帶寬。將這兩條數(shù)據(jù)路徑交織起來，以提供單一“邏輯”串行數(shù)據(jù)流，其帶寬超過(兩倍于)單一物理數(shù)據(jù)流帶寬。數(shù)據(jù)通過輸入鏈路總線120和輸出鏈路總線122從輸入鏈路104路由到輸出鏈路106。返回路徑授權(quán)通過授權(quán)總線124從輸出鏈路106路由到輸入鏈路104。
每個“數(shù)據(jù)路徑和鏈路帶寬裁定模塊”102的前向路徑包括數(shù)據(jù)流解串器126、數(shù)據(jù)流去映射器128、行緩沖映射器130、行緩沖器132、請求仲裁模塊134、數(shù)據(jù)流映射器136以及數(shù)據(jù)流串行化器138。每個模塊102的返回授權(quán)路徑包括授權(quán)流解串器140、授權(quán)流去映射器142、授權(quán)仲裁模塊144、授權(quán)流映射器146以及授權(quán)流串行化器148。
交換單元100還包括如下模塊鏈路同步和定時控制150、請求分析器152、授權(quán)分析器154以及鏈路RISC處理器156，這些模塊僅實例化一次，它們支持12個“數(shù)據(jù)路徑和鏈路帶寬裁定模塊”102的功能。交換單元100還包括下列模塊配置RISC處理器158、系統(tǒng)控制模塊160、測試圖案生成器和分析器162、測試接口總線復(fù)用器164、單鏈接PLL 166、核心PLL 168以及JTAG接口170。這些模塊僅實例化一次，它們支持其它模塊但沒有直接參與“交換”。
根據(jù)本發(fā)明的典型交換機(jī)包括多個端口處理器10和多個交換單元100。例如，如圖4所示，48個“輸入”端口處理器連接到12個“第一級”交換單元，4個處理器對1個交換單元。每個第一級交換單元連接到八個第二級交換單元。每個第二級交換單元連接到12個第三級交換單元。4個“輸出”端口處理器連接到各個第三級交換單元。從前面所述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，本發(fā)明的端口處理器和交換單元可以布置在如圖5所示的折疊式Clos體系結(jié)構(gòu)中，其中單一交換單元同時充當(dāng)?shù)谝患壓偷谌墶?br> 在詳細(xì)描述端口處理器10和交換單元100的功能之前，應(yīng)理解本發(fā)明利用了獨(dú)特的成幀技術(shù)，它非常適于在相同幀中運(yùn)載TDM、ATM和分組數(shù)據(jù)的組合?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖3，根據(jù)本發(fā)明，9行、每行1700時隙的數(shù)據(jù)幀用于通過一個或多個交換單元將ATM、TDM和分組數(shù)據(jù)從一個端口處理器傳送到一個端口處理器。每幀在125微秒內(nèi)傳送，每行在13.89微秒內(nèi)傳送。每個時隙包括4比特標(biāo)簽加4字節(jié)凈荷(即36比特)。時隙帶寬(整個幀的1/1700)為2.592Mbps，足以運(yùn)載帶開銷的E-1信號。4比特標(biāo)簽為跨連接指針，它在配置TDM連接時建立。為鏈路開銷(LOH)保留幀的最后20個時隙。因此，幀能夠運(yùn)載相當(dāng)于1680個E-1 TDM信號。幀的最后20個時隙中的鏈路開銷(LOH)在功能上類似于SONET幀的線路和段開銷。
由交換映射器(圖1中的52)插入LOH時隙的內(nèi)容。有四種類型的數(shù)據(jù)可以插入LOH時隙中。36比特成幀圖案被插入二十時隙之一。成幀圖案對所有輸出鏈路都是相同的，并且可以通過軟件可編程寄存器配置。在另一時隙中插入32位狀態(tài)字段。狀態(tài)字段對每條輸出鏈路而言都是唯一的，并且可以通過軟件可編程寄存器配置。在另一時隙中插入32位交換和鏈路標(biāo)識符。該交換和鏈路標(biāo)識符包括4比特鏈路號、24比特交換單元ID和4比特級號。32比特塞入圖案插入未被成幀、狀態(tài)或ID利用的時隙中。塞入圖案對所有輸出鏈路而言都是相同的，并且可以通過軟件可編程寄存器配置。
對于ATM和分組數(shù)據(jù)，為64字節(jié)凈荷定義16個時隙的PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)(足以容納帶開銷的ATM信元)。PDU格式如圖3a所示。每行允許最大96個PDU(應(yīng)注意，一行SONET OC-48中最多的ATM信元數(shù)為75)。因為PDU路由不需要16個4比特標(biāo)簽(每個時隙中的比特位置32-35)，故將其用作奇偶校驗位，以保護(hù)ATM或IP凈荷。在64字節(jié)凈荷中，12字節(jié)(96比特)由交換機(jī)用于內(nèi)部路由(時隙0-2，比特位置0-31)。這剩下52字節(jié)(時隙3-15)用于實際凈荷，足以運(yùn)載一個ATM信元(不帶一字節(jié)的HEC)，且足以容納分段后的較大分組。PDU利用28比特路由標(biāo)簽通過交換機(jī)自路由(時隙0，比特位置0-27)，這允許通過7級每級使用4比特的路由。PDU剩余的68比特用于各種其它的尋址信息。
如圖3a所示，時隙0處的PDU比特，比特30-31用于識別該P(yáng)DU是否是空閑(00)、ATM信元(01)、IP分組(10)或者控制消息(11)。時隙1處比特位置為30-31的兩個比特，用于表示產(chǎn)生PDU的芯片的內(nèi)部協(xié)議版本。對于分組和控制消息，當(dāng)FragID(分段ID)字段表示PDU是分段分組的最后一段時，“有效字節(jié)”字段(時隙1，比特位置24-29)用于指示該P(yáng)DU運(yùn)載了多少凈荷字節(jié)。VOQID字段(時隙1，比特位置19-23)識別PDU的業(yè)務(wù)類別。業(yè)務(wù)類別的值可以從0到31，其中0的優(yōu)先級最高，31的優(yōu)先級最低。時隙1、比特17-18處的FragID表示該P(yáng)DU是否是完整的分組(11)、第一分段(01)、中間分段(00)或者最后一段(10)。如果正在中止該分組的重組，例如因為早期分組(或部分分組)丟棄操作，就將時隙1、比特位置16處的A比特置位。當(dāng)該比特置位，就由輸出端口處理器將此時接收的分組的分段丟棄。保留標(biāo)記為FFS的字段以供將來使用。時隙1，比特0-3處的Sep#字段是對分組分段進(jìn)行計數(shù)的模塊化計數(shù)器。時隙2、比特0-16處的DestFlowId字段識別該P(yáng)DU所屬的目的端口處理器中的“流”。“流”是有效的數(shù)據(jù)連接。每端口處理器有128K流。
如上所述，由于ATM和分組流量一般不是配置的，當(dāng)流量進(jìn)入系統(tǒng)時必須在ATM和分組連接中裁定帶寬。而且，因為TDM流量和ATM和分組流量共享相同幀，在保持TDM定時的同時必須裁定帶寬。根據(jù)本發(fā)明，通過一種針對幀的每行中每個PDU實現(xiàn)的請求和授權(quán)體系裁定帶寬。端口處理器生成的請求成分包括“逐跳”內(nèi)部交換路由標(biāo)簽、交換單元級和優(yōu)先級信息。根據(jù)目前最佳的實施例，在一個三相鄰時隙束中發(fā)送兩個請求成分，并且在請求成分束之間必須存在至少8個時隙的非請求成分流量。請求成分束之間的時間間隔由交換單元中的仲裁邏輯和端口處理器用于處理這些請求成分。
圖3b說明一個可以如何分配行時隙以運(yùn)載PDU和請求成分的示例。如所示，一行的最大PDU容量為96。能夠運(yùn)載單個PDU的16個時隙的塊稱為“組”。對于行中的每組，運(yùn)載48比特請求成分(RE)要求1.5個時隙的帶寬。圖3b說明兩個RE如何插入頭24組中每組內(nèi)的3個時隙。所有RE應(yīng)該盡可能早地載入行中，以在一行開始之后允許RE盡快以行波方式通過多級交換結(jié)構(gòu)。
在給定系統(tǒng)要求和實現(xiàn)約束情況下，目前將如圖3b所示的結(jié)構(gòu)視為最佳格式(針對第一鏈路)。它先將各RE放在行中，但使它們的間隔足夠大以允許仲裁。根據(jù)目前的最佳實施例，依賴于配置交換機(jī)的哪一條鏈路，行結(jié)構(gòu)有所不同。圖3b表示端口處理器和交換結(jié)構(gòu)第一級的交換單元之間的行結(jié)構(gòu)。兩個RE中的第一塊占據(jù)行的頭三個時隙。目前處理RE的仲裁邏輯的實現(xiàn)要求輸入鏈路上每個3時隙RE塊之間至少有12個時隙的延遲。而且，交換單元收到行的最初的RE的時刻與RE插入到交換單元的輸出鏈路的時刻之間必須存在一些延遲。這種延遲由仲裁邏輯用于將輸入RE映射到RE緩沖器中。這樣，第一級和第二級之間鏈路的行結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有從時隙32開始的第一組RE。這在圖3c中說明，圖3c顯示與偏移32個時隙后的圖3b相同的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)目前的最佳實施例，TDM流量可以以每行最精細(xì)的一時隙粒度通過交換單元交換。每行的給定時隙的TDM流量通過相同的路徑交換。交換單元不允許幀中不同行的同一TDM數(shù)據(jù)時隙具有不同的交換路徑。這意味著交換機(jī)不關(guān)心當(dāng)前行號(一幀內(nèi))是什么。行編號僅在解釋鏈路開銷時隙內(nèi)容時才重要。
對于每行最精細(xì)的一時隙粒度，交換單元可以交換的TDM流量的最小交換帶寬為2.52Mbps。由于一個時隙可以運(yùn)載相當(dāng)于SONETSPE四列的流量，可以說交換單元以VT1.5或VT2信道粒度交換TDM流量。盡管VT1.5信道只占據(jù)SONET SPE中的三列，仍將把它映射到能夠容納四列SPE的時隙格式中。如上所述，運(yùn)載TDM流量的36比特時隙內(nèi)容格式為4比特標(biāo)簽和32比特凈荷。標(biāo)簽字段定義如下表1所示。
表1通過預(yù)配置連接表，交換單元知道時隙是否包含TDM數(shù)據(jù)。這些表格實現(xiàn)為針對各輸入鏈路的輸入交叉連接RAM。輸入時隙號是到RAM的地址，而RAM的數(shù)據(jù)輸出包含目的輸出鏈路和時隙號。連接表可由中央系統(tǒng)控制器改變，它可以通過以下兩種路徑任意之一向交換單元發(fā)送控制消息(1)主機(jī)接口端口或者(2)通過鏈路數(shù)據(jù)信道發(fā)送的帶內(nèi)控制消息。由于TDM連接不會頻繁改動，這種用控制消息緩慢更新連接表的方法是可接受的。外部軟件模塊的責(zé)任是確定并配置交換單元內(nèi)的連接表，這樣TDM數(shù)據(jù)就不會丟失。
現(xiàn)回到圖1，端口處理器10的接收側(cè)SONET接口包括解串器12和成幀器14。該接口可以配置為一個155MHz、16位寬的OC-48、4個622MHz的串行OC-12或者4個155MHz的串行OC-3。當(dāng)配置為一個OC-48時，不用解串器12。當(dāng)配置為4個OC-12或一個OC-48時，解串器12將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成16位寬的并行流。解串器12包括將輸入串行時鐘16分頻的電路。解串器的輸入包括一位串行數(shù)據(jù)輸入、一位622MHz時鐘和一位155MHz時鐘。輸出包括16位并行數(shù)據(jù)輸出、一位38.87MHz時鐘和9.72MHz時鐘。
將并行數(shù)據(jù)發(fā)送到SONET成幀器和傳輸開銷(TOH)模塊14。所有輸入信號根據(jù)BELLCORE GR-253標(biāo)準(zhǔn)成幀，此標(biāo)準(zhǔn)通過引用結(jié)合于本說明書中。通過掃描一系列16比特字尋找F628圖案以確定字節(jié)邊界和幀邊界。成幀器對圖案F6F6F6282828成幀。由成幀器14將STS-N幀內(nèi)獨(dú)立的SONET SPE去復(fù)用。最多有4個獨(dú)立的線路接口，因此成幀器14包括4個獨(dú)立成幀器。成幀器的輸入包括16位并行數(shù)據(jù)輸入和可接受155MHz、38.87MHz或9.72MHz的一位時鐘。成幀器的輸出包括16位并行數(shù)據(jù)輸出、一位幀開始(SOF)指示、用于指示SONET SPE號的6位SPE ID。SPE編號相對于線路側(cè)端口配置從1直到48。
模塊14還終結(jié)各獨(dú)立SONET SPE的傳輸(段和線路)開銷。由于線路側(cè)最多有48個OC-1，故除非對塊分時，否則要提供48個傳輸開銷模塊。TOH終結(jié)的輸入與以上有關(guān)成幀器討論的那些相同。6位SPE ID允許數(shù)據(jù)進(jìn)入該模塊。無需輸出數(shù)據(jù)總線，因為當(dāng)流量沿同一數(shù)據(jù)總線路由到該模塊和下一模塊(Ptr Proc 16)，數(shù)據(jù)路徑只流進(jìn)該塊但不穿過它。
指針處理器16利用SONET指針(TOH中的H1、H2和H3字節(jié))正確地定位SONET封包內(nèi)承載的凈荷數(shù)據(jù)的開始。SONET指針識別路徑開銷字節(jié)#1的位置。指針處理器16負(fù)責(zé)容納指針調(diào)整，指針調(diào)整是為了調(diào)整凈荷數(shù)據(jù)和SONET封包字節(jié)頻率差而插入的。因為有最多48個OC-1，故除非對模塊分時，否則有48個指針處理器模塊與48個開銷終結(jié)模塊配對。指針處理器16的輸入與成幀器和TOH終結(jié)器14的輸入相同。輸出包括16位寬的并行數(shù)據(jù)輸出、一位與SPE 3的字1一致的SPE開始指示符、一位跳過開銷、容納指針移動的SPE有效指示符以及一位指示路徑開銷字節(jié)在輸出總線上的POH有效指示符。
POH處理器18處理48個SONET SPE中每個的9字節(jié)路徑開銷。因為最多有48個SPE，故除非將處理器分時復(fù)用，否則要提供48個路徑開銷處理器。路徑開銷處理器18的輸入包括8位并行數(shù)據(jù)輸入、4位SPE ID、一位SPE開始指示符以及一位POH有效指示符。輸出包括一位V1指示符、J1信息、告警以及路徑狀態(tài)。有關(guān)模塊14、16和18的更多的細(xì)節(jié)由GR-253標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)SONET映射器/去映射器附帶的文檔(例如可從Lucent或TranSwitch獲得的那些)提供。
一旦已找到輸入SONET/SDH信號的幀邊界，而且已通過指針處理或者通過Telecom總線I/F控制信號確定SPE的位置，以及已處理路徑開銷，就從SPE中提取凈荷。SPE可以承載TDM流量、ATM信元或IP分組。各SPE的流量類型通過微處理器接口78配置。各SPE只能運(yùn)載一種類型的流量。各SPE的數(shù)據(jù)直接路由到正確的凈荷提取器。
將包含分組和ATM信元的SPE分別發(fā)送到HDLC成幀器20和信元定界模塊22。每個SPE可配置用于運(yùn)載分組數(shù)據(jù)(SONET的分組)。端口處理器10支持通過以下這些SONET(SDH)信號傳送SONET的分組STS-1(VC-3)、STS-3c(VC-4)、STS-12c(VC-4-4c)以及STS-48c(VC-4-16c)。數(shù)據(jù)報封裝在PPP分組中，PPP分組用HDLC協(xié)議成幀。把HDLC幀以字節(jié)映射到SONET SPE和高階SDH VC中。HILC成幀器20執(zhí)行HDLC成幀并將PPP分組轉(zhuǎn)發(fā)至FIFO緩沖器24，PPP分組等候組裝成PDU。成幀器20的輸入包括16位并行數(shù)據(jù)輸入、6位SPE ID、一位SPE有效指示符以及一位PYLD有效指示符。成幀器20的輸出包括16位數(shù)據(jù)總線、一位分組開始指示符以及一位分組結(jié)束指示符。有關(guān)從SONET提取分組的更多細(xì)節(jié)可在IETF(因特網(wǎng)工程任務(wù)組)RFC 1619(1999)中找到，通過引用將RFC 1619(1999)結(jié)合于本文中。
信元定界模塊22基于1998年的ITU-T G.804標(biāo)準(zhǔn)“ATM信元到準(zhǔn)同步數(shù)字層次結(jié)構(gòu)(PDH)的映射”，該標(biāo)準(zhǔn)的全部公開通過引用結(jié)合于本說明書中。信元定界模塊22的輸入包括16位并行數(shù)據(jù)總線、6位SPE ID、一位SPE有效指示符以及一位POH有效指示符。輸出包括16位并行數(shù)據(jù)總線和一位POH有效指示符。輸出包括16位并行數(shù)據(jù)總線和一位信元開始指示。在等待組裝成PDU期間，信元放置在FIFO 24中。有關(guān)從SONET提取ATM的細(xì)節(jié)可在ITU-T G.804中找到。
將TDM數(shù)據(jù)路由到識別低階VT和VC的TDM去復(fù)用器和低階指針處理器模塊26。如果特定的SPE配置用于TDM數(shù)據(jù)，那么使用主機(jī)接口78描述TDM映射。每個SPE可以運(yùn)載VC-11、VC-12、VC-2、VC-3和VC-4的組合。單個STS-1凈荷中有7組VT，同一VT組有12列。在一個VT組中，所有VT必須相同。相同STS-1 SPE內(nèi)的不同VT組可以運(yùn)載不同的VT類型，但要求組內(nèi)的所有VT屬于同一類型。根據(jù)各SPE的配置，對SONET信號去復(fù)用以解出VC和VT。無需對定位容器和支路所要求的流量作解釋，因為所有這種信息都可在通過主機(jī)接口78配置的配置表(未示出)中找到。幀通過SPE路徑開銷中的H4字節(jié)定位在VC和VT內(nèi)。指針處理按VT超幀中V字節(jié)所示執(zhí)行。TDM去復(fù)用器和低階指針處理器模塊26的輸入包括16位并行數(shù)據(jù)、6位SPE ID、一位SPE開始指示符、一位SPE有效指示符、一位V1指示符以及一位POH有效指示符。TDM去復(fù)用器和低階指針處理器模塊26提供到交換映射器52的下列輸出16位并行數(shù)據(jù)、一位VT/VC有效指示符、6位SPE ID以及5位VT/VC編號(0-27)。TDM數(shù)據(jù)放置在如上所述的幀中的保留時隙中，參照交換映射器52的更詳細(xì)的描述如下。有關(guān)TDM提取的更多細(xì)節(jié)可在GR-253規(guī)范中找到。
來自UTOPIA接口44的IP分組和ATM信元放置在FIFO 46中。來自FIFO 24的分組和信元與來自FIFO 46的分組和信元合并。描述符構(gòu)造器64確定數(shù)據(jù)是否是ATM信元或IP分組，并生成相應(yīng)的中斷以觸發(fā)IPF/ATM查找處理器66執(zhí)行IP路由查找或者ATM查找。通過搜索每個分組的IP目的地址和需要分類的分組的IP源地址執(zhí)行IP路由查找。通過搜索信元的VPI/VCI字段執(zhí)行ATM查找。IP分組和ATM信元的IPF/ATM查找處理器66的輸出包括17位流量索引、5位QOS索引以及顯示IP分組是否需要分類的指示符。如果IP分組需要分類，就將分組傳送給IP分類處理器68分類；否則，將其傳送給分組處理的下一級、RED/管制處理器70。RED/管制處理器70執(zhí)行隨機(jī)早期檢測和加權(quán)隨機(jī)早期檢測以進(jìn)行IP擁塞控制，執(zhí)行漏桶管制以進(jìn)行ATM流量控制，以及執(zhí)行早期分組和部分分組丟棄以控制包含分組的ATM流量。目前端口處理器10的最佳實施例包括模式寄存器(未示出)，它可以處于旁路模式以全局關(guān)閉IP/ATM轉(zhuǎn)發(fā)。在旁路模式中，使用外部設(shè)備執(zhí)行IP/ATM轉(zhuǎn)發(fā)，并將描述符構(gòu)造器64生成的數(shù)據(jù)描述符直接路由到輸出FIFO(未示出)。
FIFO 24和46存儲的所有數(shù)據(jù)以52字節(jié)“塊”存在。如果IP分組比52字節(jié)長，就將其分段成多個52字節(jié)塊。各塊的輸入數(shù)據(jù)描述符包括塊是否是ATM信元或分組、是否是分組開始或分組結(jié)束、分組長度以及源和目的端口號的指示。在經(jīng)過IPF/ATM查找處理器66和IP分類處理器68處理之后，就將輸出數(shù)據(jù)描述符寫入由RED/管制處理器70讀取的FIFO(未示出)。
RED/管制保留的信元和分組由接收數(shù)據(jù)鏈路管理器72讀取，如以上參照圖3a所述，接收數(shù)據(jù)鏈路管理器72創(chuàng)建PDU。根據(jù)目前的最佳實施例，經(jīng)過處理的信元和分組存儲在外部FIFO中，無論何時該FIFO不為空，就讀該FIFO。
如圖1所示，交換映射器52從TDM去復(fù)用器和低階指針處理器26接收TDM流量以及從數(shù)據(jù)鏈路管理器72接收PDU。如上所述，交換映射器還接收請求成分。請求成分由仲裁器56形成，更詳細(xì)的描述如下。交換映射器的功能是在以上參照圖3和3a-c描述的幀中布置TDM數(shù)據(jù)、PDU以及請求成分。
交換映射器52包括與ATM/IP PDU相關(guān)的狀態(tài)機(jī)(未示出)。數(shù)據(jù)鏈路管理器72利用64位接口將PDU寫入外部FIFO(未示出)中。數(shù)據(jù)在32位時隙中從外部FIFO傳送到交換映射器52加4位奇偶校驗位。與外部PDU FIFO相關(guān)的狀態(tài)機(jī)監(jiān)視FIFO的狀態(tài)并維持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。
數(shù)據(jù)鏈路管理器72、仲裁器56、交換映射器52以及加權(quán)循環(huán)調(diào)度器80連同存儲器和其它支持電路(未在圖1中示出)可以統(tǒng)稱為“接收交換控制器”。如上詳述，根據(jù)ATM VPWCI或IP源和目的地執(zhí)行查找，這樣處理每個輸入的ATM信元和分組。這種查找首先驗證連接是有效的，如果有效，它就返回17位索引。對于ATM信元，索引指向一組VC參數(shù)和路由信息。l7比特索引最多支持128KIP和ATM流同時流經(jīng)端口處理器。ATM信元封裝在信元容器中，并存儲在外部存儲器內(nèi)128K個隊列之一中。這128K個隊列由數(shù)據(jù)鏈路管理器72管理。如上所述，將IP分組分段成若干52字節(jié)塊，這些塊中每一個封裝在信元容器(PDU)中。這些信元容器還由數(shù)據(jù)鏈路管理器存儲在外部存儲器內(nèi)128K個隊列之一中。128K IP/ATM流匯聚到32個QOS隊列之一中，以便通過交換機(jī)調(diào)度。數(shù)據(jù)鏈路管理器72還將通過交換機(jī)傳送信元所要求的控制信頭匯聚到QOS隊列中，并將這些路由標(biāo)簽插入31個QOS路由標(biāo)簽FIFO之一中。這些隊列的其中之一為高優(yōu)先級流量而保留。調(diào)度器80將被任何進(jìn)入高優(yōu)先級隊列的信元中斷，并將立即調(diào)度該信元使之立即離開此高優(yōu)先級隊列。
調(diào)度器80負(fù)責(zé)將信元容器調(diào)度通過交換機(jī)。所用的調(diào)度算法為作用于QOS隊列的加權(quán)循環(huán)。一旦這些隊列的信元已被調(diào)度，就將來自這些隊列的控制信頭轉(zhuǎn)發(fā)至仲裁器56并存儲在請求控制表中(未示出)。請求仲裁器56根據(jù)控制信頭形成請求成分，并將這些請求轉(zhuǎn)發(fā)至交換單元映射器52，以通過交換機(jī)傳送。塊58將收到的響應(yīng)這些請求的授權(quán)并行化，并由授權(quán)模塊62去幀且傳送回仲裁器模塊56。對于已授權(quán)的請求，由數(shù)據(jù)鏈路管理器72使信元容器從外部存儲器中出隊，并傳送到交換映射器52以通過交換機(jī)傳輸。
如上所述，端口處理器10支持冗余以改善可靠性。支持兩種冗余方案。在第一冗余方案中，交換控制器支持冗余路由標(biāo)簽和透明路由切換。在第二冗余方案中，端口處理器同時支持輸入和輸出方向的冗余數(shù)據(jù)信道。
冗余數(shù)據(jù)信道連到兩個獨(dú)立的交換結(jié)構(gòu)。在附圖中，將它們稱為A和B數(shù)據(jù)信道。每個控制信頭包括兩個路由標(biāo)簽，每個路由標(biāo)簽具有對應(yīng)的AB信道標(biāo)簽。這提供了兩條通過交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚?。如果兩個路由標(biāo)簽具有相同的信道標(biāo)簽，這就考慮兩條備選路徑通過同一交換結(jié)構(gòu)。如果兩個路由標(biāo)簽具有不同的信道標(biāo)簽，這就考慮冗余交換結(jié)構(gòu)，一個交換結(jié)構(gòu)中的任何路由失敗將會引起切換，導(dǎo)致使用冗余交換結(jié)構(gòu)。AB信道標(biāo)簽用于指示數(shù)據(jù)是否使用A數(shù)據(jù)信道或B數(shù)據(jù)信道路由。如果在經(jīng)過可編程的若干次連續(xù)嘗試之后，沒有收到響應(yīng)使用A信道路由標(biāo)簽的請求成分的授權(quán)，則對比特置位以切換到B信道路由標(biāo)簽。
如上所述，仲裁器56負(fù)責(zé)向交換映射器52發(fā)送請求以及處理源自授權(quán)去映射器62的授權(quán)。仲裁器使請求從路由標(biāo)簽FIFO出隊，將該信息拷貝到請求控制表中，把FLOWID寫入FLOWID RAM中，復(fù)位對請求嘗試次數(shù)計數(shù)的請求嘗試計數(shù)器以及復(fù)位授權(quán)位。每個請求消息具有在授權(quán)消息中返回的唯一請求ID。請求ID是仲裁器請求控制表中拷貝路由標(biāo)簽的索引。路由標(biāo)簽與請求ID一起轉(zhuǎn)發(fā)至路由標(biāo)簽格式化模塊，由格式化模塊將路由標(biāo)簽格式化為請求消息，并將請求插入交換映射器52中的請求FIFO。
授權(quán)模塊62中的授權(quán)去映射器將請求ID和授權(quán)存儲到稱為grant_reqid FIFO的FIFO中。在仲裁模塊56中，根據(jù)切換位是否置位，使請求ID從A和B grant_reqid FIFO中擇一出隊。從FIFO出隊的請求ID用于設(shè)置授權(quán)寄存器中請求ID指示的比特位置處的授權(quán)位，以索引FLOWID RAM并讀取與請求ID相關(guān)的FLOWID。將此FLOWID寫入適當(dāng)信道的deq-flowid FIFO，即，如果使請求ID從Areqid_fifo中出隊，就將FLOWID寫入A deqflowid_fifo。數(shù)據(jù)鏈路管理器72監(jiān)視deqflowid_fifo并利用FLOWID使數(shù)據(jù)PDU從外部存儲器中出隊，并將它們發(fā)送到交換映射器52以在下一行時間內(nèi)傳送。
當(dāng)授權(quán)去映射器不可能再收到授權(quán)時，授權(quán)去映射器62斷言end_of_grant(結(jié)束授權(quán))信號。在多數(shù)交換機(jī)實現(xiàn)中很少(如果曾經(jīng)有過的話)斷言end_of_grant信號，僅在多級交換機(jī)中才更可能斷言end_of_grant信號。一旦收到end_of_grant信號，仲裁器56就開始更新請求控制表的過程。如果沒有返回針對存儲在請求控制表中的路由標(biāo)簽的授權(quán)，請求嘗試計數(shù)器就加1，并利用路由標(biāo)簽生成新的請求。如果請求控制表中的路由標(biāo)簽已經(jīng)作為RE發(fā)送了(編程的)最大次數(shù)，就將FLOWID的最高有效15比特用于索引冗余控制表并更新指示當(dāng)前路徑失效和選擇備用路由路徑的比特。
如上所述，TDM數(shù)據(jù)、ATM/IP PDU和請求消息組合成單一數(shù)據(jù)流通過交換結(jié)構(gòu)傳輸。這種組合由端口處理器接收側(cè)的交換去映射器52執(zhí)行。在端口處理器的發(fā)送側(cè)，交換去映射器60將TDM數(shù)據(jù)與ATM/IP PDU相分離。根據(jù)目前的最佳實施例，為去映射器60提供作為PDU FIFO的外部存儲器。對于ATM/IP數(shù)據(jù)，去映射器將PDU寫到FIFO中并中斷數(shù)據(jù)鏈路管理器74。數(shù)據(jù)鏈路管理器74從PDU FIFO中讀取信頭信息并提取FLOWID。根據(jù)FLOWID，數(shù)據(jù)鏈路管理器74從外部存儲器中檢索鏈表/整形/調(diào)度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)鏈路管理器74將鏈表指針寫到PDU FIFO中，然后發(fā)起DMA傳輸以將PDU移到外部存儲器中。數(shù)據(jù)鏈路管理器更新頭、尾以及鏈表/整形/調(diào)度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的計數(shù)字段，通過整形/調(diào)度FIFO將該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳送到整形/調(diào)度處理器76。整形/調(diào)度處理器76執(zhí)行整形和調(diào)度功能并更新鏈表/整形/調(diào)度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
下面描述從外部存儲器到SONET/UTOPIA數(shù)據(jù)FIFO 30和48的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)鏈路管理器74輪詢PDU FIFO和SONET/UTOPIAFIFO狀態(tài)標(biāo)志。如果某一特定輸出端口的PDU FIFO不空且SONET/UTOPIA不滿，數(shù)據(jù)鏈路管理器74就檢索鏈表/整形/調(diào)度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以從PDU FIFO讀取流ID(注意對于IP分組流，數(shù)據(jù)鏈路管理器將繼續(xù)從鏈表檢索PDU，直到找到具有最后分組指示符的PDU)。數(shù)據(jù)鏈路管理器接著發(fā)起從外部存儲器到SONET/UTOPIAFIFO 30、48的DMA傳輸。然后，數(shù)據(jù)鏈路管理器74更新鏈表/整形/調(diào)度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并將其寫回外部存儲器。
在端口處理器10的發(fā)送側(cè)，授權(quán)模塊62中的授權(quán)成幀器、解幀器、串行化器以及解串器、交換去映射器60、發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路管理器74以及發(fā)送調(diào)度器和整形器76可以統(tǒng)稱為發(fā)送(TX)交換控制器。TX交換控制器負(fù)責(zé)接受或拒絕為輸出傳輸而進(jìn)入端口處理器的請求。為此，TX交換控制器檢測由請求的輸出端口號識別的隊列是否可以接受信元容器。這128個隊列由TX數(shù)據(jù)鏈路管理器74管理。根據(jù)目前的最佳實施例，這些隊列存儲在外部存儲器中。TX調(diào)度器76執(zhí)行對這些信元容器的調(diào)度。如果隊列可以接受信元容器，則請求變成授權(quán)并插入grant_fifo中。授權(quán)成幀器和串行化器62讀取該信息并創(chuàng)建通過授權(quán)路徑傳送的授權(quán)消息。
TX交換控制器利用以下三個規(guī)則監(jiān)視128個輸出端口中每個的數(shù)據(jù)隊列狀態(tài)。如果所請求的輸出端口的full_status(滿狀態(tài))位已置位，隊列中就沒有緩沖空間用于目標(biāo)為該輸出端口的任何數(shù)據(jù)PDU，故拒絕到該輸出端口的所有請求。如果full_status位未置位而nearly_full_status位已置位，隊列中就有一些空間用于目標(biāo)為該輸出端口的數(shù)據(jù)PDU；然而，可以將該空間保留用于更高優(yōu)先級的流量。在此實例中，將QOS編號與門限(編程的)QOS編號作比較并且如果QOS編號小于門限，就接受請求。如果nearly_full_status(接近滿狀態(tài))位未置位，就給所有輸入請求授權(quán)。如果已接受一個請求，則相應(yīng)的輸出端口計數(shù)器就加1。這就為到達(dá)該輸出端口的數(shù)據(jù)PDU在數(shù)據(jù)緩沖器(30或48)中保留了空間。發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路管理器74不斷監(jiān)視128個輸出端口計數(shù)器并置位/復(fù)位128個滿和接近滿狀態(tài)位。
端口處理器10創(chuàng)建全部輸出SONET信號。支持所有傳輸和路徑開銷功能。SONET接口可以運(yùn)行在源定時模式或環(huán)路定時模式。
高階指針由高階指針生成器38通過正負(fù)指針調(diào)整，以容納用于生成SONET幀的時鐘與用于生成SONET SPE的時鐘之間的定時差異。初始化時，允許SPE FIFO在取走數(shù)據(jù)之前填滿一半。監(jiān)視中心指針的各種變化以確定SONET封包的速率大于或小于SPE的速率。如果SONET封包的速率大于SPE的速率，那么SPE FIFO就將逐漸逼近一種更空的狀態(tài)。在這種情況下，就將進(jìn)行正指針移動以給SPE發(fā)送附加數(shù)據(jù)的機(jī)會。如果SONET封包的速率小于SPE的速率，那么SPE FIFO就將逐漸逼近一種更滿的狀態(tài)。在這種情況下，就將進(jìn)行負(fù)指針移動以給SPE從FIFO輸出額外數(shù)據(jù)字節(jié)的機(jī)會。SONET成幀器和TOH生成器40根據(jù)BELLCORE GR-253標(biāo)準(zhǔn)生成傳輸開銷。
輸出SONET幀要么根據(jù)接收側(cè)SONET接口恢復(fù)的定時要么根據(jù)端口處理器的源定時生成。對每個信號單獨(dú)配置且可以對它們作不同的配置。輸出SONET幀的幀定位是任意的。這四個信號中的每一個都可以有不同的定時，因此無需嘗試使它們同步起來，因為它們總是不斷地漂移開來。無需使Tx端口和Rx端口幀對齊，因為這會導(dǎo)致每次重校準(zhǔn)Rx端口后要重校準(zhǔn)Tx端口。
對于OC-3和OC-12，由串行化器42將16位寬內(nèi)部總線串行化成155Mbps或622 Mbps。對于OC-48應(yīng)用，整個16位總線在外部串行化器(未示出)的控制之下輸出。
有可能生成輸出SONET接口的48個不同的SPE。所有這些SPE根據(jù)單一定時基準(zhǔn)生成。這允許所有SPE生成器在所有SONET和Telecom總線接口之間共享，且不用在不同SONET定時域的不同時鐘之間復(fù)用。SPE由路徑級開銷和凈荷數(shù)據(jù)構(gòu)成。凈荷數(shù)據(jù)可以是TDM、ATM或分組。將所有這些流量類型按照它們各自的標(biāo)準(zhǔn)映射成單個SPE或級聯(lián)的SPE。生成SPE時，將它們放入SPE FIFO中。每個SPE對應(yīng)64字節(jié)的FIFO，這些單獨(dú)的SPE FIFO通過SPE級聯(lián)配置寄存器級聯(lián)。如上所述，SPE FIFO的填充狀態(tài)用于確定執(zhí)行正或負(fù)指針調(diào)整的正確時間。
TDM、ATM和分組數(shù)據(jù)全部按照各自的標(biāo)準(zhǔn)映射到SONET SPE中。每個可能的48個SPE中運(yùn)載的數(shù)據(jù)類型通過外部主機(jī)處理器配置?；谶@種配置，為每個SPE生成器分配正確的映射器類型。所有這種配置在初始化時執(zhí)行并僅當(dāng)首先禁止特定的SPE時才能被改變。一旦配置完成，為每個SPE分配一組單獨(dú)的功能塊。這組功能塊包括以下每種模塊之一凈荷映射器、凈荷FIFO、POH生成器、SPE FIFO以及SPE生成器。每個ATM和分組凈荷映射器具有凈荷FIFO，它將特定SPE的凈荷數(shù)據(jù)寫入其中。對于TDM流量，為每個可能的虛容器分配其自身的FIFO。
現(xiàn)回到圖2，在每個“數(shù)據(jù)路徑和鏈路帶寬裁定模塊”102中，數(shù)據(jù)流解串器126與輸入串行數(shù)據(jù)流同步，接著把利用兩條物理單鏈路信道傳送的行流重組。它還對這兩個輸入串行流中的每個流提供FIFO緩沖，以在行重組之前消除這些流的“偏差”。它從用于消除12條輸入鏈路偏差的第三FIFO中的行流中恢復(fù)36比特時隙數(shù)據(jù)。這種偏差消除允許所有輸入鏈路同時將時隙N轉(zhuǎn)發(fā)至交換核心。鏈路偏差消除由鏈路同步和定時控制模塊150控制。解串器126還連續(xù)監(jiān)視輸入行時隙0與交換單元中內(nèi)部行邊界信號之間的增量。將差異向鏈路RISC處理器156報告并(在交換機(jī)第一級)用作測距(ranging)過程的一部分，以使連接到輸入鏈路的端口處理器同步。
數(shù)據(jù)流去映射器128負(fù)責(zé)從輸入串行數(shù)據(jù)鏈路中提取數(shù)據(jù)。它根據(jù)輸入時隙號將輸入鏈路時隙去映射并確定流量是否為TDM、PDU或者請求成分(RE)。對于TDM流量，去映射器確定目標(biāo)鏈路和行緩沖器132的存儲地址。消息存儲在由軟件在增加或拆除TDM連接時配置的去映射器RAM(未示出)中。對于PDU流量，去映射器128將構(gòu)成PDU的所有16個時隙組成單64字節(jié)PDU字，然后將該整個PDU字轉(zhuǎn)發(fā)至行緩沖映射器邏輯130。在將PDU轉(zhuǎn)發(fā)至行緩沖器132之前組裝它們，以便行緩沖映射器130可以在單個時鐘周期內(nèi)將整個PDU寫到行緩沖器132中。這就把寫入側(cè)可能的最大存儲器帶寬提供給了行緩沖器132。在6個鏈路時隙時間(12個核心時鐘周期)內(nèi)將12個PDU全部寫到單一行緩沖器中是交換單元的重要特性。對于請求成分，去映射器128將3時隙RE塊組裝成兩個48位RE并將它們轉(zhuǎn)發(fā)給請求分析模塊152。
行緩沖映射器130負(fù)責(zé)把從數(shù)據(jù)流去映射器128收到的流量映射到行緩沖器132中。映射器130在從數(shù)據(jù)流去映射器128收到TDM流量時為其提供FIFO緩沖器，然后，將其寫到行緩沖器132中。行緩沖器存儲地址實際預(yù)先配置在數(shù)據(jù)流去映射器模塊128內(nèi)的去映射器RAM(未示出)中。該模塊將該地址連同TDM時隙數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至行緩沖映射器130。映射器130還將PDU流量從數(shù)據(jù)流去映射器128寫到行緩沖器132并計算行緩沖器132內(nèi)寫每個PDU的地址。從地址0開始且隨后每16時隙地址邊界將PDU寫入行緩沖器，直到行緩沖器132的最大已配置PDU地址數(shù)。
行緩沖器132包含行緩沖器存儲單元。根據(jù)目前的最佳實施例，它提供雙緩沖行存儲器，允許由數(shù)據(jù)流映射器136讀出行N-1期間寫入的行數(shù)據(jù)的同時，在行N期間寫一個行緩沖器。每個行緩沖器能夠存儲1536個時隙數(shù)據(jù)。這允許行緩沖器存儲96個PDU或1536個TDM時隙或者兩種流量類型的組合。請求成分和鏈路開銷時隙不向行緩沖器132發(fā)送。因此行緩沖器無需改變大小以容納整個1700輸入鏈路時隙。根據(jù)目前的最佳實施例，行緩沖器寫端口為16*36＝576位寬，它支持在單一時鐘周期內(nèi)僅寫一個36位時隙(TDM數(shù)據(jù))或者寫整個576位字(PDU數(shù)據(jù))。
請求仲裁利用兩個部件每條輸出鏈路的中央請求分析模塊152和請求仲裁模塊134。請求成分從數(shù)據(jù)流去映射器128從輸入時隙流中提取并轉(zhuǎn)發(fā)至請求分析器152。請求分析器152將48位的請求成分通過兩條請求總線(為輸入鏈路總線120的一部分)轉(zhuǎn)發(fā)至合適的請求仲裁模塊134。每條請求總線每核心時鐘周期可以包含新的請求成分。這種定時允許請求仲裁邏輯在少于8個核心時鐘周期內(nèi)處理13個請求源。這13個請求源是12個輸入數(shù)據(jù)流和內(nèi)部組播和帶內(nèi)控制消息發(fā)送模塊156。請求仲裁模塊134監(jiān)視兩條請求成分總線并讀入目標(biāo)為實現(xiàn)該請求仲裁模塊的輸出鏈路的所有請求成分。根據(jù)目前的最佳實施例，請求仲裁模塊134為多達(dá)24個請求成分提供緩沖。在收到新的請求成分時，將其存儲在空閑的RE緩沖器中(未示出)。如果不存在任何空閑的RE緩沖器，那么如果新的RE優(yōu)先級較高，就用新的RE替換已存儲在緩沖器中的優(yōu)先級最低的RE。如果新RE的優(yōu)先級等于或低于目前存儲在RE緩沖器中的所有RE，那么就丟棄新的RE。在輸出側(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)流映射器模塊138準(zhǔn)備好接收下一RE，這請求仲裁模塊134就將存儲在RE緩沖器中的優(yōu)先級最高的RE轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)流映射器模塊136。如果RE緩沖器為空，則轉(zhuǎn)發(fā)“Idle”RE。
數(shù)據(jù)流映射器136負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)和請求成分插入到輸出串行數(shù)據(jù)鏈路中。這包括基于輸出時隙號映射輸出鏈路時隙，以確定流量是否是TDM、PDU、請求成分或者測試流量。所述確定基于映射RAM(未示出)中的內(nèi)容。對于TDM流量，行緩沖存儲地址從映射RAM確定，它是在增加或拆除TDM連接時由軟件配置的。對于PDU流量，數(shù)據(jù)流映射器136從行緩沖器132一次讀一個時隙。由軟件將行緩沖存儲地址存儲到映射RAM中。如果目標(biāo)PDU無效(即在前一行時期內(nèi)未將PDU寫入該行緩沖位置)，那么映射器136就發(fā)送空閑圖案以確保數(shù)據(jù)PDU不在交換機(jī)內(nèi)復(fù)制。對于請求成分，映射器根據(jù)兩個48位RE組裝3時隙RE塊。從請求仲裁模塊134讀取這些RE。對于測試圖案，映射器136從輸出鏈路122插入合適的測試圖案。這些測試圖案由測試圖案發(fā)生器162或測試接口總線164模塊創(chuàng)建。
數(shù)據(jù)流映射器支持輸出級的時隙組播。例如，任意輸出鏈路的數(shù)據(jù)流映射器能夠拷貝任何其它輸出鏈路正在當(dāng)前時隙上發(fā)送的內(nèi)容。通過映射RAM控制這種拷貝并允許映射器以時隙為基礎(chǔ)從另一輸出鏈路拷貝輸出數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)流串行化器138創(chuàng)建輸出鏈路串行流。通過數(shù)據(jù)流映射模塊136接收數(shù)據(jù)時隙并由數(shù)據(jù)流串行化器138于內(nèi)部生成鏈路開銷。串行化器138還將行數(shù)據(jù)流分成在兩條路徑110、114上傳輸?shù)膬蓚€流。
每個模塊102中的授權(quán)流解串器140以與數(shù)據(jù)流解串器126幾乎相同的方式工作。主要差異是授權(quán)數(shù)據(jù)僅僅利用單條路徑，這樣無需消除偏差和去交織以恢復(fù)單一輸入串行流。因為該串行鏈路只是轉(zhuǎn)發(fā)鏈路數(shù)據(jù)流速率的一半，每行時間有850個時隙。利用單個FIFO(未示出)消除所有12條鏈路的輸入串行授權(quán)流的偏差。
授權(quán)流去映射器142負(fù)責(zé)從輸入串行授權(quán)鏈路中提取數(shù)據(jù)。這包括基于輸入時隙號對收到的授權(quán)鏈路時隙去映射，以確定流量是否是授權(quán)成分或另一種流量。確定是基于授權(quán)去映射RAM(未示出)的內(nèi)容。根據(jù)目前的最佳實施例，不同于授權(quán)成分的流量尚未定義。對于授權(quán)成分，授權(quán)流去映射器142將3時隙GE塊組成兩個48位的GE并將它們轉(zhuǎn)發(fā)至單授權(quán)分析模塊154。
授權(quán)仲裁模塊144以與請求仲裁邏輯134相同的方式工作。在目前的最佳實施例中，該模塊與請求仲裁模塊相同。唯一的差別為它處理反向路徑中的授權(quán)成分而不是前向路徑中的請求成分。應(yīng)回想到，授權(quán)成分實際上是已被返回的請求成分。
授權(quán)流映射器146負(fù)責(zé)在輸出串行授權(quán)鏈路中插入數(shù)據(jù)。它基于輸出時隙號映射輸出授權(quán)時隙，以確定流量是否是授權(quán)成分或測試流量。所述確定基于授權(quán)映射RAM(未示出)的內(nèi)容。對于授權(quán)成分，它從兩個48位GE組裝3時隙GE塊。從授權(quán)仲載模塊144讀出GE。對于測試圖案，它從輸出鏈路總線122插入合適的測試圖案。這些測試圖案由測試圖案發(fā)生器162或測試接口總線164模塊創(chuàng)建。授權(quán)流映射器146的詳細(xì)描述在7.2.3.2節(jié)中提供。
授權(quán)流串行化器148以同數(shù)據(jù)流串行化器138幾乎相同的方式工作。主要差別為授權(quán)數(shù)據(jù)只利用單路徑，這樣無需讓傳輸串行流在多輸出串行流中交織。因為這種串行鏈路只是前向數(shù)據(jù)流速率的一半，每行時間只有850個時隙。
每個交換單元100有12個鏈路模塊102，為每個鏈路模塊102實例化以上描述的模塊(除了請求分析器和授權(quán)分析器)。以下模塊僅為每個交換單元實例化一次。
鏈路同步&定時控制150提供用于交換單元中的全局同步和定時信號。它生成傳輸控制信號，以便所有串行輸出同步于RSYNC(行同步)輸入基準(zhǔn)開始發(fā)送行數(shù)據(jù)。它還控制數(shù)據(jù)流解串器中的偏差消除FIFO，以便所有12個輸入鏈路能夠同時將時隙N的數(shù)據(jù)驅(qū)動到輸入鏈路總線120上。在授權(quán)流解串器中實現(xiàn)這種相同的偏差消除機(jī)制。
請求分析器152從所有13個請求成分源接收輸入并通過兩條請求成分總線將RE轉(zhuǎn)發(fā)至合適的請求仲裁模塊。
授權(quán)分析器154實際上以與請求分析器152相同的方式工作，并與其相同。唯一的差別是它處理反向路徑中的授權(quán)成分而不是前向路徑中的請求成分。如上所述，授權(quán)成分包含與請求成分相同的信息，即通過交換機(jī)從一個端口處理器到另一個的鏈路地址。
鏈路RISC處理器156控制交換結(jié)構(gòu)第一級中具有源端口處理器的輸入鏈路上的測距同步。它還控制交換結(jié)構(gòu)最后一級中具有源端口處理器的輸出鏈路授權(quán)流輸入中的測距同步。它還處理發(fā)送組播消息和控制帶內(nèi)通信PDU接收和發(fā)送所需的Req/Grant處理。將所有帶內(nèi)通信PDU轉(zhuǎn)發(fā)至配置RISC處理器158，RISC處理器158對這些消息作解釋。鏈路RISC處理器156只處理發(fā)送組播和帶內(nèi)通信消息所需的Req/Grant處理。
配置RISC控制器158處理從外部控制器模塊(未示出)收到的配置和狀態(tài)消息以及如上所述的帶內(nèi)通信消息。系統(tǒng)控制模塊160處理所有復(fù)位輸入并復(fù)位合適的內(nèi)部模塊。配置RISC控制器158和系統(tǒng)控制模塊160最好用Tensilica，Inc.，Santa Clara，CA的XtensaTM處理器實現(xiàn)。
測試圖案生成器和分析器162用于生成各種可以在數(shù)據(jù)流或授權(quán)流輸出上任何時隙中發(fā)送的測試圖案。它還能夠監(jiān)視收到的數(shù)據(jù)流或授權(quán)流的輸入時隙。
測試接口總線復(fù)用器164能夠從外部I/O管腳提供傳輸數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至I/O管腳。當(dāng)端口處理器不可用時，這個接口用于測試交換單元。
單鏈路PLL 166用于創(chuàng)建單鏈路宏所需的IF(中頻)時鐘。在每個單鏈路宏內(nèi)，另一PLL乘以IF時鐘以達(dá)到串行時鐘率。核心PLL 168用于創(chuàng)建由交換單元核心邏輯所用的時鐘。在目前的最佳實施例中，核心時鐘近似為250MHz。
JTAG接口用于兩個目的(1)在ASIC(專用集成電路)fab處對交換單元作邊界掃描測試以及(2)配置RISC處理器的調(diào)試接口。
如圖2所示，存在3條數(shù)據(jù)路徑總線(輸入鏈路總線120、輸出鏈路總線122以及授權(quán)總線124)，它們用于將交換流量從輸入鏈路移到輸出鏈路。這些總線還用于運(yùn)載交換單元內(nèi)發(fā)起或終結(jié)的流量。下表2概括了輸入鏈路總線中重要的數(shù)據(jù)路徑。下表3概括了輸出鏈路總線中重要的數(shù)據(jù)路徑。下表4概括了授權(quán)總線中重要的數(shù)據(jù)路徑。
表2
表3
表4根據(jù)目前的最佳實施例，每個交換單元包括組播控制器和獨(dú)立的組播PDU緩沖器。提供了兩個用于組播的備選實施例。第一實施例包括較少的門電路，最適于組播不是流量主要部分的環(huán)境。第二實施例要求很多門電路才能實現(xiàn)。然而，它較適于經(jīng)常出現(xiàn)組播的環(huán)境。第二實施例建立組播路徑期間要求的延遲較多，但在組播數(shù)據(jù)期間要求的延遲較少。
根據(jù)第一實施例，組播請求成分以同標(biāo)準(zhǔn)單播請求成分相同的方式流經(jīng)交換機(jī)。在消息需要組播時，逐跳字段中該交換級的位編碼指示該請求是組播。將該請求轉(zhuǎn)發(fā)至組播控制器。在授權(quán)路徑上，如果組播循環(huán)緩沖器中存在數(shù)據(jù)空間，組播控制器就發(fā)出授權(quán)。一旦數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到組播緩沖器，組播控制器就檢測數(shù)據(jù)信頭并確定它需要在哪些輸出鏈路上發(fā)送。此時，組播控制器發(fā)出若干請求消息，處理這些請求的方式與單播請求相同。對發(fā)送請求、接收授權(quán)、發(fā)送PIU序列重復(fù)這種過程，即發(fā)送每個組播PDU之前，請求和授權(quán)必須遍歷交換機(jī)。這種方案可以視為“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”方案。這種方案對組播數(shù)據(jù)引入了一些延遲。為了改善一些這種延遲，組播PDU包括組播高速緩存標(biāo)簽(McCacheTag)，即在復(fù)制PDU時使用的識別組播高速緩存條目的4位標(biāo)簽。組播控制器在拷貝用于組播的PDU時將McCacheTag與McCache(路由表的子集)作比較。如果McCache中沒有與McCacheTag匹配的條目，就將PDU丟棄。這些高速緩存條目通過組播參數(shù)PDU(類似于請求成分)加載。組播的第一實施例支持多達(dá)16000條有效組播流。每個MC分組的延遲為兩行時間。
根據(jù)第二實施例，通過發(fā)送多個請求(每跳一個)使組播路徑保留一段時間，直到對所有跳已授權(quán)。一旦以這種方式建立了路徑，就不帶延遲地一個接一個組播PDU，直到保留時間到期或者不再有要發(fā)送的PDU。不同于“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”，第二實施例實現(xiàn)一種“帶寬預(yù)分配”機(jī)制。將組播路徑(樹)保留以“行時間”衡量的一段時間。這種實施例的延遲都在路徑建立期間，路徑建立要求一行的時間以讓每跳通過交換機(jī)。該實施例的組播PDU不包括高速緩存標(biāo)簽，但在其它方面與第一實施例的PDU相同。參數(shù)PDU包括時隙0-3。時隙0與單播請求成分中的相同。時隙1和2包括一個目的地的路由標(biāo)簽以及用于仲裁鏈路帶寬的其它信息。時隙3包括組播會話所要求的持續(xù)時間指示。持續(xù)時間指示為16位。因此可以請求的最長持續(xù)時間為64000行的時間。如上所述，9行時間等于一個SONET幀的時間。第二組播實施例允許多達(dá)128000條有效組播流。第二實施例的延遲為建立組播流的N+1行時間，其中N為交換機(jī)級數(shù)，使數(shù)據(jù)通過交換機(jī)要N行時間。
本說明書已描述并圖解了一種支持tdm、atm和ip流量的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的幾個實施例。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干特殊實施例，但意圖不是使本發(fā)明局限于它們，而是意指本發(fā)明的范圍與所屬技術(shù)允許的一樣寬，應(yīng)據(jù)此閱讀本說明書。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，可以在不偏離如所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對所提供的本發(fā)明作其它修改。
權(quán)利要求
1.一種用于通過單一通信交換機(jī)交換ATM、TDM和分組數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括a)生成重復(fù)的具有第一多個行的數(shù)據(jù)幀，每行具有第二多個時隙；b)在所述幀的每行中為TDM數(shù)據(jù)預(yù)分配時隙；c)把PDU定義成一行內(nèi)固定數(shù)目的時隙；d)基于一種仲裁方案將PDU分配給ATM數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述生成重復(fù)幀的步驟包括每125微秒重復(fù)所述幀。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個時隙的帶寬大得足夠容納E-1或DS-1信號。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個PDU容納52字節(jié)的凈荷。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括e)將大于52字節(jié)的分組分段成52字節(jié)的塊。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述仲裁方案包括在行N期間請求行N+1中的PDU。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在行N期間對所述請求授權(quán)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述請求包括“逐跳”內(nèi)部交換路由信息和優(yōu)先級信息。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述請求在帶外授權(quán)。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于每行中先配置PDU，并且每行中后配置TDM時隙。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述幀包括9行，每行包含1700個時隙。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于每個時隙包括4字節(jié)凈荷。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于一個PDU包括16個時隙。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括e)在所述交換機(jī)入口處從SONET幀中提取TDM數(shù)據(jù)；f)在所述交換機(jī)入口處分離所述SONET幀中的V-V4字節(jié)；以及g)在所述交換機(jī)出口處再生成V1-V4字節(jié)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述仲裁方案包括組播PDU的方法。
16.一種在通信交換機(jī)中仲裁帶寬的方法，其特征在于包括a)生成具有多個行的重復(fù)數(shù)據(jù)幀；b)在行N期間請求行N+1中的空間；以及c)通過帶外鏈路對請求授權(quán)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于每個請求包括貫穿交換機(jī)的路由信息和優(yōu)先級信息。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于還包括d)在所述交換機(jī)的每級緩存所述請求；e)在所述緩沖器到達(dá)門限時丟棄低優(yōu)先級的請求。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述對請求授權(quán)的步驟包括返回到達(dá)所述交換機(jī)出口之前尚未丟棄的請求。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于每個空間請求針對52字節(jié)的空間塊。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于在ATM信元和變長分組之間仲裁帶寬，所述方法還包括d)將大于52字節(jié)的每個分組分段成多個52字節(jié)的塊。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于每個請求包括貫穿交換機(jī)的路由信息和優(yōu)先級信息。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于還包括e)在所述交換機(jī)的每級緩存所述請求；f)當(dāng)所述緩沖器到達(dá)門限時丟棄低優(yōu)先級請求。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述對請求授權(quán)的步驟包括返回到達(dá)所述交換機(jī)出口之前尚未丟棄的請求。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于還包括g)在為一個分組段的請求被丟棄時丟棄為該分組所有后續(xù)段的請求。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于在帶內(nèi)提出所述請求。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于在帶外提出所述請求。
28.一種用于通過單一通信交換機(jī)交換ATM、TDM和分組數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括a)生成具有第一多個行的重復(fù)數(shù)據(jù)幀，每行具有第二多個時隙；b)在所述幀的每行中為TDM數(shù)據(jù)預(yù)分配一些時隙；以及c)根據(jù)仲裁技術(shù)將剩余的時隙分配給ATM和分組數(shù)據(jù)，其特征在于每行先發(fā)送ATM和分組數(shù)據(jù)，并且每行中后發(fā)送TDM數(shù)據(jù)。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于還包括d)在所述交換機(jī)入口處從SONET幀中提取TDM數(shù)據(jù)；e)在所述交換機(jī)入口處分離所述SONET幀中的V-V4字節(jié)；以及f)在所述交換機(jī)出口處再生成V1-V4字節(jié)。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述生成重復(fù)數(shù)據(jù)幀的步驟包括每125微秒重復(fù)所述幀。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于每個時隙具有大得足以容納E-1信號(還有DS1)的帶寬。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述仲裁技術(shù)包括在行N期間請求行N+1中的時隙。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于在行N期間對所述請求授權(quán)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述請求包括“逐跳”內(nèi)部交換路由信息和優(yōu)先級信息。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于在帶外對所述請求授權(quán)。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于所述幀包括9行，每行包含1700個時隙。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于每個時隙包括4字節(jié)凈荷。
38.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于還包括d)把PDU定義成一行內(nèi)固定數(shù)目的時隙；e)基于一種仲裁方案將PDU分配給ATM數(shù)據(jù)和分組數(shù)據(jù)。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于每個PDU容納52字節(jié)的凈荷。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于還包括f)將大于52字節(jié)的分組分段成52字節(jié)的塊。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述仲裁方案包括在行N期間請求行N+1中的PDU。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于一個PDU包括16個時隙。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于還包括f)在所述交換機(jī)入口處從SONET幀中提取TDM數(shù)據(jù)；g)在所述交換機(jī)入口處分離所述SONET幀中的V-V4字節(jié)；以及h)在所述交換機(jī)出口處再生成V1-V4字節(jié)。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述仲裁方案包括組播PDU的方法。
45.一種通過通信交換機(jī)組播數(shù)據(jù)的方法，包括a)生成帶寬請求成分，每個請求成分包括貫穿交換機(jī)的路由信息和組播在所述交換機(jī)的哪一級開始的指示；b)根據(jù)帶寬可用性對請求授權(quán)；c)將具有路由標(biāo)簽的數(shù)據(jù)分組向開始組播的交換級發(fā)送；d)在所述開始組播的交換級制作所述數(shù)據(jù)分組的拷貝；e)替換所述數(shù)據(jù)分組各拷貝中的路由標(biāo)簽。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于還包括f)在所述交換機(jī)的各級緩存請求成分；以及g)在所述開始組播的交換級復(fù)制請求成分。
47.權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于每個請求成分包括優(yōu)先級指示。
48.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于每個請求成分包括優(yōu)先級指示。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于還包括h)從已達(dá)到門限滿度的緩沖器中丟棄低優(yōu)先級請求成分。
50.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于在帶內(nèi)傳輸請求成分。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于還包括i)通過帶外鏈路返回尚未丟棄的請求成分，其中返回的請求成分視為被授權(quán)。
52.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于還包括f)生成具有第一多個行的重復(fù)數(shù)據(jù)幀。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于還包括g)在行N期間請求行N+1中的空間；以及h)通過帶外鏈路對請求授權(quán)。
54.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述生成重復(fù)數(shù)據(jù)幀的步驟包括每125微秒重復(fù)所述幀。
55.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于每行具有第二多個時隙。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于每個時隙的帶寬大得足以容納E-1或DS-1信號。
57.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于在行N期間對行N期間提出的請求授權(quán)。
58.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述幀包括9行，每行包含1700個時隙。
59.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于每個時隙包括4字節(jié)凈荷。
60.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于所述生成帶寬請求成分的步驟包括生成通過所述交換機(jī)的組播會話中每跳的請求成分。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于每個請求成分包括將要預(yù)分配的帶寬的指定持續(xù)時間。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于直到已預(yù)先分配所述組播會話的所有帶寬才執(zhí)行所述發(fā)送分組的步驟。
63.一種通信交換機(jī)，包括a)多個端口處理器，每個具有至少一個網(wǎng)絡(luò)接口；以及b)多個交換單元，每個具有多個用于連接到端口處理器的端口，其特征在于每個所述端口處理器具有第一和第二交換單元接口，用于連接到一個端口處理器的兩個端口或兩個處理器中每個的一個端口，每個所述端口處理器具有自動部件，如果交換機(jī)失效或交換機(jī)擁塞，所述自動部件用于將流量重定向到所述第一或第二交換單元接口中任意之一。
64.如權(quán)利要求63所述的通信交換機(jī)，其特征在于每個所述端口包括兩條串行鏈路，這兩條串行鏈路交織起來有效地使單串行鏈路的帶寬加倍。
65.一種通信交換機(jī)，包括a)形成第一交換結(jié)構(gòu)的多個第一交換單元，每個所述第一交換單元具有多個端口；b)形成第二交換結(jié)構(gòu)的多個第二交換單元，每個所述第二交換單元具有多個端口；c)多個端口處理器，每個端口處理器具有至少一個網(wǎng)絡(luò)接口；第一交換結(jié)構(gòu)接口，連接到所述第一交換單元之一的端口之一；以及第二交換結(jié)構(gòu)接口，連接到所述第二交換單元之一的端口之一；以及d)用于通過所述第一交換結(jié)構(gòu)或所述第二交換結(jié)構(gòu)自動將網(wǎng)絡(luò)流量重定向，以響應(yīng)交換機(jī)失效和交換機(jī)擁塞的部件。
66.如權(quán)利要求65所述的通信交換機(jī)，其特征在于每個所述端口包括兩條串行鏈路，它們交織起來有效地使單一串行鏈路帶寬加倍。
67.一種通信交換機(jī)，包括a)多個端口處理器，每個具有至少一個網(wǎng)絡(luò)接口；以及b)第一交換結(jié)構(gòu)；以及c)第二交換結(jié)構(gòu)，其特征在于每個所述端口處理器具有第一和第二交換結(jié)構(gòu)接口，用于連接到所述第一和第二交換結(jié)構(gòu)中的每一個，每個所述端口處理器具有自動部件，用于在交換機(jī)失效或交換機(jī)擁塞的情況下，將流量重定向到所述第一或第二交換結(jié)構(gòu)中任意之一。
全文摘要
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)包括至少一個端口處理器(10)和至少一個交換單元(100)。端口處理器(10)具有SONET OC－x接口(12)、UTOPIA接口(44)以及到交換單元(100)的接口。端口處理器(10)的總I/O帶寬等效于一個OC－48，而交換單元(100)具有12×12個端口，總帶寬為30 Gbps。9行每行1700個時隙的數(shù)據(jù)幀用于傳輸ATM、TDM和分組數(shù)據(jù)。每個幀在125微秒內(nèi)傳輸。每個時隙包括4比特標(biāo)簽加4字節(jié)凈荷。幀的最后20個時隙保留用于鏈路開銷。對于ATM和分組數(shù)據(jù)，定義了用于64字節(jié)凈荷的16時隙PDU。PDU利用28比特路由標(biāo)簽通過交換機(jī)自路由。在維持TDM時間的同時，在ATM和分組連接之間仲裁帶寬。
文檔編號H04LGK1486560SQ01822114
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者S·C·羅伊, S C 羅伊, S·達(dá)斯, 烏普, D·C·烏普, 利普, W·B·利普, 維, J·K·維, 勒諾爾特, M·M·勒諾爾特, 卡特, F·R·卡特, 拉姆錢達(dá)尼, R·S·拉姆錢達(dá)尼, 貝諾伊特, S·E·貝諾伊特, 特貝斯, D·K·特貝斯 申請人:美商傳威股份有限公司