專利名稱：基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法及路由器體系結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到路由器體系結構的設計領域，特指一種基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法及路由器體系結構。
背景技術：
隨著Internet鏈路速率和IP前綴數目的不斷增長，對Internet互聯(lián)的核心設備-路由器提出了越來越高的要求。新一代高性能路由器面臨著幾個方面的挑戰(zhàn)鏈路速率越來越高，目前已經從OC192(10Gb/s)向OC768(40Gb/s)甚至OC3072(160Gb/s)發(fā)展；路由表規(guī)模越來越大，目前路由表中的前綴數目已經達到50萬條并且仍在繼續(xù)增長，不久的將來將達到100萬條；隨著IPv6協(xié)議的應用，路由表中的前綴長度將從32位增長到128位。上述發(fā)展趨勢對于路由器的轉發(fā)和交換能力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
目前已有的路由器體系結構是基于精確轉發(fā)、集中式交換的體系結構，即首先由轉發(fā)部件對報文進行精確查表確定其轉發(fā)決策，然后由集中式的交換網絡將報文交換至目的端口。在這種傳統(tǒng)的路由器體系結構中，轉發(fā)部件難以滿足大規(guī)模路由轉發(fā)表的存儲需求和線速查表的速度需求，而集中式的交換網絡難以滿足端口速率和端口數目的需求。更重要的是，在固有的路由器體系結構下，路由器轉發(fā)和交換能力受限于存儲和邏輯器件工藝水平的發(fā)展速度遠遠落后于鏈路速率的增長速度。目前國內外研究界也認識到僅僅對路由器的轉發(fā)技術和交換技術進行研究和改進，已經難以滿足未來互聯(lián)網發(fā)展的需要，必須在路由器體系結構上尋求創(chuàng)新和突破，并在新型路由器體系結構下研究新的報文轉發(fā)技術和交換技術，這也是近年來國內外對路由器技術進行研究的熱點。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題就在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種通過開發(fā)轉發(fā)和交換操作的并行度，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換，從而降低對單個轉發(fā)交換部件的要求，提高路由器的整體轉發(fā)和交換能力的基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法及路由器體系結構。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法，其特征在于步驟為
(1)路由轉發(fā)表的分解將原始的IP路由轉發(fā)表自上而下分解成S層，S等于路由器流水線的級數，構成路由轉發(fā)表的最小單位為子樹，路由轉發(fā)表經分解后成為上下關聯(lián)的子樹結構；子樹的輸出端口集合為在原始的IP查找樹結構中，該子樹的根結點可到達的所有前綴結點對應的輸出端口集合；(2)子樹到轉發(fā)交換結點的映射將路由表分割后得到的子樹映射到轉發(fā)交換結點，每個轉發(fā)交換結點具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口而不依賴于其它任何轉發(fā)交換操作，數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換；(3)基于子樹查找的下一級轉發(fā)交換結點的確定報文到達轉發(fā)交換結點時，根據其目的IP地址相應的位信息搜索子樹，決定其交換路徑。
在步驟(2)中，將第i層的第j′棵子樹記做STij′，其輸出端口集合表示為STOij′，1≤i≤S，j′＝1，2，3，...；轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合則定義為位于第i級的轉發(fā)交換結點可通過第i+1級…第N級的轉發(fā)交換結點交換可達的輸出端口集合，第i級的第j個轉發(fā)交換結點記做Fij，其輸出端口集合表示為FOij，1≤j≤K，K為每級轉發(fā)交換結點的個數，從第i級開始執(zhí)行以下步驟，直到i＝S，變量i初始化為1(1)對于第i級的每一個轉發(fā)交換結點Fij，將那些輸出端口集合STOij包含于FOij的子樹映射到Fij，第i層所有子樹的集合表示為Ωi，映射到Fij的子樹集合表示為Ωij；如果ΩiΩi1∪...∪ΩiK則映射成功，將變量i加1返回到步驟(1)；否則第i層存在不能映射到第i級任何轉發(fā)交換節(jié)點的子樹，跳轉至步驟(2)；(2)采取子樹遷移的辦法來解決映射失敗的問題將不能映射的子樹遷移到其父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點，由于在原始的IP查找樹中，子樹的輸出端口集合具有可包含性，即任何子樹的輸出端口集合必定包含其孩子子樹的輸出端口集合，因此父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合也一定包含被遷移的孩子子樹的輸出端口集合，故該遷移操作符合子樹的映射條件a)將被遷移的孩子子樹從第i層的子樹集合Ω1中刪除；b)將被遷移子樹的所有后代子樹添加到其上一層的子樹集合，變量i加1返回到步驟(1)。
所述轉發(fā)交換結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表的處理過程為(1)報文是否附有目的端口？“是”，則轉下述步驟(3)，“否”則轉下述步驟(2)；
(2)提取報文目的IP地址對應的位信息，查找子樹表，如果匹配前綴結點，則為報文附上目的端口；如果匹配邊界結點，則從邊界結點可用的下一級轉發(fā)交換結點集合中選擇負載較輕的轉發(fā)交換結點作為目的轉發(fā)交換結點；如果同時匹配前綴結點和邊界結點，則記錄所匹配前綴的下一跳信息，同時為報文選擇輕負載的目的轉發(fā)交換結點；如果未匹配任何結點，則判定是否存在最近匹配的前綴信息，若存在則將其作為最長匹配前綴，為報文附上路由標簽，否則為報文附上缺省目的端口；為了獲得最長匹配前綴，只記錄最近匹配的前綴，當查找失敗時，最近匹配前綴就是最長匹配前綴；(3)交換部件處理。
所述轉發(fā)交換結點的交換部件對輸入報文的處理過程為(1)交換請求含目的端口？“是”則轉下述步驟(2)，“否”則轉下述步驟(4)；(2)根據目的端口查找交換表，得到所有匹配目的端口的下一級可用轉發(fā)交換結點集合；(3)從全部可用的下一級轉發(fā)交換結點中選擇負載最輕的轉發(fā)交換結點作為報文的目的轉發(fā)交換結點；(4)根據目的轉發(fā)交換結點標識將報文緩沖到對應轉發(fā)交換結點的輸出隊列。
一種基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構，其特征在于它包括數個具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口的轉發(fā)交換結點，每個轉發(fā)交換結點僅完成報文的部分轉發(fā)操作，直至出口結點才能得到報文的最終轉發(fā)決策；數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換。
所述轉發(fā)交換結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表的處理過程為(1)報文是否附有目的端口？“是”，則轉下述步驟(3)，“否”則轉下述步驟(2)；(2)提取報文目的IP地址對應的位信息，查找子樹表，如果匹配前綴結點，則為報文附上目的端口；如果匹配邊界結點，則從邊界結點可用的下一級轉發(fā)交換結點集合中選擇負載較輕的轉發(fā)交換結點作為目的轉發(fā)交換結點；如果同時匹配前綴結點和邊界結點，則記錄所匹配前綴的下一跳信息，同時為報文選擇輕負載的目的轉發(fā)交換結點；如果未匹配任何結點，則判定是否存在最近匹配的前綴信息，若存在則將其作為最長匹配前綴，為報文附上路由標簽，否則為報文附上缺省目的端口；為了獲得最長匹配前綴，只記錄最近匹配的前綴，當查找失敗時，最近匹配前綴就是最長匹配前綴；(3)交換部件處理。
所述轉發(fā)交換結點的交換部件對輸入報文的處理過程為(1)交換請求含目的端口？“是”則轉下述步驟(2)，“否”則轉下述步驟(4)；(2)根據目的端口查找交換表，得到所有匹配目的端口的下一級可用轉發(fā)交換結點集合；(3)從全部可用的下一級轉發(fā)交換結點中選擇負載最輕的轉發(fā)交換結點作為報文的目的轉發(fā)交換結點；(4)根據目的轉發(fā)交換結點標識將報文緩沖到對應轉發(fā)交換結點的輸出隊列。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、降低了報文查表交換的硬件實現(xiàn)復雜度。本發(fā)明將分解后的路由表分散在各個FSN結點，降低了單個轉發(fā)結點IP路由查找的復雜度以及對路由表存儲空間的要求，緩解了高鏈路速率和大容量轉發(fā)表在路由器體系結構設計中的尖銳矛盾；FSN結點直接對變長報文進行交換，消除了對報文的分割和重組操作，報文調度過程簡單，消除了系統(tǒng)加速的必要性，降低了交換操作的復雜度，易于低成本的硬件實現(xiàn)并獲得較高性能；2、復用多個低速FSN結點構成多級流水線結構，以低成本的執(zhí)行部件獲得更高的交換性能和IP查找速率；3、報文轉發(fā)交換流水線的深度、資源復用度(每一級FSN結點的個數)、FSN結點端口數目均可自由配置，因而具有很好的靈活度和可擴展性；4、充分利用路由器多路徑轉發(fā)的優(yōu)點。報文最終的輸出端口在整個流水交換的過程中都不會被確定。FSN結點根據多個輸出端口對應的下一級可用的FSN結點的負載狀況，為報文選擇輕負載的交換路徑；直到最后一級FSN結點根據輸出鏈路的忙閑狀況為報文選擇最終的輸出端口。


圖1是本發(fā)明中基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構；圖2是本發(fā)明將原始IP查找樹分解后得到的子樹結構；圖3是本發(fā)明中將圖2中的子樹映射到圖1所示的轉發(fā)交換結點后得到的映射結果；圖4是本發(fā)明中子樹映射失敗時，子樹遷移示意圖；圖5是FSN結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表處理的流程示意圖；圖6是FSN結點的交換部件對輸入報文處理的流程示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
參見圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構，它包括數個具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口的轉發(fā)交換結點，我們稱之為轉發(fā)交換結點FSN(Forwardingand Switching Node)。每個轉發(fā)交換結點僅完成報文的部分轉發(fā)操作，直至出口結點才能得到報文的最終轉發(fā)決策；數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換。如圖1所示，基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構實例中，共由4級2×2的轉發(fā)交換結點FSN構成，到達的報文被分派到兩個FSN結點并行處理，每個FSN結點執(zhí)行部分IP查找之后確定下一級可用的FSN集合，將報文緩沖到相應的輸出隊列中等待交換到下一級FSN結點。
本發(fā)明的路由器體系結構采用的轉發(fā)交換方法為(1)路由轉發(fā)表的分解將原始的IP路由轉發(fā)表自上而下分解成S層，S等于路由器流水線的級數，構成路由轉發(fā)表的最小單位為子樹，路由轉發(fā)表經分解后成為上下關聯(lián)的子樹結構；子樹的輸出端口集合為在原始的IP查找樹結構中，該子樹的根結點可到達的所有前綴結點對應的輸出端口集合；(2)子樹到轉發(fā)交換結點的映射將路由表分割后得到的子樹映射到轉發(fā)交換結點，每個轉發(fā)交換結點具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口而不依賴于其它任何轉發(fā)交換操作，數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換；(3)基于子樹查找的下一級轉發(fā)交換結點的確定報文到達轉發(fā)交換結點時，根據其目的IP地址相應的位信息搜索子樹，決定其交換路徑。報文到達FSN結點時，根據其目的IP地址相應的位信息搜索子樹，決定其交換路徑。每棵子樹包含有效前綴的下一跳信息以及下一級可用的FSN結點信息。
在步驟(2)中，將第i層的第j′棵子樹記做STij′，其輸出端口集合表示為STOij′，1≤i≤S，j′＝1，2，3，...；轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合則定義為位于第i級的轉發(fā)交換結點可通過第i+1級…第N級的轉發(fā)交換結點交換可達的輸出端口集合，第i級的第j個轉發(fā)交換結點記做Fij，其輸出端口集合表示為FOij，1≤j≤K，K為每級轉發(fā)交換結點的個數，從第i級開始執(zhí)行以下步驟，直到i＝S，變量i初始化為1(1)對于第i級的每一個轉發(fā)交換結點Fij，將那些輸出端口集合STOij包含于FOij的子樹映射到Fij，第i層所有子樹的集合表示為Ωi，映射到Fij的子樹集合表示為Ωij；如果ΩiΩi1∪...∪ΩiK則映射成功，將變量i加1返回到步驟(1)；否則第i層存在不能映射到第i級任何轉發(fā)交換節(jié)點的子樹，跳轉至步驟(2)；(2)采取子樹遷移的辦法來解決映射失敗的問題將不能映射的子樹遷移到其父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點，由于在原始的IP查找樹中，子樹的輸出端口集合具有可包含性，即任何子樹的輸出端口集合必定包含其孩子子樹的輸出端口集合，因此父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合也一定包含被遷移的孩子子樹的輸出端口集合，故該遷移操作符合子樹的映射條件a)將被遷移的孩子子樹從第i層的子樹集合Ωi中刪除；b)將被遷移子樹的所有后代子樹添加到其上一層的子樹集合，變量i加1返回到步驟(1)。
被遷移的孩子子樹并不作為獨立的子樹而存在，也不為其分配子樹標識，父子樹和所有被遷移的孩子子樹作為一個整體構成一棵新的子樹。因為任何查找過程都只會先訪問父子樹，由相應的后繼IP目的地址的位信息來觸發(fā)對孩子子樹的訪問，父子樹中保存指向孩子子樹塊的指針。
參見圖5所示，轉發(fā)交換結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表的處理過程為報文是否附有目的端口？“是”，則轉下述步驟(3)，“否”則轉下述步驟(2)；(2)提取報文目的IP地址對應的位信息，查找子樹表，如果匹配前綴結點，則為報文附上目的端口；如果匹配邊界結點，則從邊界結點可用的下一級轉發(fā)交換結點集合中選擇負載較輕的轉發(fā)交換結點作為目的轉發(fā)交換結點；如果同時匹配前綴結點和邊界結點，則記錄所匹配前綴的下一跳信息，同時為報文選擇輕負載的目的轉發(fā)交換結點；如果未匹配任何結點，則判定是否存在最近匹配的前綴信息，若存在則將其作為最長匹配前綴，為報文附上路由標簽，否則為報文附上缺省目的端口；為了獲得最長匹配前綴，只記錄最近匹配的前綴，當查找失敗時，最近匹配前綴就是最長匹配前綴；(3)交換部件處理。
參見圖6所示，轉發(fā)交換結點的交換部件對輸入報文的處理過程為(1)交換請求含目的端口？“是”則轉下述步驟(2)，“否”則轉下述步驟(4)；(2)根據目的端口查找交換表，得到所有匹配目的端口的下一級可用轉發(fā)交換結點集合；(3)從全部可用的下一級轉發(fā)交換結點中選擇負載最輕的轉發(fā)交換結點作為報文的目的轉發(fā)交換結點；(4)根據目的轉發(fā)交換結點標識將報文緩沖到對應轉發(fā)交換結點的輸出隊列。
下面以一個實例進一步對本發(fā)明做詳細說明。圖2顯示了將一個帶有10個前綴的原始IP查找樹分解后得到的子樹結構，按照自上而下、從左到右的順序為每一棵子樹分配唯一的標識符，作為訪問子樹的地址。子樹到轉發(fā)交換節(jié)點的映射算法必須能夠保證每個報文能被交換到正確的目的端口，故而采用一種基于輸出端口集合的子樹映射算法。圖3(a)顯示了圖2中用虛線勾勒的子樹的輸出端口集合，圖3(b)則顯示了圖1中每一級FSN結點的輸出端口集合。首先STO11包含于第1級每一個FSN結點的輸出端口集合中，即STO11＝{1，2，3，4}FO11，F(xiàn)O12，F(xiàn)O13，F(xiàn)O14，故將子樹ST11映射到第一級全部的FSN結點中。又因為STO21＝{2，3，4)FO21＝{1，2，3，4)，將子樹ST21映射到FSN結點F21，即ST21∈Ω21；同理，由STO22＝{1，2，3，4)FO21＝{1，2，3，4}得到ST22∈Ω21，從而得到Ω21＝{ST21，ST22)，同理可得Ω22，Ω23，Ω24，如圖3(c)所示，由Ω22＝{ST21，ST22}Ω21∪Ω22∪Ω23∪Ω24知第二層子樹映射成功，映射算法推進到第3級。第3級的子樹映射結果如圖3(c)的陰影部分所示，Ω3＝{ST31，ST32，ST33} Ω31∪Ω32∪Ω33∪Ω34，由于STO33＝{1，3}不能被映射到第3級的任何轉發(fā)交換結點，因此進入子樹的遷移步驟。圖4顯示了映射失敗的子樹ST33遷移到其父子樹ST22所在的FSN結點后，與父子樹作為一個整體構成一個新的子樹ST22。執(zhí)行子樹塊查找時，先訪問父子樹，當搜索到達孩子子樹根結點時，根據父子樹保存的指針信息，訪問孩子子樹。這樣，第三層中映射失敗的子樹ST33經過遷移后，從子樹集合Ω3中刪除，其孩子子樹ST43加入到子樹集合Ω3，最終得到如圖3(c′)所示的映射結果，圖3(a′)顯示了遷移操作之后STO集合的變化。
在基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構中，根據子樹的搜索結果來決策報文的交換路徑。每一棵子樹包括前綴的下一跳信息及其孩子子樹在下一級FSN結點的分布信息。因此包含路由信息的結點分為兩種前綴結點以及孩子子樹的根結點我們稱之為邊界結點。前綴結點保存其下一跳信息；邊界結點保存其孩子子樹在下一級FSN結點的分布信息，即包含該孩子子樹拷貝的FSN結點集合。這些信息從子樹映射階段得到。
在報文流水轉發(fā)的過程中，一旦匹配最長前綴，則根據最長匹配前綴的下一跳信息為報文附上目的端口，后繼FSN結點根據報文的目的端口交換報文，無須再進行子樹查找操作。目的端口對應的下一級可用FSN結點就是那些輸出端口集合中包含了該輸出端口的下一級FSN結點，這些路由信息完全由FSN結點的互聯(lián)拓撲結構決定，與子樹的映射結果無關。為了確保報文能夠被發(fā)送到正確的目的端口，F(xiàn)SN結點需保存其輸出端口集合中每個輸出端口的下一級可用FSN結點集合，這些和輸出端口相關的路由信息保存在FSN結點交換部件的交換表中；而那些和子樹相關的路由信息，即有效前綴的下一跳信息以及邊界結點對應的下一級可用FSN結點集合則保存在部分轉發(fā)引擎的子樹表里。
權利要求
1.一種基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法，其特征在于步驟為(1)路由轉發(fā)表的分解將原始的IP路由轉發(fā)表自上而下分解成S層，S等于路由器流水線的級數，構成路由轉發(fā)表的最小單位為子樹，路由轉發(fā)表經分解后成為上下關聯(lián)的子樹結構；子樹的輸出端口集合為在原始的IP查找樹結構中，該子樹的根結點可到達的所有前綴結點對應的輸出端口集合；(2)子樹到轉發(fā)交換結點的映射將路由表分割后得到的子樹映射到轉發(fā)交換結點，每個轉發(fā)交換結點具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口而不依賴于其它任何轉發(fā)交換操作，數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換(3)基于子樹查找的下一級轉發(fā)交換結點的確定報文到達轉發(fā)交換結點時，根據其目的IP地址相應的位信息搜索子樹，決定其交換路徑。
2.根據權利要求l所述的基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法，其特征在于在步驟(2)中，將第i層的第j′棵子樹記做STij′，其輸出端口集合表示為。STOij′，1≤i≤S，j’＝1，2，3，...；轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合則定義為位于第i級的轉發(fā)交換結點可通過第i+1級…第N級的轉發(fā)交換結點交換可達的輸出端口集合，第i級的第j個轉發(fā)交換結點記做Fij，其輸出端口集合表示為FOij，1≤j≤K，K為每級轉發(fā)交換結點的個數，從第i級開始執(zhí)行以下步驟，直到i＝S，變量i初始化為1(1)對于第i級的每一個轉發(fā)交換結點Fij，將那些輸出端口集合STOij，包含于FOij的子樹映射到Fij，第i層所有子樹的集合表示為Ωi，映射到Fij的子樹集合表示為Ωij；如果ΩiΩi1∪...∪ΩiK則映射成功，將變量i加1返回到步驟(1)；否則第i層存在不能映射到第i級任何轉發(fā)交換節(jié)點的子樹，跳轉至步驟(2)；(2)采取子樹遷移的辦法來解決映射失敗的問題將不能映射的子樹遷移到其父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點，由于在原始的IP查找樹中，子樹的輸出端口集合具有可包含性，即任何子樹的輸出端口集合必定包含其孩子子樹的輸出端口集合，因此父子樹所在的轉發(fā)交換節(jié)點的輸出端口集合也一定包含被遷移的孩子子樹的輸出端口集合，故該遷移操作符合子樹的映射條件a)將被遷移的孩子子樹從第i層的子樹集合Ωi中刪除；b)將被遷移子樹的所有后代子樹添加到其上一層的子樹集合，變量i加1返回到步驟(1)。
3.根據權利要求1或2所述的基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法，其特征在于所述轉發(fā)交換結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表的處理過程為(1)報文是否附有目的端口？“是”，則轉下述步驟(3)，“否”則轉下述步驟(2)；(2)提取報文目的IP地址對應的位信息，查找子樹表，如果匹配前綴結點，則為報文附上目的端口；如果匹配邊界結點，則從邊界結點可用的下一級轉發(fā)交換結點集合中選擇負載較輕的轉發(fā)交換結點作為目的轉發(fā)交換結點；如果同時匹配前綴結點和邊界結點，則記錄所匹配前綴的下一跳信息，同時為報文選擇輕負載的目的轉發(fā)交換結點；如果未匹配任何結點，則判定是否存在最近匹配的前綴信息，若存在則將其作為最長匹配前綴，為報文附上路由標簽，否則為報文附上缺省目的端口；為了獲得最長匹配前綴，只記錄最近匹配的前綴，當查找失敗時，最近匹配前綴就是最長匹配前綴；(3)交換部件處理。
4.根據權利要求1或2所述的基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法，其特征在于所述轉發(fā)交換結點的交換部件對輸入報文的處理過程為(1)交換請求含目的端口？“是”則轉下述步驟(2)，“否”則轉下述步驟(4)；(2)根據目的端口查找交換表，得到所有匹配目的端口的下一級可用轉發(fā)交換結點集合；(3)從全部可用的下一級轉發(fā)交換結點中選擇負載最輕的轉發(fā)交換結點作為報文的目的轉發(fā)交換結點；(4)根據目的轉發(fā)交換結點標識將報文緩沖到對應轉發(fā)交換結點的輸出隊列。
5.一種基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構，其特征在于它包括數個具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果將報文發(fā)送到正確的輸出端口的轉發(fā)交換結點，每個轉發(fā)交換結點僅完成報文的部分轉發(fā)操作，直至出口結點才能得到報文的最終轉發(fā)決策；數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換。
6.根據權利要求5所述的基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構，其特征在于所述轉發(fā)交換結點的部分轉發(fā)引擎對到達報文進行部分查表的處理過程為(1)報文是否附有目的端口？“是”，則轉下述步驟(3)，“否”則轉下述步驟(2)；(2)提取報文目的IP地址對應的位信息，查找子樹表，如果匹配前綴結點，則為報文附上目的端口；如果匹配邊界結點，則從邊界結點可用的下一級轉發(fā)交換結點集合中選擇負載較輕的轉發(fā)交換結點作為目的轉發(fā)交換結點；如果同時匹配前綴結點和邊界結點，則記錄所匹配前綴的下一跳信息，同時為報文選擇輕負載的目的轉發(fā)交換結點；如果未匹配任何結點，則判定是否存在最近匹配的前綴信息，若存在則將其作為最長匹配前綴，為報文附上路由標簽，否則為報文附上缺省目的端口；為了獲得最長匹配前綴，只記錄最近匹配的前綴，當查找失敗時，最近匹配前綴就是最長匹配前綴；(3)交換部件處理。
7.根據權利要求5所述的基于部分轉發(fā)流水交換的路由器體系結構，其特征在于所述轉發(fā)交換結點的交換部件對輸入報文的處理過程為(1)交換請求含目的端口？“是”則轉下述步驟(2)，“否”則轉下述步驟(4)；(2)根據目的端口查找交換表，得到所有匹配目的端口的下一級可用轉發(fā)交換結點集合；(3)從全部可用的下一級轉發(fā)交換結點中選擇負載最輕的轉發(fā)交換結點作為報文的目的轉發(fā)交換結點；(4)根據目的轉發(fā)交換結點標識將報文緩沖到對應轉發(fā)交換結點的輸出隊列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于部分轉發(fā)流水交換的轉發(fā)交換方法及路由器體系結構。在這種體系結構下，路由器包括數個具有獨立的轉發(fā)交換功能，能夠獨立執(zhí)行報文轉發(fā)并根據轉發(fā)結果交換報文的轉發(fā)交換結點。每個轉發(fā)交換結點僅完成報文的部分轉發(fā)操作，直至出口結點才能得到報文的最終轉發(fā)決策；數個轉發(fā)交換結點組成多級流水線結構，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換。其轉發(fā)交換方法為路由轉發(fā)表的分解→子樹到轉發(fā)交換結點的映射→基于子樹查找的下一級轉發(fā)交換結點的確定。本發(fā)明通過開發(fā)轉發(fā)和交換操作的并行度，以流水的方式執(zhí)行報文轉發(fā)和交換，從而降低對單個轉發(fā)交換部件的要求，提高路由器的整體轉發(fā)和交換能力。
文檔編號H04L12/56GK101018202SQ20071003440
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權日2007年2月9日
發(fā)明者孫志剛, 戴藝, 管劍波, 時向泉, 陳一驕, 呂高峰 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學