[发明专利]VLSI网络处理器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信网络装置，可用来将各种类型和功能的信息处理系统或计算机连接到该装置。本发明尤其涉及用以组装上述装置的可伸缩的交换装置和部件。本发明涉及一种经过改进的多功能接口设备以及这种设备与其它元件的组合，从而构成一台介质速度网络交换机。本发明还涉及操作这种装置的方法，从而改善网络交换机处理数据流的能力。

背景技术

在下文的说明中，我们假定读者对用于通信网络的网络数据通信、交换机和路由器已有一定的认识。我们尤其假定读者对网络体系结构的ISO模式较为熟悉，该模式是把网络操作分成若干层。一个典型的基于ISO模式的体系结构是从第1层(有时也用“L1”来表示)开始向外延伸，第1层是指物理通道或介质，信号就是从这里上传至第2层、第3层、第4层直至第7层，第7层为应用程序层，应用程序运行在与网络相连接的计算机系统中。在本文中，我们将以L1、L2等来表示网络体系结构中相应的各层。本公开还假定读者对网络通信中由位串组成的“包”和“帧”有基本的了解。

在当今的网络世界，带宽是一种极为重要的资源。由于因特网的发展和其它新的应用程序的不断出现，网络通信量与日俱增，从而为网络基础结构的容量带来巨大压力。为跟上要求，许多公司都在寻求更好的技术和方法，从而为通信量的增长和话音与数据的会聚提供支持和管理。

目前的网络通信量之所以迅猛增长，主要归因于因特网的普及、对远程信息访问的日益频繁、以及新应用程序的不断出现。单说因特网一项，由于电子商务的飞速发展，已经使网络主干线路不堪重负。数据信息量不断增加并首次超过电话业务量，这其中，因特网起到了极为重要的作用。与此同时，对远程访问应用程序(包括电子邮件、数据库访问和文件传输)日益旺盛的需求，也在增大对网络的压力。

话音与数据的会聚将成为未来网络环境中的主角。目前，通过因特网协议(IP)网络的数据传输是不收费的。这是因为音频通信自然会寻求最低成本方式，话音必将与数据会聚在一起。在这种变化的市场中，诸如通过IP的话音传输(VolP)、通过ATM的话音传输(VoATM)以及通过帧中继的话音传输(VoFR)等技术的性能价格比都使其能占有一席之地。不过，要使这些技术得以应用，业界还必须保证话音服务质量(QoS)，并确定如何对数据线上的话音传输进行收费。1996年的《电信自由化法案》使这一环境进一步复杂化。该法规旨在实现精选出来的语音协议ATM与精选出来的数据协议IP之间的协作关系。

随着新产品的不断问世和新功能的不断出现，能否将其集成到原有系统中成了众多公司十分关心的问题。为保留对原有设备和软件的投资，很多公司急需这样的解决方案，即能够将新技术移入，同时又不妨碍原有设备的使用。

消除网络瓶颈仍是众多服务供应商的当务之急。这些瓶颈的根源往往是路由器。然而，通常的网络拥挤往往被错判为带宽问题，于是把寻求较高的宽带当作解决方案。目前，生产商正逐渐意识到这个问题。他们开始转向网络处理器技术，以期以有线速度更有效地管理带宽资源，并提供先进的数据服务、这些服务通常在路由器和网络应用服务器中提供。这些服务包括负载平衡、QoS、网关、防火墙、安全以及Web高速缓存。

对于用于远程访问的应用程序来说，性能、符合需要的带宽、安全性和身份验证是头等重要的方面。将QoS与CoS相结合的需求、集成话音处理、更为复杂的安全性解决方案，这些也将影响未来远程访问网络交换机的设计思路。另外，远程访问还必须能适应物理介质数目的不断增加，如ISDN、T1、El、OC-3到OC-48、电缆以及xDSL调制解调器等。

业界顾问为网络处理器(这里也称作“NP”)下的定义是：一种可编程的通信集成电路，能执行以下一项或多项功能：

包分类——根据已知特征(如地址或协议)来标识包

包修改——对包进行修改，从而使其符合IP、ATM或其它协议(例

如，更新IP首标中的实时激活字段)

队列/政策管理——反映包队列的设计策略

对于特定应用进行包出列和调度

包转发——通过交换结构发送和接收数据，并将包转发或路由到适当

的地址。