[发明专利]一种适用于未来互联网的可编程交换机系统

权利要求书

1.一种适用于未来互联网的可编程交换机系统，其特征在于所述的可编程交换机系统由多个旁路单元和多个处理单元组成；

所述的旁路单元能够在一个可编程交换机的两个接口之间实现直通，或者在其多个接口之间实现多播和广播，可编程交换机不会对通过其旁路单元的数据包或者数据流进行解析、路由、转发等处理；

由一到多个旁路单元串接而成的逻辑链路将具有很小而且固定的时延，适合于连接物理网络中不相邻的节点以构建结构化的网络；

所述的处理单元，每个处理单元都是可编程的，用于实现比直角交换、安全路由、多播更复杂的转发功能，以及实现对数据包解析、统计、检测、过滤、控制、转换等各种功能。

2.根据权利要求1所述的适用于未来互联网的可编程交换机系统，其特征在于所述可编程交换机系统还能实现特定的转发功能，包括直角交换、安全路由和多播。

3.根据权利要求2所述的适用于未来互联网的可编程交换机系统，其特征在于所述的直角交换，包括对节点端口的标记方法、对节点的标记方法、对路径的指定方法、快捷交换方法，具体如下：

1)、所述的对节点端口的标记方法如下：

根据结构化网络SN的几何拓扑，SN中存在着许多模式一致的节点、重复的子结构、多条同方向的路径；根据这些特征定义节点的相似性为：a)具有相同数目的入口和相同数目的出口并以相似的方式连接其他节点；或者b)出现在相同的子结构上；或者c)出现在同方向的路径上；

对于相似的节点，每个节点的入口都类似地标上1，2，...，K_A，出口都类似地标上1，2，...，L_A，其中K_A和L_A分别是节点A的入口和出口数目；

2)、所述的对节点的标记方法如下：

设SN中有N个节点，记为x₁，x₂，...，x_N；对应于每个入口k，节点x_i被记为其中k＝1，2，...，K_i，K_i是节点x_i的入口数；对于k＝1，2，...，D，令表示具有入口k的节点的集合，其中D＝max{K_i|i＝1，2，...，N}且当k＞K_i时

记p_s，d表示从源节点s到目的节点d的具有最少跳数的最短路径；令SN中所有最短路径的集合为P＝{p_s，d|all s and d}；每条路径p_s，d∈P由一系列节点组成，其中是目的节点，L≥1；对于任意两个节点若k_l＝k_m＝k，则节点和在G_k中必须用不同数字标识；基于此约束，当检查完所有p_s，d∈P时，生成一个针对G_k的约束矩阵C_k；在C_k中，如果G_k中的两个节点必须用不同数字标识，则该矩阵中相应项标记为1，否则为0；

如果SN是双向的，每条单向路径都会有反向的单向路径；所以，存在与G_k对称的G_k′，当G_k中所有节点都被标识后，G_k′中的相同节点无需重新标识；

当所有的G_k，k＝1，2，...，D，都被标识后，节点x_i有K_i个数值在某些SN结构中，数值能被指定等于坐标；在另外一些结构中，标签和坐标可能不相等，因为可能不是唯一的；

3)、所述的对路径的指定方法如下：

设最短路径p_s，d∈P是由一系列单向线段s₁→s₂→...→s_L组成的；从s_i到s_i+1的拐角节点从入口k_i接收数据包，并通过出口o(s_i+1)将其转发到s_i+1，其中o(s_i+1)表示该节点的通向s_i+1的出口；除了拐角节点，线段s_i中的所有节点将从入口k_i接收数据包并将其转发到出口o(s_i)，使得数据包不改变方向，沿着原来的单向线段传输；因为o(s_i)是与入口k_i绑定的，并允许数据包沿着单向线段s_i穿过该节点，所以o(s_i)也记为o(k_i)；

对于i＝1，2，...，L，如果k_i＝k，将拐角节点的标记放入容器S_k，即令并把出口o(s_i+1)放入Q_k＝Q_k∪{o(s_i+1)}，其中o(s_L+1)＝″end″；然后将容器S₁，S₁，...，S_D和Q₁，Q₂，...，Q_D放入数据包头部，其中D是节点入口数目的最大值，且其中的一些容器可能为空；根据所述的对节点的标记方法，由于p_s，d∈P，故每个容器S_k中的所有标签都不相等；所以，相对于入口k_i的拐角节点标签可以用作拐角的标识；

4)、所述的快捷交换方法如下：

如果中间节点A的标签是{a₁，...，a_K}，A从入口k收到数据包，则A能从数据包头部提取出S_k和Q_k；如果意味着A是单向线段上的中间节点，而不是拐向下个线段的拐角节点，则数据包被转发到出口o(k)，从而数据包沿着当前线段传播，其中o(k)是与k绑定的出口；如果a_k＝n_k，l∈S_k，意味着A是S_k中的第l个拐角；若Q_k的第l项是q_k，l且q_k，l的标记不是″end″，则将该数据包转发到出口q_k，l，使得该数据包按规定的路径转向到另一个线段；若q_k，l等于″end″，则该数据包已到达目的地；以这种方式，每个数据包以快捷方式进行交换，无需查询路由表、无需执行复杂的计算、也无需在中间节点改变数据包的头部参数。