专利名称：实现多网络处理单元单流转发的设备及方法
技术领域：
本发明涉及数据通讯领域，尤其涉及一种实现多网络处理单元单流转发的设备及方法。
背景技术：
随着宽带网络的迅猛发展，及新应用的不断增加，现有技术中即使具有最高处理能力的数据通讯设备也面临更高流量的压力。现有的转发处理功能主要由CP(Control Processor，控制处理器)、NP(Network Processor，网络处理单元)和TM(Traffic Management，流量管理)/Fabric(交换网)等器件实现。其中NP实现数据通讯设备的核心转发处理功能，可以由一个双向处理功能的NP单元实现，如图1所示；用户侧业务通过入接口单元完成物理线路信号的物理层处理、并串转换、去帧处理、部分二层开销处理等功能，然后业务被送入NP单元处理，若协议报文等需要由CP处理则由NP和CP进行交互，最后通过流量管理/交换网单元进入网络侧；网络侧业务通过流量管理/交换网单元到达NP单元处理，然后由出接口单元完成物理线路信号的物理层处理、串并转换、成帧处理、部分二层开销处理等功能，达到用户侧。
NP功能也可以由两个单向处理功能的NP单元实现，如图2所示业务上行方向通过入接口单元完成物理线路信号的物理层处理、并串转换、去帧处理、部分二层开销处理等功能后，进入上行NP处理单元，再通过流量管理/交换网单元进入网络侧；网络侧业务通过流量管理/交换网单元进入下行NP处理单元，然后，由出接口单元完成物理线路信号的物理层处理、串并转换、成帧处理、部分二层开销处理等，发送到用户侧。
如果业务流量提高，现有处理能力的NP势必不能满足要求，如果按照现在转发处理架构，高性能NP是解决大业务流量的唯一选择。为了提高数据通讯设备的转发处理能力，虽然可以研发高性能NP，替代现有低处理能力NP，但却会带来巨额的研发投资和现有资源的浪费。另外，如果再面临下一次业务量的提升，又将导致再一次硬件升级的高额成本投入，使得新的高性能NP很快也不能满足业务量快速增长的需求，最终会导致网络运用商CapEx(Capital Expense，基础资金花费)的提高。
发明内容
本发明实施例提供一种多NP实现高性能单流转发处理的方法及设备，以减小网络业务量增加导致系统升级的成本。
本发明实施例提供了一种实现多网络处理单元单流转发的设备，包括多个网络处理单元、数据接收管理单元和数据发送管理单元；所述数据接收管理单元，将接收的数据分配到所述多个网络处理单元进行处理；所述数据发送管理单元，将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。
本发明实施例还提供了一种实现多网络处理单元单流转发的方法包括将接收的数据分配到多个网络处理单元进行处理；将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。
本发明的实施例中，通过对接收到的数据分别发送到多个网络处理单元进行处理；并对多个网络处理单元处理的数据进行重排序，合成单流数据发送，实现了多NP单流转发功能，在使用多个现有NP基础上提高了设备的转发能力，不需要研制新的高性能NP，因此节省了研发投资和开发成本。
图1是现有技术中一个双向NP单元实现NP功能的系统；图2是现有技术中两个单向NP单元实现NP功能的系统；图3是本发明实施例一种实现多网络处理单元单流转发的方法流程图；图4是本发明实施例一种实现多网络处理单元单流转发的设备结构图；图5是本发明实施例中数据接收管理单元结构图；
图6是本发明实施例中数据发送管理单元结构图；图7是本发明实施例数据接收管理单元中网络处理单元备份控制子单元结构图；图8是本发明实施例数据发送管理单元中网络处理单元备份控制子单元结构图。
具体实施例方式
本发明实施例提供了一种实现多网络处理单元单流转发的方法，如图3所示，包括以下步骤步骤s301，将从用户侧或网络侧接收的单流数据分配到多个网络处理单元进行处理。处理过程具体包括对接收到的数据进行报文排序，并分配排序标识，然后将分配排序标识的数据分别发送到多个网络处理单元。由于报文在各个NP转发引擎本身的处理流程差异、表项查找时对存储器的访问差异、PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)走线差异等，会导致单流数据分流后造成时延差。因此，在进入NP前对数据报文前面添加序列号字节，然后送给NP处理。
为了节省网络资源，提高网络处理单元的利用效率，还可以对接收的数据进行负载均衡、拥塞控制等。另外，可以在系统中增加备份网络处理单元，如果触发条件满足时，例如网络处理单元发生故障等情况，将数据由处于工作状态的网络处理单元切换到备份网络处理单元。
步骤s302，将多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。处理过程具体包括对多个网络处理单元处理的数据按照排序标识进行重排序，合成单流数据发送；排序和序列号的终结在和序号添加相对称方向逻辑完成。
在上述实施例中，当系统总的数据流量大于多个NP处理能力之和，或者某个NP发生故障等导致流量无法线速处理，数据发生拥塞时，需要采用拥塞控制策略和算法。例如，采用FQ(Fair Queueing，公平队列)算法，n个NP就是n个队列，定时查询数据发送给每个NP前的缓存状态，如果一旦某个或所有NP对应的缓存发生溢出，认为该NP或所有NP发生问题导致拥塞，这时对原来分配给该NP的流量进行丢弃，直到该对应缓存无溢出为止。
在上述实施例中，根据各业务、各NP的处理能力，将数据流量合理均衡地分配给多个NP，最大效率利用NP处理资源可以采用负载均衡算法。负载均衡算法有轮询均衡、权重轮询均衡、随机均衡、权重随机均衡、处理能力均衡等，本实施例中，各个NP具有相同的性能和软硬件配置，因此采用轮询均衡加处理能力均衡结合方式比较合适。具体地讲，将接口进入的数据包轮询地分配给各个NP，如数据包P1进入NP1、数据包P2进入NP2、…数据包Pn进入NPn，这样按数据包分配是根据NP处理能力以包处理速率来进行均衡的。同时，考虑到数据包的长度是变化的，因此在负载均衡时还要考虑往NP发送侧的缓存剩余空间来调整分配，如分配数据包Pn+1进入NP1、数据包Pn+2则选择NP2～NPn中对应缓存剩余空间最多的一个，达到最佳负载均衡的目的。
在上述实施例中，由于用户侧、TM/Fabric侧总流量处的数据总线带宽最大，而各NP侧的数据总线带宽小很多，因此，往往两边会选择不同的总线标准，如果存在此差异，可以通过接口转换功能，使数据无缝连接，例如将用户侧或网络侧大流量的SERDES总线，转换为适合NP的小流量SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)4.2、XAUI(Xilinx Assistant Unit Interface，Xilinx辅助单元接口)等接口。
另外，上述拥塞控制功能通常加在总流量入口处，而不是放在各个NP入口处，这是因为路由器IP拥塞控制算法是针对不同连接，按照一定策略进行丢弃处理，而将所有流量均衡分配到多个NP处，这样同样的连接将分散到n个流中，如果将拥塞控制放在各Np中将无法精确实现带加权的拥塞控制算法，如WFQ(Weighted Fair Queuing，加权公平排队法)、WRED(Weighted RandomEarly Detection，加权随机先期检测)；本发明实施例还需要使用报文序列号保证报文严格顺序，报文序号的添加是在总流量处，如果在各NP处丢弃报文将导致报文序号的缺失和不连续。
另外，核心路由器处于非常重要的网络节点上，可靠性是重要的指标。目前普遍采用物理链路备份、重要单板板级备份等技术来保证高可靠性，而作为路由器中最重要的接口处理板上核心模块，NP转发处理模块也应该实现模块级n+1备份。在本发明实施例中，利用网络处理单元备份控制功能，可以很容易实现NP模块的n+1备份。例如，正常的单流流量需要n个NP来处理，增加NP备份单元来做备份。NP的故障检测机制通过发往各个NP前的独立FIFO(First In First Out，先进先出)的溢出状态进行判断，如果一定时刻检测到溢出状态，则系统启动备份功能，将发往该NP的流量转发到备份NP上。
上述实施例中，报文排序和重排序功能是必要功能，而对于拥塞控制、负载均衡、接口转换和备份控制等功能是可选功能，可以同时具备，也可以只具备其中一项或几项功能。
本发明实施例提供了一种实现多网络处理单元单流转发的设备，包括n-2片NP，彼此之间是完全对等关系，同时，在多NP的前后增加了特殊逻辑功能，该逻辑功能可由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门电路)或ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路)来实现。具体如图4所示，包括多个网络处理单元(可以分为上行/下行网络处理单元)、数据接收管理单元100、数据发送管理单元200和具有流量管理功能的交换网络300。数据接收管理单元100将从用户侧接收的单流数据分配到多个网络处理单元，数据发送管理单元200将多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送到交换网络300；或数据接收管理单元100将从交换网络300接收的数据分配到多个网络处理单元，数据发送管理单元200将多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送到用户侧。其中，多个网络处理单元、数据接收处理单元100和数据发送处理单元200与控制处理单元连接，由控制处理单元控制管理。
参考图5，数据接收管理单元100进一步包括报文排序子单元130，对接收到的数据进行报文排序，将分配排序标识的数据分别发送到多个网络处理单元；网络处理单元备份控制子单元140，在触发条件满足时，即工作的网络处理单元出现故障或承载的数据超过负荷时，使网络处理单元处理的数据由网络处理单元切换到备份网络处理单元；负载均衡子单元120，对接收的数据进行负载均衡并通过报文排序子单元130将接收的数据均衡分配到多个网络处理单元；拥塞控制子单元110，对于进入负载均衡子单元120之前的数据进行拥塞控制；接口转换子单元150，对接收数据进行接口转换。本实施例中各子单元的连接关系只是一个应用实例，并不限于图5所示，例如，当没有负载均衡子单元120时，报文排序子单元130直接与拥塞控制子单元110连接等。
参考图6，数据发送管理单元200进一步包括报文解排序子单元230，对多个网络处理单元处理的报文按照排序标识进行重排序，合成单流数据发送；网络处理单元备份控制子单元220，在触发条件满足时，即工作的网络处理单元出现故障或承载的数据超过负荷时，使网络处理单元处理的数据由网络处理单元切换到备份网络处理单元；接口转换子单元210，对多个网络处理单元处理后的数据进行接口转换。
在增加备份NP单元，每个NP的流量都同时接到NP备份，但是需要开关控制，开关的开合由NP故障检测结果决定，图5中网络处理单元备份控制子单元140和图6中的网络处理单元备份控制子单元220实现原理分别如图7和图8所示，工作NP1到工作NPn分别通过开关与备份NP连接。其中，工作NP与备份NP的切换时间主要由故障检测时间决定，为微秒级别。当然，网络处理单元备份控制子单元也可以只存在于数据接收管理单元100或数据发送管理单元200中。
本发明实施例可以方便地提供NP模块的n+1备份能力，提高系统的可靠性，节省高性能NP的研发投资和开发成本，延长现有NP的使用周期，并能够快速推出市场，缩短上市时间。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，包括多个网络处理单元、数据接收管理单元和数据发送管理单元；所述数据接收管理单元，将接收的数据分配到所述多个网络处理单元进行处理；所述数据发送管理单元，将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。
2.如权利要求1所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述数据接收管理单元进一步包括报文排序子单元，对所述接收的数据进行报文排序，将分配排序标识的数据分别发送到所述多个网络处理单元；所述数据发送管理单元进一步包括报文解排序子单元，对所述多个网络处理单元处理的数据按照排序标识进行重排序，合成单流数据发送。
3.如权利要求2所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述设备还包括备份网络处理单元，所述数据接收管理单元和数据发送管理单元还分别包括网络处理单元备份控制子单元；所述网络处理单元备份控制子单元，在触发条件满足时，使所述网络处理单元处理的数据由所述网络处理单元切换到所述备份网络处理单元。
4.如权利要求2所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述数据接收管理单元还包括负载均衡子单元，对接收的数据进行负载均衡并通过所述报文排序子单元将所述接收的数据均衡分配到所述多个网络处理单元。
5.如权利要求4所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述数据接收管理单元还包括拥塞控制子单元，对于进入所述负载均衡子单元之前的数据进行拥塞控制。
6.如权利要求2所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述数据接收管理单元还包括接口转换子单元，对所述接收的数据进行接口转换；所述数据发送管理单元还包括接口转换子单元，对所述多个网络处理单元处理后的数据进行接口转换。
7.如权利要求1至6中任一项所述实现多网络处理单元单流转发的设备，其特征在于，所述数据接收单元接收用户侧单流数据，所述数据发送单元向网络侧发送单流数据；或所述数据接收单元接收网络侧单流数据，所述数据发送单元向用户侧发送单流数据。
8.一种实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，包括将接收的数据分配到多个网络处理单元进行处理；将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。
9.如权利要求8所述实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，所述将接收的数据分配到多个网络处理单元进行处理具体包括对接收到的数据进行报文排序，将分配排序标识的数据分别发送到所述多个网络处理单元进行处理；所述将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送具体包括对所述多个网络处理单元处理的数据按照排序标识进行重排序，合成单流数据发送。
10.如权利要求9所述实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，在触发条件满足时，将所述网络处理单元处理的数据由所述网络处理单元切换到备份网络处理单元。
11.如权利要求9所述实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，在所述将接收的数据分配到多个网络处理单元之前还包括对所述接收的数据进行负载均衡。
12.如权利要求9所述实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，在所述将接收的数据分配到多个网络处理单元之前还包括对所述接收的数据进行拥塞控制。
13.如权利要求9所述实现多网络处理单元单流转发的方法，其特征在于，所述将接收的数据分配到多个网络处理单元之前还包括对所述接收的数据进行接口转换；所述将多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据之前还包括对所述多个网络处理单元处理后的数据进行接口转换。
全文摘要
本发明公开了一种实现多网络处理单元单流转发的设备，包括多个网络处理单元、数据接收管理单元和数据发送管理单元进行处理；所述数据接收管理单元，将接收的数据分配到所述多个网络处理单元；所述数据发送管理单元，将所述多个网络处理单元处理后的数据合为单流数据发送。本发明还公开了一种实现多网络处理单元单流转发的方法。本发明的实施例中，利用多NP实现提高单流转发能力的方法，节省高性能NP的研发投资和开发成本。
文档编号H04L12/56GK101043460SQ200710098010
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者陈珂, 李政, 徐振华, 雷文阳 申请人:华为技术有限公司