专利名称：用于通过网络交换流量的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例总体涉及网络通信。更特别地，实施例涉及用 于通过网络交换凄t据的系统和方法。
背景技术：
基于互联网的通信流量持续快速地增长。例如，需求的增长部 分地归因于用户对基于互联网从视频共享网站、播客和其他内容发布者和提供者得到的丰富内容的需求的增加。另外，专用于社交网 络的站点继续普遍增长，从而使得在线4吏用需求增加。而且，用户 通过更多和多种类型的终端用户装置(诸如便携式手持计算装置) 访问互联网，并且用户可用的通信和计算选项继续增加。结果，用 户/人不断增加的访问点访问更宽范围的互耳关网资源。
网络服务提供者(NSP)，诸如互联网服务提供者(ISP)、大批 的NSP、以及主干网才喿作者，必须4吏它们的网络适应通信流量增加 的要求。更特别地，提供者应该能够适应通信流量的增长，同时将 相同的相关服务水平大概地保持在相同的成本或更低成本。假定具 有与网络实现、集成和维护相关的相对高的资本成本，以及通信流
量趋势的不确定性，很难确定什么样配置的网络部件将提供可扩展 性(随着通信流量需求的增加而增长的能力)以及低成本。
所提出的本发明的实施例是关于这些和其他问题的。
发明内容
本发明的实施例总体涉及网络通信。更特别地，实施例涉及用 于通过网络交换Jt据的系统和方法。
交换泉统的实施例将外部网络可通信地耦合至广域网络。该系 统包4舌多个边桑彖交换:才几，可通4言;也#禺合至外部网络；多个冲亥心交 换机，可通信地耦合至广域网络；以及交换机互连矩阵，可通信地 耦合至核心交换机和边缘交换机并且纟皮配置为在边缘交换纟几和核心 交换机之间转发通信流量。
在系统的实施例中，边缘交换机、核心交换机、及交换机互连 矩阵中的每一个均是独立的交换元件。边缘交换机、核心交换机、 及交换机互连矩阵中的每一 个均可以通过与其他交换机交换路由信 息来建立或维护转发表。交换才几互连矩阵可以包括全网状、部分网状、星形、环形、n-立方形、环面形、类CLOS矩阵、或任意网状 配置中的 一个或多个。互连矩阵中的交换机可以使用以太网协议、 MPLS十办i义、或非专有十办i义(nonproprietary protocol)中的一个或多 个来转发通信流量。交换片几互连矩阵可以是局域网(LAN)的一部 分或形成局域网(LAN)。外部网络可以包括城域网、校园网、企业 网、或个i成网之一。
在系统的一个实施例中，边缘交换才几和核心交换才;M吏用以太网 协议、MPLS协议、网际协议、或非专有协议中的一个或多个来转 发通信流量。边缘交换机和核心交换机中的每一个均可以包括其自 己的專争发表。交换:才几互连矩阵可以包4舌多级交换:才几。在一些实施例 中，交换机互连矩阵包括面对广域网络的端口和面对外部网络的端
口，并且其中，面只于广i或网络的端口中的每一个均连4妄至核心交换:
机上的端口，以及面对外部网络的端口中的每一个均连接至边缘交 才灸才几上的端口 。
在系统的一个实施例中，边缘交换机、交换机互连矩阵、以及
核心交换机被设在单独的框架(chassis )中。边桑彖交换机可以形成 边纟彖交换级，交换才几互连矩阵可以形成一个或多个中间交换级，以 及多个核心交换机可以形成核心交换级。可以根据交换机互连矩阵 中每级中交换机的数量来扩展独立的交换元件。
网络架构的实施例包4舌广i或网络；多个局部网络(local network,本地网)，被配置为基于广域网络进行通信；以及多个交 换级，基于广域网络使局部网络可通信地彼此耦合，其中，交换级 的局部组将相关联局部网络可通信地耦合至广域网络。局部网络中 的每一个均可以在不同的城域中。交换级的每一组均可以包括交换 才几互连矩阵。在一些实施例中，至少一个交换才几互连矩阵基于广域 网络直接连接至至少一个其他交换机互连矩阵。在网络架构的一个实施例中，交换机互连矩阵之间的连接包括
编织(braid)拓朴或梯形拓朴中的一个或多个。每个交换才几均可以 -波配置为建立其自己的转发表。每个交换才几互连矩阵均可以形成包 括环形、星形、全网状、部分网状、任意网状、类CLOS矩阵、n-立方形、或混合中的一个或多个的拓朴。在一些实施例中，交4奐级 中的至少一组包括边缘级、中间级和核心级。在这些实施例中，中 间级的交换机可以具有面对广域网络的多个端口和面对局部网络的 多个端口 ，并且面对广i或网络的每个端口均可以连^妄至核心级中的
交换才几上的端口 ，以及面对局部网络的每个端口均可以连接至边缘 级中的交换才几上的端口。在网络架构的一个实施例中，多个交换级 中的至少一个包括多个以太网交换才几。
图1示出适于实现本发明的实施例的操作环境。
图2示出根据多种实施例的典型多级交换系统。
图3至图4示出了根据多种实施例的应用于城域的其他典型多 级交换系统。
图5A至图5B示出了典型局部互连矩阵(LIM)交摘:才几拓朴。
图6示出了根据多种实施例的采用可扩展的数据包转发的典型 多级、多框架交4灸系统。
图7是示出经由包括LIM的多级交换系统交换数据包的处理的 流程图。
图8示出了通用计算装置，在该通用计算装置上可以实施本发 明的实施例的一个或多个方面。同时，本发明可以啦文出多种^f务改和^^才灸形式，通过附图中的实 例示出了具体实施例，并且以下将进行详细地描述。但是，意图并 不在于将本发明限定为所描述的特定实施例。
具体实施例方式
本发明的实施例涉及通过网络来交换(例如，转发)数据。更 特别地，实施例涉及用于通过多级交换系统来转发流量的系统和方 法。在多种实施例中，多级交换系统可以包4舌一个或多个内部级。
内部级可以包4舌一蔟(cluster)并耳关交换^L。该蔟并联交换才几可以 包括形成一个或多个拓朴的交换4几互连矩阵。交摘:才几级中的一个或 多个可以被设在其自己的框架中。这样的系统被称为多框架交换机
有协议。可以使用网际协议、MPLS、或其他协议通过多个级来转 发数据包。
使用具有标准接口 (例如，非专有)的多个框架来为多代、多 供应商配置作准备。在这样的实施例中，每一级均可以包4舌不同供 应商或不同代的线卡或交换卡。内部级可以由交替的网状拓朴(i者 如^f旦不限于环面形网状、环形、星形、N级Clos矩阵、或等鴻4圣 Clos)构成。线卡的初始级中的转发逻辑可以被简化为"下一跳" 解析，其中，线卡确定N个交换才几端口中的哪一个来转发每个数据 包。转发逻辑是随着交换机的并联簇的扩展而可扩展的。
在一些实施例中，可以〗吏用民用交换d几。这才羊的实施例可以减 少成本，同时允许响应于流量增长纟安比例增加并且实现在大i成域之 间转发流量的效率。例如，典型地，以太网交换才几比大多数商用IP 路由器便宜。为了更少的成本，与多数商用路由器相比，实质上使 用民用交换机可以获得相同数量的容量。另外，并联蔟的配置允许 进行边缘交换机的N:l保护而不是1:1保护，其中容量减少相对小。在描述本发明的一个或多个优选实施例之前，介绍描述中所佳_ 用的一些术i吾的定义。
定义
术语"网络服务提供者"指的是提供对一个或多个网络的访问
的组织。NSP可以操作、维护或释放耦合至多个其他网络的网络， 从而通信流量可以被传输至多种网络或从多种网络传输。
才安照逻辑意义而不是物理意义来4吏用术语"面对，，来描述端口 的ii/f言方向。
"束(bundle)"或类似术语指的是一个或多个物理链路。
"模块"是自持功能部件。模块可以以硬件、软件、固件或其 任何组合来实现。
术语"连接的(connected)"或"耦合的(coupled)"以及相关 术语被用于操作意义而不必限于直接连接或耦合。
短语"在一个实施例中"、"根据一个实施例"等通常意味着跟 随着该短语的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实 施例中，并且可以被包括在本发明的多于一个实施例中。重要的是， 这才羊的短i吾不 一定指同 一 实施例。
如果i兌明书陈述了部件或特征"可以(may)"、"能够(can)"、 "可能(could )，，、"可以(might)" -陂包括或具有一特性，则特定
部件或特征不是必须#:包括或具有该特性。
术语"响应的"和"响应于"包括完全或部分响应。才几可以访问的介质，并且可 以包括但不限于计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质通常 指的是任何类型的计算机可读存储器，诸如但不限于易失性存储器、 非易失性存储器、移动式存储器、或非移动式存储器。通信介质指 的是承载计算机可读数据的已调制信号，诸如但不限于程序模块、 指令、或数据结构。
典型系统
图1示出典型才喿作环境100,在该才喿作环境中可以实施本发明 的实施例。图1中所示的操作环境100仅用于说明目的而不用于将
本发明限于任何特定环境。实施例可以-故用于多种其他环境，诸如
<旦不卩艮于婆b據中心、乂>司网、以及交叉点(interexchange points )。
所示的才喿作环境100包4舌由广i或网纟各(WAN) 102)(例如，主 干网)和多个边缘网络104组成的广域网络。边缘网络104可通信 地位于外部网络106和WAN102之间，因而，传播到WAN102的 通信流量以及从WAN 102传播到外部网络106的通信流量(并且反 之亦然)穿过各个边缘网络104。术语"外部"被用于表示由WAN 102和边乡彖网纟各104形成的WAN外部的节点。
在一些实施例中，外部网络106中的一个或多个是互联网服务 提供者(ISP)网络(例如，第一层、第二层或第三层ISP)。在其 4也实施例中，夕卜部网全各106中的一个或多个以举例的方式包括 f旦不 限于Jt成i或网(MAN)、 4交园网(CAN)、个i或网(PAN)、企业网、 家庭或办7>网络中的一个或多个。
才艮据多种实施例，WAN102可以^争越相对大的地理区域，该地 理区域可能包括诸如城域、校园或企业场所的多个截然不同区域。 边纟彖网络104在地理区域中的WAN 102和外部网l备106之间提供链路。边缘网络104的一个实例是汇集点(POP)设备。如以下进 一步描述的，边缘网络104可以包括一个或多个交换节点，该一个 或多个交换节点包括多个交换级。这些级通常包括一个或多个边缘 节点108以及一个或多个核心节点112。
在所示的实施例中，边缘节点108耦合至外部网络106的一个 或多个外部节点110。外部节点110可以是路由器、交换^几或其^也 网络装置。核心节点112将边缘网络104可通信地耦合至WAN 102。 在一些实施例中，核心节点112可通信地井禺合至WAN 102的内部节 点114。如以下进一步描述的，4艮据多级交换实施例， 一个区域(例 如，城域)中的核心节点112可以经由链路束(例如，链路聚合组 (LAG))直4妄连4妄至另一区域的核心节点112。
典型地，内部节点114 (例如)是优选地通过WAN 102高速转 发流量的路由器或交换机。图1中所示的实施例仅包括少量内部节 点114、冲亥心节点112、边乡彖节点108、以及夕卜部节点110, ^f旦是在 实际操作中，将有大量的这些类型的节点。
根据一些实施例，边纟彖节点108可以经由局域网(LAN) 116 可通信地耦合至核心节点112。在这样的实施例中，LAN 116包括 使用一个或多个通信协议在边缘节点108和核心节点112之间转发 数据包的交换机。在多种实施例中，LAN 116中的交换机可以执行 网际协议(IP )转发、或诸如多协议标签交换(MPLS )的一些其他 緩存转发协议、或这些协议的某种组合。
在多种实施例中，边桑彖网主各104的边^彖节点108和冲亥心节点112 形成交换机簇。根据这些实施例，可以在边缘网络104中的一个或 多个交换级中的每一处安装多个交换机。穿过边缘网络104的数据 包可以以"下一跳"的方式被交换，使得数据包通过使用非专有协 议被转发至下一级。每级均可以在易于增加和移除交换卡(例如，以太网卡)的独立的框架中来实现，以允许容易地扩展以及多代和多种供应商实iE见。
在一些实施例中，交换机级可以在逻辑上延伸跨越WAN 102。一个局部区域中的交换机级可以跨越WAN 102直接连接至另一个局部区域中的交换机级。在这样的实施例中，两个区域中的交换机级是单个交换才几网状的 一 部分。
图2示出典型网络配置200，其包括可通信地耦合至第一网络站点204和第二网络站点206的广i或网全备202。 一组交换:4几级将网纟备站点可通信i也津禺合至WAN 202。例如，级1A 208、级IB 210、以及级1C 212促进了 WAN 202与第一网络站点204之间的通信。级2A214、级2B216、以及级2C 218促进了 WAN 202和第二网纟各站点206之间的通信。
图2的实施例可以应用于多于两个网络站点。可以增加或移除交才灸才几级。网络站点可以是不同的企业站点、i成i或网络、4交园网或其他。可以在每级中以及网络站点之间实现多种不同的网络拓朴。以下将描述典型实施例。
图3示出才艮据图2的实施例的典型交4灸系统300。该实施例总体描述基于WAN 308可通信地耦合的三个城域网，华盛顿DC 302、纽约城304和亚特兰大306。交换系统300通常位于WDC网络302和WAN308之间。
交换系统300具有提供者边缘交换机310 (例如，边缘路由器)的第一级、包4舌局部互连矩阵(LIM) 312的中间级、以及才是供者核心交换机314 (例如，核心路由器)的第三级。LIM 312包括一蔟LIM交换才几(LS ) 316。在典型实施例中，交换系统300分别经由链路束316和链路束318 (链路束用粗线示出)来链接华盛顿DCJt成i或网302、纽约Jt成:威网304和亚4争兰大城)或网306。 LIM交换:才几 316之间的链路也是链路束，并且，在一些实施例中，可以包括4 个并联IO千兆4立-E (Gig-E)链路。
核心交4灸才几314形成核心级交换才几并且以及边纟彖交换^几310形 成边缘级交换机。在一些实施例中，LIM交换才几316可以包括多级 交换机。为了容易描述，图3中仅示出一级。
在一个实施例中，边纟彖交换才几310纟安照类Clos矩阵形成第一级， LIM 312按照该矩阵形成第二级、以及核心交换机314按照该矩阵 形成第三级。在其他实施例中，可以包括更多级。例如，局部互连 矩阵312可以包括任何拓朴形式的多个交换才几级。 一级或多级LIM 312可以包括提供智能数据包緩冲或其他功能的聚合层。例如，通 常属于商用路由器的更多复杂功能(诸如服务质量(QoS))可以被 结合到LIM 312中。LIM 312还可以执4亍等成本多路径(ECMP ) 路由以平銜3争越边乡彖交换4几310和核心交换才几314的流量负载。
LIM 312的交换^几316可以形成一个或多个网^R,其可以是一 个或多个不同拓朴形式的。这样的可选网状拓朴可以包括或可以不 包括类Clos矩阵。例如，但不限于，交换机316的网状可以形成相 等Clos路径或NxM Clos矩阵。例如，Clos矩阵可以由多个交才灸 机316级构成，其中，每级由相同或不同数量的并联交换机构成。 可选地，LIM 312的交换才几316可以为环形、星形、n-立方形、螺 旋管形状、全网状、部分网状、任意网状、或混合拓朴。
在一个实施例中，LIM 312是类似Clos的，才艮据边桑彖交换机310 的带宽要求每个边缘交换机310连接至具有不同容量的中心级。在 该实施例中，严格地说其并不是Clos矩阵，因为每个元件均可以具 有可以随着时间而改变的不同带宽，并且LIM 312可以才莫块4b (blocking )。交换机316可以是单一的第2层或混合的第2层/第3层。交换 构造的每个交换机316均可以配置有其自己的面对边纟彖交换机310 的广播LAN。边纟彖交换机310可以设置不一定由交换才几316承载的 协i义的相邻性(adjacency), i者如MPLS。
在交换系统300的一个实施例中，边缘交换机310、局部互连 矩阵312和核心交换机314中的每一个均由单独的框架中的独立交 换元件构成。在该实施例中，每个交换机316的输出端口均耦合至 核心交4奐才几314的车lr入端口 ，反之亦然。类4以;也，每个边虫彖交才灸斗几 310的输出端口均耦合至交换机306的输入端口 ，反之亦然。在这 点上，中间级中的每个交换才几316具有逻辑上面对WAN的多个端 口 ，每个端口均连^妄至核心交换才几314的端口 ；以及中间级中的每 个交换机316均具有逻辑上面对城域(或局域)网的多个端口，每 个端口均连接至边缘交换机310上的端口 。
关于经由交换系统300的数据(例如，凄t据包)转发，图3中 所示的配置可以被松散耦合，从而边缘交换机310不需要能够选择 核心交换机314上通过其转发数据的端口，反之亦然。边缘交换机 310和核心交换才几314可以通过LIM 312执4亍简单的下一跳转发。 另外，非专有协议可以用于每级的数据包转发，并且框架槽和端口 可用于部件的连接和重新连接。例如，核心交换机314可以〗吏用第 2层(例如，以太网)或第2)^层交换协议(例如，MPLS),而不
是第3层路由协议(例如，网际协议)。在一些实施例中，LIM交 才灸才几316是相对简单的民用交换:才几。开》文十力4义(open protocol)和核 心交换:才几314与边^彖交换才几310的去耦合能够在LIM 312中以及在 边缘和核心处进行灵活的扩展。
这样的配置允许关于部件选择和互连的更好的灵活性。例如， 每级的单独部件可以^皮选择性地相互交换。另外，部件可以来自不 同供应商或不同^，处于系统300的不同级中。例如，边纟彖交换:才几310可以是简单的民用交换机，或者边缘交换才几310可以是更复杂 的路由器，诸如Juniper 路由器。类似地，核心路由器314可以是 简单的民用交换机，或更复杂的路由器，诸如Ciscc)^路由器。
图3中所示的配置还允许以实质上相同的呑吐量和可能比传统 配置更低的成本进行更大程度的数据保护。在最低程度，多级、多 框架配置提供N倍CSW的网络容量，或者具有数据保护的N-l倍 CSW的网络容量，其中，N是局部互连矩阵304中的交换机306的 数量。在该上下文中，CSW指的是到核心交换机的上行链路LAG 容量或者是到核心交换机的上行链路束容量。例如，利用内部级中 的4个交换机，网络容量是4倍CSW。通过在ES 310和CS 314级 中进行局部交换获得更好的效率。
与利用紧密耦合控制面的传统实现相比，所描述的实施例允许 更高的系统可靠性，部分是由于控制和转发协议功能是松散耦合的 并且可以独立地4乘作。与利用双核心路由器的传统节点i殳计的上刊-链路的较差效率的1:1保护相比，这能够使用ES 310和CS 314上 行链路的N:1保护。例如，利用4个上行链路，如果是l:l保护， 则2个上行链路可用于工作流量，同时2个上行链路需要被用于保 护。如果是3:1保护，则一个链路束需要被用于冗余，并且网络容 量是3个上行链^各。该上行链路的效率减少了 ES上的成本，以及 增加了整个系统的容量。
图4示出才艮据多种实施例的另 一个典型多级交换系统400。特 定实施例示出了基本LIM配置的改变。另外，在边缘网络(例如， POP)的LIM的网可以被延伸跨越广域网络(WAN)。图4示出了 这才羊的改变。
图4再次示出了在经由WAN 408可通信地耦合的华盛顿DC 402、纽约城404和亚特兰大406中的城域网。在每一i成域处均示出了交换机级。每一城域处的多级之一是LIM。例如，存在华盛顿 DC (WDC) LIM 410、纽约城(NYC) LIM 412、以及亚特兰大 LIM 414。每一i成域均还具有核心交换机。
LIM交换>几可以祐 没置成多个拓朴中的4壬意一种。例如，在所 示的实施例中，WDC LIM交换才几416被i殳置为两个n-立方形配置 418。应该明白，在LIM中可以^使用4壬4可类型的配置，包括l旦不限 于全网状、部分连4妄的网状、星形、环形、环面形、4壬意网状或它 们的任意组合(例如，混合配置)。图5中示出了一些典型拓朴。
参考图5， l又示出了 LIM的几个可能拓朴。图5A示出了交换 机的部分连接网状。图5B示出了环面形拓朴。图5C示出了星形环 形拓朴。图5D示出了任意网状拓朴。当然，本发明不限于这些拓 朴中的任一种，而是可以实现混合拓朴。LIM交换才几配置的选择可 以取决于多种因素，诸如流量、基础结构的成本、位置或其他。
在所示的实施例中，WDC核心交换机420分别经由链路束426 和428^皮耦合至纽约城城域网404中的交换才几422以及亚特兰大城 域网406中的交换4几424。该链^各配置(其中，LIM网^皮延伸出去 跨越WAN)被称为"编织的(braided )"。对于纽约城网络404和亚 特兰大网络406之间的流量，编织的配置能够在WDC网络402中 进行有效的通信交换。该配置使得通过WAN的流量在CS 420中被 局部交才奐。这减少了到LIM 410的CS 420上4亍链3各容量需求，并 且还允许响应于4壬一i成域市场中流量的增加而增加核心交换才几420 的凄t量(例如，4姿比例增力卩)。编织思想可以延伸3争越多个WAN浪匕 并且遍及整个网络。在一个实施例中，被称为"梯形(ladder)"配 置，编织被实现为不同城域位置之间的并联链路，以及并联编织继 续i 争越遍及网络的多浪匕在该实施例中，CS 420交才奐才几可以4立于i成 域中的不同位置，以及并联链路可以基于不同的光纤路径被路由， 以在WAN中进4亍有效的保护。在可选实施例中，核心交换才几可以被直4妄链接至中心级；例如， 其他城域网的LIM级。例如，核心交换机420可以直4姿连接至NYC LIM 412中的交换才几。进一步地，在另一实施例中，中间级可以直 接连接至其他中间级。例如，WDC核心LIM交换才几416可以直接 链接至NYC LIM 412和亚特兰大LIM 414的交换机。
图6示出根据一个实施例的典型多框架交换系统600。多框架 交换系统600包括第一转发卡框架602、交换才几构造(fabric )框架 604以及第二转发卡框架606。转发卡框架602包括多个独立的转发 元件(IFE ) 608，以及转发卡框架606包括另外的多个IFE 610。 IFE 608和IFE 610独立于其他IFE。每个IFE均具有其自己的转发表， 可以4吏用链路广告十办i义(link advertising protocol)建立4争发表。交 换机构造604包括一簇多个并联的交换装置612。在一些实施例中， 该簇交换装置形成局部互连矩阵(LIM)。
交换装置612对IFE 608和IFE 610之间的数据包(或数据净艮 或帧)执行并行交换。在一个实施例中，交换构造612包括以此方 式连4矣的指定凄t量(例如，4、 8)的以太网交换 机，以形成一级或 多级的类Clos矩阵。该实施例中的系统可以是模块化的或非模块化 的。系统600的部件(例如，转发卡框架602、交换才几4匡架604以 及转发卡框架606)被划分成单独的框架，其中，该单独的框架是 单独访问并且功能独立的。另夕卜，可以使用IP协议或另一种非专用 协议通过交换系统600来转发数据包。这样，图6中所示的实施例 允i午容易升级以及对系统600的可扩展性。
另夕卜，功能性可以包括在交换机装置612中用于执行除交换之 外的更高级的功能。例如，交换机装置612可以执行緩沖。作为另 一个实例，交才灸才几装置612可以基于需求和容量喉文出交才灸决定。即， 交换4几装置612可以确定位于系统的其他级上的需求并且基于需求 以及可用的和/或必要的容量做出流量转发决定。交换构造604中的多级可以经由流量身见划通道(例如，MPLS 通道)或经由第2层VLAN接收来自其他级的需求或容量信息。可 选地，可以影响对IGP的改变以将带宽信息传输到交换级604。例 如，"下游"级交换机可以以30Gb/s的流量与连接至基于纽约的站 点的上游级交换机(例如，经由IGP或其他协议)进行通信。上游 级交换机可以使用该协议信息以及关于其他交换机的信息，以执行 跨越交换机构造604的多级的负载平衡。
关于IFE 608，数据包转发是简单的且可扩展的。在所示的实 施例中，线卡用于以太网交换机互连。通过IFE 608的数据包转发 是"下一跳"决定，意味着IFE 608仅需要确定数据包将被转发到 交换机装置612上的哪个端口 。例如，如果交换机构造604包括4 x4并联的一蔟以太网交换机，则线卡仅需要确定数据包将被转发 到交换机构造604的第 一级中的4个端口中的哪一个。这样，IFE 608 中的转发表仅需要用于连接至下一级的每个端口的条目(entry )。但 是，转发表还可以是完整的转发表。IFE 608可以(例如)通过执行 一系列分配或一些其他负载平4耔策略来4丸^^争越交4奂才几装置612的 负载平4軒。
典型操作
图7是示出通过诸如图1至图6中所示的多级和/或多框架交换 系统对数据包进行交换的算法的流程图。为了便于描述，假设中间 级的一簇并联交换才几可通信地耦合于交换系统的初始级和最后级之 间。应当明白，可以使用众多其他的交换冲几拓朴。
最初，在接收操作702中，在交换系统的第 一级接收数据包。 第一级可以包括一个或多个路由器、 一个或多个转发元件、或交换 机。在确定操作704中，确定数据包应当将被转发到下一级中的哪 个端口 。确定纟喿作704可能涉及使用下一跳IP地址的表查找，以确定N个端口中的哪个来转发数据包。如果在交换机和下一级之间存 在多条链路，则确定操作704还可以执行流负载平衡。转发操作706 将数据包转发至并联的一簇交换机中的所确定的端口 。
交换操作708经由一级或多级并联交换4几簇来交换数据包。该 交换可以涉及MPLS协议或其他緩沖协议。在每个交换机处，典型 地，三重内容可寻址存储器(TCAM)被访问以确定数据包将^皮转 发到的下一个端口。在另一个转发才喿作710中，数据包#1转发至网
转发至其目的地。
在可选实施例中，其中，不同城域的中间LIM级被连接，交换 操作708可以将数据包直接转发至另一城域的并联交换机蔟(或其 他中间级LIM)。在该实施例中，数据包在到目的地城域的途中绕 过核心3各由器或交换才几。
典型计算装置
图8是计算装置800的示意图，在该计算装置上可以实施或进 4亍本发明的实施例。例如，计算装置800可以4立于网络的初始级并 且执行数据包转发。如在此所描述的，本发明的实施例包括多个步 骤或操作。这些步骤的变化可以通过硬件部件来执行或可以体现在 机器可执行指令中，该机器可执行指令可用于产生利用指令编程的 通用或专用处理器执4亍:捧作。可选地，可以通过石更件、l欠件、和/ 或固件的组合来4丸行步骤。
根据当前实例，计算装置800包括总线801、至少一个处理器 802、至少一个通信端口 803、主存储器804、可移动存储介质805、 只读存储器806、以及大容量存储器807。处理器802可以是任^T已 知的处理器，诸如但不限于Intel Itanium2 处理器、AMD⑧Opteron⑧或Athlon MP⑧处理器、或处理器的Motorola 线。 通信端口 803可以是供基于调制解调器的拨号连接使用的RS-232 端口、 10/100以太网端口、 -使用铜或光纤的千兆比特端口 、或USB 端口中的任一种。通信端口 803可以根据计算装置800连接到的网 络(诸如局域网(LAN)、广域网络(WAN)、或任何网络)来选择。 计算装置800可以与外围装置(未示出)通信，诸如但不限于打印 机、扬声器、照相机、扩音器、或扫描仪。
主存^f诸器804可以是随才几访问存储器(RAM )或本领域通常熟 知的任何其他动态存储装置。只读存储器806可以是用于存储静态 信息(诸如用于处理器802的指令)的任何静态存储装置，诸如可 编程只读存储器(PROM)芯片。大容量存储器807可以用于存储 信息和指令。例如，可以使用诸如Adaptec⑧系列的SCSI驱动器的 石更盘、光盘、i者如RAID的一系列》兹盘、诸如Adaptec系列的RAID 驱动器、或任何其他大容量存储装置。
总线801将处理器802与其他存储器、存储块、以及通信块进 行可通信地耦合。根据所使用的存储装置，总线801可以是 PCI/PCI-X、 SCSI、或基于USB的系统总线(或其他)。可移动存储 介质805可以是任何类型的外部硬盘驱动器、软盘驱动器、 10MEGA⑧Zip驱动器、光盘-只读存储器(CD-ROM )、可重复纟寮写 光盘(CD-RW )、凄t字^L频盘-只读存储器(DVD-ROM )。
本发明的实施例包括说明书中描述的多种步骤。这些步骤可以 通过硬件部件来执行或可以体现在机器可执行指令中，该机器可执 行指令可用于产生利用指令编程的通用或专用处理器以执行步骤。 可选地，可以通过石更件、软件、和/或固件的组合来执行步骤。
本发明的实施例可以被提供为计算机程序产品，该计算机程序 产品可以包括机器可读介质，其中，在机器可读介质上存储有指令，该指令可以净皮用于对计算才几(或其他电子装置)编程以执行处理。 才几器可读介质可以包括4旦不限于寿欠盘、光盘、光盘只读存〗诸器
(CD-ROM )、以及》兹光盘、ROM、随机访问存储器(RAM)、可 4察除可编禾呈只读存^f诸器(EPROM)、电可〗寮除可编禾呈只读存々者器
(EEPROM)、》兹或光卡、闪存、或其他类型的适于存々者电子指令 的媒体/机器可读介质。而且，本发明的实施例还可以^皮作为计算机 程序产品下载，其中，程序可以通过具体化为载波或其他传播介质 中的数据信号的形式经由通信链^各(例如，调制解调器或网络连4妾) 从远程计算机传送至请求计算机。
在不脱离本发明的范围的情况下可以对所描述的典型实施例做 出多种4奮改和增加。例如，当以上描述的实施例涉及净争定特4正时， 本发明的范围还包括多个特征的不同组合的实施例和包括描述的部 分特征的实施例。因此，本发明的范围想要包括所有这样的等效替 换、修改、改变、及其等同物。
权利要求
1. 一种将外部网络耦合至广域网络的交换系统，所述系统包括多个边缘交换机，可通信地耦合至所述外部网络；多个核心交换机，可通信地耦合至所述广域网络；以及交换机互连矩阵，可通信地耦合至所述核心交换机和所述边缘交换机并且被配置为在所述边缘交换机和所述核心交换机之间转发通信流量。
2. 才艮据4又利要求1所述的系统，其中，所述边》彖交换才几、所述核 心交换机、及所述交换机互连矩阵中的每一个均是独立的交换 元件。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述边缘交换机、所述核 心交换机、及所述交换机互连矩阵中的每一个均通过与其他交 换机交换路由信息来发展转发表。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述交换机互连矩阵包括 全网状、部分网状、星形、环形、n-立方形、环面形、类CLOS 头巨阵、或4壬意网;R配置中的一个或多个。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述互连矩阵中的所述交 换机使用以太网协议、MPLS协议、或非专有协议中的一个或 多个来转发通信流量。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述交换机互连矩阵包括 局i或网(LAN)。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述外部网络包括城域网、才交园网、企业网、或个i或网之一。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘交换机和所述核心交换机使用以太网协议、MPLS协议、网际协议、或非专有协议中的一个或多个来转发通信流量。
9. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘交换机和所述核心交换机中的每一个均包括其自己的转发表。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述交换机互连矩阵包括多个级的交换:才几。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述交换机互连矩阵包括面对所述广域网络的端口和面对所述外部网^备的端口 ，并且其中，面对所述广域网络的端口中的每一个均连接至核心交换机上的端口 ，而面对所述外部网络的端口中的每一个均连4妾至边纟彖交换:才几上的端口。
12. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘交换机、所述交换机互连矩阵、及所述核心交换机被设在单独的框架中。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个边缘交换机包括一个边缘交换级，所述交换机互连矩阵包括一个或多个中间交换级，以及所述多个核心交换才几包括一个核心交换级。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，才艮据所述交换机互连矩阵中的每级处的交换机的数量来扩展所述独立的交换元件。
15. —种网络架构，包括广i或网纟备；多个局部网络，被配置为基于所述广域网络进行通信；以及多个交换级，基于所述广域网络使所述局部网络可通信地 彼此耦合，其中，交换级的局部组将相关联的局部网络可通信 地耦合至所述广域网络。
16. 根据权利要求15所述的网络架构，其中，所述局部网络中的 每一个均在不同的Jt成域中。
17. 根据权利要求15所述的网络架构，其中，交换级的每一组均 包括交换才几互连矩阵。
18. 根据权利要求17所述的网络架构，其中，至少一个交换机互 连矩阵基于所述广域网络直接连接至至少一个其他交换机互 连矩阵。
19. 根据权利要求18所述的网络架构，其中，交换机互连矩阵之 间的连4妄包4舌编织拓朴或梯形拓朴中的一个或多个。
20. 根据权利要求17所述的网络架构，其中，每个交换机互连矩 阵均形成包4舌以下多种中的一种或多种的拓朴环形、星形、 全网状、部分网状、任意网状、类CLOS矩阵、n-立方形、或 混合中。
21. 根据权利要求15所述的网络架构，其中，交换级中的至少一 组包4舌边^彖级、中间级、及核心级。
22. 根据权利要求21所述的网络架构，其中，所述中间级的交换 才几包括面对所述广域网络的多个端口和面对所述局部网络的 多个端口，并且其中，面对所述广域网络的每个端口均连接至所述核心级中的交换4几上的端口 ，而面对所述相关联的局部网 络的每个端口均连^妻至所述边缘级中的交换才几上的端口 。
23. 根据权利要求15所述的网络架构，其中，所述多个交换级中 的至少一个包括多个以太网交换^/L。
24. 根据权利要求15所述的网络架构，其中，每个交换机均被配 置为建立其自己的转发表。
全文摘要
本发明的实施例总体涉及网络通信。更特别地，实施例涉及用于通过网络交换数据的系统和方法。交换系统的一个实施例将外部网络可通信地耦合至广域网络。该系统包括多个边缘交换机，可通信地耦合至外部网络；多个核心交换机，可通信地耦合至广域网络；以及交换机互连矩阵，可通信地耦合至核心交换机和边缘交换机并且被配置为在边缘交换机和核心交换机之间转发通信流量。
文档编号H04L12/50GK101485156SQ200780025093
公开日2009年7月15日 申请日期2007年11月29日 优先权日2006年11月30日
发明者克里斯托弗·吉宾斯, 尼克拉斯·科姆斯特德, 约瑟夫·劳伦斯, 纳萨尔·厄勒-阿瓦尔 申请人:第三级通讯公司