CN100524250C - 用于在路由器中处理分组的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种使用多特征分类存储器(“CM”)150的多特征查找过程(步骤210-250)的方法和装置。在本发明的一个实施例中,该方法将路由器中提供的各种特征定义为特征体系。单独的相关联的CM被合并为组合的相关联的多特征CM 150。用于分组处理的特征规则根据特征体系被合并,该多特征CM被合并的规则所填充。多特征CM 150包括用于多个特征的组合分组处理规则。多特征CM 150消除了对单独的相关联CM的需要。多特征CM 150中的存储空间被各种特征规则所共享。

Description

用于在路由器中处理分组的方法和系统
技术领域
本发明涉及分组路由领域,尤其涉及使用分类存储器的进入分组的特征查找。
背景技术
通常,路由器具有很多在处理进入分组(incoming packet)时被激活的特征。这些特征基于用户指定的路由器配置被激活。当进入分组匹配一个特定的模式(例如,源地址、目标地址、输入端口、数据速率等)时,路由器激活与这些模式相关联的特征。例如,传统的访问控制列表(ACL)特征确定在进入分组匹配预定模式时,是否允许或拒绝该进入分组。类似地,服务质量(QoS)特征指定在进入分组匹配预定模式时能执行的管制方案(policing scheme)。在软件路由器中,特征与用于进入分组模式的数据结构相联系。对于数据结构,当进入分组模式与预定模式相匹配时,根据在数据结构中定义的规则来处理进入分组。
但是,在硬件路由器中,数据结构一般是固定的。进入分组的模式与特征的固定硬件目录或者内容可寻址存储器(CAM)相比较。当找到一个匹配时,CAM产生一个索引。该索引被用来存取相关联的分类存储器(CM),该分类存储器定义了用于进入分组处理的规则。传统上,在硬件路由器(“路由器”)中,为每个特征分配一个CAM存储体,每个CAM存储体与定义用于进入分组处理的规则的CM相关联。例如,当路由器有n个特征时,分配n个存储体用于特征查找。进入分组的模式与每个CAM相匹配以确定在相关联的CM中的分组处理规则的索引。路由器被预先配置来包括用于每一个所提供特征的CAM存储体。
当一个客户应用程序不使用一个特征时,分配给该特征的CAM存储体不能被用于其他特征。例如,当客户应用程序使用ACL特征,而不使用QoS特征时,那么即使在客户耗尽了在ACL CAM中的空间时,分配给QoS特征的CAM存储体也不会被使用。
一个解决未使用的CAM存储体问题的方法是移除未使用的CAM存储体,而包括进用于其他特征的另外的CAM存储体。但是,当客户应用程序需要不频繁地使用一个特征时,对于该特征必须分配CAM存储体。例如,当客户使用一个用于QoS特征的管制入口(policing entry)时,整个CAM存储体必须专用于该QoS特征。对于用于路由器中的多特征分组的处理的CAM和相关联的CM,需要一种方法和装置。
发明内容
根据本发明的一个实施例,描述了一种处理分组的方法。该方法包括根据多特征分组处理规则处理分组。该方法还包括识别分组的分类,使用该分类来识别多特征分组处理规则。该方法还包括接收分组;在内容可寻址存储器中,查找该分类的匹配;从内容可寻址存储器接收用于多特征分类存储器中的多特征分组处理规则的索引。该方法还包括使用索引来从多特征分类存储器接收多特征分组处理规则。在本发明的一个实施例中,根据特征体系,将多特征分组处理规则填充(populate)于多特征分类存储器中。
前面所述是一个概述,于是由于需要含有细节的简化、概括和省略;因此,本领域的技术人员应该理解该概述是说明性的而不是意于在任何方面的限制。仅仅在权利要求中定义的本发明的其他方面,创造性的特征和优点,将在下面进行的非限制性的详细说明中变得明显。
附图说明
通过参照附图,本发明可以被更好地理解,很多目的、特征和优点对于本领域的技术人员变得清楚。
图1图示了根据本发明的一个实施例的多特征分类存储器查找系统的例子。
图2图示了根据本发明的一个实施例由路由器在分组处理期间执行的操作。
图3是图示网络环境的框图,在该网络环境中,根据本发明的一个实施例的商业交易处理可以被实施。
图4是图示适于实现本发明的一个实施例的计算机系统的框图。
图5是图示图4的计算机系统被互联到客户机和主机系统的框图。
本发明的详细说明
下文意于提供本发明的例子的详细说明,而不应该被用来限制发明本身。更确切地说,许多变化可以落入由说明书后面的权利要求中确定的本发明的范围之中。
简介
本发明说明了一种在路由器中使用多特征CM的多特征查找过程的方法和装置。在本发明的一个实施例中,该方法将各种在路由器中提供的特征定义为特征体系。单独的相关联CM被合并为组合的相关联的多特征CM。根据特征体系,合并用于分组处理的特征规则,使用合并的规则填充(populate)多特征CM。当路由器接收进入分组时,路由器在CAM存储体中搜索进入分组模式的匹配。当找到匹配时,路由器从CAM存储体接收索引,用于在用于分组处理的相关联的多特征CM中的单个规则查找。该多特征CM包括用于多个特征的组合分组处理规则。根据多特征CM确定的合并的规则,进入分组被处理。多特征CM消除了对单独的相关联的CM的需要。在多特征CM中的存储空间由各种特征规则所共享。
多特征组合
特征体系
在路由器中实现的各种特征可以被组织为一个特征体系。该特征体系可以基于与各种用户应用程序相联系的因素(即,例如,特征的每个入口实现成本、功能、可包容性等)。根据本发明的一个实施例,需要复杂分组处理规则(例如,如统计、管制、重定向等的全功能特征)和能包容简单特征(例如,ACL等)的特征被认为是最好的特征体系。其他形式的特征体系也是可能的。
各种不同的特征能包容其他特征的功能。例如,一般地,ACL特征提供允许或拒绝进入分组的基本功能。ACL入口需要比较小的存储空间来存储分组处理规则(例如,2个字节能提供允许/拒绝决定等)。但是,QoS入口包括用于进入分组的复杂的管制方案,可能需要更大的存储空间来存储特征参数(例如,服务类型、选择域等)。类似地,允许路由器重新定向进入分组到不同端口的重定向特征需要大的存储器空间来存储特征参数(例如,新的输出端口、输出网络地址、重写索引等)。这些特征能被组合以提供公共的分组处理规则。
复杂的规则入口(例如,QoS、重定向等)能被用来包容简单的规则入口(例如,ACL等)。例如,根据进入分组的特性(例如,具体的源地址、输入端口、目标地址、分组类型、使用的协议等),QoS规则一般地对进入分组的速率进行管制(police)。QoS规则能被配置来提供ACL类型的分组处理规则。例如,QoS规则,规则A,能被配置来对数据速率大于0的A类型进入分组进行管制。QoS规则“规则A”基本上拒绝每一个A类型的进入分组,因为路由器至少以某一大于0的数据速率来接收每一分组。QoS规则“规则A”提供了被配置来拒绝A类型分组的ACL规则的功能。在另一个例子中,QoS规则,规则B,能被配置来对数据速率无限大的B类型进入分组进行管制。在这种情况,QoS规则“规则B”提供了等价于允许B类型进入分组的ACL规则的功能。
类似地,重定向规则能被配置来重新定向特定类型进入分组到丢弃每一分组的丢弃端口。该重定向规则提供等价于被配置来拒绝那种特定类型进入分组的ACL规则的功能。于是,使用特征组合,多特征CM能被配置来提供用于多个特征的组合规则,排除了对拥有单独的相关联的CM的需要。
特征合并的例子
当路由器使用相关联的多特征CM时,组合CAM存储体被编程来产生索引以在多特征CM中查找多特征分组处理规则。为具有多特征入口的CAM编写程序的方法对于本领域是已知的。为了说明的目的,路由器中的端口A根据表1中所给出的规则编程。
表1 用于端口A业务的规则的例子
 
规则 说明
TCP允许 允许每一携带TCP业务的分组
UDP允许 允许每一携带UDP业务的分组
IP拒绝 拒绝每一携带IP业务的分组
DA36.131.0.19管制器34 根据在管制器(policer)34中定义的管制方案,对通向目标36.131.0.19的业务进行管制。
使用表1中给出的用于端口A的规则,CAM编译器产生用于组合CAM存储体的入口,如表2所示。
表2用于端口A的CAM入口
 
CAM入口 说明
TCP DA 36.131.0.19管制器34 根据在管制器34中定义的管制方案,对目的36.131.0.19的TCP业务进行管制。
UDP DA 36.131.0.19管制器34 根据在管制器34中定义的管制方案,对目的36.131.0.19的UDP业务进行管制。
TCP允许 允许所有其他TCP业务
UDP允许 允许所有其他UDP业务
IP拒绝 拒绝所有IP业务
基于所期望的对不同组特征的需要,能够选择多特征CM的配置。例如,如果QoS入口被使用的频率低于ACL规则,那么ACL规则能比QoS入口填充(populate)得更密集(例如,每隔一个入口可以是ACL规则,每4个入口可以是QoS入口等)。一旦确定了多特征CM填充方案,CAM编译器就可以分配QoS规则到CAM中的一个入口,该入口对应于在相关联的多特征CM中的QoS入口。根据本发明的一个实施例,在CAM中每4个入口有一个QoS入口填充。因为在此陈述,QoS入口能被用来实现ACL功能(例如,允许、拒绝等),因此ACL规则可以被填充于CAM中的任何入口中。但是,对于本领域技术人员而言,清楚的是,CAM和多特征CM能根据不同特征的使用以任何顺序进行填充。
能够调整多特征CM入口的形式来可互换地使用分配的特征空间。例如,规则“TCP允许”是允许每一个TCP分组的ACL。该“TCP允许”规则能通过映射TCP分组到允许无限大数据速率的管制器被写为QoS规则的形式。类似地,规则“IP拒绝”是拒绝每一个IP分组的ACL规则。该“IP拒绝”规则能通过映射IP分组到允许大于零的数据速率的管制器被写为QoS规则的形式。包容各种特征提供了对多特征CM入口的最大使用。
系统体系
图1图示了根据本发明的一个实施例的多特征分类存储器查找系统100(“系统100”)的例子。系统100包括处理器110。处理器110通过链路115被耦合到各种系统单元。存储器120为系统100提供数据存储。网络接口130通过链路135为系统100提供输入-输出接口。内容可寻址存储器(CAM)140是组合CAM存储体。CAM 140能被配置为具有多特征入口的单个CAM或输出单个索引的单独的CAM的组合。CAM 140包括对于在系统100中使用的多个特征的特征说明。CAM 140通过链路145耦合到多特征分类存储器(“CM”)150。多特征分类存储器150包括多特征分组处理规则。系统100接收链路135上的分组160。系统100比较分组160的模式和内容可寻址存储器140的内容。当在CAM 140中找到一个匹配时,CAM 140在链路145上为CM 150中的特征入口输出索引。CM150在链路115上为处理器110提供分组处理规则,由此来处理分组160。
图2说明了根据本发明的一个实施例的路由器在处理分组期间所执行的操作。最初,路由器接收分组(步骤210)。路由器接着在CAM存储体中查找分组的模式(步骤220)。定义分组模式和在CAM中查找分组模式的方法在本技术领域是公知的。路由器从CAM接收用于多特征分类存储器的索引(步骤230)。路由器使用索引在多特征分类存储器中查找多特征分组处理规则(步骤240)。路由器接着根据路由器在多特征分类存储器中查找的规则处理分组。
计算和网络环境的例子
图3是图示了网络环境的框图,在该网络环境中可以实践根据本发明的系统。如图3所示,网络300(例如,广域网、因特网等),包括很多能被客户计算机320(1)~(N)存取的联网的服务器310(1)~(N)。在客户计算机320(1)~(N)和服务器310(1)~(N)之间的通信一般发生在可公共访问的网络上,如公共交换电话网络(PSTN)、DSL线路、电缆调制解调器或大带宽的干线(例如提供T1、OC3服务等的通信信道)。例如,客户计算机320(1)~(N)通过服务提供者存取服务器310(1)~(N)。例如,这可以是如美国在线(America On-LineTM)、奇迹(ProdigyTM)、计算机服务(CompuServeTM)等的因特网服务提供商(ISP)。存取一般是通过在给定的一台客户计算机320(1)~(N)上执行特定于应用程序的软件来实现的。
例如,一台或多台的客户计算机320(1)~(N)和/或一台或多台的服务器310(1)~(N)可以是任何适当设计的计算机系统(例如,大型机、小型机、个人计算机系统等)。这样的计算机系统一般包括具有系统处理器和相关联的易失和非易失存储器的系统单元,一个或多个显示监视器和键盘,一个或多个磁盘驱动器,一个或多个固定的磁盘存储设备和一个或多个打印机。这些计算机系统一般是信息处理系统,这些信息处理系统被设计来本地地或远距离地为一个或多个用户提供计算能力。这样的计算机系统还可以包括一个或多个耦合到系统处理器、执行专用功能的外围设备。外围设备的例子包括调制解调器、声音和视频设备和专用的通信设备。也能够提供作为集成的或外围的设备的大存储设备,如硬盘、CD-ROM驱动器和磁光驱动器。一个这样的按照客户计算机320(1)~(N)而讨论的计算机系统的例子详细地显示在图4中。
需要注意的是,在图3中的几个例子中的可变标识符“N”被用来更简单地指代一系列相关联的或类似单元(例如,服务器和客户计算机)中的最终单元(例如,服务器310(1)~(N)和客户计算机320(1)~(N))。反复使用这个可变标识符不意味着暗示这些系列的单元的尺寸之间存在关联,尽管这样的关联可以存在。这个可变标识符的使用也不需要每个系列的单元与其他被相同的可变标识符限定的系列拥有相同数量的单元。更确切地说,在每一个使用的例子中,使用“N”标识的变量与其他相同的可变标识符的例子相比可以拥有相同或不同的数值。
图4描绘了适于实施本发明的计算机系统410,及一台或多台客户计算机320(1)~(N)的例子的框图。计算机系统410包括总线412,该总线相互连接计算机系统410的主要的子系统,如中央处理器414、系统存储器416(一般是RAM,但是也可以包括ROM、快闪RAM等)、输入/输出控制器、如通过音频输出接口422的扬声器系统420的外部音频设备、如通过显示适配器426的显示屏424的外部设备、串行端口428和430、键盘432(接口于键盘控制器433)、存储器接口434、可操作接收软盘438的软盘驱动器436、可操作接收CD-ROM 442的CD-ROM驱动器440。还包括鼠标446(或者其他指向-点击设备,通过串行端口428被耦合到总线412)、调制解调器447(通过串行端口430被耦合到总线412)和网络接口448(被直接耦合到总线412)。
总线412允许在中央处理器414和系统存储器416之间的数据通信,如前所提到的那样,该系统存储器可以包括只读存储器(ROM)或快闪存储器(未示出),以及随机存取存储器(RAM)(也未示出)。RAM通常是主要的存储器,操作系统和应用程序被加载到其中,并且一般提供至少14兆字节的存储空间。除其他代码外,ROM或快闪存储器可以包含基本输入输出系统(BIOS),该系统控制如与外围部件进行交互的基本硬件操作。驻留于计算机系统410的应用程序一般存储在计算机可读介质上,如硬盘驱动器(例如,固定磁盘444)、光学驱动器(例如,CD-ROM驱动器444)、软盘单元436或其他存储介质,并通过计算机可读介质存取。此外,当通过网络调制解调器447或网络接口448存取时,应用程序可以是根据应用程序和数据通信技术被调制的电学信号的形式。
存储器接口434可以被连接到如固定磁盘驱动器444的用于存储和/或检索信息的标准的计算机可读介质,就如同计算机系统410的其他存储器接口一样。固定磁盘驱动器444可以是计算机系统410的一部分,或可以被隔开并通过其他接口系统存取。能够连接许多其他设备,如鼠标446通过串行端口428被连接到总线412、调制解调器447通过串行端口430连接到总线412、网络接口448被直接连接到总线412。调制解调器447可以通过电话线提供到远距离服务器的直接连接,或通过因特网服务提供商(ISP)提供到因特网的直接连接。网络接口448可以通过直接网络链接提供到远距离服务器的直接连接,或通过接入服务提供点(point of presence,POP)提供到因特网的直接连接。网络接口448可以提供那些使用无线技术的连接,包括数字蜂窝电话连接、蜂窝数字分组数据(CDPD)连接、数字卫星数据连接等。
许多其他的设备或子系统(未示出)可以以类似的方式(例如,条形码读卡机、文件扫描仪、数字相机等)连接。相反,并不需要图4中所示的所有设备来实施本发明。设备和子系统可以用不同于图4所示的方式进行互联。如图4所示那样的计算机系统的操作在本技术领域是已经公知的,在本应用中就不仔细讨论了。实现本发明的代码可以存储在计算机可读存储介质中,如一个或多个系统存储器416、固定磁盘444、CD-ROM442或软盘438。此外,计算机系统410可以是任何一种计算设备,并因此包括个人数字助理(PDA)、网络应用设备、X-窗口终端或其他计算设备。在计算机系统410上提供的操作系统可以是
Figure C02802699D00131
MS-
Figure C02802699D00132
Figure C02802699D00133
Figure C02802699D00135
或其他已知的操作系统。计算机系统410也支持多个因特网存取工具,例如包括具有JavaScript解释器的HTTP-兼容网页浏览器,如网景导航者(Netscape 
Figure C02802699D00136
)、微软探索者(Microsoft )等。
此外,关于这里描述的信号,本领域的技术人员将认识到信号可以直接从第一方框传输到第二方框,或者信号可以在方框之间被调制(例如,被放大、减弱、延迟、锁存、缓存、反向、滤波或其他调制)。虽然在上述实施例中的信号被表征为从一个方框传输到下一个方框,但是本发明的其他实施例可以包括替代这些直接传输的信号的调制信号,只要是该信号的信息性和/或功能方面在方框之间传输。一定程度上,在第二方框输入的信号可以被概念化为源于第一信号的第二信号,该第一信号由于所涉及电路的物理限制(例如,将不可避免地存在一些减弱和延迟)而从第一方框输出。因此,正如这里所使用的,源于第一信号的第二信号包括第一信号或对第一信号的任何调制,无论是由于电路限制或是由于通过不改变第一信号的信息性和/或最终功能方面的其他电路单元。
前面所说明的实施例,其中,不同的部件被包含在不同的其他部件中(例如,示为计算机系统410部件的多个单元)。应该理解的是,这些所描述的体系仅仅是例子,事实上,能够实现来获得相同功能的其他体系。简要但仍明确的是,任何来获得相同功能的部件的布置是有效地“相关联”的,因此获得想要的功能。所以,任何在这里组合来获得特定功能的两个部件能被视为相互间“关联的”,因此获得想要的功能,而与体系或中间的部件无关。同样地,任何如此关联的两个部件也能够被视为“可操作地连接”或“可操作地耦合”到其他部件来获得想要的功能。
图5是描绘了网络500的框图,在网络500中计算机系统410形成了互联网络510。计算机系统410(1)~(n)被耦合形成了互联网络510,该互联网络510又被耦合到客户机系统520、530、550和560,以及服务器540和570。计算机系统410(1)~(n)通过链路511和513被耦合到其他网络单元。链路511和513可以是任何链路(例如,多路复用链路,多个单独的链路等)。计算机系统410(1)~(n)通过链路512相互连接。链路512可以是任何链路(例如,多路复用链路,多个单独的链路等)。对于本领域技术人员来说清楚的是,互联网络510可以是任何计算机系统(例如,路由器等),其具有多个链路来耦合网络中的各种网络部件(例如,服务器、客户机、其他路由器等)。互联网络510(例如,因特网)也能是客户机系统520和530,服务器540相互之间耦合。参照计算机系统410,调制解调器447、网络接口448或其他方法能被用来提供从计算机系统410(1)~(n)到各种网络部件(例如,客户机、服务器、其他计算机系统等)的连接。例如,使用网页浏览器(未示出),客户机系统520、530、550和560能够存取在服务器540和570上的信息。这样的网页浏览器通过呈现架设在服务器540和570上的网站的网页,允许客户机系统520、530、550和560存取在服务器540和570上的数据。通过因特网交换数据的协议对于本领域的技术人员是公知的。虽然图5描述了用于交换数据的因特网的使用,本发明并不局限于因特网或任何特殊的基于网络的环境。
参照图3、4和5,在计算机系统410上运行的浏览器使用TCP/IP连接来传送请求到服务器540,例如,该服务器540可以运行HTTP“服务”(例如,在操作系统下)或“守护程序(daemon)”(例如,在
Figure C02802699D00152
操作系统下)。例如,这样的请求可以通过联系HTTP服务器而被处理,该HTTP服务器使用能被用来在HTTP服务器和客户计算机之间通信的协议。然后,该HTTP服务器一般通过发送如HTML文件格式的“网页”来响应协议。浏览器解释HTML文件,和使用本地资源(例如,字体和颜色)可以形成可视的表现。
虽然已经示出和说明了本发明的特定实施例,但是对本领域技术人员来说明显的是,基于在这里的教导,在不偏离本发明和它更宽的方面,可以进行变化和修正,因此,在它们的范围内,所附的权利要求应该包括所有这些在本发明范围内的变化和修正。此外,应该明白的是本发明仅仅是由所附的权利要求确定。

Claims (8)

1.一种在路由器中处理分组的方法,包括:
识别在所述路由器处接收的分组的分类,其中所述分类基于所述分组的多个参数;
在相关联的内容可寻址存储器中,查找所述分类的匹配,其中
所述相关联的内容可寻址存储器被填充有多个多特征分组处理规则的多个索引,所述多个多特征分组处理规则被填充在多特征分类存储器中;
从所述相关联的内容可寻址存储器接收用于所述多特征分类存储器中的所述多特征分组处理规则之一的所述索引之一;
使用所述索引来从所述多特征分类存储器接收所述多特征分组处理规则;以及
根据所述多特征分组处理规则处理所述分组,其中
所述多特征分类存储器是通过合并各个单独的相关联的分类存储器而产生的,并且
所述多特征分组处理规则是通过合并用于分组处理的特征规则而产生的。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述内容可寻址存储器是多特征内容可寻址存储器。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述内容可寻址存储器是基于特征的内容可寻址存储器。
4.如权利要求3所述的方法,其中,所述多特征分组处理规则根据特征体系填充于所述多特征分类存储器中。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述多特征分组处理规则根据特征体系填充于所述多特征分类存储器中。
6.一种路由器中的分组处理规则查找系统,包括:
多特征分类存储器,其中
所述多特征分类存储器被填充有多个多特征分组处理规则;
内容可寻址存储器,该存储器被填充有所述多个多特征分组处理规则的多个索引,其中
所述多特征分组处理规则是通过合并用于分组处理的特征规则而产生的;以及
第一链路,其中
所述内容可寻址存储器的输出经由所述第一链路耦合到所述多特征分类存储器的输入,
其中,当在所述路由器处接收到分组时,该系统基于所述分组的多个参数识别所述分组的分类,并搜索所述内容可寻址存储器以找出与所述分组的分类的匹配,当在所述内容可寻址存储器中找到匹配时,所述内容可寻址存储器经由所述第一链路输出对所述多特征分类存储器中的特征条目的索引,并且所述多特征分类存储器根据该索引提供分组处理规则以供处理器处理所述分组。
7.一种路由器,包括:
分组处理规则查找系统,该分组处理规则查找系统包括:
多特征分类存储器,其中所述多特征分类存储器被填充有多个多特征分组处理规则;
内容可寻址存储器,该存储器被填充有所述多个多特征分组处理规则的多个索引,其中所述多特征分组处理规则是通过合并用于分组处理的特征规则而产生的;以及
第一链路,其中所述内容可寻址存储器的输出经由所述第一链路耦合到所述多特征分类存储器的输入,
其中,当在所述路由器处接收到分组时,该系统基于所述分组的多个参数识别所述分组的分类,并搜索所述内容可寻址存储器以找出与所述分组的分类的匹配,当在所述内容可寻址存储器中找到匹配时,所述内容可寻址存储器经由所述第一链路输出对所述多特征分类存储器中的特征条目的索引,并且所述多特征分类存储器根据该索引提供分组处理规则以供处理器处理所述分组。
8.如权利要求7所述的路由器,还包括:
经由第二链路耦合到所述处理器、所述内容可寻址存储器和所述多特征分类存储器的网络接口;以及
经由所述第二链路耦合到所述处理器的存储器,所述存储器提供用于所述分组处理规则查找系统的数据存储。
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