Усовершенствованный способ и устройство для динамического смещения между пакетами маршрутизации и коммутации в сети передачи данных

Усовершенствованный способ и устройство для динамического смещения между пакетами маршрутизации и коммутации в сети передачи данных

Реферат

 

Изобретение относится к области сетевых коммуникаций. Техническим результатом является высокое быстродействие и большая информационная емкость сети. Базовый коммутационный блок содержит аппаратное средство коммутации и контроллер, содержащий процессор и память. Шлюзовый блок коммутации содержит базовый коммутационный блок и контроллер шлюзового блока, содержащий процессор, память и множество плат сетевых интерфейсов. Исполнительное устройство коммутации содержит базовый коммутационный блок, содержащий контроллер и процессор коммутации, процессор, память и множество плат сетевых интерфейсов. Способы описывают работу указанных устройств. 11 с. и 39 з.п.ф-лы, 21 ил., 2 табл.

Предпосылки изобретения Изобретение относится к области сетевых коммуникаций. Более конкретно в одном из вариантов осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для динамического смещения между пакетами коммутации и маршрутизации эффективным образом, чтобы обеспечить высокую пропускную способность для передачи пакетов при поддержании полных функциональных возможностей маршрутизации в соответствии с протоколом Интернет (IР). Настоящее изобретение объединяет высокое быстродействие, информационную емкость, возможности многозадачного трафика с простотой, масштабируемостью и надежностью.

Ввиду широкого распространения и непрерывного роста сети Интернет, которая использует протокол IP, указанный протокол превратился в преобладающий протокол сетевого уровня, используемый в настоящее время.

Протокол IP определяет формат блока данных протокола (PDU) и взаимодействие станции с маршрутизатором и маршрутизатора с маршрутизатором. Протокол IP обеспечивает не требующее соединений обслуживание по передаче данных к пользователям протокола IP на станциях, связанных с сетями Интернет. Не требующая соединений модель, на которой основывается протокол IP, обеспечивает надежную и гибкую основу для построения сети комплексных услуг. Все основные операционные системы включают реализацию протокола IP, позволяющую протоколу IP и соответствующему протоколу уровня передачи (уровень 4 или опорная модель OSI (взаимные соединения открытых систем)) т.е. протоколу управления передачей (TCP) использоваться универсально практически на всех платформах аппаратных средств. Одним из основных преимуществ протокола IP является его чрезвычайно высокая масштабируемость, успешно реализуемая в сетях как с небольшим числом пользователей, так и в сетях с размерами, соответствующими предприятиям, и включая глобальную сеть Интернет.

С быстрым ростом сети Интернет обычные маршрутизаторы протокола IP становятся неадекватными по их способности обрабатывать трафик сети Интернет. При современных требованиях к быстродействию рабочих станций сети вычислениям на пользовательском сервере и высоким значениям ширины полосы сети все чаще сталкиваются с проблемами перегруженности трафика. Типовые проблемы включают, например, изменяемые в весьма высокой степени моменты времени отклика сети, высокие значения частоты отказов сети, неспособность поддерживать задачи, чувствительные к задержкам.

Коммутаторы локальных сетей предоставляют относительно экономичный и быстродействующий способ решения проблемы перегрузки в сегментах локальных сетей, совместно использующих носители информации. Технология коммутации представляется более эффективным средством в управлении трафиком и распределении ширины полосы в пределах локальной сети, чем концентраторы совместно используемых носителей данных или простые мосты для сетевых соединений. Коммутаторы локальных сетей работают как аппаратные средства, пересылающие пакеты на уровне данных (уровень 2 модели OSI), осуществляя обработку адресов управления доступом к носителю и выполняя простые функции табличной перекодировки. Сети, основанные на использовании коммутаторов, способны обеспечивать более высокую пропускную способность, однако им по-прежнему свойственны проблемы, связанные с лавинной маршрутизацией передач и неудовлетворительной защищенностью. Маршрутизаторы, которые работают на сетевом уровне (уровень 3 опорной модели OSI), по-прежнему необходимы для решения подобных проблем. Однако средства быстродействующей коммутации превосходят способности современных маршрутизаторов, создавая "узкие места". Традиционные средства пересылки пакетов протокола IP, на которых базируется сеть Интернет, такие как IP-маршрутизатор, проявляют свою неадекватность. Маршрутизаторы являются дорогостоящими, сложными и характеризуются ограниченной пропускной способностью по сравнению с новыми средствами коммутации. Для поддержки возрастающих потребностей трафика в больших сетях и в Интернет IР-маршрутизаторы должны работать более быстро и с меньшими затратами.

Кроме того, необходим выбор качества обслуживания для поддержки возрастающих потребностей в мультимедийных задачах и в задачах реального времени, включая, например, конференц-связь. Современный протокол управления передачей/протокол Интернет (TCP/IP) не обеспечивает поддержки выбора качества обслуживания. Однако по мере того как прогрессивные функциональные возможности, требуемые все большим числом типов трафика, вводятся в протокол IP, традиционные маршрутизаторы протокола IP все в большей степени оказываются недостаточными для применения в качестве средств пакетной передачи.

Режим асинхронной передачи (АТМ) характеризует собой высокоскоростную, масштабируемую, многозадачную технологию, рекламируемую в настоящее время в качестве краеугольного камня современных сетей, не использующих маршрутизаторы. АТМ представляет собой высокоэффективную технологию пакетной передачи, настолько отличную от современных сетевых архитектур, таких как IР, что в настоящее время отсутствует простой путь внедрения данной технологии. АТМ испытывает затруднения в эффективной поддержке существующего локального сетевого трафика ввиду его ориентированной на соединения архитектуры, что создает необходимость в дополнительной установке очень сложных непроверенных многоуровневых протоколов. Такие протоколы создают очевидные проблемы неприемлемо длительного времени установки соединения коммутируемого виртуального канала. Кроме того, обеспечение возможности пользователям ТСР/ВР передавать и принимать АТМ трафик с использованием коммутируемых виртуальных каналов требует принятия более новых, непроверенных и чрезвычайно сложных протоколов. Эти протоколы не позволяют в прикладных задачах, реализуемых с использованием протоколов TCP/IP, получать выгоду за счет процедуры выбора качества обслуживания для режима АТМ, что влечет за собой очень большой объем непроизводительных расходов для сетевых администраторов, не позволяя использовать ключевые преимущества АТМ. Кроме того, многие из этих протоколов дублируют функциональные возможности хорошо установленного комплекта протоколов ТСР/IР, а необходимость изучения этих сложных протоколов увеличивает затраты для владельцев средств АТМ для сетевых администраторов, которые должны решать проблемы неисправностей в сети. Затруднения в продвижении АТМ особенно очевидны в свете проверенного временем и отлаженного протокола IР, надежно поддерживаемого огромной и все возрастающей в размерах пользовательской базы, как это вытекает из популярности сети Интернет.

С учетом неадекватности современных решений проблем поставщики обслуживания разработали новые сетевые архитектуры распределенной маршрутизации. Однако эти архитектуры зачастую являются сложными, запутанными, дублируют функциональные возможности, обеспечиваемые протоколом IP. Такие архитектуры также приводят к увеличению сложности проблем для сетевых администраторов. Например, дублирование функциональных возможностей приводит к возрастанию нагрузки на функцию сетевого управления и может сделать выделение сетевых задач весьма затруднительным. Очевидно, что необходима система, позволяющая избежать "узких мест" и увеличения сложности сетевого управления. Кроме того, необходимо создать сетевую архитектуру, которая совместима с протоколом IP и исключает излишнее дублирование.

Сущность изобретения Настоящее изобретение относится к области сетевых коммуникаций, в частности к способу и устройству для динамического смещения между пакетами коммутации и маршрутизации эффективным образом, позволяющим обеспечить высокую пропускную способность при передаче пакетов в целях проблем, охарактеризованных выше.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ передачи пакетов между узлом восходящего потока и узлом нисходящего потока в сети, причем узел нисходящего потока находится в нисходящем потоке относительно узла восходящего потока. Способ предусматривает этапы установления по умолчанию виртуальных каналов между узлом восходящего потока и узлом нисходящего потока, приема пакета в узле нисходящего потока и выполнения классификации потока в узле нисходящего потока по пакету, чтобы определить, принадлежит ли пакет к специфическому потоку, который должен быть перенаправлен в узле восходящего потока. Способ также включает выбор свободной метки в узле нисходящего потока и информирование узла восходящего потока о том, что последующие пакеты, принадлежащие к определенному потоку, будут передаваться с выбранной присвоенной свободной меткой.

В другом варианте настоящее изобретение предусматривает способ для коммутации потока в первом узле, причем первый узел имеет линию связи нисходящего потока к второму узлу и линию связи восходящего потока к третьему узлу. Способ включает операции выполнения классификации потока в первом узле по первому пакету для определения того, принадлежит ли первый пакет к конкретному потоку, который должен быть перенаправлен в третий узел, выбора первой свободной метки в первом узле, информирования третьего узла, что последующие пакеты, принадлежащие к определенному потоку, будут передаваться с выбранной свободной меткой. Способ также включает выполнение классификации потока во втором узле по второму пакету для определения того, принадлежит ли второй пакет к определенному потоку, который должен быть перенаправлен к третьему узлу, выбора второй свободной метки во втором узле и информирования первого узла о том, что последующие пакеты, принадлежащие к определенному потоку, будут передаваться с выбранной второй присвоенной свободной меткой. Способ функционирует таким образом, что конкретный поток из восходящей линии связи может коммутироваться на уровне 2 первым узлом в нисходящую линию связи.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящее изобретение предусматривает базовый коммутационный блок в системе для передачи пакетов в сети. Базовый коммутационный блок включает аппаратные средства коммутации и контроллер, связанный с аппаратными средствами коммутации. Базовый коммутационный блок включает также программное обеспечение на материальном носителе, которое позволяет базовому коммутационному блоку осуществлять динамическое смещение между маршрутизацией пакетов посредством протокола IP уровня 3 и коммутацией на уровне 2 для оптимизации пропускной способности пакетного трафика.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящее изобретение обеспечивает коммутационный межсетевой блок (шлюзовой блок) в системе для передачи пакетов в сети. Система содержит базовый коммутационный блок, связанный с коммутационным шлюзовым блоком через канал связи. Коммутационный шлюзовой блок включает в себя контроллер шлюза и программное обеспечение. Контроллер шлюза содержит процессор, память и множество плат сетевых интерфейсов (NIC). Программное обеспечение на материальном носителе позволяет коммутационному шлюзовому блоку переадресовать поток пакетов к базовому коммутационному блоку, чтобы обеспечить динамическое смещение между маршрутизацией и коммутацией пакетов для оптимизации пропускной способности трафика.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящее изобретение обеспечивает средство коммутации в системе для передачи пакетов в сети. Система содержит базовый коммутационный блок, связанный со средством коммутации через канал связи, причем базовый коммутационный блок содержит контроллер и коммутатор. Средство коммутации включает в себя процессор, память и множество плат сетевых интерфейсов (NIC), причем конкретная одна из этих плат NIC обеспечивает канал связи и, по меньшей мере, одна из этих плат NIC имеет возможность соединения, по меньшей мере, с одним узлом сети. Коммутационное средство также содержит машиночитаемый программный код на материальном машиночитаемом носителе в памяти. Машиночитаемый программный код позволяет контроллеру базового коммутационного блока классифицировать поток и переадресовать этот поток пакетов из первого узла во второй узел в сети, а также позволяет контроллеру базового коммутационного блока выдавать команды средству коммутации осуществлять пересылку пакета данного потока из первого узла во второй узел через коммутатор. Соответственно функция пересылки пакетов не загружает контроллер базового коммутационного блока.

Указанные и другие варианты осуществления изобретения вместе с их признаками и преимуществами описаны детально в нижеприведенном тексте, иллюстрируемом чертежами.

Краткое описание чертежей Фиг.1а- упрощенная диаграмма базового коммутационного блока системы, соответствующей возможному варианту осуществления изобретения; на фиг.1b показана упрощенная диаграмма коммутационного шлюзового блока системы, соответствующей другому варианту осуществления изобретения; фиг. 1с - упрощенная диаграмма средства коммутации в системе, соответствующей еще одному варианту осуществления изобретения; фиг. 2а-2с -упрощенные диаграммы примерных сетевых конфигураций в соответствии с вариантами осуществления изобретения; фиг.3 - обобщенная блок-схема компьютерной системы, используемой в соответствии с вариантами осуществления изобретения; фиг. 4 - обобщенная блок-схема АТМ коммутатора, используемого в соответствии с вариантами осуществления изобретения; фиг. 5а - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая в обобщенном виде процедуру инициализации в каждом системном узле, согласно возможному варианту осуществления изобретения; фиг.5b - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу системного узла; фиг. 5с - упрощенная процедура, иллюстрирующая в обобщенном виде процедуру в средстве коммутации, когда пакет поступает в один из интерфейсов после инициализации; фиг. 5d - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая процедуру в контроллере коммутации (с которым может быть связано посредством линии связи, по меньшей мере, одно средство коммутации, например, с использованием коммутатора контроллера коммутации), когда пакет поступает от средства коммутации на один из его интерфейсов по каналу, установленному по умолчанию, после инициализации; фиг. 6а - диаграмма, иллюстрирующая в общем виде этапы, используемые для маркировки потока в системном узле; фиг. 6b - диаграмма, иллюстрирующая в общем виде этапы, используемые для коммутации потока в базовом коммутационном узле; фиг. 6с - диаграмма, иллюстрирующая в общем виде этапы, используемые для пересылки пакета в системном узле (или в узле коммутации); фиг. 6d - диаграмма, иллюстрирующая в общем виде этапы, выполняемые в контроллере коммутации, при маркировке потока для пакетов, принимаемых от средства коммутации источника, в трех ситуациях; фиг. 6е - диаграмма, иллюстрирующая в общем виде этапы, выполняемые в контроллере коммутации, при маркировке потока для пакетов, принимаемых от назначенного узла коммутации и предназначенных для интерфейса в назначенном средстве коммутации; фиг.7a-7b - форматы идентификаторов потоков для потока типа 1 и для потока типа 2; фиг. 8а - структура сообщения обобщенного протокола близости IFMP (протокол управления потоком Ipsilon), согласно одному из вариантов осуществления изобретения; фиг.8b - обобщенный пакет протокола IP (в его современной версии IPv4) с полем данных переменной длины, в который может быть инкапсулировано сообщение IFMP; фиг.8с - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу системного узла после приема пакета с входящим сообщением протокола близости IFMP; фиг.8d - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу передающего системного узла, если входящее сообщение протокола близости IFMP не является протоколом RSTACK; фиг. 9а - структура обобщенного сообщения протокола перенаправления IFMP в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения; фиг. 9b - обобщенная диаграмма, описывающая работу системного узла после приема сообщения протокола перенаправления IFMP; фиг. 9c-9g - структуры элемента сообщения REDIRECT (перенаправление) элемента сообщения RECLAIM (восстановление), элемента сообщения RECLAIM АСК (подтверждение восстановления), элемента сообщения LABEL RANGE (интервал метки), элемента сообщения ERROR (ошибка) в теле сообщения 394 соответствующих сообщений протокола перенаправления IFMP; фиг.10а - формат поля метки в линии передачи АТМ данных, согласно одному из вариантов осуществления изобретения; фиг.10b -10е - иллюстрации соответственно пакетов, инкапсулированных согласно протоколу IP, по умолчанию для потока типа 0, потока типа 1 и потока типа 2, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; фиг. 11а - формат инкапсулированного пакета протокола GSMP (обобщенный протокол управления коммутацией); фиг.11b - формат сообщения протокола близости GSMP; фиг. 11с- упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу передающего узла после приема пакета с входящим сообщением протокола близости GSMP; фиг. 11d - диаграмма состояний, иллюстрирующая работу передающего узла, если входящее сообщение протокола близости GSMP не является сообщением RSTACK; фиг. 12 - формат обобщенного сообщения управления соединением протокола GSMP; фиг.13а -13е - упрощенные диаграммы, иллюстрирующие работу приемного узла после приема сообщений "добавить переход", "исключить переход", "исключить дерево", "проверить дерево" и "удалить все" управления соединениями протокола GSMP соответственно; фиг. 13f - формат сообщения "переместить корень" управления соединениями протокола GSMP; фиг. 13g - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу передающего узла после приема пакета с входящим сообщением "переместить корень" управления соединениями протокола GSMP; фиг.13h - формат сообщения "переместить переход" управления соединениями протокола GSMP; фиг. 13i - упрощенная диаграмма, иллюстрирующая работу передающего узла после приема пакета с входящим сообщением "переместить переход" управления соединениями протокола GSMP; фиг.14-формат сообщения управления портом протокола GSMP; фиг.15а - иллюстрация инкапсулированного пакета 1000 протокола IFMP-C; фиг. 15b - общая структура типового сообщения IFMP-C 1002, которое может содержаться в поле 1006 сообщения IFMP-C инкапсулированного пакета 1000 протокола IFMP-C по фиг.15а; фиг.16а - общая структура сообщения 1040 протокола близости IFMP-C, которое может содержаться в поле 1006 сообщения IFMP-C инкапсулированного пакета 1000 протокола IFMP-C по фиг.15а; фиг. 16b - диаграмма состояний, иллюстрирующая работу передающего узла (контроллера IFMP-C или исполнительного устройства (посредника) IFMP в трех возможных состояниях протокола близости IFMP-C; фиг. 17а и 17b - структуры сообщений запроса и ответа перечня интерфейса IFMP-C соответственно; фиг. 7с и 17d - структуры сообщений запроса и ответа очереди интерфейса IFMP-C соответственно; фиг. 17е - структура сообщения 1170 запроса конфигурации интерфейса IFMP-C; фиг. 18а - формат 1200 сообщений запроса "добавить переход" протокола IFMP-C и сообщений запроса "удалить переход" IFMP-C; фиг. 18b - поле 1240 преобразования данных для типа преобразования "усечение пакета" в сообщении запроса "добавить переход" протокола IFMP-C и сообщении запроса "удалить переход" IFMP-C по фиг.18а; фиг. 18 с- формат 1250 сообщений ответа "добавить переход" протокола IFMP-C и сообщений ответа "удалить переход" IFMP-C; фиг. 18d - структура сообщения 1260 запроса "удалить дерево" протокола IFMP-C; фиг. 18е - структура сообщения 1300 запроса "переместить переход" протокола IFMP-C; фиг. 19а - структура сообщения 1400 запроса "получить статистику дерева" протокола IFMP-C; фиг. 19b - структура 1406 полей "данные дерева", иллюстрирующая используемые поля "данных дерева"; фиг. 20а и 20b - структура сообщения 1420 запроса "считать переход" протокола IFMP-C и сообщения 1430 ответа "считать переход" протокола IFMP-C соответственно; фиг. 21а - структура сообщения 1440 запроса "информация узла" протокола IFMP-C; фиг.21b и 21с - структура сообщения 1460 запроса "статистика интерфейса" протокола IFMP-C и сообщения 1470 ответа "статистика интерфейса" протокола IFMP-C соответственно; фиг. 21d - структура поля 1480 "статистика интерфейса" в сообщении 1470 ответа "статистика интерфейса" протокола IFMP-C по фиг.21с; фиг.21е - структура поля 1494 "общая статистика" в поле 1480 "статистика интерфейса" в сообщении 1470 ответа "статистика интерфейса" протокола IFMP-C по фиг.21с; фиг. 21f - структура поля 1530 "специальная статистика" (для АТМ интерфейса) в поле "статистика интерфейса" 1480 в сообщении 1470 ответа "статистика интерфейса" протокола IFMP-C по фиг.21с; фиг. 21g - структура поля 1540 "специальная статистика" (для интерфейса сети "Интернет") в поле "статистика интерфейса" 1480 в сообщении 1470 ответа "статистика интерфейса" протокола IFMP-C по фиг.21с.

Детальное описание конкретных вариантов осуществления Содержание 1. Общие сведения 2. Аппаратные средства системы А. Аппаратные средства контроллера В. Аппаратные средства коммутации С. Пример осуществления аппаратных средств 3. Функциональные возможности программного обеспечения системы А. Протокол IFMP и передача пакетов маркированного потока В. Протокол GSMP С. Протокол IFMP-C 4. Выводы 1. Общие сведения Ниже раскрыты способ и устройство для передачи пакетов в сети. Эти способ и устройство могут быть, в частности, использованы при передаче с высокой пропускной способностью пакетов протокола IP, которые обеспечивают передачу речевых сигналов, видеосигналов, сигналов данных в локальной сети (LAN), в сетях метрополий (MAN), в расширенных сетях (WAN), Интернет и т.п. Однако изобретение не ограничивается указанными типами сетей. Изобретение может использоваться в самых разнообразных системах, где требуется передача пакетов по сети.

Система, описываемая ниже, представляет собой систему динамической коммутации и маршрутизации. Эта система описывается в принципе как "система коммутации", однако следует иметь в виду, что данная система динамически обеспечивает как коммутацию на уровне 2 канала передачи данных, так и маршрутизацию и пересылку пакетов на сетевом уровне 3. Кроме того, "базовый коммутационный блок" системы также динамически обеспечивает как коммутацию на уровне 2, так и маршрутизацию и пересылку пакетов на уровне 3. "Межсетевой (шлюзовой) блок коммутации" системы служит в качестве устройства доступа, обеспечивая соединение существующей локальной сети и основной среды с сетью базовых коммутационных блоков. Аналогично шлюзовому блоку коммутации "исполнительное устройство (посредник) коммутации" также служит устройством доступа, предназначенным для обеспечения соединения существующей локальной сети и основной среды по меньшей мере с одним базовым коммутационным блоком. Как шлюзовой блок коммутации, так и базовый коммутационный блок имеют независимые средства управления перенаправлением потока, протоколами маршрутизации и принимают решения о маршрутизации независимо в отсутствие команд перенаправления потока, как описано ниже. Шлюзовой блок коммутации и базовый коммутационный блок являются поэтому равноправными. В противоположность этому исполнительное устройство коммутации, не имея независимых средств управления направлением потока, пересылает пакеты, основываясь на командах от базового коммутационного блока, действующего в качестве задающего блока по отношению к упомянутому посреднику. Работая в соответствии с командами от базового коммутационного блока, исполнительное устройство коммутации может пересылать пакеты, принятые от базового коммутационного блока, так что большая часть пакетов, направляемых базовым коммутационным блоком, может в данном случае направляться посредником в существующую локальную сеть или в основную операционную среду по интерфейсам посредника. Такие среды могут включать сети Ethernet, FastEthernet, FDDI (локальная сеть оптического стандарта), Gigabit Ethernet и другие типы локальных сетей. Поскольку такая пересылка пакетов выполняется посредником на базе команд пересылки пакетов, базовый коммутационный блок может иметь больше времени на выполнение других задач, связанных с выполнением протоколов маршрутизации, а также снизить время ожидания при пересылке пакетов. Выполнение задачи пересылки пакетов посредником сокращает нагрузку контроллера коммутации базового коммутационного блока. Соответственно в некоторых ситуациях, когда средства независимого управления направлением потоков не требуются в определенном узле или если функциональные возможности базового коммутационного блока могут быть использованы более эффективно, указанный посредник оказывается пригодным для использования. Такой посредник может также использоваться в качестве экономичной замены шлюзового блока коммутации. Система совместима с протоколом Интернет (IP) в его текущей версии (IPv4), а также с перспективными версиями (например, IPv6), Система обеспечивает динамическое смещение между коммутацией и маршрутизацией пакетов в сети для обеспечения оптимального высокоскоростного распределения пакетов, позволяя избежать при этом "узких мест".

Как показано на фиг.1а, базовый коммутационный блок 1 системы коммутации, согласно возможному варианту осуществления настоящего изобретения, содержит машину 3 коммутации, контроллер 5 коммутации, программное обеспечение 7 системы, установленное в контроллере 5 коммутации. В частности, машина 3 коммутации использует обычные аппаратные средства коммутации асинхронного режима передачи (АТМ). Разумеется, для реализации машины 3 коммутации в настоящем изобретении могут быть использованы и другие технологии, например быстродействующая пакетная коммутация, ретрансляция кадров, технология сети Gigabit Ethernet и другие, в зависимости от конкретного применения. В рассматриваемом варианте осуществления машина 3 коммутации представляет собой АТМ коммутатор. Любое программное обеспечение, обычно связанное с АТМ коммутатором, соответствующее уровню АТМ адаптации типа 5 (AAL-5), полностью исключено. Таким образом, сигнализация, любой известный протокол маршрутизации, любой сервер эмуляции локальной сети или серверы определения адресов и т.п. исключены. Контроллер 5 коммутации представляет собой компьютер, имеющий адаптер АТМ сети или плату сетевого интерфейса (NIC) 9, соединенные с машиной 3 коммутации посредством АТМ канала связи 11. Программное обеспечение 7 системы установлено в базовом коммутационном блоке 1, более конкретно в компьютере, служащем в качестве контроллера 5 коммутации.

Машина 3 коммутации базового коммутационного блока 1 имеет множество физических портов 13_i, обеспечивающих соединение с различными устройствами, включая аппаратуру терминала данных (DTE), аппаратуру передачи данных (DCE), серверы, коммутаторы, шлюзы и т.п. Каждый из физических портов 13_i может быть связан посредством АТМ канала с устройством, оснащенным АТМ адаптером или NIC, или с портом другого базового коммутационного блока, или с портом шлюзового блока коммутации, или с портом исполнительного механизма (посредника). Аппаратные средства АТМ коммутации, предусматривающие машину 3 коммутации базового коммутационного блока, действуют как уровень передачи данных (уровень 2 опорной модели OSI (протокол межсоединений открытых систем)).

Машина 3 коммутации служит для выполнения функции высокоскоростной коммутации, если это требуется базовым коммутационным блоком, как это определяется системным программным обеспечением 7. Функциональные возможности коммутации системы коммутации ограничены только аппаратными средствами, используемыми в составе машины 3 коммутации. Соответственно рассматриваемый вариант осуществления изобретения обеспечивает получение таких преимуществ АТМ технологии, как высокое быстродействие, высокая пропускная способность и широкая полоса. Разумеется, другие технологии коммутации, такие как быстродействующая пакетная коммутация, ретрансляция кадров, технология сети Gigabit Ethernet и другие, также могут быть использованы в зависимости от конкретного применения.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 5 коммутации представляет собой компьютер, соединенный с аппаратными средствами 3 АТМ коммутатора через канал АТМ, а программное обеспечение системы установлено в компьютере. Кроме выполнения стандартных функций маршрутизации согласно протоколу IP, не требуя соединений, контроллер 5 коммутации также принимает решения о классификации пакетов на локальной основе.

Как показано на фиг.1b, шлюзовой блок коммутации 21 системы коммутации, соответствующей другому варианту осуществления настоящего изобретения, содержит контроллер 23 коммутации шлюза, системное программное обеспечение 25, установленное в контроллере 23 коммутации шлюза. Контроллер 23 коммутации шлюза содержит множество сетевых адаптеров или плат NIC 27 и АТМ плату NIC 29. Аналогично контроллеру 5 коммутации базового коммутационного блока 1 контроллер 23 коммутации шлюза также представляет собой компьютер, оснащенный АТМ платой NIC 29, имеющий системное программное обеспечение 25, установленное в компьютере. Как описано выше, шлюзовой блок коммутации 21 служит в качестве устройства доступа для обеспечения соединения существующей локальной сети и основной среды с сетью базовых коммутационных блоков. Соответственно платы NIC 27 могут быть различных типов, например 10BaseT Ethernet NICs, 100 BaseT Ethernet NICs, FDDI NICs и другие, а также комбинации перечисленных плат. Разумеется, использование конкретных плат NICs 27 зависит от типов существующих локальных сетей и основной операционной среды, в которой обеспечивается доступ посредством шлюзового блока коммутации 21. Ясно, что множество локальных сетей могут быть соединены со шлюзовым блоком коммутации 21. АТМ плата NIC 29 позволяет шлюзовому блоку коммутации 21 соединяться через АТМ канал с базовым коммутационным блоком 1. Разумеется, плата NIC 27 может представлять собой АТМ плату NIC для обеспечения соединения между шлюзовым блоком коммутации 21 и другим шлюзовым блоком коммутации.

Помимо базовых коммутационных блоков и шлюзовых блоков коммутации система, соответствующая настоящему изобретению, может содержать высокоэффективные главные компьютеры ("хосты"), рабочие станции или серверы, которые оснащены соответствующим образом. В частности, подсистема программного обеспечения может быть установлена на главном компьютере, рабочей станции или сервере, оснащенном соответствующей АТМ платой NIC, чтобы обеспечить возможность такому главному компьютеру непосредственно соединяться с базовым коммутационным блоком.

Как показано на фиг.1с, исполнительное устройство (посредник) коммутации 901 в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения представляет собой компьютер, оснащенный множеством сетевых адаптеров или плат NICs 903 для соединения с существующими локальными сетями и основной операционной средой, АТМ платой NIC 905 для соединения с базовым коммутационным блоком 1 и соответствующим системным программным обеспечением 907, которое позволяет исполнительному устройству 901 коммутации пересылать пакеты по командам с базового коммутационного блока 1. Исполнительное устройство 901 служит в качестве устройства доступа для обеспечения соединения существующих локальных сетей и основной операционной среды, по меньшей мере, с одним базовым коммутационным блоком 1. Соответственно платы сетевых интерфейсов 903 могут быть одного и того же или различных типов, например платы 10BaseT Ethernet, 100 BaseT Ethernet, FDDI и другие, а также комбинации перечисленных плат. Разумеется, использование конкретных плат сетевых интерфейсов 903 зависит от типов существующих локальных сетей и основной операционной среды, в которой обеспечивается доступ посредством исполнительного устройства 901 коммутации. Ясно, что множество локальных сетей могут быть соединены с исполнительным устройством 901 коммутации. АТМ плата 905 позволяет исполнительному устройству 901 коммутации соединяться через АТМ канал с базовым коммутационным блоком 1. Разумеется, плата 905 выбирается надлежащим образом на базе конкретной технологии машины коммутации, в данном конкретном варианте - АТМ, используемой в базовом коммутационном блоке 1.

Базовые коммутационные блоки, шлюзовые блоки коммутации, исполнительные устройства коммутации и системное программное обеспечение позволяют пользователям создать гибкие топологии сетей протокола IP, предназначенные для рабочих групп, организаций, операционных сред типа сетей WAN для достижения высокоэффективных масштабируемых решений существующих проблем перегрузок основных операционных сред рабочих групп. С использованием настоящего изобретения могут быть созданы разнообразные сетевые конфигурации, отличающиеся широкой полосой, высокой пропускной способностью, возможностью взаимодействия компонентов систем. На фиг.2а-2с показаны конфигурации ряда сетей, которые могут быть реализованы в соответствии с настоящим изобретением. Разумеется фиг. 2а-2с иллюстрируют лишь приведенные для примера конфигурации, причем возможны многие другие примеры конфигураций.

На фиг.2а показана упрощенная диаграмма конфигурации локальной сети для рабочей (территориальной) группы, в которой базовый коммутационный блок 1 служит в качестве устройства централизованной пересылки пакетов по протоколу IP для всей локальной сети с несколькими шлюзовыми блоками 21 коммутации, обеспечивающими подключение к существующим локальным сетям. Базовый коммутационный блок 1 соединен с группой серверов, включающей три сервера 31_n (где n= 1...3). Каждый сервер 31_n оснащен комплектом системного программного обеспечения и АТМ платой NIC для обеспечения соединения с базовым коммутационным блоком 1 через соответствующие АТМ каналы 33_n (где n=1...3), представляющие собой каналы ОС-3 (155 Мб/с). С использованием серверов, непосредственно связанных с базовым коммутационным блоком 1 через высокоскоростные АТМ каналы, обеспечивается ускорение пропускания пакетов для серверов с наиболее частым доступом. Базовый коммутационный блок 1 также соединен с тремя шлюзовыми блоками 21 коммутации через соответствующие АТМ каналы 33_n (где n=4...6), также представляющие собой каналы ОС-3. Первый шлюзовой блок 21 коммутации, соединенный с базовым коммутационным блоком 1 через канал 33₄, также соединен с основной операционной средой 35₁ локальной сети, которая может представлять собой некоторый тип сети Ethernet или FDDI, через соответствующий канал 39₁. Основная операционная среда 35₁ локальной сети связана с персональными компьютерами, терминалами, рабочими станциями 41 через соответствующие платы NICs 43. Аналогичным образом второй и третий шлюзовые блоки коммутации 21, соединенные с базовым коммутационным блоком 1 через каналы 33₅, 33₆, также соединены с основными операционными средами 35₂, 35₃ локальных сетей через соответствующие каналы сети Ethernet или FDDI 39₂, 39₃. Конфигурация по фиг.2а таким образом позволяет пользователям непосредственно соединяться с различными локальными сетями для передачи без задержек потока трафика протокола IP, не создавая перегрузок, в соответствии с настоящим изобретением.

В качестве другого примера на фиг. 2b показана упрощенная диаграмма конфигурации рабочей группы. Фиг. 2b иллюстрирует высокоэффективную среду рабочей группы, в которой несколько главных компьютеров ("хостов") 45 соединены посредством АТМ каналов 33_m с множеством базовых коммутационных блоков 1, которые соединены со шлюзовым блоком 21 коммутации, соединенным с локальной сетью 35, в которую включены пользовательские устройства 41. В этой конфигурации первый базовый коммутационный блок 1 со