CN101485156A - 用于通过网络交换流量的***和方法 - Google Patents

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CN101485156A CNA2007800250931A CN200780025093A CN101485156A CN 101485156 A CN101485156 A CN 101485156A CN A2007800250931 A CNA2007800250931 A CN A2007800250931A CN 200780025093 A CN200780025093 A CN 200780025093A CN 101485156 A CN101485156 A CN 101485156A
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Abstract

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***和方法。交换***的一个实施例将外部网络可通信地耦合至广域网络。该***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。

Description

用于通过网络交换流量的***和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年10月31日提交的美国专利申请号为11/933,020，名为“System and Method for Switching Traffic Through aNetwork”，以及于2006年11月30日提交的美国专利申请号为11/565,563，名为“Systems and Methods for Network Routing in aMultiple Backbone Network Architecture”的优先权。该申请进一步要求于2007年3月11日提交的美国临时专利申请号为60/894,223，名为“Scalable Network Node Configurations”的优先权。所有上述专利申请均通过参考结合于此。
版权声明
在此所包括的是受版权保护的资料。如在专利局和商标局专利文件或记录中所显示的，版权拥有者不反对任何人对专利公开内容的拓制，但是保留对版权的所有权利。版权
Figure A200780025093D0006173955QIETU
2007等级3通信，LLC。
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数据的***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，从而使得在线使用需求增加。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，用户从不断增加的访问点访问更宽范围的互联网资源。
网络服务提供者(NSP)，诸如互联网服务提供者(ISP)、大批的NSP、以及主干网操作者，必须使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数据的***和方法。
交换***的实施例将外部网络可通信地耦合至广域网络。该***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。
在***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。交换机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协议、或非专有协议(nonproprietary protocol)中的一个或多个来转发通信流量。交换机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、或个域网之一。
在***的一个实施例中，边缘交换机和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。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转发表。交换机互连矩阵可以包括多级交换机。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，面对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，以及面对外部网络的端口中的每一个均连接至边缘交换机上的端口。
在***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。边缘交换机可以形成边缘交换级，交换机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括：广域网络；多个局部网络(localnetwork，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机互连矩阵。在一些实施例中，至少一个交换机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)拓扑或梯形拓扑中的一个或多个。每个交换机均可以被配置为建立其自己的转发表。每个交换机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扑。在一些实施例中，交换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，并且面对广域网络的每个端口均可以连接至核心级中的交换机上的端口，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机上的端口。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机。
附图说明
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***。
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***。
图5A至图5B示出了典型局部互连矩阵(LIM)交换机拓扑。
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、多框架交换***。
图7是示出经由包括LIM的多级交换***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，本发明可以做出多种修改和替换形式，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***来转发流量的***和方法。在多种实施例中，多级交换***可以包括一个或多个内部级。内部级可以包括一簇(cluster)并联交换机。该簇并联交换机可以包括形成一个或多个拓扑的交换机互连矩阵。交换机级中的一个或多个可以被设在其自己的框架中。这样的***被称为多框架交换机***。每个交换机级均可以松散地耦合至其他级并且可以使用非专有协议。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，每一级均可以包括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扑(诸如但不限于环面形网状、环形、星形、N级Clos矩阵、或等路径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个交换机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，可以使用民用交换机。这样的实施例可以减少成本，同时允许响应于流量增长按比例增加并且实现在大城域之间转发流量的效率。例如，典型地，以太网交换机比大多数商用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，并联簇的配置允许进行边缘交换机的N:1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，介绍描述中所使用的一些术语的定义。
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。
按照逻辑意义而不是物理意义来使用术语“面对”来描述端口的通信方向。
“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，这样的短语不一定指同一实施例。
如果说明书陈述了部件或特征“可以(may)”、“能够(can)”、“可能(could)”、“可以(might)”被包括或具有一特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。
术语“响应的”和“响应于”包括完全或部分响应。
术语“计算机可读介质”是由计算机可以访问的介质，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***
图1示出典型操作环境100，在该操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。实施例可以被用于多种其他环境，诸如但不限于数据中心、公司网、以及交叉点(interexchange points)。
所示的操作环境100包括由广域网络(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WAN 102之间，因而，传播到WAN 102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WAN102和边缘网络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)。在其他实施例中，外部网络106中的一个或多个以举例的方式包括但不限于城域网(MAN)、校园网(CAN)、个域网(PAN)、企业网、家庭或办公网络中的一个或多个。
根据多种实施例，WAN 102可以跨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。边缘网络104在地理区域中的WAN 102和外部网络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、交换机或其他网络装置。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可通信地耦合至WAN 102的内部节点114。如以下进一步描述的，根据多级交换实施例，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))直接连接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、核心节点112、边缘节点108、以及外部节点110，但是在实际操作中，将有大量的这些类型的节点。
根据一些实施例，边缘节点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)的一些其他缓存转发协议、或这些协议的某种组合。
在多种实施例中，边缘网络104的边缘节点108和核心节点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现。
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机网状的一部分。
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的广域网络202。一组交换机级将网络站点可通信地耦合至WAN 202。例如，级1A 208、级1B 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2A 214、级2B 216、以及级2C 218促进了WAN 202和第二网络站点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。可以增加或移除交换机级。网络站点可以是不同的企业站点、城域网络、校园网或其他。可以在每级中以及网络站点之间实现多种不同的网络拓扑。以下将描述典型实施例。
图3示出根据图2的实施例的典型交换***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***300通常位于WDC网络302和WAN 308之间。
交换***300具有提供者边缘交换机310(例如，边缘路由器)的第一级、包括局部互连矩阵(LIM)312的中间级、以及提供者核心交换机314(例如，核心路由器)的第三级。LIM 312包括一簇LIM交换机(LS)316。在典型实施例中，交换***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DC城域网302、纽约城域网304和亚特兰大城域网306。LIM交换机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10千兆位-E(Gig-E)链路。
核心交换机314形成核心级交换机并且以及边缘交换机310形成边缘级交换机。在一些实施例中，LIM交换机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，边缘交换机310按照类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可以包括任何拓扑形式的多个交换机级。一级或多级LIM
312可以包括提供智能数据包缓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还可以执行等成本多路径(ECMP)路由以平衡跨越边缘交换机310和核心交换机314的流量负载。
LIM 312的交换机316可以形成一个或多个网状，其可以是一个或多个不同拓扑形式的。这样的可选网状拓扑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N×M Clos矩阵。例如，Clos矩阵可以由多个交换机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的交换机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、或混合拓扑。
在一个实施例中，LIM 312是类似Clos的，根据边缘交换机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可以模块化(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缘交换机310的广播LAN。边缘交换机310可以设置不一定由交换机316承载的协议的相邻性(adjacency)，诸如MPLS。
在交换***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换机314的输入端口，反之亦然。类似地，每个边缘交换机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机316具有逻辑上面对WAN的多个端口，每个端口均连接至核心交换机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***300的数据(例如，数据包)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和核心交换机314可以通过LIM 312执行简单的下一跳转发。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可以使用第2层(例如，以太网)或第21/2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交换机316是相对简单的民用交换机。开放协议(open protocol)和核心交换机314与边缘交换机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被选择性地相互交换。另外，部件可以来自不同供应商或不同代，处于***300的不同级中。例如，边缘交换机310可以是简单的民用交换机，或者边缘交换机310可以是更复杂的路由器，诸如JuniperTM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CiscoTM路由器。
图3中所示的配置还允许以实质上相同的吞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-1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***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操作。与利用双核心路由器的传统节点设计的上行链路的较差效率的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1:1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个上行链路。该上行链路的效率减少了ES上的成本，以及增加了整个***的容量。
图4示出根据多种实施例的另一个典型多级交换***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示出了这样的改变。
图4再次示出了在经由WAN 408可通信地耦合的华盛顿DC402、纽约城404和亚特兰大406中的城域网。在每一城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。每一城域均还具有核心交换机。
LIM交换机可以被设置成多个拓扑中的任意一种。例如，在所示的实施例中，WDC LIM交换机416被设置为两个n-立方形配置418。应该明白，在LIM中可以使用任何类型的配置，包括但不限于全网状、部分连接的网状、星形、环形、环面形、任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扑。
参考图5，仅示出了LIM的几个可能拓扑。图5A示出了交换机的部分连接网状。图5B示出了环面形拓扑。图5C示出了星形环形拓扑。图5D示出了任意网状拓扑。当然，本发明不限于这些拓扑中的任一种，而是可以实现混合拓扑。LIM交换机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被耦合至纽约城城域网404中的交换机422以及亚特兰大城域网406中的交换机424。该链路配置(其中，LIM网被延伸出去跨越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中被局部交换。这减少了到LIM 410的CS 420上行链路容量需求，并且还允许响应于任一城域市场中流量的增加而增加核心交换机420的数量(例如，按比例增加)。编织思想可以延伸跨越多个WAN跳并且遍及整个网络。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，以及并联编织继续跨越遍及网络的多跳。在该实施例中，CS 420交换机可以位于城域中的不同位置，以及并联链路可以基于不同的光纤路径被路由，以在WAN中进行有效的保护。
在可选实施例中，核心交换机可以被直接链接至中心级；例如，其他城域网的LIM级。例如，核心交换机420可以直接连接至NYCLIM 412中的交换机。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交换机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***600。多框架交换***600包括第一转发卡框架602、交换机构造(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。IFE608和IFE 610独立于其他IFE。每个IFE均具有其自己的转发表，可以使用链路广告协议(link advertising protocol)建立转发表。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(或数据报或帧)执行并行交换。在一个实施例中，交换构造612包括以此方式连接的指定数量(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***可以是模块化的或非模块化的。***600的部件(例如，转发卡框架602、交换机框架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。另外，可以使用IP协议或另一种非专用协议通过交换***600来转发数据包。这样，图6中所示的实施例允许容易升级以及对***600的可扩展性。
另外，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可以执行缓冲。作为另一个实例，交换机装置612可以基于需求和容量做出交换决定。即，交换机装置612可以确定位于***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规划通道(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4×4并联的一簇以太网交换机，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，IFE608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衡策略来执行跨越交换机装置612的负载平衡。
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***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机可通信地耦合于交换***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机拓扑。
最初，在接收操作702中，在交换***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。确定操作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机簇来交换数据包。该交换可以涉及MPLS协议或其他缓冲协议。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被转发到的下一个端口。在另一个转发操作710中，数据包被转发至网络中的核心级。通过主干网或其他广域网络从核心级可以将数据包转发至其目的地。
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簇(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路由器或交换机。
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行本发明的实施例。例如，计算装置800可以位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行操作。可选地，可以通过硬件、软件、和/或固件的组合来执行步骤。
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可以是任何已知的处理器，诸如但不限于
Figure A200780025093D00211
处理器、
Figure A200780025093D00221
或Athlon 
Figure A200780025093D00222
处理器、或处理器的线。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***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。
主存储器804可以是随机访问存储器(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
Figure A200780025093D00224
系列的SCSI驱动器的硬盘、光盘、诸如RAID的一系列磁盘、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***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、驱动器、光盘-只读存储器(CD-ROM)、可重复擦写光盘(CD-RW)、数字视频盘-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，可以通过硬件、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，该指令可以被用于对计算机(或其他电子装置)编程以执行处理。机器可读介质可以包括但不限于软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、以及磁光盘、ROM、随机访问存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁或光卡、闪存、或其他类型的适于存储电子指令的媒体/机器可读介质。而且，本发明的实施例还可以被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路(例如，调制解调器或网络连接)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修改和增加。例如，当以上描述的实施例涉及特定特征时，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。

Claims (24)

1.一种将外部网络耦合至广域网络的交换***，所述***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.根据权利要求1所述的***，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是独立的交换元件。
3.根据权利要求2所述的***，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***，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矩阵、或任意网状配置中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的***，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***，其中，所述交换机互连矩阵包括局域网(LAN)。
7.根据权利要求1所述的***，其中，所述外部网络包括城域网、校园网、企业网、或个域网之一。
8.根据权利要求1所述的***，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***，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***，其中，所述交换机互连矩阵包括多个级的交换机。
11.根据权利要求1所述的***，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络的端口，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接至边缘交换机上的端口。
12.根据权利要求1所述的***，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***，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机包括一个核心交换级。
14.根据权利要求13所述的***，其中，根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。
15.一种网络架构，包括：
广域网络；
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城域中。
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机互连矩阵。
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接包括编织拓扑或梯形拓扑中的一个或多个。
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括以下多种中的一种或多种的拓扑：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括边缘级、中间级、及核心级。
22.根据权利要求21所述的网络架构，其中，所述中间级的交换机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机上的端口，而面对所述相关联的局部网络的每个端口均连接至所述边缘级中的交换机上的端口。
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机。
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。
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