CN100385876C - 在通信节点提供atm和ip服务质量特性的设施和方法 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，本发明针对着在数字通信节点提供异步转移模式(ATM)和互联网协议(IP)服务质量(QoS)特性的设施。该设施包括多个逻辑输入端口、多个逻辑输出端口、ATM交换单元、IP路由选择单元以及QoS单元。交换及转发单元从逻辑输入端口向逻辑输出端口传递ATM数据信元和IP数据包。QoS单元至少部分地基于与ATM数据信元关联的ATM QoS特性以及与IP数据包关联的IP QoS特性，对数据的传输实行优先级区分、规划以及流量控制。

Description

在通信节点提供ATM和IP服务质量特性的设施和方法
技术领域
本发明一般涉及通信节点，更具体地涉及执行IP转发和ATM交换的单个通信节点中的服务质量(QoS)特性。
背景技术
QoS包括了计算机网络中的广泛问题。QoS特性可以采取特定数据流的优选服务形式。QoS特性也可以包括拥塞控制。正如这里所使用的，术语“QoS特性”指的是在数字通信网中提供区分数据流能力的那些特性，使得网络服务提供者能够将一些业务流有别于其它业务流。QoS特性的需求来源于具有不同传输要求的不同类型的网络业务流。例如，为了避免回声，话音业务流一般要求64kbps的带宽以及小于100ms的延迟。另外，非交互广播视频一般要求271Mbps的带宽，但是对延迟没有严格要求。为了具有竞争力，网络服务提供者需要提供不同等级的服务。
在常规系统中，ATM网络已经被视为与IP网独立的领域。ATM网适于一个服务子集，IP网适于不同的服务子集。通常，ATM网已经被视为要求更复杂QoS特性的应用所优选。例如，ATM论坛已经为ATM定义了五类业务；Constant Bit Rate(CBR恒定比特率)、real-timeVariable Bit Rate(rtVBR实时变比特率)、non-real-time Variable BitRate(nrtVBR非实时变比特率)、Unspecified Bit Rate(UBR未指明比特率)以及Available Bit Rate(ABR可用比特率)。当服务提供者建立ATM虚电路(VC)时，服务提供者和用户签订一个服务等级。对于每个服务等级，都有该等级特定的一组传输优先级参数。
但是，随着多媒体应用渗透到计算机联网中，IP QoS特性被改进了。目前，IP QoS特性包括ReSerVation Protocol(RSVP预约协议)；Integrated Service models(IntServ综合业务模型)；以及IntegratedServices over Specific Link Layers(ISSLL特殊链路层上的综合业务)。这些组成部分一起为端到端的流提供了复杂的QoS特性，但是尚未提供ATM所提供的所有QoS特性。此外，这种端到端流的规范缺乏适应新兴技术所需的灵活性。
由于IP或ATM都不提供完整的多业务解决方案，很多服务提供者选择运行双网络。IP网络支持诸如互联网接入以及虚拟专用网络(VPN)这样的应用，而ATM网络支持帧中继(FR)、VPN、电路仿真、专用小交换机(PBX)以及其它可靠性和更严格的QoS优先的应用。这些双网络可能是将更小的访问提供点(PoP)连接到核心传输容量的核心路由器的复杂而昂贵的堆积。这些结构是脆弱的，由于性能限制以及设备故障会有经常的服务中断。企业不能承受由于常规技术带来的故障或更新而造成的明显停机时间的影响。
因此，发明的一个目的是在执行IP转发和ATM交换的单个通信节点中提供改进的QoS特性。
发明的另一个目的是在单个通信节点中提供能够容纳新兴技术的QoS特性。
发明的另一个目的是提供能够容纳各种通信协议的QoS特性，而不需要维持昂贵的并行网络。
发明的这些以及其它目的将随着以下发明描述而明晰。
发明内容
本发明是关于在数字通信节点提供异步转移模式(ATM)和互联网协议(IP)服务质量(QoS)特性的设施以及有关方法。本发明的QoS设施也可以选择性地提供帧中继(FR)QoS特性。根据发明的一个实施例，该设施提供多个逻辑输入端口、多个逻辑输出端口、交换单元、路由选择单元以及QoS单元。
逻辑输入端口适于从外部数据源接收输入数据流。类似地，逻辑输出端口适于向多个外部数据目标发送输出数据流。根据发明，输入和输出数据流可以是基于ATM的数据流或基于IP的数据流。输入和输出数据流也可以是在ATM之上的IP。即，IP包可以在ATM信元中传输。在发明的另一个实施例中，逻辑输入端口被包括在公共物理接口中。根据另一个方面，通过公共物理接口的输入数据流包括同步光网络(SONET)帧。
交换单元适于沿着所选的转发路径，将ATM数据信元从一个逻辑输入端口交换到至少一个逻辑输出端口。根据发明的另一个特性，交换单元包括ATM查找表单元，用于标识应该向哪个逻辑输出端口交换特定的ATM数据信元。
路由选择单元适于沿着所选的转发路径，将IP数据包从一个逻辑输入端口路由选择到至少一个逻辑输出端口。根据发明的另一个实施例，路由选择单元包括IP查找表单元，用于标识应该根据特定IP数据包中所含的信息向哪个逻辑输出端口进行特定IP数据包的路由选择。
QoS单元是交换单元和路由选择单元所公共的，并且对ATM数据信元提供ATM QoS特性和向IP数据包提供IP QoS特性。ATM查找表单元可选地适配于确定应该向特定ATM数据信元提供哪个ATM QoS特性。根据节约时间特性，查找表单元识别转发路径并在单个查找操作中确定可用的ATM QoS特性。
ATM QoS特性包括Constant Bit Rate(CBR，恒定比特率)、Unspecified Bit Rate(UBR，未指明比特率)、non-real-time VariableBit Rate(nrtVBR，非实时变比特率)、real-time Variable BitRate(rtVBR，实时变比特率)以及Available Bit Rate(ABR，可用比特率)中的一个或多个，而IP QoS特性包括Provisional QoS(临时QoS)、Differentiated Service(有区别业务)以及Integrated Service(综合业务)中的一个或多个。
在发明的另一个实施例中，提供ATM和IP QoS特性的设施包括一个内含交换、路由选择以及QoS单元的机械外壳。这样，根据发明一个实施例的设施提供了用于交换ATM数据信元、对IP数据包进行路由选择以及提供ATM和IP QoS特性的集成系统。因此，根据发明这个实施例的设施使服务提供者能够免于维护昂贵的并行网络：一个用于交换ATM数据信元，一个用于对IP数据包路由选择。本发明的设施也使服务提供者能够对基于ATM和基于IP的数据流提供不同等级的服务(例如，长途(coach)、商业以及第一级别)；因此，从愿意为增加带宽保证而付费的顾客那里得到了额外的收入来源。
在另一个实施例中，QoS设施提供了呼叫控制单元。呼叫控制单元使该设施能够与客户网络达成服务合约。服务合约通常规定QoS特性，例如通信节点同意向收自或发至客户网络的数据流提供的带宽保证。呼叫控制单元可选地确定通信节点的可用带宽，并根据可用带宽接受或拒绝所请求的服务合约。
发明的另一个实施例提供了业务流量控制单元。业务流量控制单元解释与服务合约关联的带宽要求，并将控制信息通知给合约数据流转发路径上的设备，以便保留足够带宽为数据流提供所签订的QoS特性。
发明的另一个特性是QoS单元适合于翻译工业标准的RSVP协议。RSVP协议是外部数据目标向通信节点请求服务合约的信令协议。通常，服务合约应用于外部数据目标希望从外部数据源接收的数据流。
根据发明一个实施例的设施可以看作是沿着数据转发路径提供多个逻辑功能。分类、规划以及控制是这些逻辑功能的例子。发明的分类单元基于提供给接收信元及包的QoS特性(如果有的话)，对接收的ATM数据信元以及IP数据包归类。规划单元根据分类单元的归类来规划IP数据包的路由选择以及进行ATM数据信元的交换。监控单元监视数据流，以确保从外部源接收的数据流不超过认可的服务合约。根据发明的一个实施例，监控单元丢弃不能遵守认可的服务合约的数据。根据另一个实施例，监控单元标志不遵守规定的数据。这样标志的数据很可能被丢弃，以免通信节点被阻塞。
根据发明的另一个实施例，QoS设施使用另一种方法识别不遵守规定的数据并确定如果通信节点可能会阻塞时丢弃哪些数据。例如，根据一个性质，ATM数据信元组成ATM帧，监控单元包括Patial PacketDiscard(PPD，部分包丢弃)单元，它根据必须丢弃ATM帧中包括的一个或多个不遵守规定的ATM数据信元，丢弃ATM帧中包括的所选的附加ATM数据信元。通常，PPD单元丢弃在不遵守规定的ATM数据信元之后接收的ATM帧中的ATM数据信元，除了帧中的最后一个信元以外。PPD单元不丢弃ATM帧的最后信元，因为那个信元包括信元结尾指示。
PPD的另一种途径是Early Packet Discard(EPD，提前包丢弃)。根据发明的另一个方面，监控单元包括EPD单元。根据EPD协议，监控单元也包括排队单元，用于缓存ATM数据信元的转发，并且EPD单元根据排队单元到达所选的充满水平而丢弃整个ATM帧。通过丢弃整个帧，QoS设施免于传递无用的部分ATM帧所带来的开销。应该注意的是PPD和EPD可以同时被监控单元使用，而且它们也可以用在输出端口作为拥塞控制。
根据发明的另一个实施例，QoS设施包括多个逻辑输入端口、多个逻辑输出端口、多个通信模块以及QoS单元。逻辑输入端口适合于从外部数据源接收输入数据流。逻辑输出端口适合于向多个外部数据目标发送输出数据流。数据流可以是基于ATM的数据流或基于IP的数据流。
在另一个方面，输出端口包括Random Early Detect(RED，随机提前检测)单元。RED单元监视缓存IP数据包和ATM数据信元的排队单元。根据队列到达所选的平均充满水平，RED单元基本上随机丢弃IP数据包和ATM数据信元。这样，发明的QoS设施避免了用尽通信节点中过多带宽的数据流出现的可能性。
通信模块包括IP包路由选择单元，用于将IP数据包从一个逻辑输入端口路由选择到一个或多个逻辑输出端口。通信模块也包括ATM信元交换单元，用于将ATM数据信元从一个逻辑输入端口交换到一个或多个逻辑输出端口。
QoS单元对ATM数据信元提供ATM QoS特性，并对IP数据包提供IP QoS特性。ATM QoS特性包括Constant Bit Rate(CBR，恒定比特率)、Unspecified Bit Rate(UBR，未指明比特率)、non-real-time VariableBit Rate(nrtVBR，非实时变比特率)、real-time Variable BitRate(rtVBR，实时变比特率)以及Available Bit Rate(ABR，可用比特率)中的一个或多个，而IP QoS特性包括Provisional QoS(临时QoS)、Differentiated Service(有区别业务)以及Integrated Service(综合业务)中的一个或多个。在另一个实施例中，至少一些QoS单元分布在通信模块中。
根据另一个特性，QoS设施包括互连。互连是与通信模块的数字通信，并适于在通信模块之间转发ATM数据信元和IP数据包。在一个优选实施例中，互连是与通信模块的电通信，而在其它实施例中，互连通过光纤连接耦合到通信模块。至少一些QoS单元可选地包括在互连中。
QoS单元也可以包括控制处理器，用于控制QoS单元的操作。在另一个方面，控制处理器填充至少部分上代表了提供给接收ATM数据信元及接收IP数据包的QoS特性的表。QoS单元可选地包括访问表的查找单元，并至少部分地基于所填充的表规划通过通信节点的IP数据包的路由选择以及ATM数据信元的交换。在另一个实施例中，每个通信模块包括通信模块处理器。通信模块处理器与控制处理器通信并协助控制处理器控制QoS单元。
根据发明的另一个实施例，通信模块包括队列结构，用于对从通信模块的互连传递来的、通过一个或多个逻辑输出端口输出的ATM数据信元及IP数据包进行中间存储。根据另一个方面，通信模块包括与每个物理输出端口关联的一个或多个逻辑输出端口。此外，队列结构还包括与每个物理输出端口关联的多个输出队列，多个输出队列的每一个适于对其目标是通过有关物理输出端口进行输出的IP数据包和ATM数据信元进行中间存储。根据另一个特性，包括在特定的多个队列中的每个队列相对包括在多个队列中的其它队列有一个指定的优先级。存储在具有较高优先级队列中的数据被规划为优选于存储在较低优先级队列中的数据而输出。数据关联了哪些ATM及IP QoS特性(如果有的话)决定了该数据将被存储在哪个队列中。它也决定了存储在该队列中的数据的输出时间安排。根据另一个性质，拥塞控制单元被用于监视队列中的数据量，并当队列占用达到所选门限时，选择性地去掉或标志IP包及ATM信元。
在发明的另一个特性中，队列结构包括由索引队列(calendarqueue)组成的业务流定制(shapping)单元。索引队列对其目标为输出队列的、至少是所选ATM数据信元及IP数据包进行中间存储。业务流定制单元至少部分地基于对存储在索引队列中的ATM数据信元及IP数据包提供的ATM和IP QoS特性，规划ATM数据信元和IP数据包从索引队列到输出队列的传递。
根据发明的另一种实现，队列结构也包括输出栈。输出栈适合于对其目标是从一个输出队列进行传递的ATM数据信元和IP数据包进行中间存储。
在另一个实施例中，发明包括在数字通信节点提供ATM和IP QoS特性的方法。该方法包括如下步骤：将ATM数据信元和IP数据包接收到数字通信节点之中；确定是否有ATM QoS特性与接收的ATM信元相关联，而且如果有的话，对通过数字通信节点来转发所接收的ATM数据信元指定一个优先级，其中优先级代表与该信元关联的ATM QoS特性；确定是否有IP QoS特性与接收的IP数据包相关联，而且如果有的话，对通过数字通信节点来转发所接收的IP包指定一个优先级，其中优先级代表与该包关联的IP QoS特性；至少部分地基于指定的优先级来规划通过通信节点转发接收的ATM信元和接收的IP包；向外部目标转发接收的ATM信元和IP包。
在另一个实施例中，发明包括在数字通信节点中提供ATM和IP QoS特性的附加单元和方法。
附图说明
有关本发明的实质内容在本申请的权利要求书中具体地指出并明确地要求获得保护。但是，对于实现本发明的结构和方法以及其更多的目的和优点，可以通过参考如下结合附图所做的说明性描述更好地理解，其中类似的号码指类似的单元，而且
图1描述了包括根据发明说明性实施例的QoS特性的模块通信节点；
图2描述了在图1说明性实施例中使用的交换机架；
图3描述了在说明性实施例中使用的信道化SONET方案；
图4是图2交换机架一部分的逻辑框图；
图5是图2和4的交换机架中所描述类型的线路卡的逻辑框图；
图6是说明图1中模块通信节点操作的简化框图；
图7是说明图1的模块通信节点在通信业务流上执行的步骤的逻辑流程图；
图8是描述根据发明说明性实施例的QoS设施逻辑组成的框图；
图9是图2中交换机架一部分的功能框图，并说明了根据发明一个实施例的QoS设施中的单元；
图10是说明在输入处理过程中图1的通信节点执行步骤的流图；
图11是说明在输入处理过程中图1的通信节点执行步骤的功能流程图；
图12说明SONET帧的逻辑格式；
图13是图6中说明的线路卡中包括的接收ASIC的更详细逻辑框图；
图14说明DS-3 PLCP帧的逻辑格式；
图15说明PPP帧的逻辑格式；
图16说明帧中继帧的逻辑格式；
图17说明AAL5 IDU的逻辑格式；
图18说明ATM信元的逻辑格式；
图19是说明在ATM信元输入处理过程中图1的通信节点执行的步骤的流图；
图20说明图1的通信节点内部使用的通信信元的逻辑格式；
图21是说明图13的接收ASIC执行的ATM查找的逻辑图；
图22是说明IP输入处理过程中图13的接收ASIC执行的步骤的流图；
图23说明IP字头数据的逻辑格式；
图24说明IP查找过程中使用的数据结构和表；
图25说明DANET结构的逻辑格式；
图26是说明IP查找过程中图13的接收ASIC执行的步骤的流图；
图27是说明IP查找过程中查找阵列索引的图；
图28是说明IP查找过程中查找阵列与DANET结构之间关系的例子；
图29是说明在交换阶段图1的模块通信节点所执行的步骤的流图；
图30是在图4的线路卡之间传递信息所用类型的互连卡的逻辑框图；
图31A和31B描述了互连优先级队列；
图32是说明在输出处理过程中的其它输出操作中，图5的发送ASIC所执行的QoS操作的功能图；
图33是图5中说明的线路卡中所包括的发送ASIC的更详细图；
图34是根据发明的说明性实施例提供QoS特性的图33的发送ASCI上使用的发送和索引队列的逻辑框图；以及
图35说明图34的发送队列与输出FIFO存储单元之间的关系。
具体实施方式
本发明的说明性实施例提供了在说明性的数字通信节点中提供异步转移模式(ATM)和互联网协议(IP)服务质量(QoS)特性的设施。与维持独立并行网络以进行IP转发和ATM交换的现有数字通信节点相比，说明性的数字通信节点是一个可进行IP转发和ATM交换的综合设备。由于根据发明的QoS设施优选地集成到这样一个新颖的数字通信节点中，以下对发明说明性实施例的描述也提供了对通信节点的说明性实施例的描述。
正如上面所提到的，集成了根据本发明的QoS设施的数字通信节点优选地包括IP数据包路由选择设施和ATM数据信元交换设施。在这个背景下，“转发”意味着将数据在通信节点(例如交换机、路由器或交换机/路由器)的一个源端口和一个或多个目标端口之间传递。“路由选择”意味着积累拓扑信息以便由用于将输入数据引向目标的通信节点对转发表或类似结构提供信息。“交换”意味着在面向连接的环境中引导ATM信元或其它模块化信息通过中间交换节点，以便连接发送者和接收者。
说明性的实施例不需要具备单独的交换和路由选择网。使用根据发明的QoS设施的数字通信节点可以处理ATM数据信元和IP数据包。该通信节点可以在IP网络(例如互联网、企业内部网或外部网)或者更多的传统交换环境(例如虚拟专用网络(VPN)、专用数据网和SNA(系统网络结构)网)中使用。说明性的通信节点支持IP包在SONET(同步光网)上的路由选择、IP包在ATM和纯ATM交换上的路由选择。更一般地，说明性实施例消除了开放系统互连(OSI)层2设备和层3设备的分离，使得层2数据单元和层3数据单元可以由单个通信节点通过公共QoS设施而被引向它们的目标。
说明性的数字通信节点包括从外部源接收输入数据业务流的输入端口以及将输入数据业务流引向外部目标的输出端口。每个输入端口也被连接到一条通信线路，例如光纤线路。类似地，每个输出端口类似地连接到一条通信线路(例如光纤线路)。通信节点为每个输入端口提供ATM信元转发设施和IP包转发设施。ATM信元转发设施为输入端口接收的每个ATM信元确定使用哪个输出端口输出ATM信元。IP包转发设施为输入端口接收的每个IP包确定使用哪个输出端口输出IP包。因此，每个输入端口可以接收ATM信元和IP包，而且通信节点会正确地引导ATM信元和IP包。
说明性的QoS设施与控制处理器一起集成到ATM信元和IP包转发设施中，控制处理器规划ATM信元和IP包的转发。QoS设施提供ATM QoS特性，例如Constant Bit Rate(CBR，恒定比特率)、Unspecified BitRate(UBR，未指明比特率)、non-real-time Variable Bit Rate(nrtVBR，非实时变比特率)、real-time Variable Bit Rate(rtVBR，实时变比特率)以及Available Bit Rate(ABR，可用比特率)。QoS设施也提供IP QoS特性，例如Provisional QoS(临时QoS)、Differentiated Service(有区别业务)以及Integrated Service(综合业务)
下面的讨论概述了根据发明的QoS设施的结构和操作。正如所描述的，它集成在说明性地进行ATM交换和IP转发的数字通信节点中。
图1描述了说明性的数字通信节点10，它提供ATM转发和IP路由选择，并结合了根据本发明的QoS设施。说明性的通信节点10包括八个交换机架12、八个接入机架14、两个控制机架16以及扩展机架18。交换机架12为节点10提供核心交换功能。如所示，节点10可选地包括多个交换机架12以便增加节点10的带宽。这种交换功能的模块化使网络服务提供者能够选择适于他们需要的交换带宽。每个接入机架14包括一对线性终端复用器，它们产生结构化的OC-48数据流或单个的OC-12/STM4、OC-3/STM1、DS-3及/或E3支路。通信节点10说明性地使用八个接入机架14，因此为每个相应的交换机架12提供了一个接入机架14。每个控制机架16包括一对冗余的控制处理器，其中之一监视通信节点10的操作。另一个是备用处理器。正如下面更详细讨论的，控制机架16的控制处理器可选地包括发明的QoS设施的一部分。扩展机架18是160 Gbps的交换机，可互连多达八个交换机架12。扩展机架18实现交换机架12之间的数据传递。例如，扩展机架18使输入数据流能在一个交换机架12的输入端口上被接收，并传递到一个或多个其它交换机架12的一个或多个输出端口并从那里输出。
图2描述了图1的通信节点10中所示类型的交换机架12。交换机架12包括外壳20，容纳交换机架的部件，其中包括八个线路卡22。八个线路卡22是包含接收和发送数据电路的印刷电路板。每个线路卡22被设计为接收一个OC-48输入数据流，对应于每秒2.488千兆比特(Gbps)。SONET是定义光纤传输速率族的标准，促进了多个厂商传输产品的互连。光传输速率被称为光承载(OC)速率。SONET OC速率在下表1中定义：
表1
OC级别    线路速率    容量
 OC-1  51.84 Mbps  28 DS1s或1 DS3
 OC-3  155.52 Mbps  84 DS1s或3 DS3s
 OC-9  466.56 Mbps  252 DS1s或9 DS3s
 OC-12  622.08 Mbps  336 DS1s或12 DS3s
 OC-18  933.12 Mbps  504 DS1s或18 DS3s
 OC-24  1.244 Gbps  672 DS1s或24 DS3s
 OC-36  1.866 Gbps  1008 DS1s或36 DS3s
 OC-48  2.488 Gbps  1344 DS1s或48 DS3s
 OC-96  4.976 Gbps  2688 DS1s或96 DS3s
 OC-192  9.953 Gbps  5376 DS1s或192 DS3s
正如所看到的，OC-48是规定的线路速率中的一个。在表1的容量栏中，参照的是DS-1和DS-3速率。它们是用于对线路或干线容量归类的数字信号速率的DS等级中的各个线路速率。DS等级中的基本速率级别是DS-0，它对应于每秒64千比特。DS-1对应于每秒1.54兆比特，DS-3对应于44.736mbps。
交换机架12也包含互连模块卡24，它占据3个槽。互连模块卡24是提供有利于线路卡之间通信的交换及路由选择功能的印刷电路板。互连模块卡24构成“互连”的核心，下面会更详细描述。交换处理器模块26占据交换机架10其余的两个槽。这些处理器模块26管理交换机架12的板级状态信息。
所描述的通信节点10提供信道化的SONET/SDH操作模式，例如每个OC-48线路卡22可以配置为DS-3、OC-3以及OC-12支路配置。
图3表示了这种信道化的例子。单个OC-48输入流30有各个支路，包括SONET支路32上的OC-12C包以及OC-12 ATM支路34。支路38分成四个OC-3支路，包括SONET支路上的OC-3C包44以及OC-3 ATM支路46。支路47分成三个DS-3支路，包括ATM支路40和SONET支路上的包42。每个线路卡22将OC-48输入流解复接为特定的支路，然后单独地在支路(即，“信道”)上操作。支路配置是软件可控的而且可以动态改变。
图4描述了交换机架12的一部分以及处于接入机架14中的复接器50和52。为了说明起见，图4只画出了可以包括在交换机架12中的八个可能的线路卡22中的四个。图4的框图48表示了说明性的线路卡53、55、57和59、互连62、SONET复接器50和52以及控制处理器64。在操作中，数据通过线路52a-52d输入SONET复接器50。复接器52将单个物理OC-48数据流通过线路65传递到线路卡59。线路卡59将OC-48数据流中分离出的信息通过线路63转发到互连62。互连62传递接收信息并将其转发到目标线路卡，例如线路卡53(沿着线路61)。目标线路卡53再通过OC-48接口51将接收信息转发到SONET复接器50。复接器50将接收信息通过线路50a-50d转发到外部源。线路卡55和57参与的信息转发也用同样方式来进行。
图5是说明性线路卡59的更详细逻辑框图。其它的每个线路卡53、55和57具有相同的设计。线路卡59包括线路卡处理器(LCP)72和存储器74。存储器74可以采取很多种不同的形式，包括随机访问存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。线路卡59也包括专用集成电路(ASIC)60，包括接收ASIC 70和发送ASIC 64。接收ASIC 70负责接收输入数据并处理数据，使数据准备好在互联62上传递。发送ASIC 64从互连62接收数据并通过输出端口将数据转发出输出线65。接收ASIC 70包括逻辑QoS部分70a。QoS部分70a提供归类和控制功能。发送ASIC 64包括逻辑QoS部分64a。QoS部分64a提供输出数据规划和定制。这些QoS功能在下面更详细地讨论。
正如本领域技术人员会理解的那样，ASIC 60的描述被认为只是说明性的。在其它实施例中，接收ASIC 70和发送ASIC 64可以作为单片ASIC来实现。或者，ASIC 64和70可以用两片以上的ASIC来实现。此外，ASIC 64和70可以用另外的电路实现，例如现场可编程门阵列(FPGA)，或用软件实现。
正如上面所提到的，每个线路卡53、55和57具有类似于图5所描述的结构。因此，线路卡53包括ASIC 54，线路卡55包括ASIC 56，而线路卡57包括ASIC 58。
本领域的技术人员也会理解图5所示的线路卡59的描述也被认为只是说明性的，并不是本发明的限制。其它线路卡配置也可以用于实现本发明。此外，线路卡59所提供的功能实际上不必在线路卡本身上实现，而是可以用不同方式实现，或者通过不同的硬件配置。此外，接收ASIC 70和发送ASIC 64不必作为单独的ASIC实现，而是可以作为单片ASIC实现。还有，ASIC 54、56、58和60的功能可以用软件而不是硬件来实现。同样，ASIC 64的QoS部分64a和70a可以分布在整个ASIC 60上，或甚至在线路卡59上。
线路卡53可选地具有SONET复接器，例如复接器50和52，它们处于线路卡输入端口，将输入支路数据流复接成OC-48数据流。在图4所描述的例子中，SONET复接器50将四路OC-12数据流50a-50d复接成一个OC-48数据流。控制处理器64控制线路卡53、55、57和59以及互连62的操作。
一个例子有助于说明通过图4所描述单元的数据流。假设四路OC-12数据流在线路卡59的输入端口被复接成单路的OC-48输入数据流。线路卡59上的接收ASIC 70确定向哪里引导输入数据流中的ATM信元及/或IP包。QoS部分70a基于对输入数据流提供的任意ATM或IP QoS特性对输入数据流归类。QoS输入部分70a也基于先前的归类，将输入数据流按优先级在互连62上传递。互连62将数据流转发到目标线路卡，例如线路卡53。线路卡53上的发送ASIC 64用对目标适宜的格式将数据打包(即，封装)。QoS输出部分64a基于QoS输入部分70a提供的归类信息，规划并定制打包数据的输出。QoS输出部分64a也可以基于输出端口的阻塞状态丢弃或标志打包数据。然后数据被发送到输出端口。接入机架12的解复接器50可选地将来自多条支路的输出数据解复接成单个OC-48输出数据流。
图6是描述三个主要级的功能框图80，数据通过这些级在图1的数字通信节点10中发送。更具体地，节点10执行输入处理82，然后是ATM交换和IP路由选择84，最后是输出处理86。正如下面更详细描述的，输入处理级82将输入数据去封装并分段，并找出输入数据流中的ATM信元和IP包。输入处理级82也针对任意有关的QoS特性，对输入数据归类和控制，确定目标句柄(DH)并将数据放在合适的格式中，通过互连62转发。输入处理级82使用IP路由选择和ATM交换查找，从而识别QoS特性和目标地址。路由选择/交换级84将输入转发到恰当的输出线路卡。正如下面更具体讨论的，数据以内部使用的规范格式在互连62上转发到线路卡。输出处理级86封装互连上接收的数据并将数据导出到恰当的输出端口，使数据能够到达想要的目标。输出处理级86也定制和规划数据的输出，以便满足与该数据关联的任意IP或ATM QoS特性。在阻塞情况下，输出处理级86也丢弃或标志IP数据包及ATM数据信元。
图7是说明图1通信节点10中数据处理的功能流程图90。数据通过OC-48接口92进入输入线路卡，例如到线路卡59。解复接器94将OC-48输入数据流92解复接成独立的分支(也称为“信道”)。去封装单元96将每个信道内的数据去封装，以便从SONET帧和OSI层2帧中移出数据。ATM输入处理单元98处理输入数据流中的ATM数据信元。类似地，IP输入处理单元100处理输入数据流中的IP数据包。根据说明性的实施例，同一物理单元(例如，线路卡59上的接收ASIC 70)处理输入数据流中的ATM数据信元和IP数据包。此外，输入处理单元98和100也根据任意检测到的与包或信元关联的ATM及IP QoS特性，对输入数据流中的IP数据包和ATM数据信元归类。输入处理单元98和100也监控输入数据流，以便检测超越协商的服务合约的不合规定的ATM数据信元和IP数据包。输入处理单元可以标志或丢弃被检测的信元。正如下面更详细讨论的，通信节点10使用各种方法确定要丢弃哪些被监控的信元和包(如果有的话)。
在输入处理之后，数据通过互连62到达输出线路卡，例如线路卡53。输出线路卡包括输出处理单元102。基于数据的QoS归类，输出处理单元102执行业务流规划、定制以及拥塞控制。规划通常是指：基于数据的传输优先级以及每个流已经发送的数据量，在那些符合传输条件的信元和包中进行选择，以便将其在任意给定时间进行发送，而定制更一般地指：确定在任意给定时刻哪些数据包和信元符合传输条件，从而使每个流的输出数据遵守该数据流的服务合约。根据说明性的实施例，具有QoS单元64a的发送ASIC 64进行ATM数据信元和IP数据包的输出处理。通信节点10也包括封装单元，用于封装多条输出信道上的数据。通信节点10还包括OC-48输出复接器，用于复接来自封装单元104的多条输出信道，以便产生单个OC-48输出数据流108。根据说明性的实施例，封装单元104和复接器单元106被包括在输出ASIC 64中。
图8提供了描述根据本发明说明性实施例的QoS设施110逻辑组成的概念框图。QoS设施110的组成部分在逻辑上分为控制路径112和数据转发路径114。控制路径112的逻辑组成部分包括呼叫控制单元116以及业务流控制单元118。数据转发路径114的逻辑组成包括数据归类单元120、监控单元122以及规划、定制和拥塞控制单元124。正如下面更详细描述的，说明性的QoS设施110物理上在交换机架12中实现，而且部分地被驻留在控制机架16中的控制处理器(CP)所控制。
呼叫控制单元116提供一种机制，使图1的通信节点10用来接受或拒绝来自外部源或来自外部目标的各种级别的QoS请求，这些请求试图为外部目标等待接收的数据流预约带宽。根据说明性的实施例，呼叫控制单元116使用ATM UNI4.0和RSVP，向外部网预约带宽。呼叫控制单元116与业务流控制单元118相互作用，从而配置数据转发路径114以便提供商定的QoS。通信节点10和外部网络之间关于特定QoS特性的协定在这里称为服务合约。呼叫控制单元116也确定通信节点10的可用带宽，并且基于是否存在足够带宽满足该服务合约的QoS要求，来拒绝或接受服务合约请求。
业务流控制单元118是配置数据转发路径114中单元的恰当状态的逻辑机制。业务流控制单元118对归类120、监控122以及规划、定制和拥塞控制单元124提供配置参数。此外，业务流控制单元118解释来自呼叫控制单元116、用于配置服务合约的参数，并将这些参数转换成数据转发路径114上的逻辑单元所需的格式。
归类单元120是数据转发路径114中处理输入数据流中的IP数据包和ATM数据信元、并确定输入数据流中的哪些包和信元要求特定的QoS的逻辑机制。根据对信元或包要求特定QoS的确定，归类单元120基于所要求的QoS对信元或包进行归类。为了实现带宽增加，说明性的通信节点检查输入数据一次。因此，查找机制为输入数据提供QoS分类。对于ATM，这是隐含在VC的虚路径指示器/虚信道指示器(VPI/VCI)中的。对于IP，归类单元120利用一个或多个目标地址、源地址、IP协议号以及源和目标端口的组合。查找的结果是说明目标描述符的目标句柄(DH)。目标描述符对于每个数据流是唯一的。DH与其它参数一起指明输出端口和输出队列(下面将针对图33-34讨论)。DH也指明了数据是否符合它的源的服务合约。
规划、定制和拥塞控制单元124是从多个数据流中分拣信元和包、并确保要求特定QoS特性的数据流中有关的包或信元根据商定的服务合约从通信节点10输出的机制。
监控单元122是数据转发路径114中的逻辑机制，它检测数据流是否超过商定服务合约的参数。它通过确定特定包或信元是否处于同该特定包或信元的源商定的服务合约之内来完成这个功能。说明性的QoS设施110使用“漏桶”算法进行监控。漏桶算法建立一个以规定速率流出的漏桶队列，桶的深度与特定流的最大突发大小匹配。如果该流“溢出”桶，QoS设施110检测溢出包或信元为不符合规定并管制它们。根据服务合约，监控单元122或者标志或者丢弃任何不符合规定的信元或包。根据说明性的实施例，控制在三个地方进行：ATM查找、IP查找以及图33的队列管理器620。下面将更详细地讨论监控。
图21的ATM查找执行标准的ATM使用参数控制(UPC)算法，它具有峰值和持续信元速率(PCR和SCR)的两个漏桶。QoS设施110使用信元丢失优先级(CLP)比特来标志不符合规定的信元并基于VC特性来监控信元。根据一个优选实施例，QoS设施110不丢弃信元，除非通信节点10的输出队列阻塞。在这种情况下，CLP比特提供优先丢弃哪些信元的指示。如果输出队列阻塞，下面将针对图33详细讨论的输出队列管理器可以丢弃CLP比特设置的信元。
图26的IP查找确定：IP输入数据包是否在综合业务子集的不同业务之内。IP查找在DH中设置比特，以便表示IP数据包是否在子集“内”或“外”。根据说明性的实施例，IP查找可选地丢弃不符合规定的包。图33的队列管理器620使用IP查找结果。在输出队列阻塞的情况下，队列管理器更有可能丢弃那些被标志为在子集之“外”的包。
图31的队列管理器620也进行被定制业务流的监控。队列管理器可以丢弃那些被规划安排在离当前时间很远的未来的IP数据包和ATM数据信元。
ATM自适应层5(AAL5)提供取出一个ATM帧并将其分段为一串ATM信元的机制。ATM信元在ATM信元目标中组装。根据说明性的实施例，如果组成AAL5帧的一些信元超过了业务流合约并要求丢弃，QoS设施110就不发送帧中包含被监控信元的至少一部分。说明性的QoS设施110使用两种独立的方法来避免发送被监控信元的部分。一个方法是部分包丢弃(PPD)。另一个是提前包丢弃(EPD)。
根据PPD，如果监控出现在AAL5帧的中间，那么QoS设施110丢弃除了帧中所余信元的最后一个信元之外的全部信元。QoS设施110允许保留最后信元，因为它包含了帧结尾指示。当帧校验和出错时，目标就丢弃该帧。用这种方式，QoS设施110减少了阻塞期间通过通信节点10的信元数。
根据EPD，如果图4的互连62上的业务流阻塞(当至-互连队列大小超过某个预定门限时可以检测到这种情况)，QoS设施110就丢弃任何新到的不符合规定的AAL5帧，直到队列大小降回门限以下。这样就尽可能地保留了AAL5帧，不允许部分帧通过通信节点10传播。
根据发明的另一个性质，PPD和EPD也被说明性的QoS设施102用于控制输出端口的业务流阻塞。此外，QoS设施102也可以使用随机提前检测(RED)，当输出队列的平均长度超过某个门限时随机地丢弃数据。
根据发明的另一个性质，说明性的QoS设施110确定那些习惯性地发送不符合规定数据流的数据源的源地址，并处罚那些源。QoS设施110处罚恶性源所使用的一个方法是：在一段时间内将那些源指定为较低优先级。另一个方法是将来自恶性源的数据标志为不符合规定，使它们更容易在阻塞时被丢弃。
根据本发明说明性实施例的QoS设施110可以支持ATM论坛定义的ATM QoS服务类别。ATM论坛已经为ATM定义了五个服务类别。正如前面提到的，这些服务类别包括CBR、rtVBR、nrtVBR、UBR和ABR。当通信节点10建立一条VC时，它规定了这些服务类别中的一个。每个服务类别都有该类别特殊的QoS参数关联组。下面就是每个ATM服务类别的简要描述。
CBR以在连接生命期内连续可提供的峰值信元速率为特征。CBR要求：如果连接上的业务流不超过峰值速率的话，时延抖动保持在所请求的值内。延迟超过最大规定值的信元对于应用是无用的。rtVBR以与最大突发大小有关的峰值和持续信元速率为特征。用户可以用不超过最大突发大小量的峰值信元速率通过连接来发送业务流，而且平均业务流速率必须不超过持续信元速率。时延抖动期望保持在所请求的值。超过规定的最大信元传递延迟(maxCTD)的时延对于应用是无用的。nrtVBR以与rtVBR类别相同的峰值、持续和突发大小参数为特征。但是，信元时延抖动不是重要因素。VBR是一种尽力而为的服务，它只以可选的峰值信元速率为特征。不进行时延或带宽保证。ABR是一种提供有关网络阻塞的反馈的服务，以便使源能够调整其发送速率，减少信元损失。
QoS设施110也支持三类不同的IP QoS。它们是配置的/临时的QoS、有区别业务以及综合业务/RSVP。尽管这是本领域众所周知的，下面还是提供了对每一个的简单描述。
配置的/临时的QoS是这样的一种机制，使得管理员可以配置一个IP路由器以便静态地为通过该路由器的某个业务流类型提供QoS。对此，根据一个实施例，QoS设施110通过对特定TCP端口的包(即，DLSW或Telnet)指定高于其它业务流的优先级来实现。根据另一个实施例，QoS设施110基于一个时间表分配去到或来自特定一组顾客、地址或自主系统的业务流带宽。QoS设施110根据使用哪个实施例配置归类器120、监控模块122以及规划器124。
有区别业务与通过简单的可升级机制来对“尽力而为”业务提供业务区别有关。QoS设施110对要求低时延但是不一定有限制的自适应应用使用这种方法。有区别业务使服务提供者能够提供一个保证通过通信节点10的最小带宽或速率的服务合约，但是当节点10不阻塞时允许顾客使用更多的带宽。QoS设施110通过修改Ipv4字头中的ToS/Precedence比特实现有区别业务。这些比特用于表示：顾客的包是否要接收特定的QoS，以及业务流是否在顾客的协议子集(profile)“内”或“外”。如果业务流在协议子集之“外”，当遇到阻塞时QoS设施110可选择丢弃该业务流。其目的是避免丢弃在协议子集“内”的包，同时如果资源可提供则允许协议子集“外”的业务流。
有区别业务允许服务提供者设置满足顾客带宽和时延要求的服务协议子集，而不需安装复杂的协议机制去实现它们。边缘路由器基于顾客协议子集检测包，而核心路由器只检测给定包是否在协议子集“内”或“外”。通过提供服务协议子集，服务提供者可以进行竞争性打包，允许顾客为更好的服务付费(如果他们需要的话)。
正如RFC 1633中所概述的，综合业务结构为应用提供了一个比传统的“尽力而为”服务更好的服务范围。综合业务结构的一个值得注意的应用是使用语音和视频的实时应用。这些应用要求一个或多个应用数据流端到端的QoS，因此需要协议将应用需求通知通信节点10，包括需要什么资源以及如何识别应用数据流。通知这种信息的协议是ReSerVation Protocol(RSVP，预约协议)。综合业务将RSVP与Controlled Load(可控负载)和Guaranteed Services(保证业务)的综合业务模型(IntServ)相结合，以产生端到端的每个流的QoS。IP QoS的另一个例子是处理IntServ模型到特殊介质(ISSLL)的映射。
RSVP使端系统可以请求通信节点10对一个流或一组流提供特殊处理。它提供了过滤器说明，表示哪些包应该接收归类器120所使用的QoS，并提供了输入数据流说明。输入数据流说明表示归类的包应该接收哪个QoS等级。业务流控制模块118所使用的业务流说明对监控122和规划模块124编程。RSVP工作在“基于接收机”的模式中，在此，实际上是数据接收机通过网络进行预约。这使RSVP能够上升到大量的组播分配，并且使预约出现在组播分配树的分裂点。
IP QoS的另一个方面是由INTSERV工作组所开发的INTSERV模型。目前已经有两个模型进行了标准化。它们是Controlled Load Service(可控负载业务)和Guaranteed Service(保证业务)。这些模型提供了RSVP流说明的参数并规定了监控122和规划124模块的行为。
根据Controlled Load Service(可控负载业务)，QoS设施110提供了对应于非装载网络的服务等级。时延边界不是被明显地说明的，而是希望持续低于变化小的“尽力而为”业务流。希望用这种服务的应用自适应于时延的变化。
根据Guaranteed Service(保证业务)，通信节点10提供了对应于流体模型的服务等级，其中通信节点10作为一个管道，其大小精确地等于应用需要，而且时延是受限的。通信节点10在RSVP PATH消息中通知它的发送时延，使接收机能够确定节点10是否有可用带宽来支持所需的界限。通信节点10可以使用这两种服务模型支持种类广泛的多媒体应用。
正如上面提到的，IP QoS的第三个例子面向IntServ模型到特殊介质的映射。特殊链路层上的综合业务(ISSLL)工作组负责这部分难题。由于IP是层3协议而且依赖于各种层2介质，因此需要层3、IntServ模型以及层2介质本身QoS能力之间的映射。对于一些介质，这意味着：在没有某些折中的情况下，真正的QoS实际上是不可能的。说明性的通信节点10使用IntServ模型到ATM、帧中继以及千兆比特以太网之间的标准的映射。
图9是图2交换机架12的一部分126的示意性框图。图9说明图8的QoS设施110的一些逻辑组成部分。所描述部分126包括五个线路卡模块130-138以及互连62。也描述了控制处理器64。控制网14与线路卡130-138之间有电气连接。每个线路卡130-138包括归类和监控单元142，定制、规划及拥塞控制单元144，排队结构146，优先级单元148，线路卡处理器(LCP)72，接收ASIC 70和发送ASIC 64。
线路卡通过输入端口150接收数据，对数据归类及监控142，并将其发送到互连62。优先级单元148对通过互连的数据排优先级，确保时间上关键的数据被及时传递。定制、规划及拥塞控制单元144根据数据流的QoS以及阻塞状态，对来自互连62的数据定制、规划并进行流量控制，并将数据放置在待发送的恰当优先级输出队列146中。正如针对图33更详细讨论的，CP 128通过用恰当信息填充以供该发送ASIC64进行判决的表，从而可控制数据流的归类、监控、定制、规划以及拥塞控制。这种填充通过LCP 72进行。
在节省时间特性中，正如下面针对图13所讨论的，接收ASIC 70结合路由选择查找对输入数据进行归类。对于ATM和帧中继数据，这分别是查找输入VPI/VCI以及DLCI的简单事情。对于IP数据，查找可以包括匹配源地址、IP协议类型以及TCP或UDP端口号，还有目标地址。通过在输入端进行这种类型的长查找，说明性的QoS设施110节省了在输出端查找相同信息所需的时间。
路由选择查找的结果是DH。如果必要的话，DH提供了查找QoS其它参数的机制。对于简单数据流，DH规定了数据的输出端口以及输出队列，使规划机制144将数据导向正确的输出队列146。
接收ASIC将业务流转发到互连62，进入三个队列。接收ASIC 70基于DH中标识的目标队列确定在哪个队列中放置该数据。这使高优先级数据，例如ATM CBR业务流，在进入互连时优先于低优先级业务流。尽管这种优先级比输出队列的排队更粗糙，但是互连62的较高速率防止它引起任何满足QoS保证的问题。
后压(back presure)机制通过使线路卡130-138经由互连62请求另一个线路卡130-138对具有特定优先级数据的数据传输“退后”，从而防止低优先级业务流淹没线路卡130-138。这种机制防止具有大量尽力而为业务流的线路卡淹没具有较高级QoS要求数据流的输出线路卡。互连62也可以产生后压信号，避免互连内的阻塞。
归类及监控单元142，定制、规划及拥塞控制单元144，输出队列146，以及互连优先级单元148的操作在下面针对图13中详细表示的输入ASIC 70做更详尽的讨论。
正如上面所讨论的，说明性的QoS设施110在输入处理过程中进行归类120和监控122。图10表示了一张流图160，表明说明性实施例在输入处理过程中执行的步骤。首先，根据步骤162，输入数据解复接成各个SONET/SDH分支。其次，如164所示，接收ASIC 70对输入数据流去封装。然后，接收ASIC 70确定输入数据是否是ATM信元(图10中的步骤166)或IP包(图10中的步骤170)。如果输入数据是ATM信元，那么接收ASIC 70执行ATM输入处理(图10中的步骤168)。或者对于IP包，接收ASIC 70执行IP输入处理(图10中的步骤172)。IP和ATM输入处理将在下面更详细地讨论。
图11描述了输入处理的更详细流程图180。SONET解复接器94解复接OC-48数据流92。所得到的各个分支中的数据可以用多种不同格式。如96所示，接收ASIC 70对解复接的数据流去封装(图10的步骤162)，以便可以访问输入数据流中携带的ATM信元或IP包。接收ASIC70适于解析多种不同类型的OSI层2封装。图10的去封装步骤162也可以包括SONET帧的解帧。
图12描述了SONET帧200的格式。SONET帧200包括9行，每行包含90个八位字节(即，8比特字节)。SONET帧200的有效负荷包含在同步有效负荷包(SPE)202中。SPE 202包含专用于路径开销(OH)208的9个字节。SONET帧200也包含段OH 204和线路OH 206。段OH 204和线路OH 206是SONET传输开销的一部分。在这种情况下，“开销”指的是字头信息，它为计算机网的各层使用而提供。
图13更详细地描述了接收ASIC 70的逻辑组成。正如技术行家所理解的，所描述的接收ASIC 70组成部分之间的划分本身只是示意性的，可以在不损害本发明范围的情况下另行画出。接收ASIC 70包括接收输入数据的SONET解帧器210。SONET解帧器210从SONET帧200中去掉SPE 202的内容。所得到的有效负荷可以包含其它封装，正如下面更详细描述的那样。
例如，图14表示了SONET帧200的有效负荷如何可以包含一个或多个DS-3 PLCP(物理层会聚协议)帧260。这种帧260包含用于将ATM信元映射到DS-3设施的有效负荷。帧260包括PLCP成帧八位字节262，以标识所用的成帧模式。路径开销指示器(POI)264对邻近路径开销(POH)八位字节266做索引，并标识POH八位字节的编码。有效负荷268包括帧260的数据内容。帧260也可以包括结尾半字节(即4比特)220。
图15描述了另一个实施例，其中数据被封装在点对点协议(PPP)帧280中。PPP是OSI层2协议，它被构造在标准高级数据链路控制(HDLC)协议的限制性子集之上。每个PPP帧280包括地址282和带有流量控制信息的控制域284。PPP帧280包含1502-八位字节长并包含PPP有效负荷的HDLC信息字段286。CRC域288识别用于该帧的循环冗余校验。PPP帧280也包括帧定界符标志281和289。
图16表示了另一个替代实施例，其中数据被封装在帧中继(FR)帧290中。FR是OSI层2协议。每个FR帧290包括一字节的标志信息292以及地址域294。FR帧290也包括带有有效负荷的信息域296以及帧校验序列八位字节298。八位字节298提供用于检查帧是否被正确接收的信息。最后，FR帧290在末尾有一个标志八位字节300。
正如图10的步骤162所示，去封装包括从OSI层2帧(例如FR帧290或PPP帧280)或从PLCP帧260中去掉ATM数据信元或IP数据包。接收ASIC 70维护有关接收输入数据的输入端口的接口信息。接口信息为每个输入数据支路/流包括单独的环境，该环境标识支路的性质。因此，如图13所示，对于纯ATM，来自SONET解帧器210的输出被传递到PCLP解帧器212。如果数据包含PPP帧或FR帧(如其环境所说明)，数据就被送到PPP/FR帧解帧器214。
图18描述了说明性的ATM数据信元310。每个ATM信元310为53字节长，带有48字节的有效负荷314和5字节的字头312。字头部分312包括一般流控制316；虚路径指示符(VPI)318；虚信道指示符(VCI)322-326；有效负荷类型328；信元丢失优先级330；以及字头差错校验(HEC)332。一般流控制域316可以用于在客户端提供标准的流控制。VPI 318标识ATM信元310的虚路径(VP)。VCI 322-326标识信元的VC。ATM信元使用VCI和VPI来说明信元的处理。VC是两个通信ATM实体之间的连接。VP是在两点之间传输的一组VC。VP提供一种用于捆绑朝向相同目标业务流的方便技术。在某些情况下，节点10只需检验VPI 以便中继业务流，而不检验更完整的地址。
有效负荷类型328包括3比特域，它表示信元310是否包含用户信息或包含有关的层管理信息。信元丢失优先级比特330允许说明信元的明显丢弃优先级。字头差错控制域332被节点10的物理层用于检测信元字头312中的比特错误。
图14的每个PLCP帧260可以包含多达12个ATM信元310。在PLCP帧260解帧之后，ATM信元处于有效负荷中。如图13所示，ATM字头差错控制(HEC)描述器216在PLCP有效负荷268中寻找ATM信元310。一旦ATM信元310被找到并找到ATM信元的字头，接收ASIC 70可以进行图10中步骤168的ATM输入处理。
图19是说明图13的接收ASIC 70所进行的输入处理的流程图350。参考图13和19，图13的HEC描述器216向ATM查找引擎220转发ATM信元字头312以及输入端口信息。HEC 216将ATM信元310的其余48字节发送到接收FIFO 222。
正如上面提到的，HEC描述器216向ATM查找引擎220发送ATM信元字头312(图19中的步骤352)。HEC描述器216向接收FIFO 322发送有效负荷314(图19中的步骤354)。ATM查找引擎220使用ATM表224进行查找，以确定向哪里引导ATM信元310(图19中的步骤358)。此外，ATM查找引擎220在ATM监控(见图11中的122a)和ATM查找功能(见图11中的182)中起作用。正如所说明的，发送到ATM查找引擎220的ATM信元字头312不包括HEC域312。而且根据说明性的实施例，ATM查找引擎220与有效负荷314被存储在接收FIFO 222中并行地进行查找。
下面的讨论首先集中在ATM查找引擎220的性能，然后描述了ATM查找引擎220所进行的监控。正如前面所讨论的，监控确定了输入数据是否遵循商定的服务合约。通过测量业务速率并将实际速率与协定速率比较来完成这个任务。
正如图21中所示，说明性的输入ATM信元310通过三级查找400。第一级包括访问端口查找表(PLUT)402。PLUT 402包含49项，其中48项提供给48个不同的可能输入端口，第49项对应于线路卡处理器(LCP)72。PLUT 402中的每一项指向组成第二级查找的VP查找表(VPLUT)404中的一项。VPLUT 404中的每一项与特定的VP关联。因此，VPLUT 404中的一项指向该项的输入端口环境所关联的VP。每个VPLUT项404指向带有特定VC信息的VC查找表(VCLUT)406。每项包含128字节数据。该数据标识ATM数据信元310被路由选择或交换到的VC，或者表示在LCP上端接的VC。
为了减少通过说明性的通信节点10的传播时延，输入数据只被检查一次。所得到的DH提供寻找数据流的任何其它信息的关键码。DH说明该数据流唯一的目标描述符。此外，DH说明数据应该被导向的输出端口和输出队列。DH也包括有关遵守管制和有关QoS合约的指示，以及进一步的QoS查找为规划数据流所必需的指示。
正如前面提到的，为了防止数据流彼此干扰，有时必须监控数据流，以确保它们不超过它们的合约。监控使用“漏桶”算法完成，使得一个比特桶以规定速率排放，而桶的深度匹配该流的最大突发大小。如果流“溢出”该桶，包就被认为“不符合规定”而且可以被管制。正如前面所提到的，在通信节点10的三个地方进行监控：ATM查找(见图21)、IP查找(见图26)以及队列管理器(见图13)。
ATM查找引擎220根据VC或VP的业务流服务合约，使用监控器监视峰值信元速率(PCR)以及持续信元速率(SCR)。每个监控器实现UNI4.0规范中定义的一般信元速率算法(GCRA)。PCR漏桶算法监视信元延迟抖动容限(CDVT)所允许的容限内的最大信元速率。SCR漏桶算法监视一段时间内最大突发大小(MBS)及CDVT所允许的突发大小之内的平均信元到达率。SCR应用于VBR和UBR连接。业务流合约根据ATM论坛业务流管理4.0规范而定义。
不符合规定的信元被丢弃或使用CLP(信元丢失优先级)比特来标志，并基于VC的特性被监控。如果进行了标志，除非输出队列中出现了阻塞才丢弃信元。CLP提供了有关最好丢弃哪些信元的指示。如果输出队列(在图33中用622表示)受到了阻塞，输出队列管理器(在图33中用620表示)就丢弃设置了CLP比特的信元。
查找引擎220向接收FIFO 222发送(图18中的步骤360)ATM查找的结果(即，DH)。可选地，ATM查找引擎220可以选择丢弃信元作为监控的一部分(图18中的步骤362)。不符合规定的信元则被丢弃(图18中的步骤368)。如果信元不被丢弃，ATM查找引擎220就从标签管理器232请求一个标签(图18中的步骤270)。标签是指向接收数据停车场230中一个位置的指针。接收数据停车场230是在进行处理的同时存储数据的场所。标签可以被索取，以便从标签所标识的位置提取数据。根据请求，标签管理器232发出标签并将标签发送到ATM查找引擎220(图18中的步骤372)。接收FIFO 222随后将ATM有效负荷314传递到接收数据停车场230。接收数据停车场在所发标签标识的位置处存储数据(图18中的步骤374)。接收数据停车场230将ATM信元310的48字节有效负荷部分314，与标签和DH一起，转发到标准去封装模块252。标准去封装模块252包括去封装表184，它确定首先如何去掉数据的封装，然后将数据封装成通信节点10所用的内部信元(即，标准格式)。对于原始的ATM信元，有效负荷314与字头信息和DH合并，以便产生内部数据信元。具体而言，标准去封装模块252用图20中420所描述的格式构造内部信元。内部信元420包括数据部分426以及DH424。内部信元420也包括互连字头部分422。互连字头部分422提供互连62所用的字头信息。
在图10的步骤170中，接收ASIC 70可以确定：输入数据不是ATM信元，而是IP包或包含IP包或部分IP包的ATM信元。在这种情况下，接收ASIC 70执行IP输入处理(图10中的步骤172)。IP包可以封装在图15的PPP帧280或图16的FR帧290中。正如上面提到的，解帧器214将PPP帧280和FR帧290解帧。IP包也可以封装在AAL5(ATM自适应层5)帧中。换句话说，IP包可以在ATM上发送。
图17描述了AAL5接口数据单元(IDU)430的格式。IDU 430包括有效负荷432以及结尾段434。IDU 430是可变长度。结尾段434包含了用户到用户(UU)域436，含有透明地在用户之间传递的数据。CommonPart Indicator(CPI，公共部分指示器)域438在总比特流中对结尾段定位。长度域440表示总IDU有效负荷432的长度。循环冗余校验(CRC)域442只用于结尾段中的差错检测纠正。包含在IDU 430中的整个数据集合被分段为48个八位字节有效负荷，其前缀5个八位字节字头，构成53个八位字节的ATM信元。
图22是说明接收ASIC 70在IP包输入处理过程中执行步骤的流图430。AAL5分段器218将包分成伪-ATM信元(图20中的步骤400)。在输入数据是ATM格式上的包的情况下，IP包可以容纳在一个或多个ATM信元中。AAL5分段器218向ATM查找引擎220发送来自每个伪ATM信元的字头信息312(图22中的步骤434)。ATM查找引擎220识别该信元包含IP包数据并将信元的字头信息312放改置在挂起的信元队列236中(图22中的步骤436)。挂起的信元队列236积累组成单个包的信元的字头信息。这样，接收ASIC 70就确保了在IP包的内部信元在互连62上传输之前，IP包的所有信元都被处理。
为了理解处理是如何进行的，考虑图15的PPP帧中包含IP包的情况是有帮助的。在这种情况下，接收ASIC 70将PPP帧280中的IP包切成伪-ATM信元，并将字头312发送到ATM查找引擎220，将48个数据字节的有效负荷314发送到接收FIFO 222。PPP VP及/或VC被改名为ATM信元，使ATM查找引擎220能够处理伪-ATM信元。特别是，在PPP环境上的业务流输入具有预配置为0值的VPI。在向AAL5分段器218发送该包之前，这个值被插入PPP帧。PPP环境的零VPI值作为被路由选择的交换式VP线路而建立。对于FR帧290，VPI设为输入DLCI值加1。当处理输入字头数据时，ATM查找引擎220返回 DH或占位符DH。占位符DH表示输入字头是IP包的。占位符DH输出的出现使ATM查找引擎220将字头信息放在挂起的信元队列236中。
ATM查找引擎220确定输入数据信元是否是IP包的第一个信元(图22中的步骤438)。如果ATM查找引擎220确定该信元是IP包的第一个信元，它就向第一信元去封装模块240发送IP字头信息(图22中的步骤440)。此外，接收FIFO 222也将该信元的48字节有效负荷数据发送到第一信元去封装模块240(图22的步骤442)。第一信元去封装模块240对字头中所含的信息去封装，以便将恰当信息发送到IP查找模块244(图22中的步骤444)。第一信元去封装模块240使用去封装表241来标识如何对信元去封装。IP查找模块244进行IP包的转发查找184(见图11中的184)以及监控(见图11中的122b)。
当查找进行时，互连62从标签管理器232请求一个标签，以便得到将在互连62上发送的数据(图22中的步骤446)，而且作为响应，标签管理器232发出一个标签(图22中的步骤448)。接收FIFO 222将48字节有效负荷数据传递到接收数据停车场230(图20中的步骤450)，存储在所发标签标识的位置上。IP查找模块244返回DH，它标识将在互连62上转发的内部信元的目标线路卡(图22中的步骤452)。发送ASIC 70以内部信元格式420在互连62上转发互连字头、DH和48比特有效负荷数据(图22中的步骤454)。在发送之前，接收ASIC 70将这些域缓存在接收输入队列286中。
图23描述了IP查找模块244所用的IP字头数据460的格式。除了域486和488以外，字头数据460中的所有域都从有关IP包的IP字头中复制。域486和488从传输字头中复制。字头数据460包括版本域462，它带有有关所用IP协议版本的信息。对于版本4 IP包，这个域462具有的值为4。Internet Header Length(IHL互连网字头长度)域464以4个八位字节的倍数标识IP包的字头长度。TOS域466含有标识包的特定操作或处理的值。总长度域468含有与包的总长度有关的信息。标识域470为包提供标识值。如果包随后被分段，标识值将各段与原始包关联。
字头数据460包括标志472，它含有DF标志和MF标志。DF(“不分段”)标志表示：如果必要的话，至少部分由该包所携带的数据报是否允许被分段。MF(“更多段”)标志标识：是否有更多的分段或者是否该包带有数据包的最后分段。段偏移域474含有偏移值，该偏移值标识：在该偏移中该分段属于重组的包。生命期域476标识包被丢弃前可以跳转的次数。协议域478含有一个值，该值允许目标端节点的网络层了解该包应该被导向运行在目标端节点上的哪个传输协议。提供了字头校验和域480。源地址域482和目标地址域484也被提供。源地址域存储了包开始节点的源地址。目标地址域存储了包应该被转发到的节点目标地址。源端口域486标识源端口，目标端口域488标识包的目标端口。
IP查找模块244使用多个表(见图13中的路由表246)以及其它结构来进行IP查找。图24描述了IP查找模块244使用的多个更重要的表和结构500。提供接口(IF)结构502，以便标识接收数据的每个接口(即，环境)。接口结构包含初始查找单元，以便当将要启动转发查找时使用。这个初始查找单元是一个阵列查找单元，它包含着要在IP包的转发查找开始时执行的指令。
IP查找模块244使用包含查找单元的查找阵列504。IP查找模块244也可以使用SANET 506或DANET 508。SANET 506是一种数据结构，为正用于QoS处理和Type of Service(ToS服务类型)处理的各个源地址提供多个结构。DANET 508含有DANET结构，它包含与标识IP包的下一跳目标地址有关的信息。
图25表示了说明性的DANET结构508的格式。DANET结构508包括DH和指向转盘(rotor)的指针或指向域510中ToS阵列的指针。转盘是包含一组DH的数据结构。转盘可以用于将多个较低速率链路组成虚拟的较高速率链路。ToS阵列也是一个句柄阵列，但是它由ToS参数值索引。ToS阵列使DH能够随着ToS变化。DANET结构508也包括计数器512，跟踪统计数据以及其它数据。DANET结构508还包括数据域514。
图26提供了一个流程图520，说明接收ASIC 70在单播IP包的IP查找过程中执行的步骤。IP查找确定如何向面向目标的下一跳发送IP包(即，最终它确定使用哪个输出端口)。图13的IP查找模块244检测IP包在哪个接口上到达。访问相关接口的接口结构，而且IP查找模块244处理接口结构中所含的最初查找单元(图26中的步骤522)。如图27所示，接口单元包含查找单元550。查找单元550包含阵列地址554和阵列查找558的操作码。查找单元550也包含字头半位元组选择556，标识字头内的哪个4比特半位元组可以用于产生查找阵列564中阵列查找单元550的索引。阵列地址与字头半位元组选择556所选的半位元组结合，用于访问查找阵列564中的查找单元566。包含在IP包560字头内的比特562被合并，产生访问查找单元566的索引。
图13的路由表246包含多个查找表。具体而言，提供了查找阵列树。该树的第一级是单个查找阵列，由IP包的目标IP地址的前两个字节索引。该树的第二级包含由目标IP地址的第三字节索引的查找阵列。该树的第三级包含由目标IP地址的最后字节索引的查找阵列。通过使用这个树结构，说明性的实施例能够减少所需要的访问存储器的次数，并且提高IP查找的速度。
当指令在接口结构中访问到之后(见图26中的步骤522)，访问第一个查找阵列中的一项并进行处理(图26中的步骤524)。指令通知IP查找模块246下一步做什么。例如，指令可以通知IP查找模块246访问第二查找表中的单元。或者，指令可以通知IP查找模块246使用特定DANET结构内包含的DH。如果第一查找数据中的项没有完成(即标识所用的DANET结构)处理(见图26中的步骤526)，图13的接收ASIC70就访问第二查找阵列中的项并处理它(图26中的步骤528)。如果第二查找阵列中这一项的处理没有完成查找(见图26中的步骤530)，接收ASIC 70就访问第三查找阵列中的项并处理它(图26中的步骤532)。如果查找阵列中的指令命令在转发包时使用所标识的DANET结构，接收ASIC 70就使用那个结构(图26中的步骤534)。
图28描述了例子570，说明接收ASIC 70如何结合图25的DANET结构508使用查找阵列564。在图28描述的例子570中，16比特查找阵列572包含前缀为1.2/16的项574。这个574项建议使用8比特查找阵列576。然后目标地址中的下一比特用于对该项定位，例如项582或项584。项582用于IP目标地址1.2.129/24。DANET结构586用在这种情况下。对于IP目标地址为1.2.128/17的情况，使用DANET结构588。
IP查找在题为“Network Packet Forwarding Lookup With A ReducedNumber Of Memory Accesses(存储器访问次数降低的网络分组转发查找)”(申请号No.09/237,128，1999年1月25日提交，以前已经结合作为参照)的共同未决申请中被更详细地描述。
图13的IP查找模块244也执行IP包的监控(见图11中的122b)。IP查找模块244将IP包归类为三段：绿、黄或红。绿意味着业务流处于持续速率业务流限制内。黄意味着业务流在业务流限制之上，但是在预定的突发速率之下，红意味着业务流在突发速率之上。监控可以用于标志图23的IP字头460中的ToS比特436。此外，IP查找模块244中的监控器产生协议子集指示符值，其范围为一到四，用做发送ASIC 64上Random Early Detect(RED随机提前检测)算法的输入。每个数据流都具有所关联的业务流协议子集，它设置对允许该流产生多少业务的限制。流限制由标记桶算法来执行，允许短暂突发超过流限制。标记桶将输入业务流指定到恰当的段内。因此，IP查找引擎224执行监控功能122b(图11)和IP转发功能(图11中184)。
图29是描述互连62执行步骤的流程图590，作为图6的交换级84的一部分。互连62从图13的标签管理器232索取一个标签，以便从接收数据停车场232得到数据(图29中的步骤592)。停车场230则将数据通过互连62进行传递(图29中的步骤594)。互连62将数据发送到恰当的线路卡，例如图4的线路卡53(图29中的步骤596)。互连62然后将标签返回接收ASIC 70上的标签管理器232(图29中的步骤598)。互连62在题为“Interconnect Network For Operation Within ACommunication Node(在通信节点中操作的互连网)”的共同未决申请中做更详细的描述，该申请已经在前面结合作为参照。
图30是互连62的说明性互连卡62a的功能框图。卡62a包括ASIC720。由于所有互连卡优选为相同类型，为了下面讨论的目的，假设卡62a是交换机架12的示范互连卡。
正如图30所示，互连卡62a包括千兆比特收发机组724和728、存储单元730、控制器732以及状态和控制寄存器734。千兆比特收发机组728提供千兆比特I/O口0a-7a和0b-7b，连接到图2的交换机架12的内部通信信道上。千兆比特收发机组724提供千兆比特I/O口8a-15a以及8b-15b，连接到图1所示的扩展机架18的扩展通信信道上。
每个收发机组724和728通过有关的输入和输出移位及保持寄存器连接到ASIC 720上。更明确地，收发机组724通过线路736连接到输入移位及保持寄存器734，并通过线路740到输出移位及保持寄存器740。收发机组724通过线路744连接到输入移位及保持寄存器742，并通过线路748到输出移位及保持寄存器746。
ASIC 720也包括双端口RAM 750，用于存储与流量控制信息有关的各种堆栈和队列751。流状态753存储可用性状态，它有关特定线路卡接收信息的可用性。RAM 750对通过卡62a传递的信息进行中间存储。移位及保持寄存器734和736分别通过线路752和754连接到双端口RAM750。移位及保持寄存器742和746通过线路756和758连接到双端口RAM 750。双端口RAM 750也通过线路762连接到目标栈760。九十六个目标队列760对代表特定数据存储在RAM 750中的位置的地址进行中间存储。队列760优选地使用多个栈，以利于寻址。但是，可以使用其它存储结构。
根据一个优选实施例，发明使用了多个存储器存储队列/缓存器，以协助信息的有效传递。应该注意到术语队列和缓存器可以互换使用。双端口RAM750提供每个收发机组724和726的输出队列。更具体地，连接到卡62a以便传递到图31的发送ASIC 64的信息信元将被首先写入缓存存储器中已被写入输出队列的地址处。空闲列表存储器762提供可用缓存存储器地址的列表。双端口RAM 750的1536个缓存器中的每一个都有个参考计数器764。参考计数器764包含各个缓存器的内容将被发送到的输出队列号。参考计数器764根据从有关缓存器读出的信息递减。当参考计数器达到零时，缓存器的地址返回到空闲列表754。这样，ASIC 720可以跟踪与每个收发机关联的可用缓存器位置。写入缓存存储器的信息随后被传递到输出移位及保持寄存器740或748中的一个，并在那里保持，一直到一个内部时隙到来，其间可以进行目标地址查找，可以进行读取空闲列表存储器762，可以进行写入缓存存储器，而且可以进行写入输出队列。
根据优选实施例，发明提供了增强的QoS特性。为此，队列751可以包括QoS队列。例如图31A和31B中概念性说明的那样的QoS队列，可以有多个水位标级别；这些级别对应于不同的优先级。例如，图31A的高优先级队列800可以有两个水位标806和808。在范围802内，队列800将其状态报告为“全通(stop-nono)”，表示与队列800有关的I/O信道准备接收任意优先级的信息。在操作过程中，在范围804内，队列800将其状态报告为“低停(stop-low)”，表示与队列800有关的I/O信道准备接收“中等”优先级或更高的信息。当队列800被填充到级别806时，将其状态报告为“全停(stop-all)”。这表示它有关的I/O信道不可用。如果队列800的“低停”水位标808尚未到达，它就可以接收任意优先级的信息。
例如图31B所描述的队列810这样的低优先级队列，可以包括三个水位标818、820以及822。在范围812内，队列810报告“全通”状态。在范围814内，它报告“低停”状态。在范围816内，它报告“中停(stop-Medium)”状态，到达水位标818之后为状态“全停(stop-all)”。
诸如队列800的高优先级队列可以使有关的线路卡能够通过低及中等优先级的业务流，而不允许一个线路卡的低优先级业务流抑制不同线路卡的中等优先级业务流。
诸如队列810的低优先级队列，使有关线路卡能够通过低、中及高优先级业务流，而不允许一个线路卡的低优先级和中等优先级业务流抑制不同线路卡的高优先级业务流。也防止一个线路卡的低优先级业务流抑制不同线路卡的中等及高优先级业务流。
为了有效地管理不同优先级的信息，双端口RAM 750优选地提供六十四个低优先级单播队列的存储；对通信节点10中每个可能的线路卡而言有一个。RAM 750也提供了十六个高优先级单播队列的存储；对交换机架12的每个线路卡而言有一个，对每个可能的附加交换机架12而言有一个，以及还提供一个额外的队列。组播业务流优选地使用四个低优先级和四个高优先级队列。
此外，扩展机架18的每层使用八个高优先级单播队列；对每个可能的交换机架12而言有一个。每个扩展机架逻辑层也使用八个高优先级和八个低优先级组播队列；同样，对每个可能的交换机架12目标而言有一个。
一个有关的组件(队列深度逻辑电路766)可以维护交换机架12的所有线路卡状态。该状态提供了有关每个线路卡接收变化的优先级水平的可用性信息。
说明性的发明实施例的另一个特性是节点10在扩展机架18和交换机架12的每个线路卡之间传递流量控制状态(有时称为后压状态)的方式。根据一个优选实施例，发明利用内部标准信息信元中以前留给目标地址的比特。
ASIC 720也包括转换存储器768。如果扩展机架18包括在系统中的话，转换存储器768提供了通过扩展机架18的路径分段的存储。在通信节点10的情况下，如图1中所示的配置，转换存储器768优选地包含九个逻辑存储区域；对每个交换机架12而言有一个，对扩展机架18也是一个。扩展机架存储区域被配置为目标线路卡和优先级的位图。目标地址电路770访问转换存储器768，组播位图寄存器772接收所访问的信息。
基本上相同的ASIC用于交换机架12的互连卡60，同样用于扩展机架18。为此，ASIC 720包括模式选择777以选择ASIC 740究竟作为互连电路操作、还是作为扩展的互连电路。
说明性的ASIC 720的另一个特性是包含在定时器、计数器、控制寄存器778中的“时隙计数器”。时隙计数器重复地从0-15计数。每个端01-15a以及0b-15b被指定一份计数。每次当时隙计数0-15匹配一个端口号时，进行检查以确定是否有信元要从那个端口发送。如果有，信元就从RAM 750复制到移位及保持寄存器738或746中，以便发送。如果没有信元要发送，那么就发送流量控制信元。根据说明性的实施例，a-端口和b-端口共用时隙计数器。
正如上面所提到的，卡62a也包括控制器732和存储器730。存储器730存储卡62a的控制码。同样，它提供了各个状态、指针和通信接口的开始初始化。控制器732提供了各种常规的处理器功能。
应该注意到在上面描述中提到的连接和线路划分可以代表实际和逻辑上的连接或划分。
互连62将内部信元传递到图5的发送ASIC 64。发送ASIC 64负责进行输出处理(见图6中的86)，因此恰当的输出数据流在恰当的端口上输出。
图32提供了更详细的流程图600，说明发送ASIC 64进行的输出处理。如所示，发送停车场602缓存来自互连62的输出业务流。如果发送ASIC 64收到作为IP包一部分的内部信元，它就延迟输出处理直到那个包所有的内部信元都被接收。
图33更详细地描述了发送ASIC 64。发送ASIC 64从互连62接收64字节的内部信元。发送ASIC 64去掉图20中的互连字头422，并将内部信元420的数据部分426发到发送数据停车场610。发送数据停车场610可以用SDRAM来实现。本领域技术人员将会理解发送数据停车场610可以用多种其它类型的存储设备替代实现。
标签管理器612管理标签的分发。标签管理器612访问标签空闲列表存储器614并访问存储器614，以便向互连62提供可以使用的发送数据停车场610中位置的空闲标签库616。互连612选择一个空闲标签并将该标签提供给标签管理器612。互连62也请求将数据存储在发送数据停车场610中标签所标识的位置。
互连62为标签管理器612提供内部信元420的DH，并将DH传递到信元链管理器618。信元链管理器618积累信元链的包。信元链管理器618确保在IP包被发送之前提供IP包的所有片段(即，数据块)。
输出队列管理器620提供实现发明的QoS特性的规划。它管理各种输出队列622，下面将更详细地描述它们。输出队列管理器620与QoS表624和索引队列626配合。
输出数据流不一定是单播数据流，而可以是组播数据流，这样同一数据流会被发送到多个目标。图33中的排队和组播单元628负责发送队列622中信元的排队并执行支持组播输出所必需的步骤。组播包或信元被排队和组播单元628识别，并给出一个对应于ATM或IP组播组的组播标识符。排队及组播单元628复制要发送的包或信元，以便产生与组播别名表630中规定的目标数一样多的副本。排队及组播单元628将复制的数据传递到恰当的输出队列622中。
图34提供了发送ASIC 64的队列结构700更详细的框图。如图33和34所示，队列结构700包括索引队列626和输出队列622。如所示，输出队列622和索引队列626从排队及组播单元628接收数据。根据说明性实施例，每个输出端口包括八个输出队列622a-622h。DH规定了向哪个队列放置信元。以下提供了队列的示范使用。
中断队列622h是最高优先级队列，要立即从队列中取出。中断队列622h用于必须在其它信息之前发送的最紧急数据。优先级队列622a-622g用于不同优先级数据。这些优先级队列622a-622g根据加权循环调度方案(Weighted round robin scheme)服务，其中较高优先级队列(例如第一优先级队列622g)中的数据在较低优先级队列(例如，第五优先级队列622c)服务之前被服务。尽力而为队列622b用于没有传递保证或担保的业务流。不尽力队列622a用于被标记为与服务合约冲突的数据，而且如果没有足够可用的带宽，则可以被丢弃。一般而言，不尽力队列622a上的数据是不希望发送的，但是如果有可用带宽，则可以发送。正如本技术领域人员会理解的，图34的输出队列结构被认为本身是说明性的，在不损害本发明范围前提下可以使用许多输出队列结构。
队列结构700也监视每个队列中存储的数据量。如果队列中的数据量超过了某个门限，就可以进行拥塞控制(例如，PPD、EPD和RED)，从而丢弃或标志其目标是该队列的业务流。有关被丢弃业务流的信息也可以发送到控制处理器，识别哪些流对输出阻塞的贡献最大，以便可以在这些流上采取处罚行动，例如前面所讨论的那些。
索引队列626对业务流定制并限制速率。索引队列626控制数据放入队列622a-622h中。如果信元或包是要求定制的数据流的一部分，那么排队和组播单元628将该信元或包通过索引队列626进行传递。通过将索引队列626只用于要求定制的业务流，发明减少了排队引擎查询和更新信息的负担。索引队列626使用逻辑环结构，该结构带有对应于未来时刻的逻辑时隙626a。索引队列626具有当前时刻、排队和离队指针。当前时刻指针根据基于索引环时隙626a宽度的时间表而前进。排队指针指向数据正在被安排进入的时隙，离队指针指向数据正从索引队列离开的时隙。数据基于所需的传输速率排队，这样，“未来时刻”是基于特定数据流中一项的最后发送时刻而计算的该项目被排队的时刻。“未来时刻”不能小于当前时刻指针指向的时隙。索引队列626依赖QoS表624，以便将数据恰当地规划到索引队列626中。QoS表624存储发送数据停车场610中的数据所需的QoS特性指示器。优选地，图4和9的CP 64通过图5和9的LCP 72填充表624。
索引队列626的离队过程与排队过程不同步。离队过程移除掉那些被离队指针所指向的所有的时隙项，并使离队指针前进，直到它赶上当前队列指针。从“离队时隙”中搬移的项被放入它们的QoS特性所规定的输出队列622a-622h中。如图34所示，不进行定制的数据直接传递到输出队列622a-622h。或者，受定制的数据被放入索引队列626直到离队632。
图32中604所示的队列调度器(在输出队列管理器620中)使同样如图32中表示的输出队列622a-622h中的数据离队。调度器604实施优先级和加权循环调度。可编程的门限值根据加权循环调度队列来划分优先级队列。调度器604首先处理优先级队列，以严格的优先级顺序来发送业务流。队列622的其余部分按照加权循环调度顺序处理。每个输出队列一般都指定了QoS等级，并具有因此而配置队列的加权优先级。优先级门限可以只用于所有输出队列622a-622h的选择优先级排队或只用于加权循环调度排队。此外，一个逻辑输出端口的输出队列622a-622h可以与任何其它逻辑输出端口的输出队列622a-622h独立地配置。
图35是更详细图710，说明输出队列622进入输出FIFO 712的离队过程。输出FIFO 712的门限水平触发离队。输出FIFO 712根据它的容量降低至所选水平之下来触发另外的数据离队。优先级队列622c-622g的加权允许用户去规定特定队列消耗多少带宽，并防止较高优先级队列消耗所有可用带宽。根据所说明的实施例，在从具有说明性排队结构的较低优先级队列中继续使数据离队之前，排队结构通过只使特定队列的权重所允许的最大数据量离队而实现这个目的。
根据说明性实施例，图2的每个通信模块12包括多达48个逻辑输出端口，每个逻辑输出端口具有所关联的一组输出队列622。以下描述了使用队列的一个示例方法。
队列622h是中断队列。正如上面提到的，这个队列首先被服务，而且它用于特别紧急、必须在任何其它信息之前发送的数据。典型的用途包括那些无论如何不能用其他方式排队的链路管理帧或信元或延迟敏感业务流。在说明性实施例中，这个队列622h被通信节点10内部使用，而且仅当绝对必要时使用。
队列622c-622g是优先级队列。这些队列用于比尽力而为和速率受限的处理更好的任何业务流。来自索引队列626的数据根据优先级而被放入这些队列。例如，队列管理器620将极端时间敏感的CBR和rtVBR业务流放入优先级1队列622g，而将nrtVBR业务流放入低优先级队列，例如优先级5队列622e。
队列622b是“尽力而为”队列。这是一个用于没有关联的QoS保证或传递担保的业务流。通常，队列管理器将UBR和非预留IP业务流导向队列622b。
队列622a提供“不尽力”队列。队列622a可以用于被标志为与业务流服务合约冲突或如果没有任何可用带宽时可以被丢弃的数据。队列622a中的数据是不希望被发送的，但是如果有可用带宽，则可以发送。这种队列的另一个用途是用于“行为不端”的尽力而为流。例如，如果一个流正受到来自RED算法的过度丢弃，该流可以被归类并放入“不尽力”队列作为处罚。
输出队列管理器620向封装选择器632传递标签列表和DH。封装选择器632则从发送停车场610中取回恰当数据。封装选择器632将所选信元的目标句柄传递到目标描述管理器634。目标描述管理器634与封装引擎636合作，以便确定如何正确地封装将要输出的数据。目标描述管理器634访问封装RAM 638，得到有关目标正确封装的信息。目标描述管理器634具有输出数据流目标的目标描述符。伴随每个信元的该DH被目标描述管理器634用于查找目标描述符。目标描述符是一个可在DH内找到的域，它包含重新封装信元所需的所有信息，其中包括部分循环冗余校验以及有关帧长的信息。封装引擎634使用来自目标描述符引擎640的封装标识，以便查询封装描述符表642。来自表642的封装描述符包含一个要将其插入输出帧开头以用于标识封装类型的图样。
封装引擎636收集从发送数据停车场610取回的DH及数据，将数据打包在恰当的封装中，并将数据转发到ATM输出644。ATM输出模块644产生正确的AAL5结尾符并设置信元中的各种比特。OperationsAdminstration and Maintenance(OAM操作管理及维护)单元646提供ATM协议集内的操作及控制功能。ATM输出模块644向PLCP模块648发送所得到的数据。如果不要求PLCP封装，信元就不经修改地通过PLCP模块648到端口发送队列622。否则，PLCP模块648将信元封装成PLCP帧。
封装引擎636将IP包传递到PPP/FR输出模块650，将IP包封装为PPP帧或FR帧。PPP/FR输出模块650将所得到的帧传递到端口发送队列622。封装引擎636通过LCP包输出模块652和LCP缓存器654将某些包传递到图5的LCP 72。
SONET成帧器/物理接口656将数据构成SONET帧，并进行并串变换。SONET成帧器/物理接口656是到输出线路的物理接口。所得到的数据向目标输出。
因此，发明说明性实施例提供了在数字通信节点内操作的QoS设施。数字通信节点基本上是单个设备，它可以转发IP包以及ATM信元。说明性的QoS设施既提供基于IP的数据流也提供基于ATM的数据流的QoS特性。由于说明性的通信节点以内部标准格式内部传递数据，因此可以很容易适合于使用基本上任何的封装方案来转发数据流并对其提供QoS特性。
尽管本发明已经参考其说明性实施例进行了描述，但是本领域技术人员会理解形式和细节上的改变在不背离本发明预期范围(如所附权利要求)的情况下是可以进行的。

Claims (54)

1.在数字通信节点提供异步转移模式ATM和互联网协议IP服务质量QoS特性的设施，所述设施包括：
适于从外部数据源接收输入数据流的多个逻辑输入端口，适于向多个外部数据目标发送输出数据流的多个逻辑输出端口，其中，所述输入数据流和所述输出数据流包括多个ATM数据信元和多个IP数据包，
ATM转发装置，用于沿着所选的转发路径将ATM数据信元从所述逻辑输入端口中的一个转发到至少一个所述逻辑输出端口，
IP转发装置，用于沿着所选的转发路径将IP数据包从所述逻辑输入端口中的一个转发到至少一个所述逻辑输出端口，以及
QoS单元，用于识别所述输入数据流中的ATM数据信元的一个或者多个ATM QoS特性、识别所述输入数据流中的IP数据包的一个或者多个IP QoS特性以及至少部分基于所识别的一个或者多个ATM QoS特性、并基于所识别的一个或者多个IP QoS特性，规划所述输入数据流的转发。
2.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于还包括包含所述ATM转发装置和所述IP转发装置的外壳。
3.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，还包括包含所述ATM转发装置、所述IP转发装置以及所述QoS单元的外壳。
4.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还包括呼叫控制装置，用于响应来自各个所述外部数据源和所述外部数据目标中至少一个的服务合约请求，并且选择性地在所述通信节点同所述外部数据源和所述外部数据目标中的至少一个之间构成服务合约，其中，所述服务合约包括由所述通信节点向来自所述外部数据源的输入数据流或者引向所述外部数据目标的输入数据流中的至少一个提供所述ATM及IP QoS特性的协定，而且其中，所述通信节点适于向不同的所述外部数据源和所述外部数据目标提供有区别的服务合约。
5.根据权利要求4提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述呼叫控制装置适于确定所述通信节点的可用带宽，并根据由于确定了没有足够带宽用于提供所请求的QoS特性而拒绝服务合约请求。
6.根据权利要求4提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还包括流量控制装置，响应所述呼叫控制装置，以便解释所述服务合约提供的所述ATM和IP QoS特性，并将控制信息通知所述转发路径上的设备，以便确保沿着所述转发路径保留足够带宽，从而提供与所述服务合约同等的所述ATM和IP QoS特性。
7.根据权利要求4提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还执行ReSerVation协议，用于提供一种信令机制，从所述通信节点针对外部数据目标为引向所述外部数据目标的数据流请求一个服务合约。
8.根据权利要求4提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还包括数据归类装置，用于通过确定所述输入IP数据包以及所述输入ATM数据信元所需的QoS特性，如果有的话，为特定的QoS类别选择输入到所述通信节点的IP数据包以及ATM数据单元。
9.根据权利要求8提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还包括规划装置，用于根据所述归类装置选择的所述QoS类别，规划所述IP数据包的所述转发以及所述ATM数据信元的交换。
10.根据权利要求4提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元还包括数据监控装置，用于确定所述IP数据包和所述ATM数据信元是否是所述输入数据流中的一个特定的输入数据流的一部分，确定所述特定数据流的外部源是否与所述通信节点具有服务合约，并确定所述特定数据流的所述IP数据包和所述ATM数据信元是否符合所述服务合约。
11.根据权利要求10提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述监控装置丢弃所述IP数据包和所述ATM数据信元中所选的、不符合所述服务合约的那些包和信元。
12.根据权利要求10提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述监控装置还标志所述IP数据包和所述ATM数据信元中所选的、不符合所述服务合约的那些包和信元。
13.根据权利要求10提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，一个或多个所述ATM数据信元组成一个ATM帧，而且其中，所述监控装置还包括部分包丢弃PPI装置，根据所述监控装置确定另一个所述ATM数据信元不符合服务合约而丢弃ATM帧中所选的其它ATM数据信元。
14.根据权利要求10提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，一个或多个所述ATM数据信元组成一个ATM帧，而且其中所述监控装置还包括ATM排队装置，用于对所述ATM数据信元的转发进行缓存，并包括提前包丢弃EPD装置，用于根据所述ATM排队装置到达所选的充满水平而丢弃整个ATM帧。
15.根据权利要求10提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述监控装置还包括排队装置，用于对所述ATM数据信元的转发进行缓存，并对所述IP数据包的转发进行缓存，并包括随机提前检测装置，用于根据所述排队装置到达一个或多个所选的充满水平，随机地丢弃IP数据包和ATM数据信元。
16.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于还包括包含所述ATM转发装置、所述IP转发装置以及所述QoS单元中至少一部分的专用集成电路。
17.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于还包括公用物理接口，它包括所述ATM转发装置从中接收所述ATM数据信元以及所述IP转发装置接收所述IP数据包的所述逻辑输入端口。
18.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述输入数据流包括同步光纤网SONET帧，而且其中，所述设施还包括SONET解帧器，用于对所述输入数据流中的所述SONET帧解帧。
19.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM转发装置包括ATM查找装置，用于基于所述输入数据流中所述ATM数据信元包含的信息，识别向哪个所述逻辑输出端口转发所述ATM数据信元。
20.根据权利要求19提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM查找装置还适于确定应当将所述ATM QoS特性中的哪一个提供给所述输入数据流中的所述ATM数据信元。
21.根据权利要求20提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM查找装置还适于在单个查找操作中执行所述识别和所述确定。
22.根据权利要求1提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述IP转发装置包括IP查找装置，用于基于所述输入数据流中所述IP数据包包含的地址信息，识别向哪一个所述逻辑输出端口路由所述IP数据包。
23.根据权利要求22提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述IP查找装置还适于确定应该将所述IP QoS特性中的哪一个提供给所述IP数据包。
24.在数字通信节点提供ATM和IP QoS特性的设施，所述设施包括：
适于从外部数据源接收输入数据流的多个逻辑输入端口，以及适于向多个外部数据目标发送输出数据流的多个逻辑输出端口，其中，所述输入和输出数据流包括多个ATM数据信元和多个IP数据包，
由控制网电连接的多个通信模块，其中，所述通信模块包括：
IP包转发单元，用于将IP数据包从所述逻辑输入端口中的一个转发到至少一个所述逻辑输出端口，
ATM信元转发单元，用于将ATM数据信元从所述逻辑输入端口中的一个转发到至少一个所述逻辑输出端口，以及
QoS单元，适于识别与所述输入数据流中的ATM数据信元关联的一个或者多个ATM QoS特性、识别与所述输入数据流中的IP数据包关联的一个或者多个IP QoS特性以及在所述通信节点中对所述输入数据流提供所识别的一个或者多个ATM QoS特性和所识别的一个或者多个IP QoS特性。
25.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM QoS特性包括恒定比特率、未指定比特率、非实时变比特率、实时变比特率以及可用比特率中至少一个，以及所述IP QoS特性包括临时QoS、有区别业务以及综合业务中至少一个。
26.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，至少一些所述QoS单元分布在所述多个通信模块中。
27.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，还包括与所述通信模块进行数字通信的互连部件，并适于在所述通信模块之间转发ATM数据信元和IP数据包。
28.根据权利要求27提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，至少一些所述QoS单元分布在所述互连部件中。
29.根据权利要求26提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，还包括与所述通信模块进行数字通信的互连部件，并适于在所述通信模块之间转发ATM数据信元和对IP数据包路由选择，其中，至少一些所述QoS单元分布在所述互连部件中。
30.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，还包括控制处理器，控制所述QoS单元的操作。
31.根据权利要求30提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述通信模块包括通信模块处理器，用于与所述控制处理器通信并协助所述控制处理器控制所述QoS单元。
32.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述通信模块还包括查找引擎，它适于处理输入数据流中的IP数据包和ATM数据信元，以便确定所述输入数据流中所述IP数据包和所述ATM数据信元所需的ATM和IP QoS特性。
33.根据权利要求32提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述查找引擎还适于处理输入数据流中的所述IP数据包和所述ATM数据信元，以便识别所述ATM数据信元和所述IP数据包应该被转发到的一个或多个所述逻辑输出端口。
34.根据权利要求33提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述查找引擎还适于产生目标句柄，它代表所述ATM数据信元和所述IP数据包要求的所述QoS特性，并代表所述ATM数据信元和所述IP数据包应该被转发到的所述一个或多个逻辑输出端口。
35.根据权利要求33提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述查找引擎还适于在公共查找操作中确定所述QoS特性以及所述逻辑输出端口。
36.根据权利要求32提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM数据信元包括ATM信元字头，而且所述查找引擎还适于处理所述ATM信元字头以便确定输入数据流中所述ATM信元要求的ATM QoS特性。
37.根据权利要求36提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述ATM信元字头包括虚电路指示器VCI和虚路径指示器VPI，而且所述查找引擎还适于处理所述VCI和VPI，以便确定输入数据流中所述ATM信元要求的ATM QoS特性。
38.根据权利要求32提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述IP数据信元包括IP信元字头，后者包括目标地址、源地址、IP协议号、输入端口号或者输出端口号中的至少一个，而且其中，所述查找引擎还适于处理所述IP信元字头，以便确定输入数据流中所述IP数据包要求的QoS特性。
39.根据权利要求24提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元包括监控单元，用于检测输入数据流中的所述IP数据包和所述AIM数据信元是否超过所选的QoS特性。
40.根据权利要求36提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述QoS单元包括监控单元，用于检测输入数据流中不符合规定的IP数据包和不符合规定的ATM数据信元，其中，所述不符合规定的IP数据包和ATM数据信元超过了所选的QoS特性。
41.根据权利要求40提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述查找引擎包括至少一些所述监控单元，而且还适于标志所述不符合规定的ATM数据和IP数据包。
42.根据权利要求41提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述查找引擎还适于产生目标句柄，它代表所述ATM数据信元和所述IP数据包要求的所述QoS特性，并适合于通过设置所述目标句柄中的比特来进行所述不符合规定的ATM数据信元和所述IP数据包的所述标志。
43.根据权利要求27提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于
所述QoS单元还包括查找引擎，它适于处理输入数据流中的IP数据包和ATM数据信元，以便确定所述输入数据流中所述IP数据包和所述ATM数据信元要求的ATM及IP QoS特性，并用于产生代表所述ATM数据信元和所述IP数据包要求的所述QoS特性的目标句柄，以及
所述互连部件还包括IP数据包和ATM数据信元的输入数据队列，其中所述互连部件至少部分地基于所述目标句柄表示的所述IP及ATM QoS特性，确定用哪一个所述输入数据队列来存储特定的一些所述IP数据包和所述ATM数据信元。
44.根据权利要求27提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，从所述互连部件传递到所述通信模块之一的ATM数据信元和IP数据包，包括一个有关的状态，该状态指示一个或多个其它的所述通信模块接收更多的ATM数据信元和IP数据包的能力。
45.根据权利要求27提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述通信模块还包括排队结构，用于对从所述互连部件传递到所述通信模块的ATM数据信元及IP数据包进行中间存储，以便通过一个或多个所述逻辑输出端口输出。
46.根据权利要求45提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述通信模块包括与每个所述逻辑输出端口关联的一个或多个物理输出端口，所述排队结构还包括与每个所述物理输出端口关联的多个输出队列，其中，每组多个输出队列适于对那些目标是通过所述有关物理输出端口输出的所述IP数据包和ATM数据信元中的一些进行中间存储。
47.根据权利要求46提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，那些被包括在特定的多个输出队列中的输出队列，相对于包括在所述特定多个队列中的其它输出队列有一个指定的优先级，其中，存储在具有较高优先级的输出队列中的数据被规划为优先于存储在较低优先级队列中的数据而输出。
48.根据权利要求46提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述排队结构还包括索引队列，其中，所述索引队列适于将目标为所述输出队列的、至少是所选的一些所述ATM数据信元及IP数据包进行中间存储，并至少部分地基于对所述所选的一些所述ATM数据信元及IP数据包提供的所述ATM和IP QoS特性，规划所述所选的一些所述ATM数据信元和IP数据包从所述索引队列到所述输出队列的传递。
49.根据权利要求47提供ATM和IP QoS特性的设施，其特征在于，所述排队结构还包括输出栈，其中，所述输出栈适于对目标是从所述多个输出队列中一个传递的所述ATM数据信元和IP数据包进行中间存储，而且所述设施还包括处理器，用于根据所选优先级从所述多个输出队列向所述输出栈传递所述ATM数据信元和IP数据包，其中，所述所选优先级至少部分地基于从所述输出队列中的哪一个传递所述数据。
50.在数字通信节点提供ATM和IP QoS特性的设施，所述设施包括：
多个线路卡，每个具有至少一个与外部设备接口的外部输入/输出端口，以及多个在所述多个线路卡之间传递ATM信元和IP包的内部输入/输出端口，
与所述内部输入/输出端口进行数字通信的互连部件，用于在所述多个线路卡之间传递ATM信元和IP包，
QoS单元，用于识别与ATM信元关联的ATM QoS特性，并且识别与IP包关联的IP QoS特性，以及
AIM优先级单元和IP优先级单元，至少部分地基于所识别的ATM QoS特性以及所识别的IP QoS特性，ATM优先级单元对通过所述设施传递所述ATM信元设置优先级，IP优先级单元对通过所述设施传递所述IP包设置优先级。
51.在数字通信节点提供QoS特性的设施，所述设施包括：
从外部源向所述通信节点传递AIM信元和IP包的输入端口；
从所述通信节点向外部目标传递所述ATM信元和所述IP包的输出端口；
在所述输入端口和所述输出端口之间转发所述ATM信元和所述IP包的转发单元；
用于识别与ATM信元关联的ATM QoS特性以及与IP包关联的IP QoS特性的QoS单元；以及
ATM优先级单元，用于至少部分地基于所识别的ATM QoS特性，对从所述输入端口向所述输出端口传递所述ATM信元设置优先级。
52.在数字通信节点提供QoS特性的设施，所述设施包括：
从外部源向所述通信节点传递ATM信元和IP包的输入端口；
从所述通信节点向外部目标传递所述ATM信元和所述IP包的输出端口；
在所述输入端口和所述输出端口之间转发所述ATM信元和所述IP包的转发单元；
用于识别与ATM信元关联的ATM QoS特性以及与IP包关联的IP QoS特性的QoS单元；以及
IP优先级单元，用于至少部分地基于所识别的IP QoS特性，对从所述输入端口向所述输出端口传递所述IP包设置优先级。
53.在数字通信节点提供ATM和IP QoS特性的方法，所述方法包括：
将ATM信元和IP包接收到所述数字通信节点之中，
确定是否有ATM QoS特性关联于接收的ATM信元，而且如果有的话，对通过所述数字通信节点转发所述接收的ATM数据信元指定优先级，其中，所述优先级代表所述关联的ATM QoS特性，
确定是否有IP QoS特性关联于接收的IP包，而且如果有的话，对通过所述数字通信节点转发所述接收的IP信元指定优先级，其中，所述优先级代表所述关联的IP QoS特性，以及
至少部分地基于所述指定的优先级来规划所述接收的ATM信元和接收的IP包的传递。
54.根据权利要求53提供ATM和IP QoS特性的方法，其特征在于还包括：
用于在公共系统中提供所述ATM和IP QoS特性的集成设施。
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