(57)【要約】ブロードバンド・データ処理システムとネットワークのノード間で、データパケット・フローの接続を直接的かつフレキシブルに交換するためのシステムおよび方法。このシステムは、単一のＩＰスイッチとして動作する。
2004504734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ配信サブネットワークを接続するための装置であって、
（ａ）　該装置が、メッシュ線を有するメッシュに対する複数の同一のインタフェイスを有する少なくとも１つのシャーシを有しており、前記メッシュ線が、前記インタフェイスの各対相互間でデータを通信するための連続的なダイレクト・チャネルを提供しており、さらに、
（ｂ）　前記装置が、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも１つのデータ・ポートを備えた少なくとも１つのデータ処理モジュールを有しており、該モジュールが、前記シャーシの前記インタフェイスのうちの１つと関与していて、前記ポートのうちの１つを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記モジュールとインタフェイスされている前記メッシュ線のうちの選択されたメッシュ線に前記データをルーティングする
ことを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。
【請求項２】
前記データの前記ルーティングが、前記データに付けられたタグによって決定され、前記タグが、前記同一のインタフェイスの中から選択された１つまたは複数の宛先インタフェイスを示している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置がさらに、前記データ処理モジュールに論理的に接続されたプロセス・コントローラ・モジュールを有している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置がさらに、
（ｃ）少なくとも１つのシャーシ間データリンクと、
（ｄ）請求項１に記載のシャーシと同一の少なくとも１つの二次シャーシと、
（ｅ）データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも１つのデータ・ポートを備えた少なくとも１つのデータ処理モジュールとを有しており、該モジュールが、前記二次シャーシの前記インタフェイスのうちの１つと関与していて、前記シャーシ間データリンクから受信されたデータの情報に対して応答して、選択されたデータ配信ポートに前記データをルーティングする、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
（ｃ１）前記シャーシ間データリンクが、シャーシ間データリンクメディアに接続するように適合された少なくとも１つのデータ・ポートを備えた少なくとも１つのデータ処理モジュールとを有しており、該モジュールが、前記一次シャーシの前記インタフェイスのうちの１つと関与していて、前記インタフェイスを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記シャーシ間データ・ポートに前記データをルーティングし、
（ｃ２）前記シャーシ間データリンクが、前記シャーシ間データポートに一方の端部で接続されたシャーシ間データリンクメディアを有しており、さらに、
（ｃ３）前記シャーシ間データリンクが、少なくとも１つのデータ・ポートを備えたデータ処理モジュールを有しており、該データ・ポートが、シャーシ間データリンクメディアに接続するように適合されていて、該シャーシ間データリンクメディアの他方の端部に接続されており、前記モジュールが、前記二次シャーシの前記インタフェイスのうちの１つと関与していて、前記シャーシ間データ・ポートを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記モジュールとインタフェイス状態にある前記メッシュ・チャネルのうちの１つに前記データをルーティングする、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置がさらに、各データ処理モジュールに論理的に接続されたプロセス・コントローラ・モジュールを有している、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記プロセス・コントローラ・モジュールが、前記シャーシ間データリンクを介して、前記二次シャーシモジュールと関与するデータ処理モジュールに論理的に接続されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
データ配信サブネットワークを接続するための装置であって、該装置が：
（ａ）ルート・サーバを提供する少なくとも１つのプロセッサをそれぞれ含む少なくとも２つのシャーシと、
（ｂ）シャーシ間リンクと、
から成っており、
前記シャーシが、前記データ配信サブネットワークに対するポートを提供し、１つの前記ルート・サーバがマスター・ルート・サーバとして作用して、前記シャーシが単層３スイッチとして作用するように、それぞれ他のルート・サーバと通信する、
ことを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。
【請求項９】
前記シャーシのうちのいずれか１つの前記ポートのうちの１つを介して受信されたデータに、スイッチ−インターナル・タグが割り当てられて、前記データ配信サブネットワーク内の宛先に転送するための、前記ポートのうちの適切な１つを特定する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記マスター・ルート・サーバが、それぞれ他のルート・サーバにルーティング・テーブルを提供する、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記シャーシのうちの少なくとも１つが複数のプロセッサから成っており、該プロセッサがそれぞれ、切換え可能に互いに接続されていて、それぞれが前記ポートのうちの１つまたは複数のポートを提供しており、それぞれが前記シャーシ間リンクに論理的に接続されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のプロセッサを有するシャーシの前記ポートのうちの１つを介して、または、前記シャーシに対する前記シャーシ間リンクを介して受信されたデータに、シャーシ−インターナル・タグが割り当てられて、転送のための、前記複数のプロセッサを有するシャーシの前記ポートのうちの適切な１つのポート、または前記シャーシに対する前記シャーシ間リンクを特定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
データ処理アプリケーション・モジュールを保持するための複数の同一のスロットを有するシャーシであって、各スロットが、メッシュ線を有するバックプレーン・メッシュに対する同一のインタフェイスを有しており、前記メッシュ線がそれぞれ、前記インタフェイスの各対相互間でデータを通信するための連続的なダイレクト・チャネルを提供しており、前記メッシュ線が、毎秒１．５ギガビット以上の速度でのデジタル・データパケット通信に相応する処理能力を有していることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュールを保持するための複数の同一のスロットを有するシャーシ。
【請求項１４】
前記シャーシがさらに、管理制御信号バスを有しており、前記同一のインタフェイスが前記バスとインタフェイスしている、請求項１３に記載のシャーシ。
【請求項１５】
前記シャーシがさらに、電気通信バスを有している、請求項１３に記載のシャーシ。
【請求項１６】
前記シャーシが、前記シャーシのバックプレーン側で前記モジュールに対応する外部データ・ポートに接続可能である、請求項１３に記載のシャーシ。
【請求項１７】
前記シャーシが、前記モジュールにのための、完全に分配されたＤＣ電源装置を有している、請求項１３に記載のシャーシ。
【請求項１８】
前記同一のスロットの数が４つよりも大きい、請求項１３に記載のシャーシ。
【請求項１９】
データ処理アプリケーション・モジュールであって、該モジュールが、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも１つのデータ・ポートを備えており、前記モジュールがさらに、シャーシのスロット内に挿入するように適合されて、これにより前記スロットと関連するインタフェイスに関与しており、前記インタフェイスが複数のチャネルを有しており、該チャネルがそれぞれ、毎秒１．５ギガビット以上の速度でのデジタル・データパケット通信能力をそれぞれ有しており、前記モジュールが、前記データ・ポートを介して受信されたデータの情報に対して応答して、前記複数のチャネルのうちの選択されたチャネルに前記データをルーティングすることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュール。
【請求項２０】
前記データの前記ルーティングが、前記データに前記モジュールによって付けられたタグによって決定されるようになっており、前記タグが、前記データが最終的にルーティングされるべき、前記シャーシにおける１つまたは複数のスロット・インタフェイスを示しており、前記モジュールが、第１のルートが機能しない場合には代替ルートを選択可能であり、さらに、前記モジュールのスロット・インタフェイスとは異なる最終的なスロット・インタフェイスを示す添付タグを有する受信データを再ルーティング可能である、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２１】
前記モジュールが、並列ブロックで検査された前記受信データに対して応答し、前記チャネル上で前記データを直列に伝送するようになっている、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記モジュールが各前記チャネル専用の別個のトランシーバを有している、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２３】
データ処理アプリケーション・モジュールであって、該モジュールが、データ配信サブネットワークに接続するように適合された少なくとも１つのデータ・ポートを有しており、前記モジュールが、同一のモジュールと組み合わされた前記モジュールが単層３スイッチとして作用できるように、マスター・ルート・サーバと同期するように適合されたルート・サーバを有していることを特徴とする、データ処理アプリケーション・モジュール。
【請求項２４】
前記データ・ポートのうちの１つを介して受信されたデータに、スイッチ−インターナル・タグが割り当てられて、宛先データ配信サブネットワークに転送するための、前記ポートのうちの適切な１つを特定する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記モジュールが、実質的に同一のデータ処理モジュールを有する単一のシャーシに取り付けるように適合されており、前記データ・ポートのうちの１つを介して受信されたデータに、シャーシ−インターナル・タグが割り当てられて、宛先データ配信サブネットワークに転送するための、前記ポートのうちの適切な１つを特定する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
１つまたは複数のシャーシ内に組み込まれたデータ処理アプリケーション・モジュールにそれぞれ接続されたデータ配信サブネットワークにユーザを接続するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち：
Ａ）　シャーシ内に組み込まれて１つのデータ配信サブネットワークに接続されたモジュール上でデータを受信するステップと、
Ｂ）　ｉ）前記シャーシに組み込まれたモジュールに接続された、ｉｉ）前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシに組み込まれたモジュールに接続された、または、ｉｉｉ）前記シャーシ、または前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシのモジュールを介してアクセス可能なインターネットまたは同様のネットワークに接続された、データ配信サブネットワーク上に、前記受信データの宛先があるか否かを、前記受信データのヘッダ情報から決定するステップと、
Ｃ）　前記シャーシ内で前記データをルーティングするために、前記受信データにヘッダ・タグを付けるステップと、
Ｄ）　前記シャーシ内に組み込まれたモジュールから前記ヘッダ・タグなしで前記データを伝送するステップと
から成ることを特徴とする、データ配信サブネットワークにユーザを接続するための方法。
【請求項２７】
シャーシ内で相互接続されたデータ通信モジュール間でデータ・フローを交換するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち：
Ａ）　前記データを１つの前記モジュールで受信するステップと、
Ｂ）　前記モジュール内のｍビット幅のパラレル・バスに一度にｍビットの前記データを供給するステップと、
Ｃ）　前記データをｍビットのパラレル待ち行列に蓄積するステップと、
Ｄ）　どのモジュールが適切な宛先モジュールであるかを決定するステップと、
Ｅ）　どの宛先モジュールに前記データがルーティングされるべきかを示すために、前記データにタグを付けるステップと、
Ｆ）　前記ｍビットのデータを前記ｍビット幅のパラレル・バスに一度に供給するステップと、
Ｇ）　前記宛先モジュールへの経路と関連するシャーシ内チャネル内に、前記ｍビットのデータをゲーティングするステップと、
Ｈ）　前記ｍビットのデータをシリアル化するステップと、
Ｉ）　前記経路と関連する前記チャネル専用の高速シリアル・リンクに、前記シリアル化されたｍビットのデータを供給するステップと、
Ｊ）　前記宛先モジュール内のｍビット幅のパラレル・バスに前記ｍビットのデータを一度に供給するステップと、
Ｋ）　前記データをｍビットのパラレル待ち行列に蓄積するステップと、
Ｌ）　前記宛先モジュール内の前記ｍビット幅のパラレル・バスに前記ｍビットのデータを一度に供給するステップと、
Ｍ）　前記宛先モジュールから前記データを伝送するステップと
から成ることを特徴とする、データ・フローを交換するための方法。
【請求項２８】
複数のシャーシに対するポートを有するデータ配信サブネットワークを接続するための方法であって、該方法が以下のステップ、すなわち：
ａ）　前記複数のシャーシのそれぞれに対応するルート・サーバを同期するステップと、
ｂ）　前記シャーシのうちの１つのポートで受信されたデータにタグを付け、前記データの情報と、前記シャーシに対応する同期されたルート・サーバとにしたがって転送するためのポートを指定するステップと、
ｃ）　前記タグによって指定された前記ポートに前記データを転送するステップと
から成る、データ配信サブネットワークを接続するための方法。
【請求項２９】
データ配信サブネットワークにユーザを接続するための装置であって、該装置が、シャーシ内の組込みに適合されて、同一または他のシャーシ内に組み込まれた実質的に同様の１つまたは複数のモジュールに論理的に接続されるべきデータ処理アプリケーション・モジュールから成っており、該モジュールが、
Ａ）　データを受信するための手段と、
Ｂ）　ｉ）前記シャーシに組み込まれたモジュールに接続された、ｉｉ）前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシに組み込まれたモジュールに接続された、または、ｉｉｉ）前記シャーシ、または前記シャーシに対するシャーシ間データリンクを有する別のシャーシのモジュールを介してアクセス可能なインターネットまたは同様のネットワークに接続された、データ配信サブネットワーク上に、前記受信データの宛先があるか否かを、前記受信データのヘッダ情報から決定するための手段と、
Ｃ）　前記シャーシ内で前記データをルーティングするために、前記受信データにヘッダ・タグを付けるための手段と、
Ｄ）　前記シャーシ内に組み込まれたモジュールから前記ヘッダ・タグなしで前記データを伝送するための手段と
から成っていることを特徴とする、データ配信サブネットワークにユーザを接続するための装置。
【請求項３０】
シャーシ内で相互接続された実質的に同様のモジュール間でデータ・フローを交換するためのデータ通信モジュールから成る装置であって、前記モジュールが：
Ａ）　前記データを受信するための手段と、
Ｂ）　ｍビット幅のパラレル・バスに一度に前記ｍビットのデータを供給するための手段と、
Ｃ）　前記データをｍビットのパラレル待ち行列に蓄積するための手段と、
Ｄ）　どのモジュールが適切な宛先モジュールであるかを決定するための手段と、
Ｅ）　どの宛先モジュールに前記データがルーティングされるべきかを示すために、前記データにタグを付けるための手段と、
Ｆ）　前記ｍビットのデータを前記ｍビット幅のパラレル・バスに一度に供給するための手段と、
Ｇ）　前記宛先モジュールへの経路と関連するシャーシ内チャネル内に、前記ｍビットのデータをゲーティングするための手段と、
Ｈ）　前記ｍビットのデータをシリアル化するための手段と、
Ｉ）　前記経路と関連する前記チャネル専用の高速シリアル・リンクに、前記シリアル化されたｍビットのデータを供給するための手段と
から成っていることを特徴とする、データ・フローを交換するためのデータ通信モジュールから成る装置。
【請求項３１】
複数のシャーシに対するポートを有するデータ配信サブネットワークを接続するための装置であって、該装置が：
ａ）　前記シャーシのそれぞれに組み込まれた少なくとも１つのデータ・プロセッサと、
ｂ）　前記シャーシのそれぞれに設けられた少なくとも１つのルート・サーバと、
ｃ）　前記ルート・サーバのそれぞれを同期するための手段と、
ｄ）　前記シャーシのうちの１つのポートで受信されたデータにタグを付け、前記データの情報と、前記シャーシに対応する同期されたルート・サーバとにしたがって転送するためのポートを指定するための手段と、
ｅ）　前記タグによって指定された前記ポートに前記データを転送するための手段と
から成ることを特徴とする、データ配信サブネットワークを接続するための装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明の分野は、データ処理システムのブロードバンド網を介する通信分野、例えば、ＳＯＮＥＴバックボーンと、ユーザをバックボーンに接続するためのハイブリッド・ファイバー・同軸（ケーブル）（「ＨＦＣ」）アクセス網とを使用するネットワークを介する通信分野である。ＨＦＣ環境に対応するパケット通信基準はケーブル・ラボ（ＣａｂｌｅＬａｂｓ）のＤＯＣＳＩＳ（ケーブル経由データ・サービス・インタフェイス仕様（Ｄａｔａ　Ｏｖｅｒ　Ｃａｂｌｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、資料番号ＳＰ−ＲＦＩ−Ｉ０５−９９１１０５）である。
図１は、（それぞれ２００〜２０００件の適合世帯（ＨＨＰ）に接続される）ＨＦＣシステムへの広域データ供給の典型的な形態を示す。ヘッドエンド・ターミネーション・システム２は、リング６においてマルチプレクサ・ドロップを介してＳＯＮＥＴリング４に接続されている。ヘッドエンド２は、ファイバー下り側接続部７とファイバー上り側接続部８とによって、ファイバー・ノード９に接続されている。ファイバーノード９は、ケーブルモデム加入者（すなわち家庭１１）に出る同軸コネクタ１０を有している。これらのマルチプレクサには目下のところ、ヘッドエンド・ターミネーション・システムに加えて、およそ＄５０，０００の費用がかかり、コミュニティへのサービス拡大は、新しいマルチプレクサおよびサーバを必要とする。
ヘッドエンド・ターミネーションシステム上のコンポーネントが機能しないと、「下り（ヘッドエンドからエンドユーザへの）サブネットワーク（図７）全体が接続されるネットワークとの通信機能を奪われてしまうおそれがある。
コストを節減し、システム管理を容易にするために、システムを統合する試みがなされてきた。現行の「統合」データ供給システム２０を図２の機能ブロックとして示す。図２は、リバース・パス・モニタリング・システム２２と、ＩＰスイッチ２４と、ルータ２６と、変調器およびアップコンバータ２８と、プロビジョニング・システム３０と、テレフォニー部分３２と、複数のＣＭＴＳ３４（ケーブルモデム・ターミネーション・システム）とを有するシステムを示す。このタイプのシステムは、複数のベンダーからの複数のシステムを有するように構成され、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有しているのが普通である。
音声およびデータを供給するための代表的な現行のブロードバンド・ケーブル網を図３に示す。ＳＯＮＥＴ（ＰＯＳ）リンク４０，４２を介した２つのＯＣ−１２パケットが、それぞれ２つのバックボーン・ルータ４４，４６のうちの一方に接続されている。これらのバックボーン・ルータは２つのスイッチ４８，５０にネットワークされている。スイッチ４８，５０はＣＭＴＳヘッド末端ルータ５２，５４にネットワークされている。ＣＭＴＳヘッドエンド・ルータ５２，５４は、ＣＭＴＳ６１を介して複数の光学ノード５６に接続されている。スイッチ４８，５０はまた、複数の電話幹線ゲートウェイ５８に接続されており、これらのゲートウェイは公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）６０に接続されている。図２に示した「統合」システムと同様に、このタイプのネットワークも、複数のシステムに対応する複数のベンダーを有しており、種々異なる管理システムと、大きな占有面積と、高い所要電力と、高い動作コストを有している。システムのサイズ、必要な電力およびコストを低減し、データ供給における整合性の増大および信頼性の向上を保証することが依然として望まれる。
本発明の目的は、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための統合システムおよびプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、高いネットワーク信頼性を有すると共に、ライフライン電話サービスを信頼性高く支援する能力、および、階層化された音声・データサービスを供給する能力をも備えたケーブル・アクセス・プラットフォームのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、安全かつ拡張可能なネットワーク・スイッチのためのシステムおよびプロセスを提供することである。
発明の概要
ブロードバンド網環境においてデータ処理を行うための統合ネットワーク・ソリューションを提供する上での問題点は、本発明による、高品質の音声、データおよびビデオサービスをブロードバンド供給するための、高度に統合された搬送クラス・ブロードバンド・アクセス・システムにより解決される。
本発明において、ＨＦＣ経路への切換えがＩＰ（インターネット・プロトコル）またはネットワーク層（ＯＳＩ層３）において、広域網（ＷＡＮ）、インタフェイス・カード、ＨＦＣインタフェイス（ケーブルモデム・ターミネーション）カード、および、クラスター・マネージャによって制御された、完全にメッシュ化された共通シャーシ内のシャーシ間リンク（ＩＣＬ）カードの組み合わせを用いて行われるようなプロセスおよびシステムが提供される。ＩＣＬは数マイルにわたって延びてよいが、しかし、クラスター・マネージャによって制御される、シャーシのクラスターは、単一のＩＰスイッチとして働く。シャーシは、同様に他のブロードバンド・アクセス・メディア、例えばデジタル加入者ライン（ＤＳＬ）、固定無線ローカル・マルチポイント配信サービス（ＬＭＤＳ）およびマルチチャネル・マルチポイント配信サービス（ＭＭＤＳ）、「縁石までの光ファイバ（ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｒｂ）」（ＦＴＴＣ）とインタフェイスすることができる。
本発明は、種々様々な局地的および広域的形態を配備する上でのフレキシビリティを提供し、規模拡張のために準備されている経路を必要とする小規模なオペレータに、このような形態を適したものにする。電話モデム・リターンを有する一方向ケーブルのように、種々異なるブロードバンド通信様式には、種々異なるメディア・カードが使用されてよい。本発明はまた、種々異なるネットワーク・エレメントに複数レベルの冗長性を許し、特にストレスを与えられるエレメントの冗長性を有することにより、より高い利用可能性をオペレータに提供するのを可能にする。本発明は、信頼性の高い拡張可能なシステムを、僅かな設置面積および低所要電力と共に提供する。
詳細な説明
図４は、本発明の原理に従って動作するシャーシ２００を示す。このシャーシ２００は、複数のネットワーク・インタフェイスとアプリケーションとを単一のスイッチシステム内に統合している。本発明のシャーシは、シャーシ・コントローラ内のクラスター・マネージャによって制御された低レベルの組込みソフトウェアを使用した、高性能のパケット転送、フィルタリングおよびＱｏＳ／ＣｏＳ（サービス品質／サービス・クラス）能力を有する、完全にメッシュ化されたＩＰスイッチである。パケット転送、フィルタリングおよびＱｏＳ／ＣｏＳは、シャーシ内部のアプリケーション・モジュール（「カード」とも呼ばれる）にわたって分布されている。動作は、高速ＩＰプロセッサによってそれぞれのモジュールにおいて実行される。シャーシ・コントローラおよびクラスター・マネージャは動作を制御し、それぞれのモジュールを構成する。クラスター・マネージャ内には、ルータ・サーバ機能（ＲＩＰｖ１、ＲＩＰｖ２、ＯＳＰＦなど）、ネットワーク管理（ＳＮＭＰ　Ｖ１／Ｖ２）、セキュリティ、ＤＨＣＰ、ＬＤＡＰおよびリモート・アクセス・ソフトウェア（ＶＰＮｓ、ＰＰＴＰ，Ｌ２ＴＰおよびＰＰＰ）を含む、より高レベルのソフトウェアが位置しており、このソフトウェアは容易に変更またはアップグレードすることができる。
本発明のこの実施例の場合、シャーシ２００は１４個のモジュール用スロットを有している。これら１４個のスロットのうち１２個はアプリケーション・モジュール２０５を保持しており、２つのスロットはシャーシ・コントローラ・モジュール２１０を保持している。各アプリケーション・モジュールはＤＣ−ＤＣコンバータ２０２を搭載しており、シャーシ内に「ホットプラグ可能」である。シャーシ・コントローラ２１０は、冗長システムのクロック／バス・アービトレーションのために働く。シャーシはまた、冗長電源モジュールを有している。電源モジュールおよびＤＣ−ＤＣコンバータは、シャーシ内で完全分配された電源装置から成っている。シャーシ内に統合可能なアプリケーションの例はＣＭＴＳモジュール２１５、イーサネット・モジュール２２０、ＳＯＮＥＴモジュール２２５およびテレフォニー・アプリケーション２３０である。他のアプリケーションとしては、シャーシ間リンク（ＩＣＬ）ポート２３５があってよく、このポート２３５を介して、シャーシを別のシャーシにリンクすることができる。ＩＣＬポートはただの出口ポートである。ＩＣＬポートは、あらゆる出口モジュール、例えば１０／１００イーサネット、ＩＧイーサネットおよびパケット−オーバー−ＳＯＮＥＴ（ＰｏＳ）を使用して実行可能である。
図５は、図４のシャーシ２００を有する統合ケーブル・インフラストラクチャ２６０を示す。シャーシ２００は音声およびデータの供給のための地域ハブ２６２の一部である。ハブ２６２は、ビデオコントローラ・アプリケーション２６４と、ビデオサーバ２６６と、ウェブ／キャッシュ・サーバ２６８と、動作支援システム（ＯＳＳ）２７０と、ＩＰアクセススイッチとして働くシャーシ２００にネットワークされた全てのものとを含んでいる。シャーシ２００はＳＯＮＥＴリング２７２に、ハブ２６２の外部で接続されている。ＳＯＮＥＴリング２７２はインターネット接続部２７４と、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）接続部２７６とを有している。シャーシ２００はまた、ＨＦＣリンク２７８によってケーブル顧客に接続されており、音声、データ、ビデオおよびファックスサービスを含む、ＩＰに基づくサービスを提供する。各ＨＦＣアプリケーション・モジュールは、最大２０００件までのケーブルモデム・サービス加入者を取り扱う。加入者数の論理的限界は８１９２件である。シャーシは複数のＨＦＣリンクをサポートすることができ、また、１００万件を超えるケーブルモデム加入者をサポートするために、複数のシャーシが一緒にネットワークされてよい（後述のとおり）。
今日の慣例により、ユーザ（例えばデスクトップ型コンピュータ、ファクシミリ機または電話セット）への送信（ダウンロード）のために１つの広帯域チャネル（２７〜４０Ｍｂｐｓ）があり、アップロードのためには、より狭帯域の複数のチャネル（３２０Ｋｂｐｓ〜１０Ｍｂｐｓ）がある。これは、Ｏ／Ｅノードで双方向通信することによりＨＦＣカードによって処理される。ローカルなＨＦＣケーブル・システムまたはループは、ケーブルモデムへのドロップを有する同軸ケーブル分布網である。
図６は、図４の複数のシャーシを使用するリング・ネットワーク３００を示す。複数のシャーシ３０２，３０４，３０６，３０８は、全二重シャーシ間リンク３１０，３１２，３１４，３１６にわたって延びるリングとして接続されている。このリング形態は、シャーシ３０４またはＩＣＬ３１０，３１２がシャーシ３０２および３０６の間で機能しないとしても、シャーシ３０２およびその関連ケーブル網がシャーシ３０６およびその関連ケーブル網と通信するのを可能にする。
図７は、本発明の原理に従って動作する一次シャーシ３３０と二次シャーシ３３２とを有する第１の階層ネットワーク３２８を示す。一次シャーシはファイバー光通信ライン（ＯＣ−ｎ）３３４，３３６に接続されている。ＯＣ−１２ラインが図示されているが、ＯＣ−３またはＯＣ−４８も支持されている。一次シャーシ３３０はＰＳＴＮ３３８に接続されてもよい。一次シャーシ３３０と二次シャーシ３３２とは全二重リンク３４０によってリンクされている。全二重リンクは高速イーサネット（ＦＥ）、ギガビット・イーサネットまたはパケット−オーバー−ＳＯＮＥＴ（ＰｏＳ）タイプの接続部であってよい。二次シャーシ３３２は複数の光学ノード３４２に接続されている。一次シャーシと１つまたは複数の二次シャーシとがあるネットワークにおいては、一次シャーシがクラスターをそのクラスター・マネージャで管理する。
他の形態、例えば一次シャーシ３５２と二次シャーシ３５４，３５６，３５８，３６０，３６２とを備えた、図８に示したような「星」形態３５０、または、二次階層に一次シャーシ３８２と二次シャーシ３８４および３８６を備え、三次階層に二次シャーシ３８８，３９０，３９２，３９４とを備えた階層状配列３８０が可能である。シャーシ４０２，４０４，４０６，４０８，４１０を備えたメッシュ形態４００が図１０に示されている。この場合、各シャーシが他の全てのシャーシにシャーシ間リンク内で接続されている。一次および二次シャーシはシステム形態によって決定される。各シャーシは他のどのシャーシとも実質的に同じである。
上述の形態は、長距離ファイバー光リンクを使用して数１０マイルにわたって延びることができ、あるいは、同一のマスタ・ヘッドエンド・サイトで単一ラックに配列することもできる。
図１１は、図４のシャーシ２００のバックプレーン４２０に接続されたアプリケーション・モジュールを示す。各アプリケーション・モジュール４２２は、メッシュ通信チップ（ＭＣＣ）４２４を介してバックプレーン４２０とインタフェイスする。このＭＣＣについてはより詳細に後述する。各ＭＣＣ４２４は１２個のシリアル・リンク・インタフェイス４２６を有しており、１１個がバックプレーン４２０に通じている。各アプリケーション・モジュールにおいてバックプレーンに通じる１１個のシリアル・リンクは、アプリケーション・モジュールをシャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに接続するために設けられている。１つのリンクはモジュールをそれ自体に接続するために、つまりループ・バックのために設けられている。アプリケーション・モジュール４２２はシャーシ管理バス４３２を介してシャーシ・コントローラ４２８，４３０に接続されている。第２のシャーシ・コントローラ４３０は、オプションとして、システムをより信頼性高くするため、冗長性のために使用される。好ましい実施例の場合、やはり冗長性／信頼性を目的として、第２のシャーシ管理バス（図示せず）が設けられている。
バックプレーンは完全にメッシュ化されている。このことはどのアプリケーション・モジュールも、シリアル・リンクを介して、シャーシ内の他の全てのアプリケーション・モジュールに対して直接的な二地点間リンクを有することを意味する。メッシュ・バックプレーンにおけるメッシュ線はそれぞれ、毎秒１．５ギガビット以上の速度で、データ通信のための連続的なダイレクト・チャネルを提供する。接続部２００の一部だけを例として図１１に示す。バックプレーン・メッシュは図１２に示す。
ＭＣＣのシリアル・リンクを備えた１２個のチャネルは０〜１１の番号を有している。この番号を、チャネルＩＤまたはＣＩＤと呼ぶ。チャネルについてはより詳しく後述する。バックプレーンのスロットもまた０〜１１の番号を有している（スロットＩＤまたはＳＩＤ）。しかしシャーシシステムは、チャネル０がバックプレーンのスロット０に結線されることを必要とはしない。シリアル・リンクはどのスロットにも接続できる。スロットＩＤはシステム・トポロジーに応じて動的に構成される。このことはバックプレーン結線の自由を可能にし、このような結線の自由はルーティングの複雑さを低減する。
図１１に戻ると、各アプリケーション・モジュールはまた、シャーシ管理バス４３２に接続されている。シャーシ管理バスはモジュールとシャーシ・コントローラとの接続を可能にする。
シャーシ間リンク（ＩＣＬ）を介してシャーシ相互間でパケットを交換するため、また、ＭＣＣリンクを介してシャーシ内部でパケットを交換するために、シャーシはシャーシ間交換層を有している。このシャーシ間交換層はＩＰ層３（Ｌ３、ネットワーク層）の下方に位置している。シャーシ内のパケット処理は、２つのタイプのトラヒック、すなわちユニキャストと、ブロードキャスト／マルチキャストとに分類される。シャーシ間交換層を介した交換は、図１３に示したシャーシ間ヘッダ５００（シャーシ間タグとも呼ばれる）を使用して達成される。
Ｂａｓ　Ｔｙｐｅフィールド５０２はｘビットを有しており、シャーシ間ヘッダタイプを示す。このフィールドは、ファブリック・インタフェイス・アドレス（ＦＩＡ）が論理ポートを有することを示し、パケットがブロードキャスト・パケットであるかまたはユニキャスト・パケットであるかを示し、また、ＢＡＳヘッダ内の該当フィールドを示すのに使用されてよい。Ｂａｓ　Ｔｙｐｅフィールド５０２は、ＢＡＳヘッダをデコードし、パケット転送を助けるのに使用される。
保持（Ｋｅｅｐ）フィールド５０４はｘビットを有しており、パケットが混雑のために落下するおそれがあるかどうかを決定する。
優先順位フィールドはｘビットを有しており（図１３には示さず）、パケット優先順位を決定し、混雑のためにパケットをどこで待ち行列させるかを決める。
断片フィールド５０６はｘビットを有しており、パケットの断片化およびパケットが２つのフレームから成るか否かを示す。
ｎｅｘｔ　Ｈｏｐフィールド５０８は複数のビットを有しており、シャーシ内パケット伝送に関する次のホップ情報のために使用される。このフィールドはＢａｓ　Ｔｙｐｅフィールドが特に指示しない場合には非アクティブである。
Ｅｎｃａｐ　Ｔｙｐｅフィールド５１０は、１ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがさらに層２（シャーシ間交換層の下方のデータ層）の処理を必要とするかどうか、または、パケットをさらなる処理なしで転送することができるかどうかを示す。
Ｍｃａｓｔ　Ｔｙｐｅフィールド５１２は１ビット・フィールドであり、このフィールドは、パケットがブロードキャストかまたはマルチキャストかを示す。
Ｄｅｓｔ　ＦＩＡ　Ｔｙｐｅフィールド５１４は１ビット・フィールドであり、このフィールドは、宛先ＦＩＡが短い形（〈ｃｈａｓｓｉｓ／ｓｌｏｔ／ｐｏｒｔ〉）で提供されるか、長い形（〈ｃｈａｓｓｉｓ／ｓｌｏｔ／ｐｏｒｔ／ｌｏｇｉｃａｌ　ｐｏｒｔ〉）で提供されるかを示す。
Ｓｒｃ　ＦＩＡ　Ｔｙｐｅフィールド５１６は１ビット・フィールドであり、このフィールドは、ソースＦＩＡフィールドが短い形で提供されるか長い形で提供されるかを示す。
Ｄａｔｅ　Ｔｙｐｅフィールド５１８は複数のビットを有しており、ペイロードで運搬されているトラヒック・タイプを示すのに使用される。
ＴＴＬフィールド（図示せず）は複数のビットを有しており、パケットがシステム内に不定に留まることを防止するためのフェイルセーフ・メカニズムである。ＴＴＬはそれがＩＣＬポートで受信されるたびに減小される。このフィールドが減小後にゼロになると、パケットは廃棄される。
転送Ｉｎｆｏフィールド５２０は複数のビットを有しており、転送テーブル・リビジョン、ｆｏｒｗａｒｄ　ｔａｂｌｅ　ｅｎｔｒｙ　ｋｅｙ／ｉｄ、および次のホップ情報を含んでいる。
宛先ＦＩＡフィールド５２２は複数のビットを有しており、パケットの最終宛先を示す。このフィールドは、シャーシ／スロット／ポートおよび論理ポートの情報を含んでいる。ゼロのシャーシ値は特別な意味を有し、マスター・エージェント（後述する）を有するシャーシを意味する。ゼロのポート値もまた特別な意味を有し、パケットの受信側がアプリケーション・モジュールであることを意味する。論理ポートは、モジュール内のどのスタック／エンティティがそのパケットを受信すべきかを示すのに使用することができる。したがって全てのエッジ・ポートおよびＩＣＬポートは１をベースとしている。すなわち、ポート数はゼロよりも多い。
Ｓｒｃ　ＦＩＡフィールド５２４は複数のビットを有しており、パケット・ソースを示す。このフィールドは、ルート・サーバによって使用されることにより、入来パケットのソースを識別する。
システム・アーキテクチャにしたがって、シャーシ内にプラグインする全てのアプリケーション・カードは共通の構成要件を共有する。アプリケーション・カードはデータ・プロセッサ、データ処理アプリケーション・モジュールおよびデータ通信モジュールとも呼ばれる。図１４はシャーシ内のイーサネット・アプリケーション・モジュール５５０のブロック図である。このアプリケーション・モジュールは、メッシュ・バックプレーン５５２にも、管理バスＡ５５４およびＢ５５６にも接続されている。イーサネット・アプリケーション・モジュール５５０においては、高速ＩＰプロセッサ（ＦＩＰＰ）５５８がＰＣＩバス５６０およびＦ−バス５６２の双方に接続されている。ＦＩＰＰ５５８は、アドバンストＲＩＳＣマシン（ＡＲＭ）プロセッサ・コア５６４と６つのマイクロ・エンジン５６６とを有している。ＦＩＰＰ５５８はパケットを記憶するためのＤＲＡＭ５６８と、ルーティング・テーブルを記憶するためのＳＲＡＭ５７０とに接続されている。８つのポートを有するイーサネット・デバイス５７２は、Ｆ−バス５６２に接続されている。ＭＣＣ５７４もまたＦ−バスに接続されている。ＭＣＣ５７４はメッシュ・バックプレーン５５２との接続部を提供する。イーサネット・デバイス５７２は、シャーシ外部との接続部を提供する。２つのＭＡＣデバイスは、ＰＣＩバス５６０と管理バスとの間に接続されている。ＭＡＣ　Ａ５７６はＰＣＩバス５６０と管理バスＡ５５４との間に接続されている。ＭＡＣ　Ｂ５７８は、ＰＣＩバス５６０と管理バスＢ５５６との間に接続されている。
データパケットがイーサネット・デバイス５７２内に入来すると、このデータパケットはＦＩＰＰ５５８を通り、ＤＲＡＭ５６８内に記憶される。マイクロ・エンジン５６６はデータパケットを並列の状態で検査する。マイクロエンジン５６６はパケットのＩＰアドレスを見、次いで、ＳＲＡＭ５７０に記憶された転送テーブル内の宛先アドレスを調べる。転送テーブルはパケットが出る際に通ることになるシャーシ、スロットおよびポートを提供する。パケットがイーサネット・デバイスを介して入来するときには、パケットはイーサネット・ヘッダを有している。パケットが入来したのと同じスロットから出る場合には、シャーシ間ヘッダは付けられない。ＦＩＰＰは送信ポートを見極め、パケットをそのポートから送出する。パケットが異なるスロットによって出るようになる場合、イーサネット・ヘッダは除去され、ＢＡＳヘッドがデータパケットに加えられる。ＢＡＳヘッダ内の最小情報は宛先データ、シャーシ、スロットおよびポートの情報である。パケットはさらに、ＩＰヘッダとペイロードとを含んでいる。ＦＩＰＰは送信待ち行列を有している。この待ち行列に、パケットは送信前に並ばされる。パケットはＦ−バス５６２を介してＭＣＣ５７４に送られる。ＭＣＣ５７４はデータを６４バイト・チャンクで送出する。
パケットがイーサネット・モジュール５５０のＭＣＣ５７４を通って入来すると、アプリケーション・モジュール５５０はパケットまたはパケットに対するポインタを、ＤＲＡＭ５７０の待ち行列内に置く。パケットがシリアル・ポートのうちの１つから出ることになる場合には、ＦＩＰＰ５５８はＳＲＡＭ５７０のＡＲＰテーブルにおいて宛先を調べる。ＡＲＰテーブルを図１５に示す。ＦＩＰＰはシャーシ、スロットおよびポートを見出す。シャーシアドレスは、宛先がＩＣＬでない限り変わらない。同一シャーシの場合には、アプリケーション・モジュールはＩＰパケットに対応するＭＣＣアドレスを見出し、パケットを送出する。パケットが他のシャーシに出ることになる場合、アプリケーション・モジュールはＩＣＬであるポートがあるかどうかを問う。もしあるならば、アプリケーション・モジュールはパケットをそのポートから送出する。
図２０は、ＨＦＣ　ＤＯＣＳＩＳインタフェイス・カードとも呼ばれるＣＭＴＳアプリケーション・カードを示す。広域通信技術が現在利用可能であることに基づき、ＨＦＣ−オン−ＰＣＩ技術が利用される。しかし、将来的には他のタイプのインタフェイス技術を使用することが可能である。
図１６は、シャーシ内の２つのアプリケーション・モジュール６００、６０２を示している。アプリケーション・モジュール６００，６０２は、管理バス６０４，６０６と、メッシュ・バックプレーン６０８とを介して接続されている。第２のアプリケーション・モジュール６０２はＰＣＩバス６１２に取り付けられたルート・サーバ６１０を有している。シャーシに対応するルート・サーバはいずれのアプリケーション・モジュールにも位置することができる。本発明のこの実施例の場合、ルート・サーバはＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサである。シャーシネットワーク内の各シャーシは、ルートサーバを有している。しかしどの時点においても、ネットワーク内のルート・サーバはただ１つしかアクティブになることはできない。ルート・サーバは管理バス、およびＩＣＬを介して、それがルート・サーバであることをブロードキャストする。
複数のシャーシから成るネットワークの場合、一次ルート・サーバであるように、１つのルート・サーバが指定される。他の全てのルート・サーバは二次サーバである。ネットワーク内のルート・サーバはルーティング情報を３０秒毎に送出する。一次ルート・サーバはそのシャーシ、スロットおよびポートを他の全てのルート・サーバにブロードキャストする。
図１７は、「コントロール」または一次ルート・サーバによるルート・サーバの更新を概念的に示す。
全ての転送テーブルは、そのシャーシのルート・サーバがどこに位置しているかを認識する。一次ルート・サーバはイーサネット・ポートと同等の論理ポートを有している。一緒にネットワークされたシャーシのうちの１つのシャーシのルート・サーバにパケットが送られると、一次ルータは、あたかも一次ルータがそのパケット自体を受信しているかのようにパケット情報を受信する。一次ルータはルーティング・テーブルと転送テーブルとを形成し、これらを全てのアプリケーション・モジュールおよびネットワーク上の他の全てのシャーシにブロードキャストする。転送テーブルは、ルーティング・テーブル内の情報から形成される。転送テーブルは、シャーシ、スロットおよびパケットのポートのような情報、ＱｏＳデータ、ＣＭＴＳ情報、マルチキャスト・ドメイン情報およびネクスト・ホップＩＣＬ情報を含む。
図１８は、シャーシ内で管理バスに接続されたシャーシ・コントローラを示す。冗長性を得るために、各シャーシは２つのシャーシ・コントローラを有している。シャーシ・コントローラは、メッシュ・バックプレーンには接続されていない。シャーシ・コントローラはネットワーク管理タスクと提供タスクとを有している。シャーシ・コントローラは、シャーシクラスター全体が、１つの管理されたエレメントに見えることを可能にする。シャーシ・コントローラはプロセッサと、メモリと、クラフト・インタフェイスとを有している。本発明のこの実施例では、プロセッサはＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサである。クラフト・インタフェイスは、１０／１００ベースのイーサネットを使用したネットワーク管理インタフェイスである。
論理的には、図８〜１０に示したクラスターは、多数の外部ポートを備えた単一ルータ、すなわちＩＰ層３スイッチとして共同で機能する。物理的には、これらの外部ポートは、複数のシャーシにわたって分布されていることになる。これらのシャーシは隔たった場所に分配されていてよい。ＩＣＬは、外部ポートの物理的分布を仮想化する。
論理的には、クラスターは単一エンティティとして管理される（図１９）。ＩＰから見ると、それぞれのシャーシ内の各カードは管理サブエージェントを有することになる。各カードに局限されたサブエージェントは管理のためのカードを意味する。クラスター・マネージャの管理サーバ（マスターエージェント）は、サブエージェントと通信し、またサブエージェントの物理的分布を仮想化することになる。
一次および二次シャーシの双方は、種々の伝送メディアをサポートすることができ、最初はＨＦＣインタフェイスに照準を合わせることにより、ケーブルモデムの接続を支援して、インターネット・アクセスおよびＩＰ電話を可能にする。シャーシはケーブルモデム・インフラストラクチャのための、電話会社をベースとするリターンパス、ならびに、通常の（ＰＳＴＮ）モデムをベースとするインターネット・アクセスをサポートすることができる。
クラスター・マネージャ１００は、Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴのような汎用オペレーティング・システムを走行させる。より具体的なエンティティの集合は、例えば：（１）マスター・エージェント（ＭＡ）またはネットワーク・マネージャ、（２）アプリケーション・モジュール、（３）カード・リソースのセンサスを可能にするためのリソース・マネージャ（ＲＭ）、（４）クラスターによって機能させられる、ＩＰ末端ユーザの動的ビューを維持するユーザ・マネージャ（ＵＭ）、（５）転送テーブルを作成／配信するための転送テーブル・マネージャ（ＦＴ）、（６）一般的なＩＰフィルタリングのためのフィルタ・マネージャ（ＦＭ）、（７）サービス・マネージャの帯域幅（サービス品質）／クラス、および（８）負荷分散マネージャ（ＬＳ）である。
クラスター・マネージャのシステム管理サーバはまた、クラスター化されたシャーシを単一の仮想エンティティとして表す。クラスター・マネージャはまた、ダイヤルイン・モデムのためのＲＡＳサーバとして機能することもできる。クラスター・マネージャ上のＲＡＤＩＵＳクライアントは、ネットワーク管理者によって提供されたＲＡＤＩＵＳサーバと通信する。
ウェブサーバおよびメールサーバのような多目的機能は、クラスター・マネージャ上で実行させることができる。ＦＴＰおよびＴｅｌｎｅｔは、管理者がクラスター・マネージャにリモート・アクセスすることを可能にする。
本発明はリソース共有を可能にする。例えば二次シャーシのＨＦＣインタフェイス内に入来したＩＰトラヒックは、潜在的に音声をそのペイロードとして有している。このようなＩＰパケットは、ＶＯＩＰ／ＰＳＴＮカードに交換されることになる。このカードは異なる場所の異なるシャーシに位置してよい。音声ペイロードを備えたＩＰパケットは、分布されたＩＰ交換ファブリックによって、適切なＶＯＩＰ／ＰＳＴＮカードにルーティングされる。原シャーシは、最高「サービスクラス」の優先順位をパケットにタグ付けし、ルート／スイッチ決定が最小限の待ち時間で行われることを可能にする。クラスター・マネージャは、全てのリソース（利用可能なＤＳの場所を含む）の集中リソース・マップをクラスター化されたシステム内に維持する。
シャーシ・コントローラは、管理バスを介してシャーシ内のアプリケーション・モジュールと通信する。シャーシ・コントローラおよびアプリケーション・モジュールはそれぞれ、通信を目的としたエージェントを有している。シャーシ・コントローラはマスターエージェントを有し、アプリケーション・モジュールはサブエージェントを有している（図１９）。サブエージェントはシャーシ、アプリケーション・モジュール、およびスロットの情報をそのシャーシのマスターエージェントに通信する。
図１９はネットワーク内の複数のシャーシを示す。複数のシャーシを有する環境では、形成された第１のシャーシは一次シャーシであるように指定される。一次シャーシは付加的なマスターエージェントを有している。このマスターエージェントは「マスター−マスター」と呼ばれる。ネットワーク内の全てのシャーシは、マスター−マスターエージェントと通信する。図１９に示すように、各シャーシ内のそれぞれのアプリケーション・モジュールは、そのＩＰアドレス（「１０．ｃｈａｓｓｉｓ．ｓｌｏｔ．ｐｏｒｔ」）をそのシャーシに対応するマスターエージェントおよびマスター−マスターに通信する。ＩＰアドレス中の「１０」という数値は、プライベート・ネットワーク・アドレスを表す。
マスター−マスターエージェントはそのシャーシＩＤを管理バスを介して分配する。一次シャーシのシャーシＩＤは、一次シャーシが一次シャーシとして指定された後で１にシフトする。ネットワーク上に第２のシャーシが形成されると、その存在を検出するのにリンク検出プロトコル（ＬＤＰ）が使用される。ＬＤＰメッセージが目下のシャーシのリンク毎に送出される。第２のシャーシがリターン信号を受け取ると、シャーシ・コントローラがそれをＩＣＬとして識別する。ＬＤＰは各シャーシがそのＩＣＬリンクを識別するのを可能にする。一次シャーシはそのＩＣＬリンクを介して、このシャーシがマスター−マスターエージェントを有することをブロードキャストする。
図２１は、メッシュ通信チップ（ＭＣＣ）のブロック図である。ＭＣＣ　ＡＳＩＣは、全二重シリアル・リンク２１５として示した高速差分対を介して、シャーシ内の他の全てのカードとの接続を可能にする。各差分対は、毎秒１ギガビットよりも高い速度のデータ処理量で動作する。Ｆ−バス・インタフェイス８０５がＭＣＣ３００をＦＩＦＯバス（Ｆ−バス）に接続する。１２個の送信側ＦＩＦＯ８１０および１２個の受信側ＦＩＦＯ８１５が、Ｆ−バス・インタフェイス８０５に接続されている。各送信側ＦＩＦＯは並直列方式のデータ・コンプレッサ（全部で１２個のデータ・コンプレッサ８２０）を有しており、各受信側ＦＩＦＯはデータ・エキスパンダ（全部で１２個のデータ・エキスパンダ８２５）を有している。データ・コンプレッサ８２０およびデータ・エキスパンダ８２５のために、１２個の並直列変換器８３０が役立つ。各並直列変換器に対して１つのコンプレッサおよび１つのエキスパンダが使用される。ＭＣＣのチャネルは、そのエンコード／デコード論理、送信待ち行列および受信待ち行列と共にシリアル・リンクとして規定される。チャネルから延びるシリアル・ラインはバックプレーン・メッシュに接続する。全てのチャネルは同時にデータを送信する。
本発明のこの実施例は、メッシュ通信チップを使用することにより、シリアル・リンク技術を用いて完全メッシュ状に最大１３個のＦ−バスを相互接続する。各ＭＣＣは２つのＦバス・インタフェイスと、１２個のシリアル・リンク・インタフェイスとを有している。ＭＣＣはＦ−バス上でパケットを、６４バイトからパケットいっぱいまでプログラム可能にサイズを増分して送受する。ＭＣＣは１２個の仮想送信プロセッサ（ＶＴＰ）を含んでいる。これらのプロセッサは、Ｆ−バスからパケットを取り出し、シリアル・リンクからこれらを送出して、同時に１２個のパケットが出発するのを許す。ＶＴＰはパケット先頭のＭＣＣタグを読み取り、ヘッダに示された宛先スロットと動的にバインドする。
カード／スロット−特定プロセッサ、カード／スロット−特定ＭＡＣ／ＰＨＹの対（イーサネット、ＳＯＮＥＴ、ＨＦＣなど）およびＭＣＣは双方向Ｆ−バス（または複数の一方向Ｆ−バス）上で通信する。パケット送信経路は、ＰＨＹ／ＭＡＣからプロセッサへ、さらにプロセッサからＭＣＣへ延び、メッシュで終わる。プロセッサは層３および層４の探索をＦＩＰＰで行うことにより、パケットの宛先およびサービス品質（ＱｏＳ）を見極め、必要に応じてヘッダを変え、パケットをＭＣＣに送る前にパケットにＭＣＣタグを予め取り付ける。
パケット受信経路は、メッシュからＭＣＣおよびプロセッサへ延び、さらにプロセッサからＭＡＣ／Ｐｈｙへ延び、チャネルで終わる。プロセッサはパケットをＭＡＣに送る前にＭＣＣタグを剥ぎ取る。
図２２は、ＭＣＣタグとも呼ばれるパケット・タグを示す。ＭＣＣタグは３２ビット・タグであり、バックプレーン・メッシュを介してパケットをルーティングするのに用いられる。このタグは、パケットをＭＣＣに送る前にスロット・プロセッサによってパケット先頭に加えられる。タグは４つのフィールド、すなわち、宛先マスクフィールド、優先順位フィールド、保持フィールドおよび保留フィールドを有している。宛先マスクフィールドは、それがシステム内の最終宛先であるか否かを問わず、パケットが指定されている目下のシャーシにおけるスロットのマスクを保持するフィールドである。送信パケットのために、ＭＣＣは宛先マスクを使用することにより、パケットがどの送信待ち行列に並ぶことになるかを決定する。受信パケットのためには、ＭＣＣは優先順位フィールドおよび保持フィールドを使用することにより、過剰割り当てを受けたスロット内でどのパケットを廃棄すべきかを決定する。保留フィールドは本発明のこの実施例では使用されない。
ＭＣＣは２つの個別の送信モードセレクタ、すなわちスロット・チャネル間マッピングおよび仮想送信モードとを有している。スロット・チャネル間マッピングにおいて、ＭＣＣはＳＩＤをＣＩＤにトランスペアレントにマッピングし、ソフトウェアはマッピング軌跡を保存する必要はない。仮想送信モードにおいて、ＭＣＣはマルチキャスト・パケットを半トランスペアレントに取り扱う。ＭＣＣは単一のＦ−バス流を取り出し、これを複数のチャネルに案内する。ＭＣＣにおける送信ポートは、スロットをアドレスするのではなく、仮想送信プロセッサ（ＶＴＰ）をアドレスする。Ｆ−バス・インタフェイスはパケットを、選択された仮想送信プロセッサに案内する。ＶＴＰはＭＣＣタグから宛先マスクフィールドを保存し、パケット・データ（ＭＣＣタグを含む）を、宛先マスクに示された送信待ち行列のセットに転送する。これに続く全ての６４バイトのパケット「チャンク」が、同じポートＩＤを使用してスロット・プロセッサによって送られ、こうして同じＶＴＰに案内される。ＶＴＰは、ＭＣＣタグから保存された宛先マスクフィールドに示された送信待ち行列集合に、パケット・チャンクを転送する。チャンクがＥＯＰビット集合と一緒に到達したときには、ＶＴＰはその宛先マスクを消去する。このポートにアドレスされた次のチャンクが新しい（すなわちＳＯＰビット集合を有する）パケットのスタートではない場合、ＶＴＰはこのチャンクをいかなる待ち行列にも転送しない。
ＭＣＣは「チャネル・ビジー」ビットのセットを維持する。このセットを使用することにより、ＭＣＣは、複数のＶＴＰが同じＣＩＤにパケットを同時に送ることを防止する。このような競合防止メカニズムは、ビジー状態のチャネルを管理してスロット・プロセッサを助けようとするものではなく、むしろ、スロット・プロセッサが偶然同じスロットに同時に２つのパケットを送ってしまった場合に、パケットの完全な崩壊を防ごうとするものである。ＶＴＰが新しいパケットを得ると、ＶＴＰは宛先ＣＩＤマスクとチャネル・ビジー・ビットとを比較する。ビジー状態のチャネルがある場合には、そのチャネルは宛先マスクから除去され、そのＣＩＤに対してエラーが記録される。ついでＶＴＰは残りの全ての宛先チャネルにビジー・ビット全てをセットし、パケットを送信する。ＶＴＰがそのパケットに関してＦ−バス上でＥＯＰを見た場合には、ＶＴＰはその宛先ＣＩＤに対するチャネル・ビジー・ビットを消去する。
Ｆ−バス・インタフェイスは、ＭＣＣと、アプリケーション・モジュールの残りの部分との間でＩ／Ｏ機能を発揮する。アプリケーション・モジュールは、図２２に示す３２ビット・パケット・タグ（ＭＣＣタグ）を、メッシュを介してルーティングされるべき各データパケットに加える。
Ｆ−バス上で送受されるデータは最大６４ビット幅である。データ送信時には、Ｆ−バス・インタフェイスは送信データに４状態ビットを加え、６８ビット・データ・セグメントにする。Ｆ−バス・インタフェイスは６８ビット・データ・セグメントを、パケット・タグから決定される適切な送信側ＦＩＦＯにドロップする。送信側ＦＩＦＯからのデータは、関連するデータ・コンプレッサに伝送される。ここで６８ビット・データ・セグメントは１０ビット・セグメントに圧縮される。データは次いで、関連する並直列変換器に通され、ここでデータはさらに直列ストリームに圧縮される。直列ストリームはシリアル・リンクからバックプレーンに送出される。
バックプレーンから到達したデータは、シリアル・リンクを通って、関連チャネルに来る。そのチャネルに対応する並直列変換器は、データを１０ビット・データ・セグメントに伸張し、関連するデータ・エキスパンダはデータを６８ビットデータ・セグメントに伸張する。このデータ・セグメントは、関連ＦＩＦＯを通過させられ、次いでＦＩＦＯからＦ−バス・インタフェイスに送られる。
高速ＩＰプロセッサ（ＦＩＰＰ）は高速シンクロナスＳＤＲＡＭの３２／６４Ｍバイト、高速シンクロナスＳＲＡＭの８Ｍバイト、およびブート・フラッシュを備えている。ＦＩＰＰは３２ビットＰＣＩバスと、６４ビットＦＩＦＯバス（Ｆ−バス）とを有している。ＦＩＰＰはパケットデータを全てのＦ−バス接続デバイスへ、またこのデバースから伝送する。ＦＩＰＰはユニキャストおよびマルチキャストの両モードでのＩＰ転送を可能にする。シャーシルート・サーバから管理バスを介して、ルーティング・テーブルが受信される。ＦＩＰＰはまた、フィルタリングのようなより高い層機能およびＣｏＳ／ＱｏＳを提供する。
各ライン・カードは、各カードに必要な全てのクロックを生成するクロック・サブシステムを有している。このシステムは、システム・クロックおよび管理バス・アービトレーション・カードによって提供された基準クロックに関連する。
各カードはホットプラグ、パワーオン・リセット回路およびサニティ・タイマ機能を有している。全てのカードはＤＣ−ＤＣコンバータを搭載しており、これによりバックプレーンの−４８Ｖレールから、その用途に必要となるいかなる電圧にも変換することができる。（ＣＭＴＳカードのような）いくつかのカードは多くの場合、別個の分離した２つの電源回路を有し、これによりそのカードのアナログ部分の性能を最大限に活かすことができる。
以上、出願時における本発明の好ましい実施例を説明してきた。本発明の要旨から逸脱することなしに、同等の構成成分および機能を置き換えることができることは明らかである。本発明の利点を維持しながらハードウェアおよびソフトウェアの種々の組み合わせを実施することが可能である。本発明は極めてフレキシブルかつ拡張可能であろうとするものなので、重要なのは、モジュールおよびポートの数よりも、ここに開示したモジュールの協働関係である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
マルチプレクサ・ドロップを介してＳＯＮＥＴリングに接続されたＨＦＣヘッドエンド・サーバを有する従来技術のネットワークを示す図である。
【図２】
従来技術のケーブル経由のＨＦＣデータ供給システムを示す図である。
【図３】
従来技術のデータ供給網を示す図である。
【図４】
本発明の原理による、シャーシのブロック図である。
【図５】
図４のシャーシを有する統合ケーブル・インフラストラクチャを示す図である。
【図６】
図４のような複数のシャーシを使用する、環状トポロジーのネットワークを示す図である。
【図７】
本発明の原理に従って動作する一次シャーシと二次シャーシとを有する第１の階層状ネットワークを示す図である。
【図８】
図４のような複数のシャーシを有する星形ネットワークを示す図である。
【図９】
図４のような複数のシャーシを有する第２の階層状ネットワークを示す図である。
【図１０】
図４のような複数のシャーシを有するメッシュ・ネットワークを示す図である。
【図１１】
図４のシャーシのアプリケーション・カードおよびバックプレーン部分のブロック図である。
【図１２】
交換メッシュを含む、バックプレーン相互接続の概略的な図である。
【図１３】
本発明の原理によるＢＡＳヘッダのブロック図である。
【図１４】
ギガビット・イーサネットのシャーシ間リンクまたは出口アプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図１５】
ＡＲＰテーブルのブロック図である。
【図１６】
シャーシ内の２つの出口モジュールのブロック図である。
【図１７】
ルート・サーバのブロック図である。
【図１８】
シャーシ・コントローラ・モジュールのブロック図である。
【図１９】
ネットワーク管理構造のブロック図である。
【図２０】
ＣＭＴＳアプリケーション・モジュールのブロック図である。
【図２１】
バックプレーン・メッシュ・インタフェイスのブロック図である。
【図２２】
ＭＣＣタグのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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