CN100387008C - 内容交换网络系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种内容交换网络系统及其控制方法，该系统由CSN业务管理中心、连接管理服务器、内容交换机、互联网(IP网络)和装有CSN客户端软件的客户端组成；其中互联网是由路由设备组成的三层数据包传输网络系统，其接入层网络设备具有QOS管理功能，内容交换机是分布在互联网的骨干节点或IP城域网上提供四层交换能力的网络设备，用作内容传送路径的提供者和应用数据传送设备，连接管理服务器负责用户连接管理、业务呼叫管理和内容传送路径管理，CSN业务管理中心为该CSN网络的后台管理系统，负责CSN相关业务的接入控制。该系统是基于现有互联网建立的一种“面向连接的第四层数据包传送系统”，可提供有QOS和安全保证的点到点、点到多点的大容量内容交换能力。

Description

内容交换网络系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种内容交换网络系统的结构组成及其控制方法，属于互联网通信技术领域。

背景技术

互联网发展到今天，仍然面临以下几大难题，这些难题的存在将严重影响互联网应用向有商业价值的业务方向发展。

(1)不能提供有效的端到端服务质量QOS保证，导致语音、视频等应用很难作为一项电信级业务提供给用户。

(2)网络安全问题：目前信息传输采取的是未经认证而自由传递数据的方式，任何一个用户只要知道另一个用户的IP地址，就可未经对方用户同意就向其发送数据包，因而不能为用户提供有效的安全保护(包括个人隐私)；同时，由于IP网络通信的自由性，导致运营商不能对非法用户的内容传送进行有效限制和跟踪。

(3)网络地址转换设备NAT和防火墙设备FW的存在导致点到点P2P类应用难以全面通畅开展，而P2P应用却是互联网上建立个人通信的基础技术。

(4)IP4地址资源的匮乏，尤其是亚太地区国家无法满足为每一个宽带用户分配一个独立的IP地址的需求，导致在目前的技术条件下，该部分用户难以在互联网上发布自己的信息；虽然IP6技术可以解决IP地址资源问题，但却需要对现有的IP4网络做本质性的改造，可行性存在很大的疑问。

(5)流媒体、视频、数据协同等应用的普及发展，要求互联网提供海量内容交换能力，但是，基于早期技术发展的MCU/CDN等技术却很难支持这种大规模的海量应用。

目前，大家比较关注的网络发展方向主要有：以软交换为核心的下一代网络NGN技术和以IP6协议为基础的NGI技术。但无论是NGN还是NGI技术，都只是解决了局部技术问题，对于“端到端QOS问题”和“用户上网的个人隐私和网络安全问题”仍然没有具体的解决方案；而对于如何提供“海量内容交换能力”方面，则还没有提及。但是，上述难题都是当前互联网及其应用所面临的最大问题，也是互联网向多业务承载网方向发展所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种内容交换网络系统CSN(Content SwitchNetwork system)，该系统是基于现有互联网建立的一种“面向连接的第四层数据包传送系统”，并可提供有QOS和安全保证的点到点、点到多点的海量(大容量)交换能力，为互联网向多业务承载网方向发展提供新的技术支撑。

本发明的另一个目的是提供一种内容交换网络系统的控制方法。

本发明的目的是这样实现的：一种内容交换网络系统，该系统包括有：客户端和互联网，即IP网络；所述互联网是由路由设备组成的三层数据包传输网络系统，该互联网上的接入层路由设备具有QOS管理功能；其特征在于：该系统还包括有：内容交换网络CSN业务管理中心，连接管理服务器SS和内容交换机CS；所述客户端是安装有CSN客户端软件的CSN用户终端；所述内容交换机CS是分布在互联网的骨干节点或IP城域网上的提供四层交换能力的网络设备，在该系统中用作内容传送路径的提供者和应用数据传送设备；所述连接管理服务器SS是负责用户连接管理、业务呼叫管理、内容传送路径管理的服务器，每个连接管理服务器SS可管理多台内容交换机CS，每台内容交换机则可接受多台连接管理服务器SS的管理；所述CSN业务管理中心为该CSN网络的后台管理服务器，其承担的功能至少包括有：提供CSN客户端的注册和登录，负责CSN网络的用户管理和业务管理，承担用户认证、授权和计费服务，负责与QoS业务管理系统协商QOS服务，负责与其它业务平台互通，允许其它平台的用户使用CSN业务；所述连接管理服务器和CSN业务管理中心都是设置在互联网上。

所述安装有CSN客户端软件的客户端是用户PC机，或应用服务器，或提供通信功能的多媒体通信设备；每个CSN客户端拥有该内容交换网络系统下的唯一地址，该地址可以是数字方式表达，也可以是文字方式表达；所述客户端安装的CSN客户端软件承担的主要功能是：向所述CSN业务管理中心发送用户身份认证；在获得CSN业务管理中心授权后，向CSN业务管理中心所指定的连接管理服务器SS申请连接管理服务，并与连接管理服务器SS建立一个会话连接的控制路径，以便在需要传送数据时，通过该控制路径向连接管理服务器SS申请所需的内容传送路径CP；再与内容交换机CS建立会话连接，并通过该内容交换机建立的内容传送路径CP将该应用数据传送出去；并在数据传送完毕后，再向连接管理服务器申请拆除与内容交换机所建立的会话连接。

所述互联网承担互联网数据包的传送，并可在用户接入层、或汇聚层、或骨干节点上进行相应的QOS业务能力控制。

所述内容交换机CS承担内容传送路径的建立、用户应用数据的传送和内容传送路径的释放；其具体操作内容包括：根据所述连接管理服务器SS的配置命令建立相应的内容传送路径CP，向与该内容交换机CS连接的各个连接管理服务器SS汇报相关路径资源，并根据内容传送路径表对进入的数据包重新封装和转发，释放不再使用的用户连接和内容传送路径。

所述连接管理服务器SS承担的功能是：在CSN业务管理中心的管理和协调下，接受CSN客户端的内容传送路径申请和业务呼叫，管理与其连接的各个内容交换机CS，以建立内容传送路径CP，收集和整理用户应用数据、内容交换机路径及其它相关资源信息，并上报给CSN业务管理中心；其中，连接管理服务器SS与内容交换机CS之间的管理接口MGT-CS是采用私有的通信协议，或支持简单网络管理协议SNMP(Simple Network Management Protocol)，或其它能够建立双向实时通信能力的协议。

本发明的一种内容交换网络系统的控制方法是这样实现的：在用户通信终端上安装用于申请CSN业务的客户端软件或软件模块，该客户端软件通过CSN业务管理中心授权许可后，与相应的连接管理服务器建立起半永久性的控制会话连接，即控制路径CSC(Control Session Connection)，用作CSN服务的控制信息传递途径；当CSN客户端需要传送应用数据时，首先通过控制路径CSC向连接管理服务器发送“内容传送路径CP(Content Path)”的申请，连接管理服务器根据其所管理下的内容交换机CS(Content Switch)所拥有的至少包括带宽、路径数目等资源使用情况，为该CSN客户端指定一个用于提供该内容传送路径CP服务的内容交换机(CS1)，并通知该CSN客户端的通信对端，即另一个CSN客户端也使用该内容交换机(CS1)或使用已与该内容交换机(CS1)建立了业务中继路径连接RPC(Relay Path Connection)的另一个内容交换机(CS2)获得内容传送路径CP服务；该CSN客户端将与该内容交换机(CS1)建立起用于传送本次内容的第一条业务信息会话连接(SSC1，Service SessionConnection)，同时，另一个CSN客户端则与该内容交换机(CS1)或与另一个内容交换机(CS2)建立起相应的第二条业务信息会话连接(SSC2)；在该两个内容交换机(CS1、CS2)内，将会将上述两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)作为一个内容传送路径进行配对，即至少由该两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)配对组成内容传送路径CP；来自第一条业务信息会话连接(SSC1)的应用数据内容被提交到第二条业务信息会话连接(SSC2)上传递出去，而来自第二条业务信息会话连接(SSC2)的应用数据内容则通过第一条业务信息会话连接(SSC1)传递出去，使两个CSN客户端实现交换数据和建立会话；也就是通过内容交换机建立一个面向连接的路径，实现通信双方的内容会话，即面向连接的第四层数据包交换；且在建立两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)的过程中，可利用IP网络所提供的QOS服务，为该两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)提供所需的服务等级，从而为双方通信建立有QOS保证的内容传送路径CP；在建立点到点的内容传送路径CP的基础上，CSN客户端还可以通过上述建立CP的流程，邀请更多的CSN客户端加入，以建立组播属性的内容传送路径CP；该组播属性的CP由多个内容传送路径CP组成；属于组播属性内容传送路径CP下的CSN客户端，其数据包的目的地址有三种格式：1)目的地址仅有一个接收方的单播方式，2)目的地址允许有多个接收方的多播方式，3)目的地址为表示该CP下一个用户群的“群播地址”的群播方式；如果目的地址为“群播地址”，则该数据包发送给参与该内容传送路径CP下的该用户群的除自己以外的所有CSN客户端；一个处于组播属性内容传送路径CP下的CSN客户端发送应用数据包时，可以拥有上述三种格式中的所有形式，也可以只允许其使用其中某一种格式；建议内容交换机CS在进行组播方式下的内容传送路径CP上的数据包转发时，允许级别高的CSN用户可以使用多播和群播方式，而对于一般的CSN用户只允许使用单播方式，且该单播方式下的目的地址为属于该内容传送路径CP下的有限数量的CSN用户地址，CSN用户是否拥有更高级别的组播权限，可以取决于该内容传送路径CP呼叫时的CSN客户端之间的协商。

该方法包括下列操作步骤：

A、业务申请、注册登记和接入控制；

B、建立控制路径CSC；

C、业务路径，即内容传送路径CP的建立和撤除；

D、退出CSN系统。

所述的步骤A中，进一步包括下列操作步骤：

A1、首次使用时，CSN客户端通过CSN网络系统进行业务申请和注册登记，或使用其它业务系统的帐号和密码，由CSN业务管理中心确认该用户身份和初始化相关信息，或由CSN业务管理中心代其在其它业务系统确认身份；

A2、CSN业务管理中心向CSN客户端返回登录结果和相关信息，该信息至少包括：确认用户是否具有使用组播功能和/或QOS服务的权限，并通知该CSN客户端所对应的连接管理服务器的IP地址和服务端口；

A3、CSN业务管理中心通知连接管理服务器SS可以受理的登录用户信息和该连接服务信息。

所述的步骤B中，进一步包括下列操作步骤：

B1、CSN客户端根据业务控制和管理中心返回的信息，向所属的连接管理服务器发起建立控制信息会话连接CSC的服务请求；

B2、连接管理服务器SS接收到该CSC请求信息后，根据CSN客户端所在的网络环境选择决定采用“动态CSC”服务还是“静态CSC”服务；

B3、控制路径CSC建立后，如果CSN客户端没有主动提出内容传送服务申请，则处于等待状态，等待其它CSN客户端对其发起业务呼叫。

所述的步骤B2中，进一步包括下列操作步骤：

B21、如果CSN客户端采用私有IP地址时，即客户端是通过FW/NAT方式登录到连接管理服务器上，则采用“动态CSC”服务，该服务将维持一条半永久的TCP或UDP控制路径连接，即客户端进入CSN系统后，该连接始终保留，直到客户端退出为止，以保证连接管理服务器随时利用该控制路径CSC联系该CSN客户端和传递控制信息；

B22、如果CSN客户端使用合法IP地址时，则可随意选择使用“动态CSC”服务或“静态CSC”服务，其中静态CSC服务不需要在客户端和连接管理服务器之间建立一个半永久的TCP或UDP连接；因为连接管理服务器可随时联系到合法IP地址的客户端，即控制路径CSC可随时开通，藉由临时建立的TCP/UDP连接传送控制信息。

所述的步骤C中，进一步包括下列操作步骤：

C1、当两个CSN客户端需要建立通信关系，则第一个客户端(User1)向其对应的第一个连接管理服务器(SS1)发起业务呼叫请求，该请求信息中至少包括：通信对象，内容传送路径CP类型及其QOS属性；

C2、第一个连接管理服务器(SS1)根据第一个客户端(User1)的请求，将该请求转发给第二个客户端(User2)所在的第二个连接管理服务器(SS2)，再由该第二个连接管理服务器(SS2)询问第二个客户端(User2)，确认该第二个客户端(User2)是否愿意与第一个客户端(User1)建立通信关系；如果两个客户端同在一个连接管理服务器，则直接由该连接管理服务器询问另一个客户端；

C3、第二个连接管理服务器(SS2)获得第二个客户端(User2)的应答后，将该应答信息转发给第一个连接管理服务器(SS1)，第一个连接管理服务器(SS1)在确认通信双方均愿意建立通信关系后，则继续建立内容传送路径CP的后续操作；

C4、第一个客户端(User1)和该内容交换机(CS1)之间建立起本次内容传送路径CP用的TCP或UDP连接(SSC1)，如果在第一个客户端(User1)向第一个连接管理服务器(SS1)请求建立CP时的CP业务类型为新增CP分支，则该TCP或UDP连接(SSC1)不需要重新建立；

C5、根据第一个连接管理服务器(SS1)发来的建立TCP或UDP连接(SSC2)要求，第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)；如果该连接(SSC2)建立在同一个内容交换机(CS1)上，则本次CP就由两个连接(SSC1和SSC2)组成，如果该连接(SSC2)建立在另一个内容交换机(CS2)上，则本次CP就由三个连接组合而成：(SSC1)、(SSC2)和中继路径连接RPC；

C6、在内容路径CP建立的同时，第一个连接管理服务器(SS1)将该CP的QOS属性要求提交给CSN内容业务管理中心，CSN内容管理中心审查该CP下的客户端的QOS业务使用权限和确认现有网络的QOS能力，决定是否满足该CP的QOS要求；

C7、当第一个客户端(User1)和其它客户端通信完毕时，第一个客户端(User1)或其它客户端向其对应的连接管理服务器提出撤除该内容路径CP请求；如果是其它客户端提出撤除本次CP请求，则该请求需要通过其对应的连接管理服务器传送通知给第一个客户端(User1)所在的第一个连接管理服务器(SS1)；

C8、第一个连接管理服务器(SS1)向相关的内容交换机(CS1或CS2)发出撤除CP指令。

所述的步骤C3中，进一步包括下列建立内容传送路径CP的后续操作：

C31、第一个连接管理服务器(SS1)根据该内容传送路径CP的类型和组播规模情况，选择决定该CP是建立在一个内容交换机(CS1)还是多个内容交换机上，如果需要用到多个内容交换机，则该第一个连接管理服务器(SS1)将在各个内容交换机之间分别建立一个中继路径连接RPC(Relay PathConnection)，用于将来自内容交换机(CS1)的CP上的数据复制并传递到其它相关的内容交换机上；

C32、第一个连接管理服务器(SS1)通过其和一个或多个内容交换机CS之间预先建立的MGT-CS管理接口连接，向该一个或多个内容交换机CS发送内容传送路径CP配置命令，该命令中至少包括：内容传送路径CP组成、CP令牌、CP的单播或组播属性；

C33、第一个连接管理服务器(SS1)分别向两个客户端发送建立内容传送路径CP的指令，该指令中至少包括：建立该CP所需要的各个内容交换机的IP地址和该CP令牌值；

C34、第二个连接管理服务器SS2收到第一个连接管理服务器(SS1)发送过来的建立内容传送路径CP指令后，将该指令传递给第二个客户端(User2)。

所述的步骤C6中，进一步包括下列操作步骤：

C61、如果内容传送路径CP的QOS等级要求为普通CSN内容服务等级，则CSN内容管理中心不需要通知QOS业务管理系统配置相关的QOS属性，而直接使用互联网预先根据CSN网络相关IP地址策略所配置的QOS优先服务等级；

C62、如果内容传送路径CP的QOS等级为更高级要求或与业务相关的要求，则CSN内容管理中心向QOS业务管理系统提供该CP相关的IP地址和端口信息，由QOS业务管理系统进行IP-QOS属性的配置；

C63、当根据以上步骤建立了内容路径CP后，两个客户端之间就建立起一个有QOS保证的通信路径，且通信双方看不到对方的IP地址信息；如果第一个客户端User1或其它客户端希望更多的用户加入该CP的会话，则重复前面C1-C6的步骤，让其它用户加入会话，以形成具有组播属性的内容传送路径CP。

所述的步骤C8中，进一步包括下列操作步骤：

C81、如果第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立的本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)是建立在同一个内容交换机(CS1)上，则该内容交换机(CS1)删除内部的两个连接(SSC1和SSC2)的连接配对关系，并撤除与该两个客户端的连接关系，即断开连接(SSC1或SSC2)；如果该CP是组播属性，则只需断开连接(SSC2)，而继续保持连接(SSC1)，以供该CP的其它分支需继续使用连接(SSC1)；

C82、如果第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立的本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)是建立在另一个内容交换机(CS2)上，则该另一个内容交换机(CS2)删除其内部经由中继路径连接RPC传递的两个连接(SSC1和SSC2)的配对关系，并断开与第二个客户端(User2)的连接(SSC2)；

C83、连接(SSC1或SSC2)的断开也可由该两个客户端分别主动发起。

所述的步骤D中，进一步包括下列操作步骤：

D1、CSN客户端向CSN业务管理中心请求退出CSN系统的同时，向连接管理服务器要求释放原来使用的控制路径CSC，或由CSN业务管理中心直接向该客户端所在的连接管理服务器SS要求释放该控制路径CSC；

D2、CSN业务管理中心接受用户的退出请求，并完成计费及相关信息的统计；或在连接管理服务器SS释放控制路径CSC的同时，由连接管理服务器SS向CSN业务管理中心发送计费及相关信息。

本发明是一种内容交换网络系统及其控制方法，其主导思想是在IP网络上利用内容交换机及其相关控制技术创新设置“一个面向连接的第四层数据包传送网络系统”，在该系统中用户获取通信服务时，只需要与内容交换机建立TCP/UDP的连接关系。相对于现有的网络技术，本发明有以下优点和效果：

1、该网络系统在一定程度上提供了有效的端到端QOS保证。目前，实现全网性的端到端QOS保证方案还存在一定难度，但是局部的QOS技术已经可行，因此，在部署QOS策略时可以只考虑本发明CSN网络所占用的IP地址资源，并根据这些IP地址在IP网络的接入层路由设备上进行QOS等级的优先服务配置。

2、解决了因IP地址被他人知道而引起的个人隐私和网络安全问题，同时，由于用户的业务内容均需要通过内容交换机进行转发，因此，在必要时，本发明网络可以跟踪和有效限制非法用户的内容传送，从而提供更高层次的信息安全防卫能力。

3、本发明的内容交换网络系统CSN可不受网络地址转换设备NAT和防火墙设备FW的影响，顺畅地开展点到点P2P类应用。

4、无需对现有的互联网架构进行任何改动，本发明网络就可以为每一个用户分配一个独立的应用层地址ID，且该ID既可以采用数字方式，也可以采用文字方式，因而该地址资源可以足够多，从而在另外一个角度上解决了IP4地址资源匮乏问题。

5、利用内容交换机硬件提供的应用数据(即内容)转发能力、多点组播能力以及组网能力，本发明的CSN网络可提供海量(大容量)的内容交换能力，且对于视频应用和会议类应用，不再需要使用MCU类昂贵设备。

6、本发明充分利用现有网络资源已经具备的带宽和QOS优势，紧密联系网络层与业务层的关系，可为运营商建立起具有竞争门槛的业务平台；而且，按照本发明系统及其控制方法部署建立的网络，在未来的业务发展中可继续利用或升级。

附图说明

图1是本发明网络系统的架构组成示意图。

图2是本发明的内容交换机CS内形成的具有组播属性的内容传送路径CP的示意图。

图3是本发明内容交换网络系统控制流程示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明是一种内容交换网络系统(CSN，Content Switch Networksystem)，该系统是由CSN业务管理中心1、连接管理服务器2、内容交换机3、互联网(IP网)4和CSN客户端5共五部分组成。

其中CSN客户端5是安装有CSN客户端软件的用户PC机，或应用服务器，或提供通信功能的多媒体通信设备，该CSN客户端软件主要提供以下功能：

(1)向所述CSN业务管理中心发送用户身份认证；

(2)在获得CSN业务管理中心授权后，向CSN业务管理中心所指定的连接管理服务器SS申请连接管理服务，并建立控制会话连接或控制路径CSC(Control Session Connection)；

(3)如果需要进行数据传送，则通过控制路径CSC向连接管理服务器发起内容传送路径的业务呼叫请求；

(4)经连接管理服务器授权许可后，客户端再与内容交换机建立业务会话连接SSC(Service Session Connection)，通过内容交换机建立的内容传送路径CP(Content Path)将应用数据传送出去；

(5)通信完毕后，拆除与内容交换机所建立的会话连接，以及发送内容传送路径使用后的释放请求。

互联网(即IP网络)4是由路由设备组成的一个三层数据包传输网络系统，主要承担以下功能：

(1)互联网数据包的传送；

(2)通过QOS业务管理系统，在网络接入层或汇聚层或骨干节点上对用户的业务流进行QOS等级控制和资源预留；

(3)接受CSN业务管理中心的QOS业务配置请求，在关键路径上保证CSN业务的QOS要求。

内容交换机3是分布在互联网的骨干节点或IP城域网上的提供四层交换能力的网络设备，主要承担内容传送路径的建立、用户应用数据的传送和内容传送路径的释放等功能，具体包括有以下内容：

(1)每个内容交换机可接受多个连接管理服务器的管理，应向对应的连接管理服务器汇报相关路径资源；

(2)根据连接管理服务器的配置命令，建立合适的内容传送路径CP(Content Path)和内容传送路径表(CP Table)；

(3)按照连接管理服务器的要求，在不同的内容交换机之间建立组播型的中继路径连接RPC(Relay Path Connection)，以提供大容量的组播能力；

(4)根据CP路径表对进入的数据包进行重新封装和转发；

(5)根据连接管理服务器要求，释放不再使用的业务会话连接SSC和内容传送路径CP。

连接管理服务器2作为本发明面向连接路径的管理服务器，可位于IP网络上的任何位置，一般放在骨干节点附近的数据中心机房中，其承担的功能是：

(1)接受CSN业务管理中心的管理，并将收集和整理的用户应用数据、内容交换机路径等相关信息上报给CSN业务管理中心；

(2)接受CSN客户端的业务呼叫请求，并负责完成内容传送路径的建立和拆除；

(3)每个连接管理服务器可管理多台内容交换机，以便建立合适的内容传送路径CP，包括点到点的内容传送路径和点到多点组播路径。

CSN业务管理中心1作为本发明CSN网络的后台管理服务器，可位于IP网络上的任何位置，一般放在骨干节点附近的数据中心机房中，其承担的功能至少包括有：

(1)提供CSN客户端的注册、登录和登出；

(2)负责本发明CSN系统的用户管理和业务管理，承担用户认证、授权和计费服务；

(3)负责管理所辖的各连接管理服务器；

(4)负责与QoS业务管理系统协商QOS服务；

(5)负责与其它业务平台互通，允许其它平台的用户使用CSN业务。

本发明网络系统和控制方法的工作机理有如下几项特点：

首先，设置有CSN业务管理中心和若干个连接服务管理器，前者负责CSN用户的接入许可和管理所辖的各连接管理服务器，后者提供该CSN系统所需要的业务控制通道，为本发明“面向连接的网络系统”提供所需要的路径呼叫、建立、拆除等管理控制。

其次，利用内容交换机提供的四层交换能力，为本发明CSN系统提供面向连接的业务传送通道，在内容交换机内将进入的IP数据包的包头信息全部替换为新的IP包头(包括源IP地址和端口、目的IP地址和端口)，再根据内容交换机内部的路径表将数据包发送出去；

再者，通过设置CSN客户端软件模块，用户只与内容交换机建立TCP/UDP连接关系，用户的业务数据则由内容交换机传递给目标用户，也就是说，发送方和接收方之间不建立直接的IP层通信，从而避免了通信双方因暴露各自的IP地址隐私而引起的网络安全问题。

最后，本发明的CSN业务管理中心可以与IP网络的QOS管理系统相结合，实现CSN业务的QOS能力保证。在严格意义的端到端IP-QOS解决方案提供之前，在IP网络的接入层路由器上根据CSN系统的内容交换机所在的IP地址进行QOS规则设置，就可以优先为CSN用户提供有QOS保证的服务和应用。

参见图2，为内容交换机CS内形成的具有组播属性的内容传送路径示意图，其中图2(A)所示为最常见的单向组播模式，该模式下只有PC1拥有多播和群播发送权限，其发送出去的数据可以被所有用户(PC2、PC3、PCn等)所接收，但PC2或PC3或PC4仅有单播发送权限，且只可以向PC1发送数据；图2(B)为建立在图2(A)的基础上，该模式下PC1、PC2均拥有组播(多播和群播)权限，无论是PC1还是PC2，都可以向所有CP下的除自己外的其它用户发送数据包。

参见图3，具体说明本发明内容交换网络系统的整个工作流程的控制方法，其包括四个阶段共16个操作步骤：

A、业务申请、注册登记和接入控制：

1、首次使用时，通过CSN网络系统的CSN客户端进行注册登记，也可由CSN业务管理中心使用其它业务系统的帐号和密码确认用户身份和初始化相关信息，或由CSN业务管理中心代为去其它业务系统进行身份确认。

2、CSN业务管理中心向CSN客户端返回登录结果和相关信息，该信息至少包括：确认用户是否具有使用组播功能的权限和是否具有使用QOS服务的权限，并通知CSN客户端其所对应的连接管理服务器的IP地址和服务端口。

3、CSN业务管理中心通知连接管理服务器SS可以受理的登录用户信息和该连接服务信息。

B、建立控制路径CSC：

4、CSN客户端根据业务管理中心返回的信息，向所属的连接管理服务器SS发起建立控制信息会话连接CSC的服务请求。

5、连接管理服务器SS接收到该CSC请求信息后，根据CSN客户端所在的网络环境，选择决定采用“动态CSC服务”还是“静态CSC服务”；本步骤又可分为以下操作：

5A、如果CSN客户端采用的是私有IP地址，即客户端是通过FW/NAT等方式登录到连接管理服务器上时，则采用“动态CSC”服务，该服务将维持一条半永久的TCP或UDP连接或控制路径；所谓半永久是指客户端进入CSN系统后，始终保留该连接，直到客户端退出为止，以保证连接管理服务器可随时利用该控制路径联系该CSN客户端和传递控制信息；

5B、如果CSN客户端使用的合法IP地址，则既可以使用“动态CSC”服务方式，也可使用“静态CSC”服务方式；静态CSC服务不需要在客户端和连接管理服务器之间建立一个半永久的TCP或UDP连接，因为连接管理服务器随时可联系采用合法IP地址的该客户端，这种情况下，传送控制信息时将临时建立一个TCP/UDP连接，即控制路径CSC可以随时开通。

6、控制路径CSC建立后，如果CSN客户端不需要主动提出内容传送服务申请，则处于“等待”状态，以待其它CSN客户端对其发起业务呼叫。

C、业务路径，即内容传送路径CP的建立和撤除：

7、如果CSN客户端1(User1)需要建立与CSN客户端2(User2)的通信关系，则User1向其对应的连接管理服务器1(SS1)发起业务呼叫请求，该请求信息中至少包括：通信对象(指User2，User3等)，内容传送路径CP类型(单播或组播，新建CP或在已有CP基础上增加新的分支以实现组播功能，若是新增分支则需提供已建立CP的名称或其识别号)，以及CP的QOS属性等；如果是新增一个CP分支，则按以下步骤进行：

7A、User1邀请User3进入会话；

7B、User3也可主动向User1发起要求加入多方会话的请求。

8、连接管理服务器SS1根据User1的请求，将该请求转发给User2或User3所在的连接管理服务器2(SS2)，再由连接管理服务器SS2向User2或User3发起询问，确认User2或User3是否愿意与User1建立通信关系；如果User2或User3所在的连接管理服务器也是SS1，则直接由SS1向User2或User3发起询问。

9、连接管理服务器SS2获得User2或User3的应答后，将该应答信息转发给连接管理服务器SS1，连接管理服务器SS1在确认通信双方均愿意建立通信关系后，执行以下操作步骤：

91、SS1根据该CP的类型和组播规模情况，决定该CP是建立在一个内容交换机CS1上还是建立在多个内容交换机CS上，即除了CS1外，还可以有多个内容交换机CS2、CS3、CS4等；如果需要用到CS2(建议在CP支持的点到多点组播规模非常大的时候采用)，则SS1通知CS1与CS2，在它们之间建立一个中继路径连接RPC(Relay Path Connection)，用于将来自CS1的CP上的数据复制并传递到CS2上，该步骤在图3中没有标识出来；

9A、连接管理服务器SS1通过SS1和CS1或CS2之间所预先建立的内容交换机管理接口MGT-CS连接，向内容交换机CS1或CS2发送CP配置命令，该命令中至少包括：CP类型(单播或组播方式)、CP组成(发起方SSC1和被叫方SSC2或SSC3)、CP令牌等；

9B、连接管理服务器SS1分别向User1，SS2发送CP建立指令，该指令中至少包括：建立CP所需要的内容交换机CS1或CS2的IP地址，CP令牌；

9C、连接管理服务器SS2收到SS1发送过来的CP建立指令后，将该指令传递给用户User2或User3。

10、用户User1和CS1之间建立起本次CP用的TCP或UDP连接SSC1，如果在用户User1向连接管理服务器SS1发起CP建立请求时的CP业务类型为新增CP分支，则SSC1不需要重新建立。

11、用户User2/User3根据SS1发来的SSC2/SSC3建立要求，与CS1或CS2建立起本次CP用的TCP或UDP连接SSC2/SSC3，如果SSC2/SSC3建立在CS1上，则本次CP就由SSC1和SSC2/SSC3两个连接组成；如果SSC3建立在CS2上，则本次CP就由SSC1，RPC，SSC3三个连接组合而成(该部分在图3中没有详细标识出来)。

12、在内容路径CP建立的同时，连接管理服务器SS1将该CP的QOS属性要求提交给CSN内容业务管理中心，CSN内容管理中心通过审查用户User1的QOS业务使用权限和确认现有网络提供QOS的能力(即图1中的QOS业务管理系统)，决定是否满足该CP的QOS要求，CSN内容管理中心也可以通过审查其它CSN客户端如User2/User3的QOS业务使用权限来确认是否满足该CP的QOS要求；本步骤在图3流程图中没有标识出来。本步骤又可分为以下操作：

12A、如果CP的QOS等级要求为普通CSN内容服务等级，则不需要CSN内容管理中心通知QOS业务管理系统配置相关QOS属性，而直接使用互联网(IP网络)预先根据CSN网络相关IP地址的策略所配置的QOS优先服务等级；

12B、如果CP的QOS等级为更高级要求或与业务相关的要求，则由CSN内容管理中心将该CP相关的IP地址和端口信息提供给QOS业务管理系统，由QOS业务管理系统进行IP-QOS属性的配置。

12C、至此，User1和User2/User3之间就可以建立起一个有QOS保证的通信路径，且通信双方看不到对方的IP地址信息，此时如果User1希望更多的用户加入该CP的会话，则重复7-12的操作步骤，让更多的用户User3，User4，User5...加入会话，形成具有组播属性的内容传送路径CP。

该组播属性的CP由多个内容传送路径CP组成；属于组播属性内容传送路径CP下的CSN客户端，其数据包的目的地址有三种格式：1)目的地址仅有一个接收方的单播方式，2)目的地址允许有多个接收方的多播方式，3)目的地址为表示该CP下一个用户群的“群播地址”的群播方式；如果目的地址为“群播地址”，则该数据包发送给参与该内容传送路径CP下的该用户群的除自己以外的所有CSN客户端；一个处于组播属性内容传送路径CP下的CSN客户端，发送应用数据包时，可以拥有以上三种格式中的所有形式，也可以只允许使用其中一种格式；建议内容交换机CS在进行组播方式下的内容传送路径CP上的数据包转发时，允许级别高的CSN用户可以使用多播和群播方式，而对于一般的CSN用户只允许使用单播方式，且该单播方式下的目的地址为有限的属于该内容传送路径CP下的个别CSN用户地址，CSN用户是否拥有更高级别的组播权限，可以取决于该内容传送路径CP呼叫时的CSN客户端之间的协商。

13、当User1和User2/User3通信完毕时，User1向其对应的连接管理服务器提出撤除该内容路径CP请求；也可以由User2/User3提出撤除本次CP请求，则该请求需要通过SS2传送给SS1知道，该步骤又分为以下几个操作步骤：

13A、由User2或User3主动向其对应的连接管理服务器SS2提出拆除业务连接通道(SSC2或SSC3)请求，SS2将该请求转发给连接管理服务器SS1；

13B、连接管理服务器SS1收到拆除通道的请求后，如果User1不知道User2/User3退出该内容通道的信息，则通知User1；

13C、连接管理服务器SS1向内容交换机CS1下达拆除内容传送路径的指令；

13D、连接管理服务器SS1向User2/User3传达拆除业务路径(SSC2或SSC3)通知；

14、内容交换机CS1删除内部的SSC1和SSC2/SSC3的连接配对关系，并撤除与User1和User2/User3的连接关系(断开SSC1和SSC2/SSC3)；SSC1或SSC2/SSC3的断开也可以由User1或User2/User3主动发起。

D、退出CSN系统(图3中没有示意)：

15、CSN客户端向CSN业务管理中心请求退出CSN系统的同时，也向连接管理服务器提出该要求，或由CSN业务管理中心直接向连接管理服务器SS要求结束原来建立的控制路径CSC；

16、CSN业务管理中心接受用户的退出请求，并完成计费及相关信息的统计，或由连接管理服务器SS释放控制路径CSC的同时，向CSN业务管理中心发送计费及相关信息。

Claims (15)

1.一种内容交换网络系统，该系统包括有：客户端和互联网，即IP网络；所述互联网是由路由设备组成的一个三层数据包传输网络系统，该互联网上的接入层路由设备具有QOS管理功能；其特征在于：该系统还包括有：内容交换网络CSN业务管理中心，连接管理服务器SS和内容交换机CS；所述客户端是安装有CSN客户端软件的用户终端；所述内容交换机CS是分布在互联网的骨干节点或IP城域网上的提供四层交换能力的网络设备，在该系统中用作内容传送路径的提供者和应用数据传送设备；所述连接管理服务器SS是负责用户连接管理、业务呼叫管理、内容传送路径管理的服务器，每个连接管理服务器SS可管理多台内容交换机CS，每台内容交换机则可接受多台连接管理服务器SS的管理；所述CSN业务管理中心为该CSN网络的后台管理服务器，其承担的功能至少包括有：提供CSN客户端的注册和登录，负责CSN网络的用户管理和业务管理，承担用户认证、授权和计费服务，负责与QoS业务管理系统协商QOS服务，负责与其它业务平台互通，允许其它平台的用户使用CSN业务；所述连接管理服务器和CSN业务管理中心都是设置在互联网上。

2.根据权利要求1所述的内容交换网络系统，其特征在于：所述安装有CSN客户端软件的客户端是用户PC机，或应用服务器，或提供通信功能的多媒体通信设备；每个CSN客户端拥有该内容交换网络系统下的唯一地址；所述客户端安装的CSN客户端软件承担的主要功能是：向所述CSN业务管理中心发送用户身份认证；在获得CSN业务管理中心授权后，向CSN业务管理中心所指定的连接管理服务器SS申请连接管理服务，并与连接管理服务器SS建立控制路径CSC，与内容交换机CS建立业务会话连接SSC，并通过该内容交换机建立的内容传送路径CP将应用数据传送出去；在数据传送完毕后，向连接管理服务器申请撤除业务连接或向CSN业务管理中心申请退出CSN系统。

3.根据权利要求1所述的内容交换网络系统，其特征在于：所述互联网承担互联网数据包的传送，并可在用户接入层、或汇聚层、或骨干节点上进行相应的QOS业务能力控制。

4.根据权利要求1所述的内容交换网络系统，其特征在于：所述内容交换机CS承担内容传送路径的建立、用户应用数据的传送和内容传送路径的释放；其具体操作内容包括：根据所述连接管理服务器SS的配置命令建立相应的内容传送路径CP，向与该内容交换机CS连接的各个连接管理服务器SS汇报相关路径资源，并根据内容传送路径表对进入的数据包重新封装和转发，释放不再使用的用户连接和内容传送路径。

5.根据权利要求1所述的内容交换网络系统，其特征在于：所述连接管理服务器SS承担的功能是：在CSN业务管理中心的管理和协调下，接受CSN客户端的内容传送路径申请和业务呼叫，管理与其连接的各个内容交换机CS，以建立内容传送路径CP，收集和整理用户应用数据、内容交换机路径及其它相关资源信息，并上报给CSN业务管理中心。

6.一种内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：在用户通信终端上安装用于申请CSN业务的客户端软件或软件模块，该客户端软件通过CSN业务管理中心授权许可后，与相应的连接管理服务器建立起半永久性的控制会话连接，即控制路径CSC，用作CSN服务的控制信息传递途径；当CSN客户端需要传送应用数据时，首先通过控制路径CSC向连接管理服务器发送“内容传送路径CP”的申请，连接管理服务器根据其所管理下的内容交换机CS所拥有的至少包括带宽、路径数目的资源使用情况，为该CSN客户端指定一个用于提供该内容传送路径CP服务的内容交换机(CS1)，并通知该CSN客户端的通信对端，即另一个CSN客户端也使用该内容交换机(CS1)或使用已与该内容交换机(CS1)建立了业务中继路径连接RPC的另一个内容交换机(CS2)获得内容传送路径CP服务；该CSN客户端将与该内容交换机(CS1)建立起用于传送本次内容的第一条业务信息会话连接(SSC1)，同时，另一个CSN客户端则与该内容交换机(CS1)或与另一个内容交换机(CS2)建立起相应的第二条业务信息会话连接(SSC2)；在该两个内容交换机(CS1、CS2)内，将会将上述两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)作为一个内容传送路径进行配对，即至少由该两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)配对组成内容传送路径CP；在建立两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)的过程中，可利用IP网络所提供的QOS服务，为该两条业务信息会话连接(SSC1和SSC2)提供所需的服务等级，从而为双方通信建立有QOS保证的内容传送路径CP；在建立点到点的内容传送路径CP的基础上，CSN客户端还可以通过上述建立CP的流程，邀请更多的CSN客户端加入，以建立组播属性的内容传送路径CP。

7.根据权利要求6所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：

A、业务申请、注册登记和接入控制；

B、建立控制路径CSC；

C、业务路径，即内容传送路径CP的建立和撤除；

D、退出CSN系统。

8.根据权利要求7所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤A中，进一步包括下列操作步骤：

A1、首次使用时，CSN客户端通过CSN网络系统进行业务申请和注册登记，或使用其它业务系统的帐号和密码，由CSN业务管理中心确认该用户身份和初始化相关信息，或由CSN业务管理中心代其在其它业务系统确认身份；

A2、CSN业务管理中心向CSN客户端返回登录结果和相关信息，该信息至少包括：确认用户是否具有使用组播功能和/或QOS服务的权限，并通知该CSN客户端所对应的连接管理服务器的IP地址和服务端口；

A3、CSN业务管理中心通知连接管理服务器SS可以受理的登录用户信息和该连接服务信息。

9.根据权利要求7所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤B中，进一步包括下列操作步骤：

B1、CSN客户端根据业务控制和管理中心返回的信息，向所属的连接管理服务器发起建立控制信息会话连接CSC的服务请求；

B2、连接管理服务器SS接收到该CSC请求信息后，根据CSN客户端所在的网络环境选择决定采用“动态CSC”服务还是“静态CSC”服务；

B3、控制路径CSC建立后，如果CSN客户端没有主动提出内容传送服务申请，则处于等待状态，等待其它CSN客户端对其发起业务呼叫。

10.根据权利要求9所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤B2中，进一步包括下列操作步骤：

B21、如果CSN客户端采用私有IP地址时，即客户端是通过FW/NAT方式登录到连接管理服务器上，则采用“动态CSC”服务，该服务将维持一条半永久的TCP或UDP控制路径连接，即客户端进入CSN系统后，该连接始终保留，直到客户端退出为止，以保证连接管理服务器随时利用该控制路径CSC联系该CSN客户端和传递控制信息；

B22、如果CSN客户端使用合法IP地址时，则可随意选择使用“动态CSC”服务或“静态CSC”服务，其中静态CSC服务不需要在客户端和连接管理服务器之间建立一个半永久的TCP或UDP连接；因为连接管理服务器可随时联系到合法IP地址的客户端，即控制路径CSC可随时开通，由临时建立的TCP或UDP连接传送控制信息。

11.根据权利要求7所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤C中，进一步包括下列操作步骤：

C1、当两个CSN客户端需要建立通信关系，则第一个客户端(User1)向其对应的第一个连接管理服务器(SS1)发起业务呼叫请求，该请求信息中至少包括：通信对象，内容传送路径CP类型及其QOS属性；

C2、第一个连接管理服务器(SS1)根据第一个客户端(User1)的请求，将该请求转发给第二个客户端(User2)所在的第二个连接管理服务器(SS2)，再由该第二个连接管理服务器(SS2)询问第二个客户端(User2)，确认该第二个客户端(User2)是否愿意与第一个客户端(User1)建立通信关系；如果两个客户端同在一个连接管理服务器，则直接由该连接管理服务器询问另一个客户端；

C3、第二个连接管理服务器(SS2)获得第二个客户端(User2)的应答后，将该应答信息转发给第一个连接管理服务器(SS1)，第一个连接管理服务器(SS1)在确认通信双方均愿意建立通信关系后，则继续建立内容传送路径CP的后续操作；

C4、第一个客户端(User1)和该内容交换机(CS1)之间建立起本次内容传送路径CP用的TCP或UDP连接(SSC1)，如果在第一个客户端(User1)向第一个连接管理服务器(SS1)请求建立CP时的CP业务类型为新增CP分支，则该TCP或UDP连接(SSC1)不需要重新建立；

C5、根据第一个连接管理服务器(SS1)发来的建立TCP或UDP连接(SSC2)要求，第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)；如果该连接(SSC2)建立在同一个内容交换机(CS1)上，则本次CP就由两个连接(SSC1和SSC2)组成，如果该连接(SSC2)建立在另一个内容交换机(CS2)上，则本次CP就由三个连接组合而成：(SSC1)、(SSC2)和中继路径连接RPC；

C6、在内容路径CP建立的同时，第一个连接管理服务器(SS1)将该CP的QOS属性要求提交给CSN内容业务管理中心，CSN内容管理中心审查该CP下的客户端的QOS业务使用权限和确认现有网络的QOS能力，决定是否满足该CP的QOS要求；

C7、当第一个客户端(User1)和其它客户端通信完毕时，第一个客户端(User1)或其它客户端向其对应的连接管理服务器提出撤除该内容路径CP请求；如果是其它客户端提出撤除本次CP请求，则该请求需要通过其对应的连接管理服务器传送通知给第一个客户端(User1)所在的第一个连接管理服务器(SS1)；

C8、第一个连接管理服务器(SS1)向相关的内容交换机(CS1或CS2)发出撤除CP指令。

12.根据权利要求11所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤C3中，进一步包括下列建立内容传送路径CP的后续操作：

C31、第一个连接管理服务器(SS1)根据该内容传送路径CP的类型和组播规模情况，选择决定该CP是建立在一个内容交换机(CS1)还是多个内容交换机上，如果需要用到多个内容交换机，则该第一个连接管理服务器(SS1)将在各个内容交换机之间分别建立一个中继路径连接RPC，用于将来自内容交换机(CS1)的CP上的数据复制并传递到其它相关的内容交换机上；

C32、第一个连接管理服务器(SS1)通过其和一个或多个内容交换机CS之间预先建立的MGT-CS管理接口连接，向该一个或多个内容交换机CS发送内容传送路径CP配置命令，该命令中至少包括：内容传送路径CP组成、CP令牌、CP的单播或组播属性；

C33、第一个连接管理服务器(SS1)分别向两个客户端发送建立内容传送路径CP的指令，该指令中至少包括：建立该CP所需要的内容交换机的IP地址和该CP令牌值；

C34、第二个连接管理服务器SS2收到第一个连接管理服务器(SS1)发送过来的建立内容传送路径CP指令后，将该指令传递给第二个客户端(User2)。

13.根据权利要求11所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤C6中，进一步包括下列操作步骤：

C61、如果内容传送路径CP的QOS等级要求为普通CSN内容服务等级，则CSN内容管理中心不需要通知QOS业务管理系统配置相关的QOS属性，而直接使用互联网预先根据CSN网络相关IP地址策略所配置的QOS优先服务等级；

C62、如果内容传送路径CP的QOS等级为更高级要求或与业务相关的要求，则CSN内容管理中心向QOS业务管理系统提供该CP相关的IP地址和端口信息，由QOS业务管理系统进行IP-QOS属性的配置；

C63、当根据以上步骤建立了内容路径CP后，两个客户端之间就建立起一个有QOS保证的通信路径，且通信双方看不到对方的IP地址信息；如果第一个客户端(User1)或其它客户端希望更多的用户加入该CP的会话，则重复前面C1-C6的步骤，让其它用户加入会话，以形成具有组播属性的内容传送路径CP。

14.根据权利要求11所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤C8中，进一步包括下列操作步骤：

C81、如果第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立的本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)是建立在同一个内容交换机(CS1)上，则该内容交换机(CS1)删除内部的两个连接(SSC1和SSC2)的连接配对关系，并撤除与该两个客户端的连接关系，即断开连接(SSC1或SSC2)；如果该CP是组播属性，则只需断开连接(SSC2)，而继续保持连接(SSC1)，以供该CP的其它分支需继续使用连接(SSC1)；

C82、如果第二个客户端(User2)与内容交换机(CS1或CS2)建立的本次CP用的TCP或UDP连接(SSC2)是建立在另一个内容交换机(CS2)上，则该另一个内容交换机(CS2)删除其内部经由中继路径连接RPC传递的两个连接(SSC1和SSC2)的配对关系，并断开与第二个客户端(User2)的连接(SSC2)；

C83、连接(SSC1或SSC2)的断开也可由该两个客户端分别主动发起。

15.根据权利要求7所述的内容交换网络系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤D中，进一步包括下列操作步骤：

D1、CSN客户端向CSN业务管理中心请求退出CSN系统的同时，向连接管理服务器要求释放原来使用的控制路径CSC，或由CSN业务管理中心直接向该客户端所在的连接管理服务器SS要求释放该控制路径CSC；

D2、CSN业务管理中心接受用户的退出请求，并完成计费及相关信息的统计；或在连接管理服务器SS释放控制路径CSC的同时，由连接管理服务器SS向CSN业务管理中心发送计费及相关信息。

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