CN100417132C - 通信网络中加速分组传输的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一个在通信网络中加速分组传输的系统，在该通信网络中数据分组经由决定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站。该系统包括用于发送分组的装置，其中每个分组包括有效载荷部分，该有效载荷部分包含所发送的内容数据；包含接收站地址的头；及多个其他头，并结合了用于替换代码项以表示分组中除地址头之外的多个头的装置。由于在万维网文件分组确认支持的各种平台，操作系统及类似协议中存在冗余，利用代码表示的多个头可以容易地进行熵编码。支持各种平台，操作系统及相关协议所需的大部分头组合可以由一个码表来表示，该码表列出大约30-36个代表最可能的组合的符号或项。

Description

通信网络中加速分组传输的系统和方法
技术领域
本发明涉及通信网络，尤其涉及通过顺序路由器实现分组传输效率最大化的系统。
背景技术
随着商业、工业及贸易的全球化，这些领域中的交易和活动已经从本地组织转变到遍布全球的多样化交易，相应地，电信及相关通信系统链接的万维网或因特网迅速地普及起来。虽然通信技术开发已取得进展以跟上日益增加的需求，然而通信信道带宽仍然是相对昂贵的奢侈资源。带宽是在给定单位时间内(通常为一秒)通过给定通信信道所能传输的数据的量。信道及带宽的不足仍然是限制实现全效远程通信的因素。由于工业及商业的快速扩张，在上个十年始终存在通信带宽的需求，通信工业已经迅速扩大世界范围内为满足这些需求而需要的基础设施。
驱动通信急速发展的技术仍旧是因特网或万维网(此处二者可互换)。通过万维网，企业和消费者通过万维网文件，例如网页或电子邮件的相关发布来直接访问提供文件、媒体和计算机程序的数据库的所有内容。由于通过万维网可以很容易地发布文件，因此它已成为主要的数据源。实际上，遍布全球的所有公共信息数据库都可以通过万维网访问和搜索。
通过连接到因特网并安装有万维网浏览器的计算机搜索大量数据的简易性导致电子商务在万维网上广泛普及。如今，很难找到一家任何类型的、没有通过万维网进行其某方面的事务处理的企业。随着企业和消费者对网上交易越来越习惯并觉得舒适，他们变得越来越希望尝试利用万维网进行其他的业务。
为了利用因特网通信传输大量数据来满足使用者的需要，在很大程度上，这依赖于这样的传输技术，其中数据被分成分组并从发送站(TX)经由所选的路由器序列发送到接收站(RX)。这样，因特网依赖于最初为公共电信行业开发的数据分组传输技术，并以其为基础而建立。正如2003年加州三番市CMP书局出版的Newton电信字典(Newton′sTelecom Dictionary)第588页中所表述的，基本电信分组包括一段要发送的基本数据内容，也就是有效载荷，包含诸如同步位的控制信息，目的地址(接收站)，发送站地址及分组大小的分组头。电话传输，或在万维网的情况下所传输的万维网文件数据被分成指定到最终目的地，即接收站的较小分组。分组经由多个被称作路由器的顺序专用计算机进行路由。在“电路交换”传输中，所有来自相同的万维网文件或电信传输的分组基本上沿相同的顺序路由器路径移动。然而，在如上述引用的Newton电信字典第589页所表述的“分组交换”传输(这已成为万维网的主要分组传输手段)中，万维网文件中各个分组沿着通过不同路由器的不同路径行进，这些路由器只查看目的地址并决定当前到目的地址的最佳路由。一旦分组到达其目的地，就会被重新组合成原来的电信或万维网文件。路由器根据基于不断地从其他路由器馈送给它们的信息做出其路由选择决定，这些信息涉及中断，拥挤，降速或甚至不再接受分组的链路。
在原本为公共电信行业开发的分组传输技术中，每个分组的头与每个分组的有效载荷内容相比相对较小。因此头的大小不被认为会存在什么问题。这一状态一直持续到通过因特网或万维网进行的分组传输的早期阶段。然而，人们发现对范围广泛的各类平台及操作系统上因特网服务日益增加的需求导致了更加复杂及深层嵌套的头结构，这样的头结构在数据分组中占的比例越来越大。这些对数据的分组传输有着潜在的减慢速度及限制的作用，尤其是当路由系统本身受传输瓶颈限制的时候。
发明内容
本发明旨在使当前因特网分组传输系统中所需的较大的、更复杂的嵌套头结构的影响最小。从而，本发明涉及一个在通信网络中加速分组传输的系统，在该通信网络中数据分组经由决定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站。该系统包括用于发送分组的装置，其中每个分组包括有效载荷部分，该有效载荷部分包含所发送的内容数据；包含接收站地址的头；及多个其他头，并结合了用于替换代码项以表示分组中除地址头之外的多个头的装置。在万维网文件分组确认支持的各种平台，操作系统及类似协议中存在冗余。由于这种冗余，利用代码表示的多个头可以容易地进行熵编码，也就是在前面提到的Newton电信字典第295页所描述的无损压缩。例如，人们已经发现支持各种平台，操作系统及相关协议所需的大部分头组合可以由一个码表来表示，该码表列出大约30-36个代表最可能的组合的符号或项。
该系统进一步包括以下装置的组合：用于通过其余地址头来确定上述路由器中哪一个是到接收显示站的目的路由器的装置；用于向这个终端路由器提供转换装置，例如码本，以将代码项转换回由该代码项所表示的所述多个头的装置，因而该转换装置将代码项或符号转换回所述多个原始头；以及用于接着将具有多个原始头的分组从所述终端路由器发送到接收显示站的装置。根据本发明的一个方面，转换装置仅提供给分组的终端路由器，如果这个转换装置之前没有提供给该特定路由器的话。当提供了转换装置，例如码本或转换表时，码本就被存储在路由器中，使得不必为随后的分组头代码转换而再次发送。
根据本发明的一方面，提供了一种通信网络中用于加速传输的系统，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该系统包括：用于发送分组的装置，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；用于在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头的装置；用于确定所述路由器中哪一个是到接收站的终端路由器的装置；用于提供转换装置给所述终端路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头的装置；以及用于将具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的所述分组由所述终端路由器发送到所述接收站的装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种通信网络中用于加速传输的系统，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该系统包括：用于发送分组的装置，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；用于在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头的装置；用于确定所述路由器中哪一个是普通传输得到加速的最后路由器的装置；用于提供转换装置给所述最后路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头的装置；以及用于正常地从所述最后路由器向所述接收站发送具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的分组的装置。
根据本发明的又一方面，提供了一种通信网络中用于加速传输的方法，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该方法包括步骤：发送分组，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头；确定所述路由器中哪一个是到接收站的终端路由器；提供转换过程给所述终端路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头；以及将具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的分组由所述终端路由器发送到所述接收站。
根据本发明的还一方面，提供了一种通信网络中用于加速传输的方法，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该方法包括步骤：发送分组，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头；确定所述路由器中哪一个是普通传输得到加速的最后路由器；提供转换过程给所述最后路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头；以及从所述最后路由器向所述接收站发送具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的所述分组。
附图说明
参考后面的绘图及附带的说明，本领域技术人员可以更好地理解本发明，其众多的目的和优点也将更加清楚，其中：
图1是一部分因特网的概图，显示了如何依照本发明将分组从发送站(TX)路由到接收站(RX)；
图2是包括一个处理器单元的通用显示计算机系统的框图，该处理器单元可以实现显示计算机的功能(通过它可以发送和接受所路由的分组)，以及服务器计算机的功能；
图3图解了依照本发明发送的分组，包括分组的原始状态，传输过程中具有代码表示的头的分组，以及具有通过目的路由器上的码本的转换后的最终接收状态的分组；
图4的流程图描述了如何建立本发明的分组路由系统以对分组头进行代码表示，从而使分组头大小对分组路由传输的影响最小；而
图5的流程图图解了图4中建立的程序的运行。
具体实施方式
参考图1，这里显示了一部分环球网或因特网的概略图。计算机43是由虚线50限定指示的万维网中的发送显示站。任何常规万维网浏览器应用程序，例如微软的Inter ExplorerTM，或Lotus NotesTM的Personal Web Navigator或Server Web Navigator，都可以支持被分成分组的万维网文件的传输。站43正在发送一个万维网文件，分组交换系统已将其分成若干数据分组。下面将描述其中之一的分组的传输。万维网站点计算机44，45，46是可能的接收站。万维网浏览器59引导万维网文件到达环球网或因特网接入服务器49，在此，组成万维网文件的分组被发送到因特网或环球网。本发明的头编码程序可以在服务器47上执行。编码器程序49从与服务器47相关存储的码本中选择代码。分组中除了地址头之外的所有头内容均由码本中的代码项来表示。根据地址头将分组的目的地确定为连接至接收万维网站46的目的路由器Rd。由于目的路由器Rd处没有码本48，则如连线58所示，码本48被直接从服务器47传送到目的路由器Rd。同时，具有多个头的代码项的分组沿下列交换分组路由器路径进行路由：以带宽2Gb/sec从R1到R2；之后以带宽1Mb/sec从R2到R3；再以带宽10Gb/sec由R3到R4；然后以带宽5Gb/sec从R4到目的路由器Rd。由于分组头的代码表示将总分组负荷减少了20％，分组得以通过R2和R3之间的瓶颈，并仍然在通过路由器系统的整个路径上具有带宽高效的传输。之后，就像在下文中将要参照程序说明进行详细描述的那样，代码项在码本48内被找到，被发送至并存储在目的路由器Rd中，原始分组被解码、还原并且接着被发送到接收站46。路由器为通信网络中使用的常规路由器，例如在Frank Derfler的Using Networks，QUEDivision，Macmillan，Indianapolis，IN，42690，1998出版的第259至266页中详细描述了因特网路由器。
在进一步阐述之前，从更全面的角度来考虑因特网或万维网会有所帮助。在G.H.Cady等人所著的Mastering the Internet，Sybex Inc.，Alameda，CA，1996年出版中有对因特网节点、对象及链接指引的详细描述。因特网或万维网是计算机技术及操作系统的异构混合的全球性网络。高层对象通过各类网络服务器计算机链接到层次结构中的低层对象。
参考图2，其中显示了一个典型的数据处理系统，该系统可以完成计算机控制的网络接收和发送站，例如图1中的站43至46的功能，以及例如服务器47的网络服务器的功能。
中央处理单元(CPU)10可以是IBM公司或Dell公司的个人计算机中的商用微处理器之一；当所示出的系统被用作将后面描述的万维网发布站点的服务器计算机时，最好使用工作站，如IBM的RISCSystem/6000TM(RS/6000)系列。CPU通过系统总线12与各其他组成部分互连。操作系统41在CPU10上运行，提供控制并用于协调图1中不同组成部分的功能。操作系统41可以是市场上可获得的操作系统之一，如IBM的AIX 6000TM操作系统；微软的Windows XPTM或Windows 2000TM，以及UNIX和其他的IBM AIX操作系统。由系统控制的应用程序40被存入和取出主存储器随机存取存储器(RAM)14。这些程序可以包含本发明的各方面。本发明的其他程序设计方面在因特网服务器47中执行。任何常规的万维网浏览器应用程序59，如微软的Internet ExplorerTM，或Lotus NotesTM Personal Web Navigator或Server Web Navigator可以在发送接收器43上应用。只读存储器(ROM)16通过总线12连接到CPU 10，并包含控制基本计算机功能的基本输入输出系统(BIOS)。RAM 14，I/O适配器18及通信适配器34也互连到系统总线12。I/O适配器18与磁盘存储设备20进行通信。通信适配器34将总线12与外部网络互连，从而允许计算机系统通过万维网或因特网与其他这样的的计算机进行通信。I/O设备同样经由用户接口适配器22及显示适配器36与系统总线12连接。键盘24及鼠标26全部通过用户接口适配器22与总线12相连。通过这样的输入设备，接收或发送站的用户可以与万维网互动关联以访问万维网文件及电信分组。显示适配器36包括帧缓冲器39，帧缓冲器是保持显示屏幕38上的每个象素的表示的存储设备。图像可以存储在帧缓冲器39中，以便通过不同组件如数模转换器(未示出)等等显示在监视器38上。利用前述的I/O设备，用户能够通过键盘24或鼠标26输入信息到系统，并通过显示器38从系统接收输出信息。
现在描述图3中从发送站(TX)60到接收站(RX)61的分组传输。原始的初始分组64具有包括分组的地址或目的地的头H1。分组也包含作为分组中所有其他头的集合(H2...Hn)，以及包括有效载荷ID及尾字节的有效载荷。该分组随后在TX处根据码本编码成较小的分组62，其中用来自码本的适当代码项65或符号代替(H2...Hn)。这个较小的分组沿图1中所示的适当的路由器序列路由，直到到达作为距接收站61，即根据H1确定的地址最近的路由器的目的路由器Rd。码本或是已经存储在目的路由器Rd，或是依前面参照图1所述发送过来。利用码本48，将代码项65代替为(H2...Hn)，从而将分组恢复到其原始状态64。之后，原始分组被发送至接收站61。
图4的流程图示出了本发明用于简化及加速分组传输的系统的构建。在步骤71，提供一个通信网络，该网络中数据分组通过一系列路由器从发送站传输到接收站。在步骤72，每个分组包括分组有效载荷，以及地址头和多个其他头的序列。在步骤73，用来自码本的代码项来替代分组中除地址头以外的所有头的表示。在步骤74，提供用于从步骤73的分组中获取分组目的接收站的地址，并确定服务于目的地的路由器，即目的路由器Rd的程序。在步骤75，如果如前所述码本还未存储在目的路由器Rd中，则将码本发送到目的路由器Rd。在步骤76，如图1所示，确定经过利用电路交换或分组交换协议的路由器序列从发送站到接收站的适当路径。在步骤77，将步骤73的分组及代码经路由器路径传送到目的路由器。在步骤78，利用目的路由器处的码本将代码表示转换回多个原始头。在步骤79，将原始分组(包括所有的头)从目的路由器传输到接收站RX。
在图4中建立并且结合图1和图3描述的过程的简化运行，将基于图5的流程图进行描述。在步骤80，当每个分组由发送站发送时，首先确定是否有下一个要路由的分组。如果有，则在步骤82，读取地址头以确定接收站地址。根据步骤82的接收站地址确定目的路由器。在步骤83，确定目的路由器Rd处是否已经存储了码本。如果没有，则在步骤84，码本被发送并存储到目的路由器Rd中。如果有，即码本已经存储在目的路由器Rd中，则在步骤85将分组中表示所有其他(H2...Hn)头的来自码本的代码项替换为(H2...Hn)。在步骤86，分组如上所述被路由到达目的路由器。在步骤87，在目的路由器Rd上确定该下一分组的到达。如果该分组到达，则在步骤88，在目的路由器处应用码本将分组中的代码项转换回(H2...Hn)。在步骤89，该原始形式的分组被路由到接收站RX。在步骤90，确定该路由的分组是否是最后一个。如果是，则系统退出。如果不是，则过程转回到步骤80。
尽管示出和描述了特定的最优实施例，应当理解，可以在不偏离权利要求范围和目的的情况下进行改变和修正。

Claims (12)

1. 一种通信网络中用于加速传输的系统，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该系统包括：
用于发送分组的装置，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；
用于在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头的装置；
用于确定所述路由器中哪一个是到接收站的终端路由器的装置；
用于提供转换装置给所述终端路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头的装置；以及
用于将具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的所述分组由所述终端路由器发送到所述接收站的装置。
2. 根据权利要求1的系统，其中所述用于提供所述转换装置的装置仅为所述终端路由器提供所述转换装置。
3. 根据权利要求2的系统，其中所述转换装置包括转换表。
4. 根据权利要求3的系统，其中所述网络是分组交换网络。
5. 一种通信网络中用于加速传输的系统，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该系统包括：
用于发送分组的装置，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；
用于在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头的装置；
用于确定所述路由器中哪一个是普通传输得到加速的最后路由器的装置；
用于提供转换装置给所述最后路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头的装置；以及
用于正常地从所述最后路由器向所述接收站发送具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的分组的装置。
6. 根据权利要求5的系统，其中所述用于提供所述转换装置的装置仅为所述最后路由器提供所述转换装置。
7. 一种通信网络中用于加速传输的方法，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该方法包括步骤：
发送分组，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；
在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头；
确定所述路由器中哪一个是到接收站的终端路由器；
提供转换过程给所述终端路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头；以及
将具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的分组由所述终端路由器发送到所述接收站。
8. 根据权利要求7的方法，其中仅为所述终端路由器提供所述转换过程。
9. 根据权利要求7的方法，其中所述转换过程使用转换表。
10. 根据权利要求9的方法，其中所述网络是分组交换网络。
11. 一种通信网络中用于加速传输的方法，在该通信网络中数据分组经由确定传输路径的多个路由器从发送站发送到所寻址的接收站，该方法包括步骤：
发送分组，每个被发送分组包括包含所发送的内容数据的有效载荷部分，包含接收站地址的头，以及多个其他头；
在所述被发送分组中用代码项表示所述多个其他头；
确定所述路由器中哪一个是普通传输得到加速的最后路由器；
提供转换过程给所述最后路由器以将所述代码项转换回由所述代码项表示的所述多个其他头；以及
从所述最后路由器向所述接收站发送具有初始的包含接收站地址的头和所述多个其他头的所述分组。
12. 根据权利要求11的方法，其中仅为所述最后路由器提供所述转换过程。
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