CN100428738C - 无连接的分组交换通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无连接的分组交换通信系统，其核心包括至少两个通信节点，在所述控制分组通信协议和数据分组通信协议分别包括传输业务流量时所使用协议的版本号、业务流量的长度、源地址和目的地址，以及设置有分组类型；当系统当前传输的业务流量属于控制面、管理面时，用于指示各通信节点的控制分组信息处理单元在控制面、管理面对所述业务流量进行处理；当系统当前传输的业务流量属于数据面时，用于指示各通信节点的数据分组信息处理单元在数据面对所述业务流量进行处理。通过本发明，能够实现控制面、管理面、数据面的分离，使网络运营商对控制面、管理面的绝对控制，确保网络的安全性。

Description

无连接的分组交换通信系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种无连接的分组交换通信系统。

背景技术

随着信息社会的到来，人们通信依赖的信息媒体越来越多的是数据，网络中的数据流量早已超过了话音流量，因此在下一代电信网中以分组交换技术来承载话音、数据、视频多媒体业务是最优的传送方法。目前业界基于分组交换的技术包括ATM(Asynchronous Transfer Mode；异步传输模式)、IP(Internet Protocol；网间协议)/MPLS(Multi-Protocol Label Switch；多协议标签交换)和以太网网络等。

ATM网络复杂，建网成本高，现在已退出核心网，主要应用在边缘汇聚网，在下一代网络(NGN)中不再考虑ATM作为备选的分组传送技术。

IP/MPLS本质上源自于IP，组合了IP的控制面与ATM的数据面，为了流量工程，再进一步改造控制面使MPLS成为一种面向连接的分组传送技术。

以太网传送技术目前在城域汇聚网中得到广泛的应用，有可能取代ATM汇聚网的地位，但是要使以太网作为核心网的分组传送技术还需要做很多改进，毕竟以太网本质上是一种局域网技术，应用到公共电信网中时，很多需求还无法满足。

使用IPV6的下一代IP网络，是下一代互连网的技术方向。IPv6最大的改进是能够解决IPV4的地址短缺问题，同时也面临一个与现有IP网的互通问题，IPv6取代IPV4是一个长期的过程。

下一代分组传送网要求业务控制与分组承载分离，各自独立演进。下一代网络中承载的流媒体业务量所占的比重越来越大，商业专网的价值(大客户)是运营商关注的焦点，因此分组传送网中组播与VPN(虚拟专网)能力将考验网络的核心性能，传送网络大规模可扩展性将受制于能否适应这些关键技术。

ATM和MPLS基于面向连接分组交换技术，在每一次通信过程中都必须建立连接，这对大量流媒体组播的点对多点动态连接很难适应，当规模扩大后，对于VPN的多点对多点的全网状连接，将变得无法管理。从长远发展观点看，基于连接的分组交换技术无法满足业务需求，网络的可扩展性受到制约。

从目前技术来看采用无连接分组交换的IP技术是分组传送网一种备选方案。

与本发明相关的现有技术的技术方案如下：

IP网具备控制面与数据面。在控制面上运行路由协议，用于动态建立网络的拓朴关系，生成路由表，控制数据面的转发表。在数据面上运行IP协议(IPv4或IPv6)且在分组通信之前不需要在源端与目的端建立连接，只需根据IP分组头中的目的地址去匹配转发表，以决定转发至下一跳节点，因此IP数据面转发是逐跳进行的，在全程转发过程中，目的地址保持不变。

IP网本质上是所有信息共享通信资源，因此不论是控制面还是数据面均共享通信资源，如传输带宽与节点内部资源，所有业务也是共享通信资源，不论是话音、数据、视频业务在传输链路上完全统计复用，在节点内部作为IP分组共享队列，共用转发表。

IP分组头中提供了对流分类的标识字段(ToS；Type of Service)，因此可以利用此字段控制不同的业务流量等级，依赖不同的资源调度优先级，提供可区分的服务质量等级。ToS解决了不同等级的业务流量在节点内部转发优先级，但在链路资源上所有业务流量仍是统计复用，无法分割与预留，所以一般采用超额配置链路带宽来保证所有业务流量的及时传送。

由上述现有技术的技术方案可以看出，其存在如下缺陷：

1、IP网中没有将控制面与数据面分离开，网络运营商与终端用户在控制面上处于相同地位，无法实现运营商对网络的绝对控制，因而网络的安全无法得到保障。

2、IP网中所有业务流量对传输链路是共享的，不能针对业务流量等级保留链路带宽资源，在下一代网络中能对业务等级保留链路带宽资源是确保QoS重要的手段之一，IP协议生来就缺少这样的机制，无法实现分组交换网内源端到目的端全程QoS。

3、IP网承载VPN业务时，IP技术本身不具备业务与资源的隔离，在传输链路上需要依赖如MPLS等其它技术手段来隔离资源，建立虚拟专线；在内部通过分割转发表隔离私有信息。当VPN内的站点数量增大，分组传送网内采用MPLS建立的连接数将与站点数的平方增加，网络的可扩展性受到极大的限制。

4、在IP网中一般通过路由协议动态计算转发路由，当网络中的链路或节点设备出现故障，路由协议必须重新计算路由，并在全网收敛后，分组的转发才能稳定。IP网的路由机制无法实现故障定位，且故障恢复时间很长，这很难满足电信级网络对故障定位与保护切换要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种无连接的分组交换通信系统，通过本发明，实现了控制面、管理面和数据面的分离从而使网络运营商对控制面和管理面的绝对控制，进而确保网络的安全；

另外，通过本发明能够在链路层上使用逻辑信道，隔离流量与保留资源，从而能够针对业务流量等级保留链路带宽资源，使用户更加信赖分组交换网，而不必对传输的信息加密，实现了分组交换网内源端到目的端全程QoS；

本发明综合了无连接分组交换网的可扩展性与面向连接的业务流量隔离与链路资源保留的双方优势，从而确保业务QoS；

当主路由出现故障时，通过本发明从源节点开始切换到传送信息中指定的备份路由传送分组，从而能保证业务通信过程不中断，达到电信级高可靠性要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种无连接的分组交换通信系统，包括至少两个通信节点，所述节点分别包括控制分组通信协议、控制分组信息处理单元、数据分组通信协议和数据分组信息处理单元；所述控制分组通信协议和数据分组通信协议分别包括传输业务流量时所使用协议的版本号、业务流量的长度、源地址和目的地址信息，并设置有分组类型；当系统当前传输的业务流量属于控制面或管理面时，用于指示各通信节点的控制分组信息处理单元在控制面或管理面对所述业务流量进行处理；当系统当前传输的业务流量属于数据面时，用于指示各通信节点的数据分组信息处理单元在数据面对所述业务流量进行处理。

其中，所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中还设置有保护切换标识，用于指示各通信节点转发业务流量时采用的主或备路由，并且当系统主路由出现故障时，通过各通信节点的控制分组信息处理单元或数据分组信息处理单元将所述业务流量切换到备路由。

其中，所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中还设置有地址长度标识，用于指示所述分组交换通信系统对各通信节点编址时所采用的地址长度。

其中，所述控制分组通信协议中还设置有交互识别序号，用于标识命令消息在各通信节点之间交互的完整过程，并指示所述控制分组信息处理单元对所述命令消息采用统一的交互识别序号。

其中，所述控制分组通信协议中还设置有消息体，当对消息封装处理时，用于指示控制分组信息处理单元按照采用<类型.长度.值>三元组对每条消息进行封装后，紧接前一条消息装入消息体中的原则，装运命令消息的主体；以及，当对消息解封装时，用于指示控制分组信息处理单元根据<类型.长度.值>三元组获得消息的类型、长度和值。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有流量分类标识信息，用于将业务流量分成不同的业务等级，并指示数据分组信息处理单元根据所述流量分类标识信息进行不同等级的队列调度。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有净荷类型，用于指示数据分组信息处理单元处理的用户数据的类型。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有VPN标识，用于指示业务流量是否需要隔离；

其中，当业务流量需要隔离时，所述数据分组通信协议中还设置有VPNID信息，用于标识对应的需要隔离的业务流量。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有组播标识，当将其置位时，用于系统需要承载组播业务，并用与目的地址长度相同的信息标识组播编号。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有选项标识，当将其置位时，用于指示数据平面各通信节点的数据分组信息处理单元，按照首先标识各选项消息的总长，紧接着其后，每个选项消息按<类型.长度.值>三元组进行封装，紧接前一个选项消息装入选项消息体中。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有分片标识，当系统需要对数据分组信息进行分片时，用于指示数据分组信息处理单元将所述分片标识置位，并在所述数据分组通信协议中添加所述数据分组信息的分片识别号，以及分片后的数据分组信息中的净荷在整体净荷中的指针偏移量。

其中，所述数据分组通信协议中还设置有净荷信息，用于装载用户数据信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明在所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中设置有分组类型；当系统当前传输的业务流量属于控制面、管理面时，用于指示各通信节点的控制分组信息处理单元在控制面、管理面对所述业务流量进行处理；当系统当前传输的业务流量属于数据面时，用于指示各通信节点的数据分组信息处理单元在数据面对所述业务流量进行处理。通过本发明，明确指示业务流量是属于控制面、管理面还是数据面，即使不单独建立支撑网，或在链路层无法标识逻辑信道时，各节点在网络层也能识别不同性质的流量，实现控制面、管理面、数据面的分离，使网络运营商对控制面、管理面的绝对控制，确保网络的安全性。

另外，本发明中在数据分组通信协议中通过设置VPN信息，从而明确指示数据面内的业务流量可以通过VPN ID隔离资源，并通过VPN ID在节点内部设置隔离的转发信息，在链路上通过VPN ID分配资源，从而能够达到在链路层上使用逻辑信道隔离流量与保留资源的效果，使用户更加信赖分组交换网，不必对传输的信息加密。而且，本发明综合了无连接分组交换网的可扩展性与面向连接的业务流量隔离与链路资源保留的双方优势，能确保业务QoS。

再者，本发明在分组协议中通过设置保护切换标识，从而明确指示当主路由出现故障时，从源节点开始切换到按保护切换标识中指定的备份路由传送分组，能保证业务通信过程不中断，达到电信级高可靠性要求。

附图说明

图1为本发明提供的分组交换系统原理示意图；

图2为本发明中控制分组通信协议格式；

图3为本发明中数据分组通信协议格式；

图4为本发明选项消息封装后的结构示意图；

图5为本发明中的分片识别号字段的格式；

图6为应用本发明封装控制分组信息时的流程图；

图7为应用本发明处理控制分组信息时的流程图；

图8为应用本发明的封装数据分组信息时的流程图；

图9为应用本发明的处理数据分组信息时的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种无连接的分组交换通信系统，其核心是：包括至少两个通信节点，所述节点分别包括控制分组通信协议、控制分组信息处理单元、数据分组通信协议和数据分组处理单元；所述控制分组通信协议和数据分组通信协议分别包括传输业务流量时所使用协议的版本号、业务流量的长度、源地址和目的地址，并设置有分组类型；当系统当前传输的业务流量属于控制面、管理面时，用于指示各通信节点的控制分组信息处理单元在控制面、管理面对所述业务流量进行处理；当系统当前传输的业务流量属于数据面时，用于指示各通信节点的数据分组信息处理单元在数据面对所述业务流量进行处理。

本发明指定的分组交换网络在地域分布上由若干个相互分隔的通信节点组成，各节点之间通过传输链路连接构成一定的拓朴关系。即任意两节点之间一定会存在一条或多条独立的连通路径。

本发明提供的实施例，如图1所示，包括，节点A、节点F、节点K和节点N；节点A与节点N之间存在着两条独立的连通路径，一条是由节点A经过节点K与节点N之间的连通路径；另一条是节点A经过节点F与节点N之间的连通路径。

由于节点A与节点N之间至少存在着两条路径，因此两节点之间的分组交换可以从任一路径上进行。为了确保两节点之间分组通信质量与可靠性，在节点A与节点N之间确定一条工作路径，同时配备一条备份路径。如果节点A要向节点N传送分组，向中间节点K请求，保留一定的资源，如链路带宽，队列空间等。这样分组从节点A到达节点K时，能保证能及时地传送到节点N。

在每个节点配置两个基本的模块，一个是控制模块，用来完成分组在源节点与目的节点之间路径上的资源控制；另一个是转发模块，数据分组沿着预留资源(或缺省资源)的路径安全无误地将信息传送到目的地。

为了使各节点之间能协调工作，本发明分别为控制模块与转发模块在分组交换网络中各节点之间的交互协调设计了通信协议。控照通信协议，控制模块能完成源节点与目的节点之间路径上所有节点的相应资源控制，转发模块能使此路径上的所有节点安全、准确传送数据分组。

所述控制模块分别包括控制分组通信协议和控制分组信息处理单元。

其中控制分组信息处理单元完成硬件计算、存储、时序的功能，由通用的中央处理器、内部/外部存储器、逻辑电路等器件制成的电路板，插入节点设备的机架之中。控制处理器的实现可利用业界已经成熟的技术，在此不作详细说明。

所述控制分组通信协议，如图2所示，包括：

版本号：用于表明分组交换网络当前使用的协议版本，指示网络中各节点的控制分组处理单元按照当前版本协议约定的协议对进入此节点的控制分组信息进行相应的处理。

地址长度标识：用于指示控制分组处理单元对该分组交换系统中的节点编址所采用的地址长度。本发明中设计短、中、长三类不同的固定地址长度，以便充分利用网络传送资源。

保护切换标识：用于指示各节点转发时采用的主或备路由。当主路由出现故障，系统反向通知源节点全程切换到备份路由，并在保护切换标识中置备分路由标识，沿途各中间节点按所置的标识选择对应的转发信息对分组转发。

分组类型：用于在网络层标识控制分组、管理分组与数据分组，以便各节点对流量分离并分开处理。分组类型标识可以在分组交换网中使控制面、管理面、数据面逻辑分离，确保网络安全。

交互认别序号：用于标识命令消息在各模块之间的交互完整过程。命令消息每发出一次请求分配一个认别序号，接下来的任何一个序列状态都必须使用该认别号，直到最后一个状态(如确认状态)完成为止。

消息总长：用于指示控制分组中消息体以字节为单位的总长度，便于控制处理器分析、存储、核对。

源地址：用于标识分组交换网中发起命令请求的节点地址。网络运行时可以配置短、中、长任一类。一旦完成设置，通信过程中不可再改变，除非到下一次网络升级。

目的地址：用于标识组交换网中发起接受请求的节点地址。网络运行时可以配置短、中、长任一类。一旦完成设置，通信过程中不可再改变，除非到下一次网络升级。

控制分组消息体：用于装运命令消息的主体。每个控制分组一次可以装运多条命令消息。而每一条消息以<类型.长度.值>三元组进行封装后紧接前一条消息装入消息体中。

所述转发模块分别包括数据分组通信协议和数据分组处理单元。

其中，数据分组处理单元，用于完成硬件计算、缓存、查表、队列调度的功能，由通用网络处理器芯片、片内/外存储器、逻辑电路等器件成的电路板，插入节点设备的机架之中。其实现过程可利用业界已经广泛使用的技术，本发明不作详细说明。

数据分组通信协议在数据平面各转发模块之间根据节点的目的地址独立处理，对业务流量按可区分的业务服务质量要求进行相应的资源调度，按业务流量类型隔离转发与传输资源，对组播群组标识。当传输链路层受最大传输单元长度限制时对数据分组进行适配处理等。

数据分组通信协议体现在各节点转发模块之间流动的数据分组中。其格式如图3所示，包括：

版本号：用于表明分组交换网络当前使用的协议版本，指示网络中各节点的网络处理器按照当前版本协议约定的协议对进入此节点的数据分组进行相应的处理。

地址长度标识：用于表明分组交换网络对节点编址所采用的地址长度。本发明设计短、中、长三类不同的固定地址长度，以便充分利用网络传送资源。对分组交换网络中各节点的控制模块与转发模块可以用同一个地址编址，也可以用完全独立空间的地址分别编址。后一种情况必须在同一节点内使控制模块地址与转发模块地址之间映射实现关联。

保护切换标识：用于指示各节点转发时采用的主或备路由。当主路由出现故障，系统反向通知源节点全程切换到备分路由，在保护切换标识中置备分路由标识，沿途各中间节点按所置的标识选择对应的转发信息对分组转发。

分组类型：在网络层标识控制分组、管理分组与数据分组，以便各节点对流量分离并分开处理。分组类型标识可以在分组交换网中使控制面、管理面、数据面逻辑分离，确保网络安全。

流量分类：用于对业务流量分成不同的等级，以便分配不同等级的通信资源。分组交换网络中各节点的转发模块根据流量分类指示进行不同等级的队列调度，对输出链路的不同等级的统计复用，以保证数据平面满足可区分的业务服务质量要求。

净荷长度：用于指示数据分组中承载的用户数据的总长度，便于网络处理器存储、核对。

源地址：用于标识分组交换网中数据分组起源的节点地址。网络运行时可以配置短、中、长任一类。一旦完成设置，通信过程中不可再改变，除非到下一次网络升级。

净荷类型：用于指示数据分组中承载的用户数据的类型，便于源节点与目的节点服务层的相对应的处理。中途节点只负责用户数据传输，不对服务层处理。

目的地址：用于标识分组交换网中数据分组最终到达的节点地址。网络运行时可以配置短、中、长任一类。一旦完成设置，通信过程中不可再改变，除非到下一次网络升级。

在数据分组通信协议中还有四类比较特殊的状态标识，对于分组交换网络灵活适应业务需求十分重要，也是本发明与业界现状技术相比的独特之处。

VPN标识：用于表明业务在数据平面是否需要隔离。对于企业专网业务在分组交换系统上承载时一定要求特定企业网的业务流量与其它业务流量隔离；而对于互连网接入的上网业务可能不要求与其它业务隔离。如果VPN标识需要业务隔离，不仅要求在传输链路上要做到业务流量隔离，而且在节点内部转发模块中，队列调度，转发信息等资源分配均要求隔离，因此利用数据分组通信协议中设置的VPN ID来标识对应的业务流量；如果VPN标识复位表示不需要业务隔离，网络处理器对业务流量的资源分配均按缺省的设置进行处理，数据分组通信协议中的VPN ID字段无意义。

组播标识：当将其置位时，用于系统需要承载组播业务，并用与目的地址长度相同的信息标识组播编号。当分组交换系统需要承载组播业务时，为了充分利用网络资源必须支持按组播抽象拓朴方式，即按组播树传送数据分组。组播源节点位于组播树的根，用数据分组头中的源地址表示，组播成员位于组播树的各叶枝节点上，此时用与数据分组通信协议中目的地址段长度相同的信息表示某一组播编号，如果各叶枝节点需加入此特定的组播群组，必须使用该组播编号。当数据分组协议承载单播业务时，组播标识复位，源地址与目的地址按正常语义解释。

选项标识：在数据分组通信协议中可以带一个或多个选项，用于指示数据平面各节点转发模块相应的操作，如对净荷的压缩、加密、签权等。在通常的操作中很少使用选项，如果业务需要在数据分组中使用选项，则如图4所示，在选项标识位上标明(置位)，随后在分组头末尾附上选项消息体。

在选项消息体中首先用数位字节的字段表示各选项消息的总长，紧接之后，每一个选项的消息按<类型.长度.值>三元组进行封装，紧接前一个选项消息装入选项消息体中。如果分组头中不带任何选项，选项标识位上不作标识(复位)。

分片标识：当系统需要对数据分组信息进行分片时，用于指示数据分组处理单元将所述分片标识置位，并在所述数据分组协议中添加所述数据分组信息的分片识别号，以及所述分片后的数据分组信息中的净荷在整体净荷中的指针偏移量。

受某些传输链路层技术的限制，最大的信息传输单元不能超过特定的字节值。如果数据分组大于这个值，在源节点就必须对数据分组进行分片，并对分片标识置位，然后在分组头中增加一个分片识别号字段，如图5所示，包括两部分，一部分由数位字节表示该分组的识别号，另一部分由数位字节表示该数据分组中的净荷在整体净荷中的以字节为单位的指针偏移量。

各分片的数据分组到了目的节点后，根据分组识别号与指针偏移量可以唯一地组装还原成分片前的整体净荷，提交给用户层处理。如果不需要分片，分片标识复位，数据分组头中不会出现分片识别号字段。

数据分组净荷：用于装运的用户数据信息，分组交换系统中的中间接点转发模块不对净荷内容进行分析，只是到了目的节点后转发模块才将净荷提交给特定的用户层处理。净荷的长度必须在净荷长度字段能标识的最大长度范围之内。

上述为本发明所提供的系统情况，当应用本发明时，其处理过程简要介绍如下：

假设图1中在源节点A与目的节点N之间承载一个VPN要求分配的特定带宽为Kbit/s，从源节点A开始途径K节点到目的节点N均要执行分配VPN带宽的命令。源节点对分配VPN带宽的请求命令协议封装过程如图6所示：

首先，封装控制消息体：按<类型.长度.值>三元组进行封装——类型为“分配VPN带宽”，长度为消息体的总长字节数，值为“α”；

其次，依次加上目的节点N的地址、源节点A的地址；

接着，加上消息体的总长字节数(因为此处仅一个分配VPN带宽命令，因此消息体的总长与<类型.长度.值>中的长度指示值相同)；

然后，给此请求命令过程分配一个唯一的识别号，并将此识别号加在消息体总长标识之前。每分配一次识别号，下一次命令过程识别号加一。沿途中间节点与目的节点不可对源节点分配的认别号更改；

接着，加上分组类型字段，此处应为“控制分组”；

最后，加上保护切换标识字段，正常情况上为“工作路径”；

加上地址长度标识字段，如为“短地址”；

加上版本号字段。

至此，控制分组协议封装完成，然后由保护切换指示的路径(此处为“工作路径”)，匹配目的地址N，将此控制分组转发至连接中途节点K的接口进行分组传输。控制分组的转发表在各节点中是独立配置的，与用户数据转发表隔离开，确保网络安全。

控制分组信息到达网络中各节点的控制模块后均应对其中命令消息进行处理，实现对该节点管辖的转发面通信资源进行监视与控制。该节点如果顺利完成对应的命令执行后，继续将控制分组信息送往目的地路径的下一节点控制模块；如果在执行命令时出现问题与错误，则停止将控制分组送往目的地路径的下一节点控制模块，而反向向源节点控制模块发送错误状态信息。沿途各节点控制分组信息的处理过程，如图7所示：

沿途各节点接收到上游节点发来的控制分组信息后，根据协议首先判断版本号是否为预设值，如果不为预设值，停止处理，简单丢弃接收到的控制分组信息；如果版本号为预设值，再判断地址长度标识是否为约定值，如果不为约定值，停止处理，简单丢弃接收到的控制分组信息；如果地址长度标识为约定值，再判断分组类型，如果不为控制分组类型，转其它处理；如果为控制分组类型，读取交互识别号，再读取消息总长字段得到消息体的总长字节数。根据消息总长字节数读取消息体中消息内容处理，根据<类型.长度.值>三元组获得消息的类型，长度与值(如分配VPN带宽：Kbit/s)。控制模块按照消息类型执行命令，如果由于资源限制等原因，该节点无法完成请求的命令，则使用与请求相同的交互识别号，向控制分组信息中源地址表示的源节点回送拒绝请求消息，表示请求失败；如果该节点能按照请求的命令执行对应的操作(如为VPN分配Kbit/s的带宽)，再根据控制分组信息中的目的地址判断本节点是否为目的节点，如果为目的节点，使用与请求相同的交互识别号，向控制分组信息中源地址表示的源节点回送响应请求消息，表示请求成功；如要该节点不为目的节点，使用与请求相同的交互识别号及控制分组信息中目的地址向相邻的下一个节点继续发送请求消息。

不论是向源节点回送失败与成功消息还是向相邻的下一节点继续发送请求消息，均按照控制协议分组信息中的保护切换标识指示的路径查找转发表，由控制分组信息中的目的地址确定对控制分组信息的转发。

通过上述过程，本发明的源节点已经成功申请了Kbit/s的VPN带宽，当转发模块之间处理数据分组时，能够利用所述申请的VPN带宽。根据数据分组通信协议在任意节点发送数据分组信息时，其封装流程如图8所示：

首先对选项标识、分片标识、组播标识、VPN标识全复位(比特位置0)，然后判断承载的净荷是否大于链路层限制的最大传输单位(MTU)。如果净荷大于MTU需要对净荷分片后多次传送，然后在目的节点重装，因此对需分片的净荷分配一个分组序列号，计算出每个分片相对于净荷的偏移字节数作为相对位置指针，再按序分别将分片装入数据分组净荷域，每一分片装入一个数据分组净荷域中；如果净荷小于MTU，则直接装入数据分组净荷域中。

再判断是否需要携带选项，如果需要携带选项，按图4所示对选项消息体封装后填入数据分组信息的选项域中，同时选项标识置位；如果无选项，接下来判断是否进行了分片操作，如果执行了分片操作，净荷中装载的任一分片，分组序列号应保持不变，但指针偏移量应记录与该分片在原净荷中的相对位置，同时将分片标识置位；如果没有进行分片操作，接下来判断是否是组播数据分组，大多数情况下为单播时，加上目的节点的地址；如果为组播时，目的地址域中应填入组播群组号，并将组播标识置位。

再加上数据分组起始的源节点地址与代表服务层特定功能的净荷类型。

接着判断是否需要划分VPN，如果需要区分VPN，则在VPN ID字段中加上该数据分组信息所属的VPN号，并将VPN标识置位；如果不需要区分VPN，不对VPN ID字段进行操作，即该字段在数据分组信息头中无意义。

接下来加上4个状态标识位：选项标识、分片标识、组播标识、VPN标识，各标识记录了实际封装过程中相应的操作。

再加上净荷长度字段，代表数据分组中净荷域中的实际长度。

加上该分组所属的流量类型，代表该数据分组信息的服务质量等级。

加上分组类型字段，此处应为“数据分组”；

加上保护切换标识字段，正常情况上为“工作路径”；

加上地址长度标识字段，如为“短地址”；

加上版本号字段。

经过上述过程后，数据分组信息封装完成，然后根据保护切换字段指示的路径(此处为“工作路径”)，在转发表中匹配目的地址，将此数据分组信息转发至于邻近的下一节点。如果VPN标识置位，表明数据分组需要区分VPN，因此对该数据分组信息的转发应查找VPN ID对应的转发信息。各VPNID对应的转发表在各节点中相互隔离开，确保用户流量的安全。

分组交换系统中各节点转发模块对接收到的数据分组信息处理流程如图9所示：

根据协议首先判断版本号是否为预设值，如果不为预设值，停止处理，简单丢弃接收到的数据分组信息；如果版本号为预设值，再判断地址长度标识是否为约定值，如果不为约定值，停止处理，简单丢弃接收到的数据分组信息；如果地址长度标识为约定值，再判断分组类型，如果不为数据分组类型，转其它处理；如果为数据分组类型，读取流量类型，分配不同服务等级队列以便缓存，再读取净荷长度字段表示的字节数，以便对数据分组信息中的净荷进行暂时贮存。

判断选项标识是否置位，如果置位，表示数据分组信息中携带有选项消息，每个节点都对其处理。根据选项消息体中总长字节数读取消息体中消息内容，再根据<类型.长度.值>三元组逐一获得各条消息的类型，长度与值(如服务层协议地址压缩等)，执行相应的操作。

再判断组播标识是否置位，如果置位，对于组播数据分组，目的地址字段已变为组播群组号，因此转发模块不能依赖单播时使用的转发表，而必需依赖控制模块设置的组播树进行数据分组复制并按组播转发表与进行转发。如果组播标识没有置位，表示为单播，读取目的地址分析是否为本节点地址，如果数据分组信息中的目的地址为本节点的地址，说明数据分组信息已到达目的地，再判断分片标识是否置位，如果置位应该根据分组序号与指针偏移量对分片进行净荷重装；如果分片标识没有置位，表明没有分片。接下来读取数据分组信息头中的协议类型字段，将数据分组信息的净荷提交给服务层相应的功能处理。

如果数据分组中的目的地址不是本节点的地址，应转发至通往目的节点路径相邻的下一跳节点。先判断VPN标识是否置位，如果已置位，读取数据分组中的VPN ID，并根据此ID对应的VPN转发信息，再沿着切换保护字段中指示的路径(此处为“工作路径”)，由分组中的目的地址确定转发到相邻的下一节点。各VPN ID对应的转发信息在节点中相互隔离开，确保用户流量的安全。

由上述本发明的具体实施方案可以看出，本发明在分组协议中通过设置分组类型字段，明确指示业务流量是属于控制面、管理面还是数据面，即使不单独建立支撑网，或在链路层无法标识逻辑信道时，各节点在网络层也能识别不同性质的流量，实现控制面、管理面、数据面的分离，使网络运营商对控制面、管理面的绝对控制，确保网络的安全性。

而且，本发明在数据分组通信协议中通过设置VPN ID字段，明确指示数据面内的业务流量可以通过VPN ID隔离资源，通过VPN ID在节点内部设置隔离的转发表，在链路上通过VPN ID分配资源，能达到在链路层上使用逻辑信道隔离流量与保留资源的效果，使用户对分换交换网可信赖，不必对传输的信息加密。即使采用明文传送由于在分组网中VPN ID的隔离机制使得信息不可能被非法截获。

另外，由于在网络层数据分组头内设置VPN ID字段达到了链路层通过逻辑信道隔离流量与保留链路资源的目的，在网络层通过分组的全局目的地址的整体转发，即使采用不连接也能完成在分组交换网内的端到端全程通信；而在链路层通过逻辑信道隔离流量与保留链路资源时，由于逻辑信道只在某链路上本地有意义，超出此链路之外便无任何意义，因此必须建立连接，在各节点交换才能完成在分组交换网内的端到端全程通信。无连接机制能使网络的扩展性不受限制，面向连接的网络在流量突发的环境中，VPN内站点数量增大时，连接建立与连接数量将成为网络扩展的瓶径。本发明综合了无连接分组交换网的可扩展性与面向连接的业务流量隔离与链路资源保留的双方优势，能确保业务QoS。

再者，本发明在分组协议中通过设置保护切换标识字段，明确指示当主路由出现故障时，从源节点开始切换到按保护切换标识字段中指定的备份路由传送分组，能保证业务通信过程不中断，达到电信级高可靠性要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1、一种无连接的分组交换通信系统，包括至少两个通信节点，所述节点分别包括控制分组通信协议、控制分组信息处理单元、数据分组通信协议和数据分组信息处理单元；所述控制分组通信协议和数据分组通信协议分别包括传输业务流量时所使用协议的版本号、业务流量的长度、源地址和目的地址信息，其特征在于：

所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中设置有分组类型；当系统当前传输的业务流量属于控制面或管理面时，用于指示各通信节点的控制分组信息处理单元在控制面或管理面对所述业务流量进行处理；当系统当前传输的业务流量属于数据面时，用于指示各通信节点的数据分组信息处理单元在数据面对所述业务流量进行处理。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中还设置有保护切换标识，用于指示各通信节点转发业务流量时采用的主或备路由，并且当系统主路由出现故障时，通过各通信节点的控制分组信息处理单元或数据分组信息处理单元将所述业务流量切换到备路由。

3、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：

所述控制分组通信协议和数据分组通信协议中还设置有地址长度标识，用于指示所述分组交换通信系统对各通信节点编址时所采用的地址长度。

4、根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述控制分组通信协议中还设置有交互识别序号，用于标识命令消息在各通信节点之间交互的完整过程，并指示所述控制分组信息处理单元对所述命令消息采用统一的交互识别序号。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述控制分组通信协议中还设置有消息体，当对消息封装处理时，用于指示控制分组信息处理单元按照采用<类型.长度.值>三元组对每条消息进行封装后，紧接前一条消息装入消息体中的原则，装运命令消息的主体；以及，当对消息解封装时，用于指示控制分组信息处理单元根据<类型.长度.值>三元组获得消息的类型、长度和值。

6、根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有流量分类标识信息，用于将业务流量分成不同的业务等级，并指示数据分组信息处理单元根据所述流量分类标识信息进行不同等级的队列调度。

7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有净荷类型，用于指示数据分组信息处理单元处理的用户数据的类型。

8、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有VPN标识，用于指示业务流量是否需要隔离。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：

当业务流量需要隔离时，所述数据分组通信协议中还设置有VPN ID信息，用于标识对应的需要隔离的业务流量。

10、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有组播标识，当将其置位时，用于系统需要承载组播业务，并用与目的地址长度相同的信息标识组播编号。

11、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有选项标识，当将其置位时，用于指示数据平面各通信节点的数据分组信息处理单元，按照首先标识各选项消息的总长，紧接着其后，每个选项消息按<类型.长度.值>三元组进行封装，紧接前一个选项消息装入选项消息体中。

12、根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有分片标识，当系统需要对数据分组信息进行分片时，用于指示数据分组信息处理单元将所述分片标识置位，并在所述数据分组通信协议中添加所述数据分组信息的分片识别号，以及分片后的数据分组信息中的净荷在整体净荷中的指针偏移量。

13、根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述数据分组通信协议中还设置有净荷信息，用于装载用户数据信息。

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