CN100469190C - 用于经由电路交换网络传送分组的方法和网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用IP协议的分组网络中基于IP标题将分组从信源传送至目的地的方法，其中所述IP标题包含目的地地址，其特征在于，所述方法包括步骤：将所述IP标题中包含的目的地地址的至少一部分引入较低协议层；以及基于所引入的部分将所述分组传送至所述目的地。

Description

用于经由电路交换网络传送分组的方法和网络
技术领域
本发明涉及一种用于在使用IP协议的分组网络内基于IP标题将分组从信源传送至目的地的方法和网络。
背景技术
例如，在GPRS网络(通用分组无线电系统)内，数据被在数据分组内传送。数据传输网络使用诸如TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)的各种协议形成从移动电话到不同分组数据网络的网关。所述分组交换数据传输是指每一分组都可被在单独的路由上传送至其目的地地址，而不必顾及在其上传送先前分组的路由。
将被传送的IP分组包括由多个字段组成的标题，所述多个字段表示：IP协议版本号(版本字段)；标题长度(IHL字段)；业务类型(微分业务码点，DSCP)；总分组尺寸(总长度字段)；单个识别符(识别字段)；分片(标志字段)；片尺寸(片字段)；分组寿命(存活时间字段)；有效负载协议号(协议字段)；校验和(标题校验和字段)；发送者的IP地址(源地址字段)；接收者的IP地址(目的地字段)；如果存在的话，选项(选项字段)；以及如果需要的话，标题的填充(填充字段)。
例如，标题尺寸可能为20个八位字节，相当于160比特。所述标题字段可能会经受压缩，以为有效负载提供附加容量。但并非在每种环境下使用压缩方法都是最优的，因为网络设备并非必然能够以理想的方式处理压缩后的标题字段。
在ATM(异步转移模式)网络中，数据传输基于53字节的分组。每一分组都包括ATM地址字段预订的5个字节，所述ATM地址字段例如可以是VPI(虚拟路径识别符)和VCI(虚拟信道识别符)标题字段。这些标题字段共同定义所谓的虚拟连接，数据被在所述的虚连接之上传送。所述标题字段包括识别符参数，所述识别符参数的值借助信令不断改变。
网络使用不同方法将IP分组从一个位置传送至另一位置。一种方法是路由，其中OSI(开放系统互连)第三层，即网络层内的IP路由器所接收的IP分组可能首先被在第二层上依据多个帧编译，然后被在协议栈内向上中继至第三层。在所述网络层内，IP协议检查分组接收者的IP地址，并通过搜索路由表来分组将被传送到的下一节点。IP地址在世界范围内都是无歧义的。
在电路交换网络中，所谓的标记交换和IP交换可被用于帮助传送IP分组。所述交换直接在OSI模型的第二层内执行，从而使得所接收IP分组被基于帧内所包括的物理地址通过所述第二层转发，而非被编译成第二层内的帧。在宽泛的意义上，所述标记可能是传送节点的任何一个本地信道识别符。
与使用标记交换的分组网络相关的问题是，交换需要相对大量的配置以及配置数据的传输。此外，网络需要大量的网络单元间的信令。上述数据的传输占据了有效负载的容量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法与一种实施上述方法的设备，以解决上述问题。更准确地说，本发明旨在解决分组网络的较大标题字段尺寸以及电路交换的复杂配置带来的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种在使用IP协议的分组网络中基于IP标题将分组从信源传送至目的地的方法，其中所述IP标题包含目的地地址，
其特征在于，所述方法包括步骤：
将所述IP标题中包含的目的地地址的至少一部分引入地址字段所用协议层之下的一层协议层；以及
基于所引入的部分将所述分组传送至所述目的地。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于IP标题将分组从信源传送至目的地的使用IP协议的分组网络，其特征在于，
所述分组网络包括第一装置10，所述第一装置被设置为将所述IP标题中包含的目的地地址的至少一部分引入地址字段所用协议层之下的一层协议层，以使所述部分用作标记；以及
第二装置20，所述第二装置被设置为将所述分组传送至所述标记所指示的目的地。
本发明的基本构思在于，所述IP目的地地址的一部分被引入较低协议层，并根据所引入的地址部分形成用于标记将被传送分组的标记。
本发明的方法与分组网络提供了多种优点。在本发明中，根据IP目的地地址形成被用作分组传送内的目的地地址的标记。所述标记与全长IP地址相比占用较少的空间，所节省的空间从而可以用于其它目的，例如用于有效负载的传送。目的地地址所需的空间被减少，而无需附加的网络配置或是信令。本发明使得分组的快速传送得以实现。
附图说明
以下将结合优选实施例，并参照附图来描述本发明，在附图中，
图1示出了所述网络的第一实施例；
图2示出了在所述网络的不同位置处的协议栈；
图3示出了所述网络的第二实施例；
图4详细示出了所述网络。
具体实施方式
参照图1，网络50包括网络单元100、200、300和400。此外，所述网络还包括分组网络域150，在所述分组网络域150内，数据传输是窄带的，且使用分组交换与电路交换来执行所述数据传输。此外，所述网络还包括网络域350，在所述网络域350内，数据传输是宽带的。如该图所示，网络单元100、200位于网络域150内。该图还示出了宽带网络域350位于网络单元300与网络单元400之间。
图1所示的网络例如可能是IPRAN(互联网协议无线电接入网)。例如，宽带域内的数据传输基于光纤的使用，而窄带域内的数据传输基于微波无线电的使用。但本发明并不仅限于IPRAN，而是可能应用于所有满足某些要求的IP网络。所述要求之一是网络必须带有特定类型的子网。更精确的是，所述子网必须具有CIDR(无阶域间路由)地址。在子网的区域内使用相同的一个地址前缀，由于该过程在网络内从较高网络层下移至较低网络层，所以所述前缀变得更为准确，即变得更长。
例如，网络单元100可能是LBTS(叶型基站收发信台)，网络单元200可能是IBTS(中间BTS)，而网络单元300可能是LMGW(最终里程网关)单元。从数据传输的角度来看，所述网络单元充当所谓的节点，所述节点都具有独立的IP地址。所述网络单元能够在协议第二层内执行交换。更精确的是，它们例如能够基于VPI/VCI识别符执行所述交换。
IP地址由数字对构成，所述数字对的第一单元包括网络部分，而第二单元包括主机部分。IP地址为32比特数，它通常被以由点分开的十进制数的形式表示。这被称为点分十进制记法，其中每一数字都是由以十进制形式给出的一个字节，即一组8个比特的数字值来表示的。例如，地址131.11.9.3表示IP地址，其中131.11是网络部分，而9.3是主机部分。
图2示出了网络的不同位置处的协议栈。每一网络单元LBTS、IBTS以及LMGW之下的层都描述了网络单元的对应协议结构。例如，LBTS单元之下的协议栈包括IP层、压缩的IP层、LIP/LPS(标记交换IP/标记交换路径)层以及L1层。
网络单元100与网络单元300能够压缩IP标题字段。压缩允许修改IP地址以节省带宽，但同时会失去应用IP路由的可能性。对于能够压缩IP标题字段的网络单元而言，其必须出现在这样一种网络结构内，即其中第二压缩网络单元与第一网络单元的距离为精确的一个跳跃。这之所以成为必要是因为在多跳跃的配置中，网络单元100与网络单元300之间的网络单元200不能基于压缩的标题做出路由判定。由于IP层，所以需要与网络相关的一个跳跃要求。为满足所述要求，执行压缩的网络单元被连接到同一个物理传输路径。满足所述要求的另一方法是借助较低层交换，即虚拟电路为IP层设置一个跳跃的“视野(view)”。
所述网络例如可被实施为，压缩网络单元连接到同一个物理传输路径。实施所述网络的另一种方法是使用较低层交换，即虚拟电路为IP层设置一个跳跃型的网络配置。实际上，这意味着在根据图2的技术方案中，网络单元2并不能基于压缩的IP标题做出路由判定，但它可以基于在较低层内生成的标记交换分组。
图3示出了所述网络的第二实施例。所述网络包括网络单元40、41、42、43、44、45以及IP网络部分46。网络单元40、43是LMGW单元，而网络单元42、45是BSGW单元。更精确的是，网络单元40、42、44例如为基站。图3示出了IP网络至少部分地互连网络单元40和41、网络单元41和43、网络单元42和43、网络单元43和45、网络单元44和45。
网络单元40还能够本地执行LMGW功能，而网络单元42借助传输路径连接到可执行LMGW功能的远端网络单元43。网络单元44经过BSGW单元45连接至LMGW单元43。如图所示，IP协议未被应用在互连网络单元44与BSGW单元45的传输路径上。
图4详细示出了网络50，该网络包括第一装置10、第二装置20以及第三装置30。每个上述网络单元都可能包括装置10、20、30。第一装置10被设置为将地址字段内给出的目的地地址的至少一部分引入所述地址字段使用的协议层之下的一层。例如，第一装置10将主机部分10.2从目的地地址131.11.10.2中移动到较低协议层，即从第三协议层移动到第二协议层。
实际上，地址部分的引入意味着从IP地址中得到较低层标记，因而无需较低层信令。从而在形成虚拟电路时可利用IP路由所携带的拓扑信息。地址部分的引入与压缩可被执行为独立的功能或是单独的功能。但如果IP标题总开销与第二层信令将被避免，则需要压缩与地址部分的引入。地址部分的引入尤其支持IPRAN型网络内的压缩。
第二装置20被设置为使用所引入的地址将分组传送或发送到子网内的目的地。换言之，在这种情况下并不需要整个IP地址用于传送所述分组。由第一装置10引入较低协议层的地址字段部分代表最低有效位。例如，第一装置10可能将16个最低有效位从地址字段引入较低协议层。此外，第二装置20被设置为用分组路由信息形成较低层内的虚拟电路，以将分组传送至其目的地地址。
第三装置30被设置为根据目的地地址的主机部分形成标记，所述标记在其被转发之前用于标记所述分组。由所述第三装置30形成的标记包括VPI/VCI识别符。其它可能的标记是TDM交换的PCM/TSL识别符、MPLS(多协议标记交换)路由器标记或是帧中继交换的DLCI(数据链路连接识别符)字段数据。在分组已被标记时，第二装置20将所述分组传送至所述标记指示的目的地。装置10、20、30的功能原则上可被集成到同一个装置内，且它们更优选的是由软件来执行。
IP地址的转发基于子网连接，其中位于子网内的所有主机或设备共用公共初始地址部分，但对于不同设备而言，子网地址的主机部分是不同的。下表1描述了可被用于本发明的分组网络的可能地址方案。
 
单元 IP地址 IP子网 IP主机地址
LMGW 192.168.10.2 192.168.0.0/16 10.2
IBTS 192.168.8.4 192.168.0.0/16 8.4
LBTS 192.168.9.3 192.168.0.0/16 9.3
表1
表1示出了包括32比特IP地址的16个最高有效位的子网地址。例如，LMGW单元的子网地址中的最高有效位由地址部分131.11形成。位于同一子网内的所有主机共用同一子网地址。所述主机地址包括地址的16个最低有效位。在子网内，所述主机地址为单独的地址，因而可被用作第二层交换内的标记。
IP分组的传送基于与子网地址系统、子网拓扑以及子网的缺省路由有关的信息。假定所述缺省路由通过LMGW单元。图1与2的网络内的IBTS单元随后可根据以下的传送表2转发分组，所述传送表2例如是基于IP路由提供的网络拓扑信息得到的。
 
IP目的地地址 下一IP地址 输出门
192.168.10.2 192.168.10.2 IBTS→LMGW
192.168.8.4 自己的主机 -
192.168.9.3 192.168.9.3 IBTS→LBTS
其它 192.168.10.2 IBTS→LMGW
表2
该传送表示出了每个具有目的地地址192.168.9.3的IP分组都被从IBTS单元传送到LBTS单元。该表还示出了目的地地址为192.168.8.4的IP分组并不被从IBTS单元进一步传送，而是被在IBTS单元内处理。此外，该表还示出了具有不同于上述两个目的地地址的IP地址的IP分组被从IBTS单元转发至LMGW单元。
分组网络可能应用ATM技术，在这种情况下，IP流交换基于独立的VPI/VCI识别符或是AMT虚拟电路发生，所述VPI/VCI识别符或是AMT虚拟电路是为IP流确定的，且基于ATM小区交换操作。在本发明的方法中，地址被引入的较低电平基于由IP路由提供的拓扑信息而非ATM信令形成虚拟电路。在一个实施例中，IBTS单元包括ATM交换机，所述ATM交换机被配置为将全部带有特定标记的信元交换到LMGW单元，而无需改变地址字段。在所述的技术方案中，带有VPI＝10、VCI＝2的标记的信元被交换至LMGW单元，而无需改变该地址字段。
下表示出了可被用于IBTS单元的可能ATM交换配置，例如：
 
输入门 输入(VPI/VCI) 输出门 输出(VPI/VCI)
LBTS-IBTS (10，2) IBTS-LMGW (10，2)
LMGW-IBTS (9，3) IBTS-LMGW (9，3)
表3
在电路交换网络中，标记值，即VPI与VCI值在可能位于IBTS单元内的中间转换器中并不改变。所公开的分组网络的另一个特性是所述值可从IP主机地址中得到。由于所述标记值并不改变，因此其可被用于无歧义地指示子网内的不同的点。
图1的分组网络150被设置为执行子网IP地址与子网标记值之间的一对一映射。分组的发送机可能因此始终以标记替代目的地IP地址，或是将所述标记加入目的地IP地址。在信源与目的地之间存在着所谓的中间节点，其可能会基于所述IP传送表形成ATM交换表。
表3所示的ATM交换配置是使用传送表2所提供的信息来得到的。更准确的是，根据表3中的IP目的地地址的最后两个字节形成表2中的VPI/VCI识别符。
如果所公开的分组网络是ATM网络，则可能会将MPLS交换自由地用于所述网络，因而可能会自由地选择标记值。这意味着存在用于映射的另一个表，该表被应用在IP子网与所述标记之间。换言之，至少两个可自由选择的值可被用于所述标记。
在IP标题字段与第二层标记之间必须存在着一对一的对应，在这种情况下，这意味着数学上的双向单射。所述双向单射的特性是函数具有反函数，从而允许计算函数的原值。使用这种数学方法能够重建用于根据对应标记以无歧义的方式形成第二层标记的IP地址部分。
下表4描述了IP标题与信道识别符之间的关系。表4假定通过使用IP标题所给出的目的地地址内包括的8个最低有效位(主机地址)和DSCP字段来实施本发明。表4还假定ATM虚拟信道在第二层内使用。如表4所示，将IP地址与信道识别符表示为特定的数字对。第一数字对包括目的地的IP地址和DSCP字段，而第二数字对包括VPI/VCI识别符。
 
函数 值 使用
f(IP-host，DSCP) (VPI，VCI) 发送至地址(IP-host、DSCP)的台站设置ATM虚拟电路识别符。ATM信元被通过位于信元之间的ATM交换机交换，且仅被提供给连接末端部分处的IP层。
f<sup>-1</sup>(VPI，VCI) (IP-host，DSCP) 从ATM虚拟电路接收的台站将IP-host与DSCP字段的值直接从信道识别符中减去。可通过压缩将所述值从IP标题中删除。
表4
ATM虚拟电路的设置意味着IP数据报，即IP分组被分段为ATM信元，且VPI/VCI识别符会被设置为信元标题的虚拟信道的识别符。表4内所涉及的ATM转换器例如可能位于IBTS内，并被用于LMGW与LBTS之间的信元交换。
除了涉及IP标题和信道识别符的描述之外，还需要链路层并不基于来自其所有网络连接的IP标题来预订信道识别符。例如，ATM转换器可能传送通过门到达的信道的VC(虚拟信道)信元。因此假定经由传输路径接收的信元带有特定信道识别符。然而，在常规的ATM交换中，信道识别符的值会有所改变，但在本发明的方法中，ATM转换器被配置为使得识别符不必改变。作为替代，在本发明实施例中，要求输出门也使用相同的信道识别符。换言之，在这种情况下，VPI/VCI识别符在分组通过交换机时保持不变。
尽管以上借助实例并参照附图描述了本发明，但本发明显然并不仅限于此，而是可能在权利要求书中公开的发明构思范围内以多种方式改变。

Claims (25)

1、一种在使用IP协议的分组网络中基于IP标题将分组从信源传送至目的地的方法，其中所述IP标题包含目的地地址，
其特征在于，所述方法包括步骤:
将所述IP标题中包含的目的地地址的至少一部分引入地址字段所用协议层之下的一层协议层；以及
基于所引入的部分将所述分组传送至所述目的地。
2、根据权利要求1的方法，其中所述目的地地址的至少一部分为所述目的地地址中的主机部分，
其中根据所述目的地地址的主机部分形成用于标记所述分组的标记，并且将所述分组传送至所述标记所指示的目的地。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述目的地地址中的最低有效位被引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，以形成将被传送分组的信道识别符。
4、根据权利要求2的方法，其特征在于，将所述目的地地址的最低有效位从所述目的地地址引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，以形成将被传送分组的信道识别符。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述目的地地址中的16个最低有效位被引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，以形成将被传送分组的信道识别符。
6、根据权利要求2的方法，其特征在于，将所述目的地地址的16个最低有效位从所述目的地地址引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，以形成将被传送分组的信道识别符。
7、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述目的地地址中的最低有效位被引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，并且所述引入的位被用于形成异步转移模式ATM子网的虚拟路径识别符VPI和虚拟信道识别符VCI。
8、根据权利要求2的方法，其特征在于，将所述目的地地址的最低有效位从所述目的地地址引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，并且所述引入的位被用于形成异步转移模式ATM子网的虚拟路径识别符VPI和虚拟信道识别符VCI。
9、根据权利要求2的方法，其特征在于，在基于所述标记识别的信道上将所述分组传送至所述目的地地址。
10、根据权利要求2的方法，其特征在于，基于所述分组的路由信息在所述地址字段所用协议层之下的一层协议层中形成虚拟电路，以将所述分组传送至所述标记所指示的目的地。
11、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将所述目的地地址的最低有效位从所述目的地地址引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，以使所述最低有效位用作所述目的地地址。
12、根据权利要求2的方法，其特征在于，将所述目的地地址的16个最低有效位从所述目的地地址引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层，并且所述引入的位被用于形成标记。
13、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述引入的地址部分被用于形成异步转移模式ATM子网的虚拟路径识别符VPI和虚拟信道识别符VCI。
14、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述目的地地址包括被从IP协议第三层引入第二层的主机部分。
15、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基于所述IP标题的目的地地址字段中所给出的目的地地址，将所述分组传送至目的地，所述目的地地址的一部分被引入地址字段所用协议层之下的一层协议层。
16、一种基于IP标题将分组从信源传送至目的地的使用IP协议的分组网络，其特征在于，
所述分组网络包括第一装置(10)，所述第一装置被设置为将所述IP标题中包含的目的地地址的至少一部分引入地址字段所用协议层之下的一层协议层，以使所述部分用作标记；以及
第二装置(20)，所述第二装置被设置为将所述分组传送至所述标记所指示的目的地。
17、根据权利要求16的分组网络，其特征在于，所述目的地地址的至少一部分为所述目的地地址中的主机部分，
所述分组网络还包括第三装置(30)，所述第三装置被设置为根据所述目的地地址的主机部分来形成标记所述分组的标记。
18、根据权利要求16或17的分组网络，其特征在于，所述标记是所述地址字段所用协议层之下的一层协议层的信道识别符，并且被设置为识别将被用于传递所述分组的传输信道。
19、根据权利要求16或17的分组网络，其特征在于，所述第二装置(20)被设置为基于所述分组的路由信息，在所述地址字段所用协议层之下的一层协议层中形成虚拟电路，以将所述分组传送至所述标记所指示的目的地。
20、根据权利要求16的分组网络，其特征在于，所述第一装置(10)被设置为将所述地址字段的最低有效位引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层。
21、根据权利要求17的分组网络，其特征在于，所述第一装置(10)被设置为将所述地址字段的最低有效位引入所述地址字段所用协议层之下的一层协议层。
22、根据权利要求17的分组网络，其特征在于，使用ATM技术来实现所述分组网络，并且所述第三装置(30)被设置为根据由所述第一装置(10)引入的地址形成异步转移模式ATM子网的虚拟路径识别符VPI和虚拟信道识别符VCI。
23、根据权利要求16或17的分组网络，其特征在于，所述标记包括两个可自由选择的值。
24、根据权利要求16或17的分组网络，其特征在于，所述IP标题是附加的标题字段。
25、根据权利要求16或17的分组网络，其特征在于，所述第一装置(10)被设置为将主机地址从IP协议第三层引入第二层。
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