CN100514930C

CN100514930C - Ip电信网系统中以隧道方式实现通信的方法

Info

Publication number: CN100514930C
Application number: CNB2004100917765A
Authority: CN
Inventors: 蒋林涛; 胡筑华; 马玉发; 刘文红
Original assignee: YUANCHUANG XINTONG TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY (BEIJING) Co Ltd; Telecommunication Research Institute Ministry Of Information Industry
Current assignee: YUANCHUANG XINTONG TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY (BEIJING) Co Ltd; Telecommunication Research Institute Ministry Of Information Industry
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: CN1780256A

Abstract

本发明提供了一种IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法。该方法为IP电信网提供了路由工作方式之外的另一种工作方式，即隧道工作方式。在本方法中，使用复址无连接数据网的命令分组来建立源端边缘关口设备到目的端边缘关口设备之间的隧道连接，在利用隧道进行通信的过程中，利用只具有局部意义的连接标识替换分组的网络层全局地址，逐级进行传送，至目的端边缘关口设备之后，将连接标识恢复成网络层全局地址。由于连接标识的长度小于网络层全局地址，因此利用本方法可以节省地址开销，提高传输效率。

Description

IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法

技术领域

本发明涉及在IP电信网系统中以NCT隧道方式(简称隧道方式)实现通信的方法，属于通信技术领域。

背景技术

考虑到下一代电信网技术的发展趋势，本发明人在“IP电信网系统及其实现方法”(申请号：200410037641.0，申请日：2004年4月28日)的发明专利申请中，首次详细介绍了IP电信网的基本技术理念和实现方法。

如图1所示，该IP电信网是基于IP协议的无连接的系统，具有作为“内网”的复址无连接数据网(以下简称为NCT数据网)和作为“外网”的IP网(包括但不限于IP城域网、接入网或用户驻地网)，NCT数据网和IP网之间通过边缘关口设备(ED)实现连接。内层的NCT数据网和外层的IP网分别采用NCT地址和IP地址，并由地址映射设备(ADT)在其内部的地址映射表中保存两种地址之间的映射关系。NCT数据网中的所有设备与边缘关口设备都分配有一个NCT地址，IP网中的所有设备和边缘关口设备都分配有IP地址，边缘关口设备经认证与地址映射设备之间建立连接。在IP电信网系统中，NCT数据网作为“内网”，采用与现有电信交换网类似的层次型的体系结构，它由核心层设备CR、汇聚层设备MR、接入层设备AR、网络管理设备以及地址映射设备组成，各个NCT数据网之间通过各自的核心层设备CR实现通信。在NCT数据网内部采用NCT地址进行寻址。

在上述专利申请中，本发明人介绍了边缘关口设备之间传送分组的路由工作方式，即源端边缘关口设备和地址映射设备完成IP地址与NCT地址之间的地址解析和映射，将具有IP地址的分组转换成具有NCT地址的分组。在NCT数据网内部，网内节点根据对NCT分组的NCT地址，按照其内部确定的路由规则进行传送，直至到达目的端边缘关口设备。NCT分组到达目的端边缘关口设备之后，由该设备会同地址映射设备将其的NCT地址转换成IP-地址，从而将NCT分组还原成为IP分组，由IP分组，由IP网进行传送。上述的分组传送方式是IP电信网的基本工作方式。但是，IP电信网还可以有利用NCT隧道实现通信的工作方式。该NCT隧道与现有通信网络中使用的隧道一样，都采用逻辑虚电路的技术理念，但两者的实现机制却有明显的不同。本发明即对该利用NCT隧道实现通信的工作方式予以详细的说明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在IP电信网系统中以NCT隧道方式实现通信的方法。该方法为IP电信网提供了除路由工作方式之外的另外一种工作方式。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，所述IP电信网系统包括多数个IP网和连接所述IP网的复址无连接数据网，其特征在于：

所述IP电信网中的网络管理设备向位于隧道源端的边缘关口设备发送建立隧道的命令，所述边缘关口设备接收到该命令之后，逐级向目的端的边缘关口设备传送建立隧道连接的请求，途经的各节点设备根据自身的资源状况作出判断，在资源满足的情况下根据该请求配置链路资源，并分配连接标识，填写链路转发表，向下一节点转发该请求，直至目的端边缘关口设备；

在所述目的端边缘关口设备的资源状况支持建立隧道连接的情况下，所述目的端边缘关口设备向源端边缘关口设备发送接受该请求的响应，所述源端边缘关口设备向所述网络管理设备回送隧道建立确认响应，所述网络管理设备收到隧道建立确认响应之后，隧道建立成功；

承载用户通信业务的IP分组通过IP网到达所述隧道的源端边缘关口设备，经地址解析和映射之后转换成复址无连接数据网中的链路帧，沿所述隧道传送，在到达所述隧道的目的端边缘关口设备之后，恢复为IP分组向外传送。

其中，所述链路帧在所述隧道中相邻的两个网络节点之间传送时，使用连接标识进行寻址。

所述复址无连接数据网分组由所述源端边缘关口设备将其中的复址无连接数据网地址替换成该边缘关口设备与下一级网络节点之间的连接标识，形成复址无连接数据网的链路帧，并向下一级传送；所述下一级节点再将所述复址无连接数据网的链路帧中的连接标识替换成该节点与再下一级的连接标识，形成新的复址无连接数据网的链路帧，进一步沿所述隧道传送；

所述复址无连接数据网的链路帧以此方式到达所述目的端边缘关口设备，在所述目的端边缘关口设备处将连接标识恢复成复址无连接数据网地址。

所述连接标识与所述复址无连接数据网地址之间的映射关系在所述边缘关口设备中进行保存。

在复址无连接数据网的链路帧报头设置首包标记、分组压缩标记和流标记；

对首包IP分组，在源端边缘关口设备用所述连接标识替换其复址无连接数据网地址之后，将包含报头的完整分组作为复址无连接数据网的链路帧的载荷完整放入；

所述目的端边缘关口设备在恢复复址无连接数据网的链路帧之后，根据首包标记和分组压缩标记判断其为首包，从中取出流标记值和IP报头，并制作成映射表；

对所述首包的后续链路帧，在通过隧道进行传送时不传送完整的IP报头，只传送标记位内容；

所述目的端边缘关口设备利用流标记值判断是哪一个首包的后续包，根据所述映射表对应恢复所述后续分组的IP报头。

在隧道建立的过程中，如果建立隧道连接的请求所途经的节点设备满足资源请求，则根据该资源请求配置链路资源，分配连接标识，填写链路转发表。

所述源端边缘关口设备在向目的端边缘关口设备发送建立隧道连接的请求的同时，启动复址无连接数据网的备用路由发送请求。

如果途径的节点设备或目的端边缘关口设备不满足建立隧道连接的请求中的资源要求，则向源端边缘关口设备发送拒绝响应，隧道配置无效，源端边缘关口设备向所述网络管理设备回送隧道建立失败响应。

如果源端边缘关口设备的启动计时超时，尚未收到接收/拒绝响应，则隧道配置无效，源端边缘关口设备向所述网络管理设备回送隧道建立失败响应。

所述隧道有多个时，通过不同的连接序号进行区分。

本发明所述的IP电信网系统中以NCT隧道方式实现通信的方法可以利用隧道为现有电信网与IP电信网的兼容提供接口。该方法可以节省IP电信网系统中采用双址所带来的地址开销，进一步提高网络传输的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为IP电信网系统的结构示意框图。

图2为IP电信网系统中建立隧道连接的示意图。

图3为隧道建立过程的工作流程示意图。

图4为分组在隧道传输的过程中，不同节点之间交换连接标识(ID)的过程示意图。

具体实施方式

本发明所提出的IP电信网系统中利用NCT隧道实现通信的方法的实质是在NCT数据网内部建立多个逻辑虚电路，每一逻辑虚电路由位于两端的ED设备和多数个位于数据网内的节点设备共同确定，分别分配给不同的用户使用。如图2所示，其中的实线表示隧道所确定的逻辑虚电路，而虚线则表示采用传统的路由工作方式时，分组所可能经过的不同路径该逻辑虚电路是根据NCT数据网中的网络管理设备发布的命令建立的，一旦建立后就固定分配给某一用户从事某一具体的通信业务，如语音业务、数据业务等，直至网络管理设备发布取消该逻辑虚电路的命令为止。在该逻辑虚电路存续期间中，如果某一通信业务被指定通过该逻辑虚电路进行，则参与该业务的IP网中的设备首先向该逻辑虚电路一端的ED设备发送IP分组，承载通信业务的IP分组通过IP网中的路由机制到达该ED设备，在ED设备中转换成NCT的链路帧，并按照该逻辑虚电路确定的路径传送该链路帧，直至到达路由另一端的ED设备为止。另一端的ED设备将NCT的链路帧恢复成IP分组，并通过IP网中的路由机制将该分组传送至通信业务所确定的最终目的地。从上面的说明可以看出，在这一过程中，分组在NCT数据网内部的传输路径是固定的。这种固定的传输路径作为一种逻辑虚电路，在电信领域通常被称为“隧道”，因此，我们将上述NCT数据网内部实现的逻辑虚电路称为NCT隧道。

需要指出的是，上述的NCT隧道和现有如VPN中的隧道虽然都是基于逻辑虚电路的技术理念，但其实现机制完全不同。在VPN中，对于需要通过隧道传送的链路帧采取报头封装的技术方案，即在隧道的入口处，在链路帧的头部加上新的IP头标，封装后让该链路帧通过隧道进行传送，在隧道的出口处，则将该IP头标删除，恢复原来的分组，发向目的地。而对IP电信网而言，隧道属于NCT数据网内部，该数据网采用层次型的体系结构，由网络管理设备进行统一管理。因此，隧道内的链路帧不采用头标封装的方法，而是使用简短的连接标识(ID)替代冗长的NCT地址，这种做法充分利用了NCT数据网管理机制的特点，有利于节省地址开销，提高传输效率。这也就是本发明中所称的逻辑虚电路被命名为NCT隧道的原因所在。

如图3所示，在IP电信网系统中，建立隧道以实现通信的过程是这样的：

在建立隧道之前需要进行的是所有IP电信网系统工作前所必须进行的工作：向NCT数据网中所有设备和每一个边缘关口设备分配NCT地址。这一过程在前述申请号为200410037641.0的发明专利申请中也有说明，在此不再赘述。

如果用户需要利用隧道传送某一通信业务数据，则它首先向IP电信网中的网络管理设备提出建立隧道的申请。网络管理设备按照内部确定的工作原则核准该申请之后，向隧道源端的ED设备发送带有目的地址、业务等级、资源要求等参数在内的建立隧道连接命令。源端ED设备接收到该命令之后，使用NCT数据网的命令，向作为隧道目的端的ED设备发送带有资源要求、业务等级和连接序号等参数在内的建立隧道连接的请求。该命令按照NCT数据网内部既有的路由机制逐级传送，其途经的各NCT数据网节点设备在收到该命令所传达的建立隧道的请求之后，根据自有的资源情况作出判断，如果资源满足，则根据该请求配置链路资源，并分配连接标识(ID)，填写链路转发表，并向下一节点转发该请求，直至目的端ED设备。如果目的端ED设备的资源状况支持建立该隧道连接，则目的端ED设备向源端ED设备发送接受请求的响应。源端ED设备在收到目的端ED设备的接受响应之后，立即向网络管理设备回送隧道建立确认响应。网络管理设备收到源端ED设备的隧道建立确认响应，向地址映射设备发送命令，在收到地址映射设备的确认响应后，隧道建立成功。隧道建立之后，该用户的该类通信业务的所有IP分组在经过NCT数据网时，都将按照链路转发表所确定的逻辑虚电路进行传送。

在建立隧道的过程中，源端ED设备在向目的端ED发送建立隧道连接的请求的同时，也可以启动NCT数据网的备用路由发送请求，建立主/备两条隧道。一旦主逻辑虚电路出现问题，则可以及时启用备用逻辑虚电路，确保数据传送畅通。

另外，如果途经的节点设备或目的端ED设备资源状况不支持建立该隧道，则途径资源不满足的节点设备或目的端ED设备会向源ED设备发送拒绝响应，本次隧道配置无效，源ED设备会立即向网络管理设备回送隧道建立失败响应。源端ED设备在发出建立隧道的请求的同时，启动计时，如果计时超时，尚未收到接收/拒绝响应，也认为本次配置无效。上述两种情况均认为隧道建立不成功。

从上面的说明可以看出，IP电信网中的隧道与现有VPN中的隧道一样，都是逻辑意义上的“逻辑虚电路”。它的建立和取消的过程不需要物理上的操作，因此建立和取消隧道的过程完全可以由网络管理设备自动进行：一旦用户有需求，自动建立隧道连接，一旦需求结束，自动取消隧道连接。

如图4所示，图中圆圈内的数字即表示连接标识(ID)。该连接标识(ID)不是端(源端ED设备)到端(目的端ED设备)的地址，它只有局部意义，只是点(节点设备)与点(节点设备)之间链路连接的标识，并无全局意义，因而相对于网络层的全局地址，连接标识(ID)的长度肯定要小于网络层地址的长度。在前面的说明中已经提过，在IP电信网中，IP分组在到达ED设备时，ED设备会和ADT设备一起，在IP分组的IP地址之前添加NCT地址，将IP分组转换成NCT分组，从而才可以在NCT数据网中进行传送。在NCT分组中，原IP地址仍然作为分组载荷本身得到保留。在通过隧道实现通信的过程中，我们首先在隧道建立时就同时建立NCT地址与连接标识(ID)之间的对应关系，该对应关系在隧道所经过的源端ED、目的端ED及节点设备中进行存储，并且一旦建立之后就不再改动，直到隧道连接拆除。这样，我们就可以在NCT数据网内部用连接标识(ID)替代全局性的NCT地址。NCT分组在隧道中进行传输的时候，在源ED处用该ED设备与下一级节点设备之间的连接标识(ID)替换NCT链路帧中的NCT地址。这样，在隧道中传送的是NCT的链路帧，上述NCT的链路帧到达下一级节点设备时，该节点设备删去NCT的链路帧的连接标识(ID)，并用自己与后一级的节点设备之间确定的连接标识(ID)取代，然后NCT的链路帧继续在隧道中传送，直至到达目的端ED设备为止。由目的端ED设备将该链路帧恢复成IP分组转发到IP网。这样就实现了在隧道内进行通信的时候，使用较短的连接标识(ID)取代较长的NCT地址，从而节省了地址上的开销，提高了网络传输的效率。

在IP电信网中实现隧道工作方式后，使用隧道的IP用户之间的基本通信方式是这样的：

(1)源端IP用户发送IP分组，该IP分组通过IP网到达与该IP用户连接的源端ED设备处；

(2)源端ED设备接收该IP分组，并将IP分组中的IP目的地址送到地址映射设备；

(3)地址映射设备进行IP目的地址与目的端ED设备的NCT数据网地址之间的地址解析和映射，当发现源端ED设备与目的端ED设备存在隧道连接时，将已经接收的包含源/目的端IP地址、源/目的端NCT地址、业务类别、等参数在内的信息回送给源端ED设备，由源端ED设备启用该隧道连接；

(4)源端ED设备根据该隧道连接所确定的逻辑虚电路(体现在链路转发表之中)，发送该IP分组转换成的链路帧到下一级节点设备，由此逐级传送到目的端ED设备处。在这一过程之中，分组途经的各节点设备和ED设备之间按照上文所述的方式进行相应的连接标识(ID)交换。

(5)目的端ED设备通过隧道接收到该链路帧之后，恢复成为IP分组，并根据目的IP地址向IP网中进行转发。

在上述通信过程中，如果进一步采用在先专利申请“IP电信网系统中对分组进行报头压缩的方法”(申请号：200410049945.9，申请日：2004年6月21日)中所介绍的报头压缩方法，可以进一步减少地址的开销。下面就对此作一个简单的说明。

在隧道工作方式之中，NCT地址已经被连接标识(ID)所替代，而连接标识(ID)只具有局部的意义，无法被压缩，因此进一步压缩的对象只能是作为分组载荷的IP地址。为此，对于首包的IP分组，可以按照上述的方法在其报头设置单独的首包标记、分组压缩标记和流标记，该首包IP分组仍然作为NCT分组的载荷完整放入，同时，在NCT分组中报头处保留上述标记位的信息，该标记位不随NCT地址被连接标识(ID)替换而发生变动，这样，上述标记位信息可以直接到达目的端ED设备，目的端ED设备从中取出流标记值和IP报头，并制作成映射表。对于后续的IP分组，在传送时不再传送IP报头，而只传送标记位信息。这样，目的端的ED设备可以根据流标记判断是哪一个首包的后续包，从而对应恢复该后续包的IP报头。上述的方法可以使分组报头压缩的方法在隧道工作方式中也可以使用，从而进一步提升了网络传输的效率。

上面对在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，所述IP电信网系统包括多数个IP网和连接所述IP网的复址无连接数据网，其特征在于：

2.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

所述链路帧在所述隧道中相邻的两个网络节点之间传送时，使用连接标识进行寻址。

3.如权利要求1或2所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

4.如权利要求3所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

5.如权利要求3所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

6.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

7.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

8.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

9.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

10.如权利要求1所述的在IP电信网系统中以隧道方式实现通信的方法，其特征在于：

所述隧道有多个时，通过不同的连接序号进行区分。