CN101022423A - 一种atm网络与ip网络数据交换的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种ATM网络与IP网络数据交换的方法和系统。其中，该方法包括步骤：发送ATM数据包或IP数据包至建立在ATM网络和IP网络的边界处的数据处理单元；其中，所述IP数据包为携带UDP的IP数据包；所述数据处理单元对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要路由转换的数据包进行数据包类型转换，以实现ATM信元与IP数据包之间的交换。通过本发明，有效的解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输，当数据量大，并且大多数包为小IP数据包的时候，效率提高效果非常明显。

Description

一种ATM网络与IP网络数据交换的方法和系统

技术领域

本发明涉及数据交换和传输技术，特别涉及一种ATM(AsynchoronousTransfer Mode；异步传输模式)网络与IP网络数据交换的方法和系统。

背景技术

ATM协议和IP协议是两种不同的协议格式。ATM协议实现采用ATM交换技术，它是一种快速分组交换技术，分组长度固定为53字节，称为ATM信元。如图2所示，为ATM信元格式示意图。ATM信元包含5个字节的头部信息和48字节的净荷信息。在头部信息中，包含标志ATM地址的VPI和VCI信息以及其它的一些标记内容。

ATM协议层次按从下往上分为物理层、ATM层和ATM适配层(AAL：ATMAdapter Layer)层、以及再上层的应用层。ATM是一种面向连接的通信方式，使用虚通路标识(VPI：Virtual Path Identifier)和虚通道标识(VCI：VirtualChannel Identifier)来表示通信的标识，表示互相连接的两个端。

IP协议是现有网络互连应用最广泛的协议，IP协议规定的IP数据包长度不固定，如图3所示，为IP数据报文格式示意图。相应的TCP数据包的封装格式如图所示，包含20个字节的头部信息，IP包数据内容中可能包含了TCP数据报文或者UDP数据包等。IP协议实现层次上分为物理层、数据链路层、TCP/IP(Transmission Control Protocol；传输控制协议/IP)层和应用层。IP协议使用IP地址来表示网络中的一个端点。

ATM协议和IP协议在物理层上可以使用相同的介质传送数据，因此，为了降低网络的重复建设率，很多场合要求ATM网络也能够传送IP数据包。ATM上的经典IP协议(IPoA：IP over ATM)是最早提出用来实现IP数据包在ATM网络上的传输的协议。ATM上的经典IP协议是实现ATM上传输IP数据包的一个简单而有效的技术，FC1577提供了这种适配的技术标准。ATM上的经典IP协议把ATM当作在同一连接到ATM的设备和交换机被分配ATM地址。网络通信的IP端点间提供一种数据链路层的方法。

如图1所示，为ATM上的经典IP协议的体系结构示意图。源设备和目的设备，如主机或路由器装配有一个IP地址和一个ATM地址，它具有以下特点：

1.所有的IP主机分配IP地址，与分配ATM地址的ATM设备或交换机相连；

2.IP以分组的形式，封装在AAL提供的数据链路层中；

3.ATM使用预先配置的永久性虚拟电路(PVC：Permanent Virtual Circuit)或者动态建立的交换式虚拟连接(SVC：Switched Virtual Connection)将数据从一个源端传送到目的端。

因此，要实现IP分组在AAL层上的适配，源端必须把整个IP报文分段封装成53字节的ATM信元，然后在目的端再组合成一个完整的IP报文。为了识别一个完整的IP报文，IP报文必须在分段封装前添加特殊的帧头信息。

由上述可知，ATM上的经典IP协议实现方式是以IP分组的形式封装在AAL提供的数据链路层中。一个接收的数据包必须要经过ATM适配层的分解，然后在目的端组帧的过程。虽然IPoA的传输方式适合应用在对实时性要求不高的应用场景中，比如传输一些控制信息流等，但在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下弊端：

1.IPoA的传输方式，要求IP数据包包含的IP头部和IP包数据内容中的TCP/UDP头部(假如承载了这两种协议报文)也需要在ATM网络上传输，降低了网络的利用率。

2.IPoA的传输方式，在源端和目的端均需要增加IP数据报文到ATM信元的分解和ATM信元到IP数据包的组帧过程，大大降低了数据报文的处理速率，对于实时性要求较高的数据流比如业务、话音等封装在UDP数据包中传输的数据流，显然不能满足要求。

发明内容

本发明实施例提供一种ATM网络与IP网络数据交换的方法和系统，有效地解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输，并且也实现了IP大数据量小数据包在ATM上的快速传送。

一种ATM网络与IP网络数据交换的方法，包括步骤：

发送ATM数据包或IP数据包至建立在ATM网络和IP网络的边界处的数据处理单元；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包；

数据处理单元对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，以实现ATM信元与IP数据包之间的交换。

一种ATM网络与IP网络数据交换的系统，包括ATM网络和IP网络，还包括数据处理单元，所述数据处理单元建立在ATM网络和IP网络的边界处，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，并将转换后的数据包发送至IP网络或ATM网络；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包。

一种数据处理单元，所述数据处理单元建立在ATM网络和IP网络的边界处，所述数据处理单元至少包括数据转换单元、IP侧处理单元和ATM适配层侧处理单元；其中，

IP侧处理单元，接收IP数据包，并对所述IP数据包直接进行分析并传送至数据转换单元；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包；

ATM适配层侧处理单元，接收ATM数据包，并对所述ATM数据包进行分析并传送至数据转换单元；

所述数据转换单元，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行数据转换，并通过IP侧处理单元或ATM适配层侧处理单元传送至IP网络或者ATM网络。

本发明的有益效果在于，有效的解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输，当数据量大，并且大多数包为小数据包的时候，效率提高效果非常明显。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为现有技术中ATM上的经典IP协议的体系结构示意图；

图2为ATM信元格式示意图；

图3为IP数据报文格式示意图；

图4为UDP数据报文格式示意图；

图5为本发明实施例的数据交换模型结构示意图；

图6为数据交换应用模型示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种ATM网络与IP网络数据交换的方法和系统，解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输。

实施例一

本发明实施例提供一种ATM网络与IP网络数据交换的系统。如图5所示，所述系统包括ATM网络和IP网络，其中，还包括一数据处理单元，该数据处理单元建立在ATM网络和IP网络的边界处，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，并将转换后的数据包发送至IP网络或ATM网络；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包。

本实施例中，数据处理单元至少包括数据转换单元501、IP侧处理单元503和AAL侧处理单元504；其中，

IP侧处理单元503，接收IP网络发送的IP数据包，并对IP数据包直接进行分析并传送至数据转换单元501，本实施例中，IP侧处理单元503从IP网络的源端IP层获取IP数据包；

AAL侧处理单元504，接收ATM网络发送的ATM数据包，并对ATM数据包直接进行分析并传送至数据转换单元501，本实施例中，AAL侧处理单元504从ATM网络的源端ATM适配层获取ATM数据包。

如图5所示，数据转换单元501，设置在IP侧处理单元和AAL侧处理单元之间，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行数据包类型转换，并通过IP侧处理单元或AAL侧处理单元传送至IP网络或者ATM网络。

本实施例中，对IP数据包或者ATM数据包进行分析为对数据包直接进行分析，即对数据包头部进行分析，以获取数据包的头部信息。

本实施例中，数据处理单元还包括存储器502，与数据转换单元501连接，用于储存路由标识信息，这样，数据转换单元501根据接收到的ATM数据包和IP数据包的头部信息、以及存储器502中所储存的路由标识信息进行数据转换。

另外，数据处理单元需配置两个逻辑端口，即第一逻辑端口和第二逻辑端口；其中，第一逻辑端口用于接收和发送IP数据包；第二逻辑端口用于接收和发送ATM数据包。

以下参考附图5、6对数据包的处理过程进行说明。如图所示，对于IP网络的数据包，处理过程为：IP网络的数据包从IP网络的源端应用层发送出来，经过IP层，通过数据处理单元的第一逻辑端口到达数据处理单元，在IP侧处理单元503进行数据头部分析，送到数据转换单元501进行数据包类型转换，然后通过AAL侧处理单元504、数据处理单元的第二逻辑端口发送至ATM侧的端对象。

对于ATM网络的数据包，处理过程为：ATM数据包从ATM网络的源端应用层发送出来，经过ATM适配层，通过数据处理单元的第二逻辑端口到达数据处理单元，在AAL侧处理单元504经过数据头部分析处理，送到数据转换单元501进行数据包类型转换，然后通过IP侧处理单元、第一逻辑端口发送至IP侧的端对象。

以上过程如图6中的实线所示。

一般情况下，ATM通道采用永久性虚拟电路(PVC：Permanent VirtualCircuit)模式，可用二元组<VPI，VCI>来标识一条PVC通路，其中，VPI标识ATM通道的虚通道，VCI标识ATM通道的虚通路。对于IP通道，可用<IP，PORT>来标识一个IP数据包的方向，IP标识IP地址，PORT为端口号。

这样，本实施例中采用四元组<VPI，VCI，IP，PORT>，即路由标识信息来标识一条路由，以实现IP地址信息和ATM地址信息之间的交换和路由识别。其中，路由标识信息为虚通路标识(VPI：Virtual Path Identifier)和虚通道标识(VCI：Virtual Channel Identifier)、IP地址和端口号，但不限于此，也可采用其它方式。

本实施例中，为了增加灵活性，路由标识信息采用哈希表(HASH)来实现，但不限于此。其中，HASH表的内容可由用户建立和维护，本实施例中通过UI(User Interface，用户端口)维护，如图5所示。这样，用户可根据整个网络的情况，合理分配地址信息，因此，可增加灵活性和维护性，但不限于此种方式。

本实施例中，采用两个HASH表，一个HASH表表示从IP网络到ATM网络的内容，如表一所示，路由标识信息为<IP地址、PORT端口号、VPI、VCI>，表示从目标IP地址和PORT端口号到VPI、VCI的转换；

表一

IP地址	PORT端口号	VPI	VCI
				10.161.209.26	5068	1	24
10.161.209.27	5069	1	25
				…

另一个HASH表，如表二所示，表示从ATM网络到IP网络的内容，路由标识信息为<VPI、VCI、IP地址、PORT端口号>来标识从VPI、VCI到IP地址、PORT端口号的转换。

表二

VPI	VCI	IP地址	PORT端口号
				1	131	10.161.209.158	5080
1	136	10.161.209.159	5081
				…

因此，本实施例中，数据转换单元501根据从数据包的头部信息以及存储器502中所储存的路由标识信息进行数据包类型转换，转换过程为：

数据转换单元501接收到IP数据包时，根据数据包的头部信息中的目标IP地址和端口信息，在存储器502中的对应的HASH表，如表一中进行查找，以获取虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息；若查找到虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息，则因为封装有UDP数据的IP数据包其首部内容位置和长度固定，所以可去掉IP首部和UDP首部，加上获取的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息，然后发送至AAL侧处理单元504进行处理，然后发送出去。若未查找到，则会继续原数据处理单元IP侧IP协议栈的处理，如图6所示的虚线所示。

数据转换单元501接收到ATM数据包时，根据数据包的头部信息中的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息，在存储器502中的对应的HASH表，如表二中进行查找，以获取目标IP地址和端口信息；若查找到目标IP地址和端口信息，则去除ATM封装，加上获取的目标IP地址和端口信息，然后发送给IP侧处理单元503进行处理后发送出去。若未查找到，则会继续原数据处理单元ATM侧ATM协议栈的处理，如图6所示的虚线所示。

在本实施例中，边界处是指上述ATM网络和I P网络的边界，在实际应用中，可将该数据处理单元设置在接口单元板上。例如，原有的基站通信均使用ATM的通信方式，因此基站内部实现均为ATM方式，而外部可采用IP方式。这样，将数据处理单元设置在接口单元板上，接口单元板用来与IP侧网络相连，内部为ATM网络，当用户数据均通过IP网络的FE物理端口传入，经过数据处理单元处理后，转换为ATM数据后传送至内部ATM网络侧，反之亦然。

通过上述实施例，有效的解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输；并且在本实施例中，分析完成后，并非对所有接收到的ATM数据包或IP数据包进行转换，对需要转换路由的数据包进行转换，而对于不需要转换路由的数据包仍然送回原有协议栈处理，这样使得本发明实例可应用于原有的接口板处理中，而不破坏原有的接口板功能，因此，也降低了成本。

实施例二

本发明实施例提供一种ATM网络与IP网络数据交换的方法。以下以实施例一的系统为例对实现ATM网络与IP网络数据交换的方法进行详细说明。

如图5所示，该方法包括步骤：ATM网络或IP网络发送ATM数据包或IP数据包至建立在ATM网络和IP网络的边界处的数据处理单元，其中，所述IP数据包为携带UDP的IP数据包；数据处理单元接收ATM数据包或IP数据包后，对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，以实现ATM信元与IP数据包之间的交换。然后，数据处理单元将数据转换后的数据发送至IP网络或者ATM网络。

本实施例中，对IP数据包或者ATM数据包进行分析为对数据包直接进行分析，即对数据包头部进行分析，以获取数据包的头部信息。

本实施例中，所述数据处理单元对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，包括步骤：

直接分析获取的ATM数据包或IP数据包，以获取数据包头部信息；本实施例中，数据处理单元从ATM网络的源端ATM适配层或IP网络源端IP层获得ATM数据包或IP数据包；

数据转换单元501根据数据包头部信息和储存在存储器502中的路由标识信息对ATM数据包或者IP数据包进行数据包类型转换处理；

将转换处理后的数据传送至IP层或者ATM适配层。

如图4所示，为UDP的报文格式示意图。如图所示，用户数据报协议(UDP：User Datagram Protocol)，报文头部简单，净荷的内容即为数据内容；UDP报文封装在IP报文中，因此，假如是封装着UDP报文的IP报文，则通过IP报文头部中的源地址、目标地址和UDP报文中的源端口、目标端口可以唯一确定报文的身份，这里的身份指代信元方向，包括源端和目的端。

以下结合附图5、6分别对从IP网络到ATM网络的数据转换、从ATM网络到IP网络的数据转换进行详细说明。

首先，对从IP网络到ATM网络的数据交换进行说明。

IP网络源端应用层发出的IP数据包，经过IP层，通过第一逻辑端口到达数据处理单元，首先在IP侧处理单元503中进行处理，本实施例中，在链路层进行处理，然后在IP层进行数据头部分析，以获取数据包头部信息；

其中，对于UDP应用的IP数据包，其头部信息为IP首部(20个字节)和UDP首部(8个字节)，并且可提取出首部中的信息，该信息包括源IP地址、目标IP地址、源端口、目标端口等，对于本实施例，主要获取数据包的目标IP地址和目标端口信息。

然后，数据转换单元501接收IP数据包，对IP数据包进行处理，即将获取的头部信息，主要是目标IP地址和目标端口信息转换成ATM的信息格式，以在ATM网络上传输；其中，包括步骤：

数据转换单元501根据目标IP地址、目标端口信息和存储器502中的HASH表，如表一中存储的路由标识信息查找相应的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息；若查找到，则去掉IP数据包的IP首部20个字节和UDP首部8个字节，加上HASH表中获取的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息，从而将IP数据包转换为ATM信元。

最后，将加上虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息的数据包传送至AAL侧处理单元504，本实例中，在AAL层封装子层进行数据拆装处理，然后通过第二逻辑端口发送至ATM侧端对象。

本实施例中，若在查找的过程中未找到相应的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息，则会继续原IP协议栈的处理。如图6所示的虚线所示。该处理过程与现有技术类似，此处不再赘述。

其次，对从ATM网络到IP网络的数据交换进行说明。

ATM网络源端应用层发出ATM数据包，经过ATM适配层，通过第二逻辑端口到达数据处理单元，首先在AAL侧处理单元504进行处理，本实施例中，在AAL层封装子层处理，以获取数据包的虚通路标识VPI和虚通道标识VCI信息；

数据转换单元501根据虚通路标识VPI、虚通道标识VCI信息和存储器402中的HASH表，如表二中储存的路由标识信息查找相应的IP地址和端口信息；若查找到，则去除数据包的ATM封装，加上查找到的IP地址和端口信息，从而将ATM信元转换为IP数据包。

然后，将加上IP地址和端口信息的数据包发送至IP侧处理单元503，本实施例中，在IP层进行处理后，通过第一逻辑端口发送给IP网络的端对象。

若未查找到，则继续原来ATM网络的处理过程，如图6所示的虚线所示。该处理过程与现有技术类似，此处不再赘述。

通过本发明，有效的解决ATM与IP网络之间实时性要求高的数据交换和传输，当数据量大，并且大多数包为小数据包的时候，效率提高效果非常明显。并且在本实施例中，在数据处理单元直接进行分析完成后，并非对所有接收到的ATM数据包或IP数据包进行转换，对需要转换路由的数据包进行转换，而对于不需要转换路由的数据包仍然送回原有协议栈处理，这样使得本发明实施例可应用于原有的接口板处理中，而不破坏原有的接口板功能，因此，也降低了成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，包括步骤：

发送ATM数据包或IP数据包至建立在ATM网络和IP网络的边界处的数据处理单元；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包；

所述数据处理单元对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换。

2.根据权利要求1所述的ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，还包括步骤：所述数据处理单元将数据转换后的数据发送至IP网络或者ATM网络。

3.根据权利要求1所述的ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，所述数据处理单元对ATM数据包或者IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，包括步骤：

分析获取的ATM数据包或IP数据包，以获取数据包头部信息；

根据数据包头部信息和预先存储的路由标识信息对ATM数据包或者IP数据包进行数据包类型转换处理；

将转换处理后的数据传送至IP层或者ATM适配层。

4.根据权利要求3所述的ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，所述路由标识信息至少包括：IP地址、端口号、虚通路标识和虚通道标识。

5.根据权利要求4所述的ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，当接收IP数据包时，对IP数据包进行数据包类型转换处理，包括步骤：

根据IP数据包头部信息中的目的IP地址、端口信息和路由标识信息查找相应的虚通路标识和虚通道标识信息；

去掉IP数据包的IP首部和UDP首部，加上所述虚通路标识和虚通道标识信息。

6.根据权利要求4所述的ATM网络与IP网络数据交换的方法，其特征在于，当接收到ATM数据包时，对ATM数据包进行数据包类型转换处理，包括步骤：

根据ATM数据包头部信息中的虚通路标识、虚通道标识信息和路由标识信息查找相应的IP地址和端口信息；

去除ATM封装，加上所述IP地址和端口信息。

7.一种ATM网络与IP网络数据交换的系统，包括ATM网络和IP网络，其特征在于，还包括数据处理单元，所述数据处理单元建立在ATM网络和IP网络的边界处，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行分析并对需要转换路由的数据包进行数据包类型转换，并将转换后的数据包发送至IP网络或ATM网络；其中，所述IP数据包为封装UDP的IP数据包。

8.根据权利要求7所述的ATM网络与IP网络数据交换的系统，其特征在于，所述数据处理单元至少包括数据转换单元、IP侧处理单元和ATM适配层侧处理单元；其中，

IP侧处理单元，接收IP网络发送的IP数据包，并对所述IP数据进行分析并传送至数据转换单元；

ATM适配层侧处理单元，接收ATM网络发送的ATM数据包，并对所述ATM数据包进行分析并传送至数据转换单元；

所述数据转换单元，设置在所述IP侧处理单元和ATM适配层侧处理单元之间，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行数据转换并通过IP侧处理单元或ATM适配层侧处理单元传送至IP网络或者ATM网络。

9.根据权利要求8所述的ATM网络与IP网络数据交换的系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括一存储器，与所述数据转换单元连接，用于储存路由标识信息，所述数据转换单元根据IP侧处理单元或ATM适配层侧处理单元的分析结果和所述路由标识信息进行数据转换。

10.根据权利要求9所述的ATM网络与IP网络数据交换的系统，其特征在于，所述路由标识信息至少包括：虚通路标识和虚通道标识、IP标识和端口号的四元组来识别。

11.根据权利要求7所述的ATM网络与IP网络数据交换的系统，其特征在于，所述数据处理单元具有第一逻辑端口和第二逻辑端口；其中，所述第一逻辑端口用于接收和发送IP数据包；所述第二逻辑端口用于接收和发送ATM数据包。

12.一种数据处理单元，所述数据处理单元建立在ATM网络和IP网络的边界处，其特征在于，所述数据处理单元至少包括数据转换单元、IP侧处理单元和ATM适配层侧处理单元；其中，

IP侧处理单元，接收IP数据包，并对所述IP数据包进行分析并传送至所述数据转换单元；其中，所述IP数据包为携带UDP的IP数据包；

ATM适配层侧处理单元，接收ATM数据包，并对所述ATM数据包进行分析并传送至所述数据转换单元；

数据转换单元，，用于对接收到的ATM数据包或IP数据包进行数据转换，并通过IP侧处理单元或ATM适配层侧处理单元传送至IP网络或者ATM网络。

13.根据权利要求12所述的数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元还包括一存储器，与所述数据转换单元连接，用于储存路由标识信息，所述数据转换单元根据IP侧处理单元或ATM适配层侧处理单元的分析结果和所述路由标识信息进行数据转换。

14.根据权利要求12所述的数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元具有第一逻辑端口和第二逻辑端口；其中，所述第一逻辑端口用于接收和发送IP数据包；所述第二逻辑端口用于接收和发送ATM数据包。

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