CN101133624B - 用于在更新地址表时减少数据包丢失的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在更新地址表(AT)时减少数据包丢失的方法，所述地址表(AT)被存放在本地网络(LN)的计算机(R1)中。所述地址表(AT)包含在本地网络(LN)中有效的计算机地址(MAC1，MAC2，MAC3，MAC4)向在因特网内有效的计算机地址(IP1，IP2，IP3，IP4)的分配(ZO1，ZO2，ZO3)用于发送数据包(DP)，其中在所述地址表(AT)中所存放的地址分配(ZO1，ZO2，ZO3)在有效性计时器(GT1，GT2，GT3)终止之后被删除，并且其中只有当数据包(DP)再被发送给所述本地网络(LN)的计算机(R1，R2，R3，R4)的在因特网内有效的地址(IP1，IP2，IP3，IP4)时，所述地址分配(ZO1，ZO2，ZO3)才被重新询问并被记入所述地址表(AT)中。在更新所述地址分配(ZO1，ZO2，ZO3)期间待发送的数据包(DP)被缓存在缓冲存储器(P2)中，其中所述缓冲存储器(P2)的大小根据所述本地网络(LN)的预期的负载被配置。根据本发明的方法有以下优点，使所述缓冲存储器(P2)的大小与所述本地网络(LN)的所预期的负载相匹配。通过这种方式几乎没有数据包(DP)由于满的缓冲存储器(P2)而丢失。因此导致在更新所述地址表(AT)期间数据包丢失的减少，并且所述本地网络(LN)的品质、也称为服务质量也被保持。

Description

用于在更新地址表时减少数据包丢失的方法
本发明涉及一种用于在更新地址表时减少数据包丢失的方法，所述地址表被存放在本地网络的计算机中，并且包括在本地网络内有效的计算机地址向在因特网内有效的计算机地址的分配用于发送数据包，其中在所述地址表中存放的地址分配在有效计时器终止之后被更新，并且其中只有当数据包被再次发送给在因特网内有效的计算机地址时，这一地址分配才被重新询问并且被记录到所述地址表中。
通常大型的、全球的、但分散的计算机网络被称作因特网，所述计算机网络由多个分网络构成。这些分网络例如可以是本地网络，所述本地网络是空间受限的。这样的本地网络也被称为局域网(Local Area Network)或者简称LAN，并且可以是例如单个企业或机构的计算机网络。
为了在因特网内、或者从或向所述因特网的各个分网络传输数据，使用所谓的因特网协议或简称IP。所述IP主管从分网络的计算机越过多个分网络向分网络的目标计算机以包(所谓的IP数据包)的形式无连接地传输数据。为了能够将IP数据包传送到分网络中的确定的计算机，在在IP中进行对所述分网络的计算机的寻址。在设置每个计算机时，给所述每个计算机分配在因特网内有效的计算机地址、即所谓的IP地址。
对通信过程的进一步解释借助于OSI参考模型来实现，所述OSI参考模型对于描述这个过程显得特别合适。所述OSI参考模型包括7层，其中：
-第一层定义协议，所述协议直接在媒体上操作；
-第二层利用识别和/或校正误差的协议传输数据，所述数据在两个站之间被交换；
-第三层承担数据包的传输；
-第四层与端到端连接有关；
-第五层将来自应用层(也被称为层7)的会话(Sitzung)的记录、基本实施和结束作为主要任务；
-第六层解释数据并且保障正确的语法；以及
-第七层为用户和其程序直接提供分布式数据传输应用。
根据OSI参考模型，计算机的寻址现在借助于层3的IP地址来分配。利用所述IP地址，计算机可以在因特网内以及所述计算机分配给的分网络内唯一地被寻址。这意味着，数据包根据在因特网内有效的所述地址从发送计算机被传输给目标计算机，其中所述两台计算机位于不同的分网络中。数据包在所述分网络之间的转发根据所述IP地址进行。在此根据OSI参考模型，在也称为网络层的层3中接收由OSI参考模型的层2(也称为链路层(Leitungsschicht))所接收的数据包。接着在所述层3中根据所述IP地址决定，所述数据包必须被继续传送到哪里。除了在不同的分网络之间的数据包转发之外，对网络负载的监控同样是OSI参考模型的层3的任务，因此在这一层中也提供对数据包的缓存。
在分网络内部，特别是当所述分网络作为LAN被实现时，对单个计算机的附加寻址在本地网络中在OSI参考模型的层2上被执行。作为服务，OSI参考模型的层2提供在网络内的计算机之间的无差错连接。此外如果不能像由OSI参考模型的层3传输数据包那样快速地传输所述数据包，则也由层2进行流控制。对于所述流控制，由层2提供用于数据包的所谓缓冲存储器，其中用于暂时存储数据包的具有较小大小的存储器被称为缓冲存储器。
在LAN中，根据OSI参考模型的不同的层在硬件地址、所谓的媒体接入控制或MAC地址和在因特网内有效的IP地址之间进行区分。因此本地网络中的每一台计算机都具有至少一个MAC地址和一个IP地址，通过所述至少一个MAC地址和一个IP地址可以报出所述计算机的方位并且所述至少一个MAC地址和一个IP地址对于所述计算机而言是已知的。为了在本地网络内从发送计算机向目标计算机传输数据包，使用MAC地址，如果所述LAN基于所谓的以太网技术，则所述MAC地址在世界范围内是唯一的。
在以太网技术中，数据经由公共传输信道被传送。对所述公共传输信道的接入根据冲突方法(Kollisionsverfahren)来实现。如果所述公共传输信道被发送计算机认为是空闲的，则要发送数据的每台计算机都接入所述公共传输信道。通过所述冲突方法，两台计算机对传输信道的同时接入被识别并且被显示。由所述计算机在一个预定的时间段之后重复发送过程。在以太网技术的情况下，所述数据以所谓的数据报或者帧被传输，所述数据报或帧的长度是灵活的，并且在所述数据报或帧中，在本地网络中的目标计算机的地址和发送计算机的地址、即所述计算机的MAC地址以帧格式被记入。
如果现在数据包应该在作为LAN实现的分网络中被传送给目标计算机，其中在所述数据包中所述目标计算机的地址作为IP地址被一起打包，则为了传输数据包，目标计算机的在本地网络中有效的计算机地址必须被分配给所述目标计算机的IP地址。在基于以太网技术的LAN中，例如为了传输，将所述数据包打包在一个帧中并且在这个帧中记入所述目标计算机的MAC地址。根据在本地网络中有效的所述地址，所述数据包被发送给目标计算机。
属于目标计算机的IP地址的在本地网络中有效的地址通过诸如地址解析协议(Address Resolution Protocol)之类的协议由转发数据包的计算机得知。所述地址解析协议或也简称为ARP具有有以下任务，即确定计算机地址以哪一种格式存在，并且必要时将所述计算机地址从一种格式转换成另一种格式。
为了不必在被发送给本地网络中的确定的目标计算机的每个数据包情况下都确定在本地网络中有效的所属计算机地址，将在因特网内有效的计算机地址和在本地网络内有效的计算机地址的分配存储在所述地址表中。这个地址表中的地址分配大多数配有计时器，通过所述计时器来限制所述地址分配的有效性。这意味着，所述地址分配在通过有效性计时器的终止所确定的某一时间之后从所述地址表中被删除。如果之后另一数据包应该被传送给目标计算机，其中该目标计算机的地址分配已经从所述地址表中被删除，则在所述目标计算机的在因特网内有效的地址和在本地网内有效的地址之间的分配必须重新被确定并且再次被储存到所述地址表中。
在重新确定地址分配期间当然不能向所述目标计算机发送数据包。数据包的传输只有在将地址分配记入所述地址表中之后才可以进行。在根据现有技术已知的方法中，在确定和存储用于目标计算机的地址分配期间应该发送给所述目标计算机的数据包被缓存在所述OSI参考模型的层2上的缓冲存储器中。
然而在此出现了以下问题：如果所述缓冲存储器被完全占用并且因此不能接收其它的数据包，则导致数据包丢失。于是不再能够维持所述本地网络的品质、也称为服务质量(Quality of Service)。这种包丢失的出现依赖于许多因素、例如在地址分配变无效时有关的目标计算机的数据通信业务的强度，并且因此很难去估算。
因此本发明所基于的任务在于说明一种方法，所述方法在确定并且在所述地址表中存储用于目标计算机的地址分配时减少这种数据包丢失并且保持本地网络的品质。
根据本发明，这利用用于在更新地址表时减少数据包丢失的方法来实现，所述地址表被存储在本地网络的主计算机中并且包含在本地网络中有效的计算机地址向在因特网内有效的计算机地址的分配用于发送包。在此，在所述地址表中所存储的地址分配在有效性计时器终止之后被删除，并且只有当数据包再被发送给在因特网内有效的计算机地址时，所述地址分配才再次重新被询问并被记入地址表中，其中在所述地址分配期间待发送的包被缓存到本地网络中的缓冲存储器中，并且本地网络中的该缓冲存储器的大小根据网络的所预期的负载来被配置。
本发明所述的方法有以下优点：使所述缓冲存储器的大小与网络的所预期的负载相匹配。通过这种方法几乎没有数据包由于存满的缓冲存储器而丢失。因此也导致在更新所述地址表期间数据包丢失的减少，并且所述本地网络的品质、也称为服务质量也得以保持。
如果所述缓冲存储器的大小在本地网络中基于待预期的数据包的数量被配置，则是有利的，其中所述数据包被发送给在因特网中有效的确定的地址。由此使所述缓冲存储器的大小与所述数据包的数量协调，所述数据包在所述地址表的更新期间被预期用于缓存在缓冲存储器中。数据包的丢失因此被减少并且所述本地网络的服务质量被保持。
在此，如果所述缓冲存储器的大小在本地网络中根据用于更新所述地址表中的地址分配的持续时间被配置，则也是有利的。通过这种方法可以考虑，在用于所更新的较长持续时间情况下提供比在较短的情况下较大的缓冲存储器用于缓存数据包。由此数据包的丢失被减少，所述本地网络的品质得以保持并且存储空间的占用根据当前需求进行。
此外，如果所述缓冲存储器被设计为所述OSI参考模型的层2的服务时，在此是有利的。因为在数据传输时也由所述OSI参考模型的这一层进行流控制，所以由该层已经提供存储器用于缓存。于是所述存储器可以通过一种简单的方式作为可配置的缓冲存储器被用于缓存数据包。这是用于减少包丢失的要简单实现的解决方案。
此外，如果附加地所述OSI参考模型的层3的服务被使用用于缓存数据包，则是有利的。如果作为OSI参考模型的层2的服务所设计的缓冲存储器面临溢出，则通过对所述OSI参考模型的层3的这种使用来提供其它的存储空间用于缓存数据包。因此通过使用OSI参考模型的层3的所述服务来减少所面临的包丢失。
优选的方式被用于实现以太网技术的本地网络，这尤其因为所述以太网技术在本地网络中广为扩展。在2000年基于以太网技术的本地网络的分量被估计为80％。
此外如果为了确定在本地网络中有效的计算机地址向在因特网内有效的计算机地址的地址分配而使用所述地址解析协议，则是有利的。因此这尤其因为所述地址解析协议以简单的方式在不同的寻址协议之间转换计算机地址。
根据附图进一步解释本发明。所述附图示例性地显示了本地网络的功能结构，在所述本地网络中本发明方法被使用。
图1示出了在本地网络LN中的计算机R1，所述本地网络示例性地还包括其它计算机R2、R3、R4。在这些计算机R1、R2、R3、R4中的每一台上都存储有相应计算机R1、R2、R3、R4的在因特网内有效的地址IP1、IP2、IP3、IP4以及在本地网络LN中有效的地址MAC1、MAC2、MAC3、MAC4。
在本地网络LN和因特网之间的连接经由计算机R1实现，所述计算机R1被构造为所谓的边缘路由器，也就是说，该计算机R1被使用在所述本地网络LN的外部区域，其中在所述本地网络的外部区域中例如接有终端设备或至因特网的连接，并且带来以下优点，即并不是本地网络LN的所有计算机R1、R2、R3、R4都必须具有所有可能的接口，而是只有所述计算机R1。
如果数据包DP现在从因特网被发送给所述本地网络LN的计算机R1、R2、R3、R4，则所述数据包首先被传送到计算机R1。如果这个数据包DP现在例如应该在所述本地网络LN中到达计算机R2，则这由计算机R1通过计算机R2的由数据包DP一起提供的在因特网内有效的地址IP2来识别，并且由计算机R1借助于地址解析协议请求所述计算机R2的在本地网络LN中有效的当前地址MAC2。所述计算机R2的在本地网络LN中有效的地址MAC2由计算机R2发送回给所述计算机R1，所述数据包DP被配备所述地址MAC2并且接着在所述本地网络LN中被发送给计算机R2。
为了不必总是为被传输给计算机R2的每一个数据包DP重新请求所述计算机R2的在所述本地网络LN中有效的地址MAC2，在所述计算机R1上设置地址表AT。在这个地址表AT中存储地址分配ZO1、ZO2、ZO3用于将数据包DP传输给所述本地网络LN的计算机R2、R3、R4。通过所述地址分配ZO1，使例如所述计算机R2的在因特网中有效的地址IP2与所述计算机R2的在本地网络LN中有效的地址MAC2逻辑连接。为了发送数据包DP到计算机R2，于是所述计算机R2的在本地网络LN中有效的地址MAC2从所述地址表AT中被确定。
对于每个地址分配ZO1、ZO2、ZO3，在所述地址表AT中都存在有效性计时器GT1、GT2、GT3，其中在所述有效性计时器终止之后，所述地址分配ZO1、ZO2、ZO3从所述地址表AT中被删除。如果例如所述有效性计时器GT1终止，则在步骤1中，所述地址分配ZO1从所述地址表AT中被删除。
在步骤2中，来自因特网的数据包DP在本地网络LN中到达计算机R1，其中所述数据包根据地址分配ZO1应该到达计算机R2，因此在步骤3中借助于地址解析协议并且根据在因特网内有效的地址IP2由计算机R1向计算机R2询问所述计算机R2的在本地网络LN中有效的地址MAC2。
在接下来的步骤4中，所述数据包DP被缓存在缓冲存储器P2中直到发送给计算机R2为止。所述缓冲存储器P2作为所述OSI参考模型的层2的服务并且通过用户(例如所述本地网络LN的运营商)根据所预期的负载、所预期的数据包DP数量和/或用于更新在所述地址表AT中的所述地址分配ZO1、ZO2、ZO3的持续时间以可配置的方式被构建。
在步骤5中，计算机R2的在本地网络中有效的地址MAC2被发送回给所述计算机R1，所更新的地址分配ZO1再次被记入所述地址表AT中并且所述有效性计时器GT1被重新启动。在成功地更新了所述地址分配ZO1之后，然后在步骤6中在缓冲存储器P2中所缓存的数据包DP被配备所述地址MAC2，并且被发送给计算机R2。
如果由于多个地址分配ZO1、ZO2、ZO3的更新而必须在缓冲存储器P2中存放多于数据包DP的预期数量的数据包DP，则附加地考虑缓存，所述缓存被设计为所述OSI参考模型的层3的服务。

Claims (6)

1.用于在更新地址表(AT)时减少数据包丢失的方法，所述地址表(AT)被存放在本地网络(LN)的计算机(R1)中，并且包含有用于发送数据包(DP)的、在本地网络(LN)中有效的第一计算机地址向在因特网内有效的第二计算机地址的分配，其中在所述地址表(AT)中所存放的地址分配在有效性计时器终止之后被删除，并且其中只有当数据包(DP)再被发送给所述本地网络(LN)的计算机的在因特网内有效的计算机地址时，所述地址分配才被重新询问并被记入所述地址表(AT)中，其特征在于，在更新所述地址分配期间待发送的数据包(DP)被缓存在根据本地网络(LN)的预期负载所配置的缓冲存储器(P2)中，其中所述缓冲存储器(P2)的大小基于待预期的数据包(DP)的数量被配置，所述数据包被发送给所述本地网络(LN)的计算机的在因特网内有效的确定的地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待发送的数据包被缓存在缓冲存储器(P2)中，所述缓冲存储器(P2)根据用于更新在所述地址表(AT)中的所述地址分配的持续时间被配置。
3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述缓冲存储器(P2)由所谓的链路层提供用于在传输数据包时的流控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了缓存数据包(DP)另外使用所谓的网络层，其中所述网络层位于所谓链路层之上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了实现本地网络(LN)，使用以太网技术。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定在本地网络(LN)中有效的第一计算机地址向在因特网内有效的第二计算机地址的地址分配，使用地址解析协议。
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