CN101364932A - 包交换网络的数据分段传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包交换网络的数据分段传输的方法，该方法由发送端判断所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送；若可以，则发送该包；若不可以，则对该包进行分段；接收端基于接收到的分段进行重组以恢复包。本发明的一种改进是由发送端的判断条件改为所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求。本发明还提供了采用以太网帧传输数据的网络的两种分段格式及方法，分别是基于UNI/NNI接口的分段格式和基于端到端的分段格式。由此本发明可以根据时间资源灵活封装数据分段并及时发送，从而更加充分地利用时间资源，提高发送端对传输网络的使用效率。

Description

包交换网络的数据分段传输的方法
技术领域
本发明涉及一种包交换网络中的数据传输的方法。
背景技术
在包交换网络中，包为数据传输的基本单位。发送端基于自身的调度算法决定包的传输顺序。发送端在调度并开始传输一个包时，需连续将其发送，不能在未发送完之前停止传输，或在发送该包的中间转而开始发送另一个包。包的长度可以是定长或可变长。一个包交换网络中的不同部分所允许的最大包长可以不一样。
在实际情况中，包交换网络会同时存在下列两种情况，或只存在其中的任一种情况：
其一、包交换网络只允许发送端在有限的时间片中进行包传输(例如在基于以太网帧传输的EOC(Ethernet Over Cable，以太网通过同轴电缆传输)网络中，用户端设备只能在局端设备分配给它的上行时间片中发送上行以太网帧)。
其二、包交换网络中的发送端所发送的包的长度，大于传输该包的网络或接收端能支持的最大包长。
在存在第一种情况的包交换网络中，在当前时间片的末端，若发送端发现所调度的下一个包无法发送完毕，发送端将暂停发送这个包，等待下一个时间片再试图发送该包；发送端在这段时间内没有利用传输资源，这就降低了发送端对传输资源的使用效率。
下面以基于以太网帧的EOC网络为例，更为详细地介绍现有包交换网络在数据传输方面的局限性。
EOC网络中，一个局端设备通过同轴电缆与多个用户端设备相连。EOC网络采用TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)方式控制管理多个用户端设备到局端设备的上行通信，局端设备负责分配每个用户端设备的上行时间片，并将时间片信息通知用户端设备。给每个用户端设备只能在分配给自己的时间片内发送上行数据。
用户端设备在自己的时间片内根据上行调度策略决定以太网帧的发送顺序。由于以太网帧是变长的，有可能出现用户端设备无法在剩余时间片内完整发送所调度的以太网帧的情况。就有可能发生用户端设备浪费部分上行带宽资源的情况。请参阅图1，EOC网络上行通信数据传输的方法中，如果在当前时间片的剩余时间，用户端设备根据上行调度策略所调度的以太网帧无法完整发送，此时用户端设备只能暂停上行通信，等待下一时间片。这便使得EOC网络的上行通信带宽效率较低。
在存在第二种情况的包交换网络中，若发送端发送的包的包长大于网络传输该包的路径上或接收端能支持的最大包长，网络传输路径上的中间设备或接收端会丢弃该包。包丢弃将降低网络的有效传输带宽，也就意味着降低了网络传输资源的使用效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种包交换网络中的数据分段传输的方法，该方法可以提高发送端对传输资源的使用效率，并且支持巨型帧在不同网络间的传输。
为解决上述技术问题，本发明包交换网络中的数据分段传输的方法是：发送端判断所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送；若可以，则发送该包；若不可以，则对该包进行分段；接收端基于接收到的分段进行重组以恢复包。
作为本发明的进一步改进，发送端判断所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；若可以，则发送该包；若不可以，则对该包进行分段；接收端基于接收到的分段进行重组以恢复包。
所述的传输网络包括发送端、传输的网络路径和接收端。
所述的发送端根据当前可用的时间资源对包进行分段。
所述的发送端根据当前可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求对包进行分段。
所述的发送端支持对包进行分段。
所述的分段包括表明该分段是起始分段、中间分段或结束分段的信息。
所述的分段包括序列号，该序列号表明各分段的先后顺序。
所述的发送端基于分段顺序依次发送分段。
所述的接收端支持对分段进行重组以恢复包。
所述的接收端对分段进行重组时，如果发现有一个或多个分段未接收到，则丢弃该分段待重组包的所有分段。
所述的接收端对分段进行重组时，如果发现有一个或多个分段错误，则丢弃该分段待重组包的所有分段。
所述的每个分段也是包。
所述的每个分段都不小于传输网络的最小包长。
如果当前可用的时间资源小于传输网络的最小包长要求，则放弃使用当前可用的时间资源，等待下一个可用的时间资源。
如果包的剩余数据不足以使分段达到传输网络的最小包长要求，则在分段中增加padding(空间隙)以满足传输网络的最小包长要求。
所述的每个分段都不大于传输网络的最大包长。
所述的包交换网络是基于以太网帧进行数据交换的网络，所述的包是以太网帧。
本发明包交换网络中的数据分段传输的方法可以根据时间资源灵活封装数据分段并及时发送，由此可以更加充分地利用时间资源，提高发送端对传输网络的使用效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的在离散时间片中数据传输的方法流程图；
图2是本发明包交换网络的数据分段传输的方法流程图；
图3是本发明包交换网络的数据分段传输的改进方法流程图；
图4是本发明中在EOC网络中用户端设备的上行缓存队列示意图；
图5是基于UNI/NNI接口的数据分段格式示意图；
图6是一个基于UNI/NNI接口的数据分段示例的示意图；
图7是基于端到端的数据分段格式示意图；
图8是一个基于端到端的数据分段示例的示意图；
图9是EOC网络中用户端设备与不支持端到端分组重组技术的局端设备相连的示意图。
具体实施方式
请参阅图2，本发明包交换网络的数据分段传输的方法是这样的：
第一步，发送端判断准备发送的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送；
如果可以，发送端将该包在当前可用的时间资源内完整发送，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端根据当前可用的时间资源，将该包中的尽可能多的数据封装为起始数据分段，并将该起始数据分段在当前可用的时间资源内发送出去；
第二步，发送端判断该包的剩余数据是否可以在下一个可用的时间资源内完整发送；
如果可以，发送端将该包的剩余数据封装为结束数据分段，并将该结束数据分段在当前可用的时间资源内发送出去，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端按照下一个可用的时间资源，将该包的剩余数据的尽可能多的数据封装到中间数据分段，并将该中间数据分段在下一个可用的时间资源内发送出去，再重复第二步判断该包的剩余数据。
从上述方法可以看出，发送端不需要对每个包都进行分段，只是当前可用时间资源无法完整发送包时，才对该包进行分段，以充分利用时间资源。
在每个可用时间资源中，发送端最多只会生成两个分段，即在前的包的结束数据分段和在后的包的起始数据分段。
请参阅图3，图3是本发明包交换网络中的数据分段传输的改进方法：
第一步，发送端判断准备发送的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；
如果可以，发送端将该包在当前可用的时间资源内完整发送，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端根据当前可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求，将该包中的尽可能多的数据封装为起始数据分段，并将该起始数据分段在当前可用的时间资源内发送出去；
第二步，发送端判断该包的剩余数据是否可以在下一个可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；
如果可以，发送端将该包的剩余数据封装为结束数据分段，并将该结束数据分段在当前可用的时间资源内发送出去，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端按照下一个可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求，将该包的剩余数据的尽可能多的数据封装到中间数据分段，并将该中间数据分段在下一个可用的时间资源内发送出去，再重复第二步判断该包的剩余数据。
不同的包交换网络对于最大包长的要求有可能并不相同，上述改进方法不仅可以有效利用时间资源，而且还能适应各种网络的最大包长要求。
请参阅图4，图4是本发明应用于EOC网络的一实施例，其中的用户端设备上行缓存队列是用户端设备对准备发送的以太网帧进行排列的队列，该队列中的以太网帧有着不同的优先级。当用户端设备得到一个时间片，用户端设备会先发送高优先级的以太网帧。当面对同为低优先级的各个以太网帧，用户端设备即按照缓存队列的顺序进行发送。如果当前时间片的剩余时间不能完整发送准备发送的以太网帧，则对该以太网帧进行分段，根据当前时间片的剩余时间大小封装一个尽可能大的起始数据分段，并将该起始数据分段在当前时间片的剩余时间发送出去。该以太网帧的剩余数据在下一时间片由同样的方法进行调度发送。
本发明还提供了采用以太网帧进行数据传输的网络的两种分段格式，分别是基于UNI(User-Network Interface，用户—网络接口)/NNI(Network-Network Interface，网络—网络接口)接口的分段格式和基于端到端的分段格式。
基于UNI/NNI接口的分段格式请参阅图5，这种格式包括目的地址(DA，Destination Address)、源地址(SA，Source Address)、F-tag(F—标签)、数据块和帧检验序列(FCS，Frame Check Sequence)，其中：目的地址和源地址就是包中的目的地址和源地址；F-tag由发送端在分段时生成；数据块为对包中目的地址和源地址之后、帧检验序列之前的所有内容分段后的数据；帧检验序列为分段后重新计算的帧检验序列。
上述分段格式中的F-tag的长度为4字节，包括特殊以太网类型(Special EtherType)、起始标志、结束标志、序列号(Seq)和长度标志(Length)字段，其中：
特殊以太网类型字段的长度为2字节，表示当前包为按照本技术方案所规定的数据分段，UNI/NNI接口的两端设备需能识别该特殊以太网类型；
起始标志B的长度为1比特，B比特置为1表示这是原始包的第一个数据分段，该包的其它所有分段中B比特都应为0；
结束标志E的长度为1比特，E比特置为1表示这是原始包的最后一个数据分段，该包的其它所有分段中E比特都应为0；一个数据分段的B比特和E比特可以都置为1，这表示该数据分段既是包的第一个数据分段，也是最后一个数据分段；
F-tag的第3个字节的最低比特固定为1，表示这是基于UNI/NNI接口的数据分段格式；
序列号的长度为7比特，第四字节中的Seq#(1:0)表示序列号的低2比特，第三个字节中的Seq#(6:2)表示序列号的高5比特。对于接口上的每一个逻辑链接而言，每发送一个数据分段，将上次发送数据分段的序列号加1，然后与27取模，获得的值作为这次数据分段中的序列号，UNI/NNI接口上的每个逻辑链接维护自己的序列号；
长度标志的长度为6比特，包的结束数据分段可能需要填充padding以满足以太网最小帧长的要求；在这种情况下，该字段非0，其值表示有效数据的长度；在其它情况下，该字段应取值为全0；
序列号和长度标志在满足总长度为13比特的前提下可以自行分配大小。
请参阅图6，图6的示例中长度/类型字段之前有一个S-Tag和一个C-Tag，对包按照上述基于UNI/NNI接口的数据分段格式的分段过程如下：
第一步，将包中目的地址和源地址之后、帧检验序列之前的所有内容分段为数据块；
本实施例中，分段的对象包括在目的地址和源地址之后且在长度/类型(Length/Type)字段之前的内容、长度/类型字段及有效负荷(Payload)，其中长度/类型字段之前的内容为变长，长度可为零；
第二步，在数据块前加上目的地址和源地址；
第三步，生成F-tag并插入到目的地址和源地址之后；
第四步，重新计算帧检验序列并插入到数据块之后。
基于端到端的分段格式请参阅图7，这种分段格式包括包中长度/数据字段之前的所有内容、F-tag、数据块和帧检验序列，其中：F-tag由发送端在分段时生成；数据块为对包中长度/类型字段及有效负荷的内容分段后的数据；帧检验序列为分段后重新计算的帧检验序列。
上述分段格式中的F-tag的长度为4字节，包括特殊以太网类型、起始标志、结束标志、序列号和长度标志字段。其中：
特殊以太网类型的长度为2字节，表示当前包为按照本技术方案所规定的数据分段，端到端的两端设备需能识别该特殊以太网类型；
起始标志B的长度为1比特，B比特置为1表示这是原始包的第一个数据分段，该包的其它所有分段中B比特都应为0；
结束标志E的长度为1比特，E比特置为1表示这是原始包的最后一个数据分段，该包的其它所有分段中E比特都应为0；一个数据分段的B比特和E比特可以都置为1，这表示该数据分段既是包的第一个数据分段，也是最后一个数据分段；
F-tag的第3个字节的最低比特固定为0，表示这是基于端到端的数据分段格式；
序列号的长度为7比特，第四字节中的Seq#(1:0)表示序列号的低2比特，第三个字节中的Seq#(6:2)表示序列号的高5比特。对于一个端到端逻辑连接而言，每发送一个数据分段，将上次发送数据分段的序列号加1，然后与27取模，获得的值作为这次数据分段中的序列号，每个端到端的逻辑链接维护自己的序列号；
长度标志的长度为6比特，包的最后一个数据分段可能需要填充padding以满足最小包长的要求；在这种情况下，该字段非零，其值表示有效数据的长度；在其它情况下，该字段应取值为全0；
序列号和长度标志在满足总长度为13比特的前提下可以自行分配大小。
请参阅图8，图8的示例中包在长度/类型字段之前有一个S-Tag和一个C-Tag，对包按照上述基于端到端的数据分段格式的分段过程如下：
第一步，将包中长度/类型字段及有效负荷的内容分段为数据块；
第二步，在数据块前加上包中长度/类型字段之前的所有内容；
第三步，生成F-tag并插入到数据块之前，F-tag与数据块之间没有其他字段；
第四步，重新计算帧检验序列并插入到数据块之后。
前述的两种分段格式，接收端的重组过程是一样的。接收端必须基于逻辑链接跟踪接收到的序列号，并维护最近接收到的序列号。如果接收到E比特为1的数据分段，则表示已经接收到待重组的包的结束数据分段。如果在该结束数据分段之前属于同一个包的的所有相应序列号都接收到了，可正常完成包的重组。如果接收端发现有一个或多个序列号被跳过，则说明有数据分段丢失。此时接收端必须丢弃当前待重组的所有数据分段，并丢弃随后接收到的数据分段直到接收到一个B比特为1的数据分段。接收到B比特为1的数据分段表示一个新的重组过程开始。如果因为其它原因(例如：因传输错误导致FCS错误，或重组缓存溢出等)无法重组包，接收端必须丢弃所有相关的数据分段。
上述基于端到端的数据分段格式若应用在EOC网络中，可使支持数据分段的用户端设备与任何厂家的局端设备相连。请参阅图9，若与用户端设备相连的局端设备既不支持基于端到端的重组，也不支持基于UNI/NNI接口的重组，用户端设备可采用端到端的发送方案，局端设备不会意识到数据分段的存在，会按照正常包的处理过程来透明传输数据分段，重组可由局端设备上行链路中某个网络实体来完成。这就解决了用户端设备与局端设备的互操作性问题，同时仍能有效提高EOC上行带宽利用率。

Claims (27)

1.一种包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：发送端判断所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送；若可以，则发送该包；若不可以，则对该包进行分段；接收端基于接收到的分段进行重组以恢复包。
2.根据权利要求1所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：发送端判断所调度的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；若可以，则发送该包；若不可以，则对该包进行分段；接收端基于接收到的分段进行重组以恢复包。
3.根据权利要求2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的传输网络包括发送端、传输的网络路径和接收端。
4.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的发送端根据当前可用的时间资源对包进行分段。
5.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的发送端根据当前可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求对包进行分段。
6.根据权利要求1或2所述的包交换网络中的数据传输的方法，其特征是：所述的发送端支持对包进行分段。
7.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括表明该分段是起始分段、中间分段或结束分段的信息。
8.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括序列号，该序列号表明各分段的先后顺序。
9.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的发送端基于分段顺序依次发送分段。
10.根据权利要求1或2所述的包交换网络中的数据传输的方法，其特征是：所述的接收端支持对分段进行重组以恢复包。
11.根据权利要求1或2所述的包交换网络中的数据传输的方法，其特征是：所述的接收端对分段进行重组时，如果发现有一个或多个分段未接收到，则丢弃该分段待重组包的所有分段。
12.根据权利要求1或2所述的包交换网络中的数据传输的方法，其特征是：所述的接收端对分段进行重组时，如果发现有一个或多个分段错误，则丢弃该分段待重组包的所有分段。
13.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的每个分段也是包。
14.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的每个分段都不小于传输网络的最小包长。
15.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：如果当前可用的时间资源小于传输网络的最小包长要求，则放弃使用当前可用的时间资源，等待下一个可用的时间资源。
16.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：如果包的剩余数据不足以使分段达到传输网络的最小包长要求，则在分段中增加padding以满足传输网络的最小包长要求。
17.根据权利要求1或2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的每个分段都不大于传输网络的最大包长。
18.根据权利要求1所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的包交换网络是基于以太网帧进行数据交换的网络，所述的包是以太网帧。
19.根据权利要求1所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
第一步，发送端判断准备发送的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送；
如果可以，发送端将该包在当前可用的时间资源内完整发送，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端根据当前可用的时间资源，将该包中的尽可能多的数据封装为起始数据分段，并将该起始数据分段在当前可用的时间资源内发送出去；
第二步，发送端判断该包的剩余数据是否可以在下一个可用的时间资源内完整发送；
如果可以，发送端将该包的剩余数据封装为结束数据分段，并将该结束数据分段在当前可用的时间资源内发送出去，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端按照下一个可用的时间资源，将该包的剩余数据的尽可能多的数据封装到中间数据分段，并将该中间数据分段在下一个可用的时间资源内发送出去，再重复第二步判断该包的剩余数据。
20.根据权利要求2所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
第一步，发送端判断准备发送的包是否可以在当前可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；
如果可以，发送端将该包在当前可用的时间资源内完整发送，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端根据当前可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求，将该包中的尽可能多的数据封装为起始数据分段，并将该起始数据分段在当前可用的时间资源内发送出去；
第二步，发送端判断该包的剩余数据是否可以在下一个可用的时间资源内完整发送并且符合传输网络的最大包长要求；
如果可以，发送端将该包的剩余数据封装为结束数据分段，并将该结束数据分段在当前可用的时间资源内发送出去，再重复第一步判断准备发送的下一个包；
如果不可以，发送端按照下一个可用的时间资源以及传输网络的最大包长要求，将该包的剩余数据的尽可能多的数据封装到中间数据分段，并将该中间数据分段在下一个可用的时间资源内发送出去，再重复第二步判断该包的剩余数据。
21.根据权利要求18所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括目的地址、源地址、F-tag、数据块和帧检验序列，其中：
目的地址和源地址与包的相应部分相同；
F-tag由发送端在分段时生成；
数据块为对包中目的地址和源地址之后、帧检验序列之前的所有内容分段后的数据；
帧检验序列为分段后重新计算的帧检验序列。
22.根据权利要求21所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括如下步骤：
第一步，将包中目的地址和源地址之后、帧检验序列之前的所有内容分段为数据块；
第二步，在数据块前加上目的地址和源地址；
第三步，生成F-tag并插入到目的地址和源地址之后；
第四步，重新计算帧检验序列并插入到数据块之后。
23.根据权利要求18所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括包中长度/类型字段之前的所有内容、F-tag、数据块和帧检验序列，其中：
F-tag由发送端在分段时生成；
数据块为对包中长度/类型字段及有效负荷的内容分段后的数据；
帧检验序列为分段后重新计算的帧检验序列。
24.根据权利要求23所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的分段包括如下步骤：
第一步，将包中长度/类型字段及有效负荷的内容分段为数据块；
第二步，在数据块前加上包中长度/类型字段之前的所有内容；
第三步，生成F-tag并插入到数据块之前，F-tag与数据块之间没有其他字段；
第四步，重新计算帧检验序列并插入到数据块之后。
25.根据权利要求21或23所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的F-tag包括特殊以太网类型、起始标志、结束标志、序列号和长度标志字段，其中：
特殊以太网类型字段表示当前包为本发明所规定的数据分段；
起始标志字段表示该数据分段是否为起始数据分段；
结束标志字段表示该数据分段是否为结束数据分段；
序列号字段表示该数据分段的顺序编号；
长度标志字段表示该数据分段是否加入了padding以及有效数据的长度。
26.根据权利要求21或23所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的F-tag的长度为4字节；所述的特殊以太网类型字段的长度为2字节；所述的起始标志字段的长度为1比特；所述的结束标志字段的长度为1比特；所述的序列号和长度标志字段的总长度为13比特。
27.根据权利要求21或23所述的包交换网络的数据分段传输的方法，其特征是：所述的F-tag的第3个字节的最低比特表示不同的分段格式。
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