CN102025604A - 一种承载网络及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承载网络，包括：多个承载网络平面和终端设备，其中，承载网络平面为互联网协议(IP)承载网络，用于实现终端设备间数据报文的路由和转发，多个承载网络平面中的每个承载网络平面均配置有唯一的编号，采用独立的路由地址空间进行路由寻址；终端设备采用身份标识(UID)作为寻址标识，UID包括低段(UID_L)和高段(UID_H)，低段采用IP地址空间，高段用于增加UID的位数，扩展地址空间。本发明通过多平面的承载网络架构以及采用大于32位的终端设备的身份标识来解决IP地址不够的问题，同时多平面的结构还实现终端身份和位置分离的一种解决方案，从而有效的解决上述两个问题。

Description

一种承载网络及数据传输方法

技术领域

本发明涉及数据通讯领域及互联网技术，尤其涉及一种承载网络及终端通信方法。

背景技术

对于下一代信息网络架构的研究是当前热门的研究课题之一，该研究课题的基本方向是以话音业务为代表的电信网、以视频业务为代表的电视网和以数据业务为代表的互联网进行业务上的无缝融合为目的，以网络承载IP化为特点，典型的实例，如提供语音业务的VOIP网络和提供电视业务的IPTV网络、以IP核心网络承载的3G移动通信网络以及大量对于超3G或者4G网络的研究项目等。

4G是第4代移动通信系统的简称，4G的目标是为语音、数据和流媒体业务提供一个基于IP承载网络的解决方案，使用户可以在“任何时间、任何地点、任何业务”获得一个更高速的通信环境。

NGN(下一代网络)是建立在电信网基础上的下一代网络，旨在建立一个统一的基于IP分组交换的传输层面。在统一的传输层面上各种应用程序的开发可以独立于具体的传输技术，扩展了应用程序的应用范围。

由于目前IP分组承载网是以IPv4为基础发展而来，IP技术最早产生于美国，因此美国等发达国家拥有大量的IPv4地址，相反地，给人口众多的发展中国家分配的IP地址很少，导致发展中国家的IP分组承载网络以及各种通信网络的发展受制于IP地址的缺乏，比如，目前我国的互联网用户已经超过了我国拥有的IPv4地址数，而且我国的网络用户数还在高速增加，不得使用其他技术和设备来增加IP地址的重复使用，因此，IP地址空间不足的问题严重地困扰着我国未来IP承载网络和通信网络的发展。解决这个问题最理想的方法是使用IPV6，但是，这种彻头彻尾的网络架构技术的改变，需要重新建设IPv6的承载网络，并付出巨大的建设费用，以及需要更换数以亿计的终端，代价高昂，可见该方案并不适合当前情况。

由此可以看出，由于技术基础和利益背景等差异造成了下一代网络架构的研究重点和方向选择有很大区别，但是，面临的问题和困难是相同的。

3G和4G是无线通信领域对下一代网络的研究核心，旨在基于全IP分组核心网，提高无线移动通信的质量，NGN和NGI分别是电信网和互联网领域对下一代网络融合的研究；CNGI旨在构建基于IPv6的下一代互联网；北方交通大学提出的“一体化可信网络与普适服务体系基础研究”希望能构建统一的新分组网络。虽然各种研究存在很大差异，但是各种研究普遍接受的观点是：未来网络是基于分组的统一承载网络。因此，研究下一代网络构架将以互联网为主要参考对象。互联网从其诞生以来一直保持高速发展，已成为当前最成功、最具生命力的通信网络，其灵活可扩展性、高效的分组交换、终端强大的功能等特点非常符合新一代网络的设计需要，互联网将是新一代网络设计的主要参考蓝本。然而，互联网的结构还远远没有达到最优，存在很多重大的设计问题。除上述IP地址空间无法满足应用需要外，还主要表现在以下方面：

互联网发明于二十世纪七十年代，人们难以预计今天世界上将存在大量的移动终端和多家乡终端，因此，当时的互联网协议栈主要是针对以“固定”方式连接的终端而设计。在当时的网络环境下，由于终端基本上不会从一个位置移动到其它位置，所以，具有身份和位置双重属性的IP地址能够非常好的工作，IP地址的身份属性与位置属性之间没有产生任何冲突。IP地址同时代表身份和位置恰恰满足了当时的网络需求。从当时的网络环境来看，这种设计方案简单有效，简化了协议栈的层次结构。但毋庸置疑的是，IP地址的身份属性与位置属性之间存在着内部矛盾。IP地址的身份属性要求任意两个IP地址都是平等的，虽然IP地址可以按照组织机构进行分配，但是，连续编码的IP地址之间没有必然的关系，或者至少在拓扑位置上没有必然的关系；IP地址的位置属性则要求IP地址基于网络拓扑(而不是组织机构)进行分配，处于同一个子网内的IP地址都应该处于一个连续的IP地址块中，这样才可以使网络拓扑中的IP地址前缀聚合，从而减少路由器设备的路由表的条目，保证路由系统的可扩展性。

伴随着网络规模和技术的发展，一些动态分配IP地址的技术逐步出现，如动态主机配置协议(DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol)，这就开始打破IP地址唯一表示一个终端的假定。私有IP地址空间的使用和网络地址转换器(NAT，Network Address Translator)技术的诞生使得情况继续恶化。在这种情况下同时具有身份属性与位置属性的IP地址将难以继续胜任它的角色。IP地址的双重属性问题已经凸显出来，除了技术层面的需求发生了显著变化以外，互联网的用户状况也已经发生了巨大的改变。在互联网诞生之后的最初几年中，互联网基本上被一些处于共同团体且相互信任的人员使用，传统互联网协议栈也是基于此种假设而设计的；而目前的互联网用户则是鱼龙混杂，人们难以继续互相信任。在这种情况下，缺乏内嵌安全性机制的互联网也需要进行变革。

总的来说，IP地址双重属性的内在矛盾将导致如下主要问题：

1、路由可扩展问题，关于互联网路由系统的可扩展性存在一个基本的假定：

“地址按照拓扑进行分配，或者拓扑按照地址进行部署，二者必选其一”。IP地址的身份属性要求IP地址基于终端所属的组织机构(而不是网络拓扑)进行分配，而且这种分配要保持一定的稳定性，不能经常改变；而IP地址的位置属性要求IP地址基于网络拓扑进行分配，以便保证路由系统的可扩展性。这样，IP地址的两种属性就产生了冲突，最终引发了互联网路由系统的可扩展问题。

2、移动性问题，IP地址的身份属性要求IP地址不应该随着终端位置的改变而变化，这样才能够保证绑定在身份上的通信不中断，也能够保证终端在移动后，其它终端仍能够使用它的身份与之建立通信联系；而IP地址的位置属性则要求IP地址随着终端位置的改变而改变，以便IP地址能够在新的网络拓扑中聚合，否则，网络就必须为移动后的终端保留单独的路由信息，从而造成路由表条目的急剧增长。

3、多家乡问题，多家乡通常指终端或网络同时通过多个ISP的网络接入到互联网。多家乡技术的优点包括增加网络的可靠性、支持多个ISP之间的流量负载均衡和提高总体可用带宽等。但是，IP地址双重属性的内在矛盾使得多家乡技术难以实现。IP地址的身份属性要求一个多家乡终端始终对其它终端展现不变的身份，无论该多家乡终端是通过几个ISP接入到互联网；而IP地址的位置属性则要求一个多家乡终端在不同的ISP网络中使用不同的IP地址通信，这样才能保证终端的IP地址能够在ISP网络的拓扑中聚合。

4、安全和位置隐私问题，由于IP地址同时包含终端的身份信息和位置信息，所以通信对端和恶意窃听者都可以根据一个终端的IP地址同时获得该终端的身份信息和拓扑位置信息。

总的来说，自从传统互联网的体系结构建立以来，互联网的技术环境和用户群体都已经发生了翻天覆地的变化，互联网需要随之进行革新。IP地址的双重属性问题是困扰互联网继续发展的根本原因之一，将IP地址的身份属性和位置属性进行分离，是解决互联网所面临问题的一个很好的思路。

为了解决身份和位置的问题，业界进行了大量的研究和探索，所有身份与位置分离方案的基本思想都是将原本绑定在IP地址上的身份与位置双重属性分离。其中，有些方案采用应用层的URL(Uniform Resource Locator，统一资源定位符，是用于完整地描述Internet上网页和其他资源的地址的一种标识方法)或FQDN(Fully Qualified Domain Name，合格域名)作为终端的身份标识，如IPNL(IP Next Layer，属于NAT扩展架构的方式)、TRIAD(A Scalable Deployable NAT-based Internet Architecture)等；有些方案引入了新的名字空间作为身份标识，如HIP(Host Identity Protocol，主机身份协议)，在以IP地址为标识网络层上增加主机标识；有些方案将IP地址进行分类，部分IP作为身份标识，部分IP作为位置标识，如LISP(Locator/IDSeparation Protocol)等。中国专利说明书CN200610001825提出了一种解决方案，使用IP地址作为主机的位置标识，引入端主机标识作为身份标识，解决身份和位置分离的问题。

在上述解决方案中基于主机的解决方案需要对主机协议栈进行修改，基于网络的解决方案则需要对特定位置的路由器进行改进。而且，同样作为基于网络的解决方案，完成身份与位置映射功能的路由器在网络中所处的位置也不尽相同。有的方案明确完成映射功能的路由器位于用户网络的边界，即映射功能路由器属于用户网络；有的(LISP、TIDR和Ivip)没有限定完成映射功能的路由器在网络中所处的位置；有的明确解决路由可扩展问题以及保证身份与位置的映射信息只有网络管理者能够获知，严格限定了完成映射功能的路由器为核心网接入路由器，即映射功能路由器属于核心网络。在身份标识与位置标识同时位于网络层的解决方案中，如LISP，存在是否严格按照网络拓扑的划分将身份与位置完全分离的设计区别。目前版本的LISP协议要求网络在没有提供映射解析服务之前，必须利用终端标识EID(Endpoint Identifier)将第一个数据包路由到对端，以便使通信双方的隧道路由器学习到路由位置标识RLOC(Routing Locators)和终端标识EID的映射信息，这就使得网络至少要有部分路由节点同时保留基于路由位置标识RLOC和终端标识EID的路由条目，从而影响了LISP解决路由可扩展性问题的能力。

各种身份与位置分离方案提出的初衷不尽相同，因此最终实现的功能也各有差异。IPNL的设计目的是为了使IPv4网络获得更长寿命，避免IPv6协议替换IPv4协议所引发的全面更新换代的难题。TRIAD的设计目的是解决NAT给互联网带来的各种问题，同时对移动性和策略路由等提供一定的支持。HIP最初提出是为了解决安全性问题，之后在移动性支持上面做了大量工作，并且进行了多家乡支持的研究。SHIM6(Level 3 Shim for IPv6)是主要为了解决IPv6网络能够支持多家乡问题而提出的。LIN6(LocationIndependent Networking for IPv6)的设计目的是为IPv6协议提出一种可供选择的移动性和多家乡解决方案。ILNP的设计目标是提供一种能够解决移动性和多家乡问题的IPv6扩展机制。GSE试图改变IPv6地址的结构，从而控制全球路由表条目的增长并更灵活的支持多家乡技术。TIDR的设计目标是增强现有互联网的路由和转发功能，解决全局路由表膨胀、域间路由的安全性以及多家乡等问题。LISP主要针对路由可扩展性问题而设计。

综上所述，现有技术中存在的主要问题为：IP地址空间不足以及IP地址身份和位置解决方案不完善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种承载网络及数据传送方法，解决现有网络中IP地址资源不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种承载网络，包括：多个承载网络平面和终端设备，其中，

承载网络平面为互联网协议(IP)承载网络，用于实现终端设备间数据报文的路由和转发，多个承载网络平面中的每个承载网络平面均配置有唯一的编号，采用独立的路由地址空间进行路由寻址；

终端设备采用身份标识(UID)作为寻址标识，UID包括低段(UID_L)和高段(UID_H)，低段采用IP地址空间，高段用于增加UID的位数，扩展地址空间。

进一步地，该网络中还包括：接入交换路由器(ASR)，ASR分别与多个承载网络平面连接，用于根据终端设备的UID查询得到对应的路由标识(RID)和承载网络平面的编号。

进一步地，该网络中还包括：接入网，该接入网位于终端设备与ASR之间，用于实现将本网络的终端设备接入到ASR。

进一步地，UID为终端设备的唯一身份标识，在终端设备和ASR之间使用，在终端设备移动时保持不变；RID为终端设备的位置标识，在核心层使用。

进一步地，UID的低段使用IP报文头中的IP地址部分承载传输；UID的高段使用IP报文的版本位承载传输。

进一步地，UID的低段采用IPv4地址空间的32位地址。

进一步地，UID采用手机号码。

进一步地，采用手机号码作为UID时，将手机号码转换为十六进制数，将高四位作为UID_H，低三十二位作为UID_L。

进一步地，将手机号码转换为十六进制数后，若高四位的值大于承载网络平面的个数，则需要对高四位进行压缩转换，满足承载网络平面的个数要求。

进一步地，采用手机号码作为UID时，将手机号码的后十位转换为十六进制数，作为UID_L。

进一步地，采用手机号码作为UID时，将手机号码的前两位转换为一位数，将转换后的一位数与手机号码的后九位组数十位数，转换为十六进制数，作为UID_L。

进一步地，ASR还用于终端设备的注册、接入控制、安全认证、维护UID、RID和承载网络平面的编号三者的映射信息、报文重写和转发。

进一步地，ASR与承载网络平面之间的数据报文采用IP报文格式，并采用RID在承载网络平面内实现路由寻址。

进一步地，RID采用IP地址。

进一步地，承载网络平面采用IPv4数据承载网络，按照IP网络协议和原则进行规划和建设，使用IPv4路由协议及路由器设备互连组成。

进一步地，该网络中还包括：映射服务器，

映射服务器与承载网络平面相连，用于注册、保存和更新UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息；

ASR从映射服务器或从本地，根据终端设备的UID查询得到对应的RID和承载网络平面的编号。

进一步地，映射服务器采用RID作为标识，以终端设备部署在承载网络平面内；或采用UID作为标识，通过ASR接入承载网络平面。

进一步地，映射服务器，还用于在更新UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息后，发送更新消息将更新后的UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息发送给ASR。

进一步地，UID的高段为对应的终端设备所属的承载网络平面的编号。

进一步地，在多个承载网络平面中的承载网络平面0上连接采用RID寻址的终端设备。

进一步地，一种数据传输方法，应用于权利要求1～20任意之一的承载网络中，包括：

第一终端设备向第二终端设备发送第一报文，将第一和第二终端设备的UID分别作为第一报文的源地址和目的地址；

第一ASR接收到第一报文后，根据第一和第二终端设备的UID查询得到第一和第二终端设备的RID和承载网络平面的编号，将第一报文的源地址和目的地址分别修改为第一终端设备的RID和第二终端设备的RID，生成第二报文；

第一ASR根据第二终端设备所属承载网络平面的编号，通过对应的承载网络平面将第二报文发送给第二ASR。

进一步地，第二ASR收到的第二报文后，根据第一和第二终端设备的RID和所属的承载网络平面的编号，查询得到第一和第二终端设备的UID，将第二报文恢复为第一报文，将该第一报文发送给第二终端。

进一步地，第一终端设备使用第一报文的版本信息部分承载第一和第二终端设备的UID_H，使用第一报文的源和目的地址信息部分承载第一和第二终端设备的UID_L。

进一步地，第一ASR生成第二报文时，将第一报文的版本信息部分的UID_H，恢复为报文的版本信息。

进一步地，第一ASR从映射服务器或在本地查询RID、UID与承载网络平面的编号的映射信息，得到第一和第二终端设备的RID和承载网络平面的编号。

进一步地，一种数据传输方法，应用于权利要求1～20任意之一的承载网络中，包括：

第一终端设备向第三终端设备发送第三报文，将第一终端设备的UID作为第三报文的源地址，将第三终端设备的RID采用第三报文的目的地址信息部分承载，默认第三终端的承载网络平面的编号为0，并在第一报文中携带第三终端的承载网络平面的编号0；

第一ASR接收到第三报文后，根据第一终端设备的UID查询得到第一终端设备的RID和承载网络平面的编号，将第三报文的源地址修改为第一终端设备的RID，生成第四报文；

第一ASR根据第三终端设备所属承载网络平面的编号，通过承载网络平面0将第四报文发送给第三ASR。

进一步地，第三ASR收到的第四报文后，根据第一终端设备的RID和所属的承载网络平面的编号，查询得到第一终端设备的UID，将第四报文恢复为第三报文，将该第三报文发送给第三终端。

进一步地，第一终端设备使用第三报文的版本信息部分承载第一终端设备的UID_H，使用第一报文的源地址信息部分承载第一终端设备的UID_L。

进一步地，第一ASR生成第二报文时，将第一报文的版本信息部分的UID_H，恢复为报文的版本信息。

进一步地，第一ASR从映射服务器或在本地查询RID、UID与承载网络平面的编号的映射信息，得到第三终端设备的RID和承载网络平面的编号。

综上所述，本发明提出一种多平面承载网路架构，可以兼容现有的数据承载网络和互联网，实现下一代网络建设中平滑过渡、分布实施，特别是可以满足下一代移动通信网络(4G)的网络建设的需要，通过多平面的承载网络架构以及采用大于32位的终端设备的身份标识来解决IP地址不够的问题，同时多平面的结构还实现终端身份和位置分离的一种解决方案，从而有效的解决上述两个问题。

本发明能够有效解决安全性、移动性、多穴性、路由扩展和网络聚合等问题。本发明的多平面承载网络架构的网络容量由多个承载网络平面的容量相加，即等于承载网络平面的数量乘单个承载网络平面的容量，或者通过承载网络平面的数量来扩展整个架构的网络容量，从而突破传统网络的容量(等同于本发明一个承载网络平面的容量)，解决现有网络的规模瓶颈。

本发明的多平面承载网络架构利用终端设备的身份标识通过接入交换路由器实现和路由标识间映射处理，解决传统网络中身份和位置带来的相关问题。

本发明的多平面承载网络架构使用的报文格式和传统的IP报文格式完全兼容，可以实现对现有网络的平滑升级，按需建设，有效的控制投资和建设的步伐，从而保证网络运营的健康稳定的发展。

附图说明

图1为本发明承载网络的架构图；

图2为本发明的终端设备之间相互访问的流程图；

图3为本发明的终端设备访问传统终端的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的承载网络架构包括：终端设备、接入交换路由器、映射服务器和多个承载网络平面，其中：

终端设备使用UID(User Identity，身份标识)作为注册和通信的寻址标识，是终端设备身份的唯一标识，在接入层使用，这是一个固定的分配，在设备移动时保持不变，终端设备的UID使用二进制表示，长度大于32位，即身份标识UID的空间大于2的32次方；终端设备发送和接收的报文兼容传统的IP报文格式。

具体地，终端设备的身份标识UID分为两个部分，低段部分UID_L和高段部分UID_H，低32位(二进制)为低段，终端设备的报文格式兼容传统的IP报文格式，32位的低段使用IP报文头中的IP地址部分承载传输；高段使用IP报文头中其它没有实际应用的或者固定不变的部分来承载传输。

低段的表现形式和IPV4的地址空间的32位地址兼容，从而保证终端设备应用软件和协议软件的兼容性。高于32位的部分(二进制)为高段，高段部分用于扩展地址空间，可以根据建设的需要灵活设置，比如，设置一位或者两位，同样为了保证终端软件的兼容性，可以使用IPV4报文中的版本位来承载传输。在UID中设置1-2位的高段可以将IPV4的地址空间扩大2-4倍，即可以新增2-4个IPV4的数据承载网络。

终端设备兼容IP路由协议、应用协议接口等上层应用，保证了终端较小的改动，采用身份标识中的32位的低段代替传统32位的IPV4地址，从而保证IP报文的格式和传统报文的兼容，而对于终端身份标识的高段部分，用户可以根据网络情况进行设置或者由网络通信协议自动配置。终端设备的身份标识仅仅用于终端和终端间的身份识别和通信，在本发明的承载网络架构中，在终端设备和接入交换设备之间使用，包括：终端设备的注册登记、数据报文的发送和接收等。

接入交换路由器(Access Switch Router，ASR)，通过接入网络连接终端设备，并负责终端设备的注册、接入控制、安全认证、根据终端设备的UID查询得到对应的路由标识(RID)和承载网络平面的编号、维护UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息、报文重写和转发等。路由标识(Routing Identity，RID)为终端设备的位置标识，在核心层使用的映射。

接入交换路由器和多个承载网络平面连接，接入交换路由器和承载网络平面之间的数据报文使用传统的IP报文格式和相关协议，并使用路由标识RID在所连接的承载网络平面内实现路由寻址；路由标识RID使用传统的IP地址，并遵循传统IP网络的协议和规则进行规划和部署。

接入交换路由器可以在本地维护身份标识和路由标识的对应关系，也可以更新该对应关系；接入交换路由器还可以和映射服务器间通信完成终端设备的注册、终端设备路由标识的查询及更新；接入交换路由器还和承载网络平面间进行数据报文转发，接入交换路由器的基本报文处理流程是，接收终端的报文时，根据报文头中本发明的终端设备的身份标识，查找32位的路由标识RID和承载网络平面编号并完成映射后送入承载网络；或者接收承载网路数据报文，完成反映射功能后回送终端设备。

映射服务器可以主动的发送更新消息告知接入交换路由器新的身份标识、路由标识和承载网络平面的编号的映射信息。

接入交换路由器进行用户身份标识和路由标识的映射时，进行查询和更新等操作。

传统的终端设备使用IPV4的地址寻址，在映射服务器中不需要特别的处理即可直接接入承载网络平面0，一个承载网路平面内的用户可以直接通信，跨承载网络平面的传统终端不能直接进行通信，可以通过代理设备或者地址转换设备间接通信。

多个承载网络平面，用于实现终端设备间数据报文的路由和转发，每个承载网络平面有网络平面的编号，不同的承载网络平面有不同的编号，不同编号的承载网络平面连接接入交换路由器的不同的端口；每个承载网络平面采用独立的32位的路由地址空间进行路由寻址和传统的IPv4数据承载网络相同，按照传统的IP网络协议和原则进行规划和建设，使用传统的IPv4路由协议及路由器设备互连组成。承载网络平面使用路由标识RID进行网络平面内的路由寻找，RID采用32位的二进制地址，承载网络平面可以连接接入交换路由器，也可以连接使用IP地址寻址的传统终端设备；承载网络平面的报文格式使用现有的IP报文格式，从而保证承载网络平面和现有核心网络的兼容。

承载网络平面内部使用IPv4的32位地址空间，满足传统承载网络的地址拓扑分配原则，不能重叠，除传统的终端设备外，本发明使用一部分地址作为接入交换路由器ASR连接端口的路由地址，供ASR映射给本发明的终端路由使用，因此本发明的终端可以和传统终端设备进行通信。比如，本发明的终端可以访问传统网络中的各种服务器，享受和使用现有传统网络的服务。由于传统的终端设备不能识别本发明终端的身份中的高段UID_H，因此，不能直接通信。

作为一种实施方式，可以将承载网络平面的编号和RID形成的地址空间和本发明的终端的身份标识建立对应关系，也就是说，本发明的终端的用户身份标识与路由标识的映射信息和承载网络平面的编号相关，例如，传统的终端统一接入承载网络平面0，成为高段等于0的用户。可以使用不同的算法或者规则，根据网络的建设需要完成身份标识到路由标识及承载网络平面编号间转换，也可以比较简单的处理，例如，终端的高段UID_H＝0表示该终端设备对应转换接入到承载网络平面0；终端的高段UID_H＝1表示该终端设备对应转换接入到承载网络平面1；终端的高段UID_H＝2表示该终端设备对应转换接入到承载网络平面2；终端的高段UID_H＝3表示该终端设备对应转换接入到承载网络平面3。

映射服务器，用于注册、存储和更新用户身份标识UID和路由标识RID及承载网络平面编号的映射信息，便于接入交换路由器进行用户身份标识和路由标识的映射处理时，进行查询和更新等操作。映射服务器可以使用RID(IP地址)作为标识，作为传统的终端设备部署在承载网络平面内，也可以使用用户身份标识UID识别，通过接入交换路由器接入。

上述接入交换路由器对用户身份标识UID和路由标识RID的映射处理包括：向映射服务器或者本地查询，并维护身份标识UID和路由标识RID及承载网络平面编号的映射信息，接收终端设备的报文并完成用户身份标识UID到路由标识RID的映射后发送给对应承载网络平面编号的承载网络平面；接收承载网络平面发来的报文并根据承载网络平面的编号完成路由标识RID及到用户身份标识UID的反映射处理后将报文发送给终端设备。

传统的IPV4网络的终端，使用IP地址作为身份标识和路由标识，连接编号为0的承载网络平面，在设备移动位置后IP地址会发生变化，见图1中的120。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

本发明采用多平面承载网络架构，每个承载网络平面兼容现有的承载网络，拥有全部的IP地址空间(32位的地址空间，约40亿地址空间)，每个承载网络平面的编号不同，以此来区分不同的承载网络平面，平面内的IP地址空间可以相同，当多平面承载网络架构只有一个承载网络平面时，等同于现有的承载网络，本发明的多平面承载网络架构是由多个承载网络平面组成，包括两个或两个以上的平面，通常编号为0的平面为现有的承载网络平面，然后增加其他的承载网络平面，这样可以兼容现有的承载网，可以平滑的升级为本发明的多平面。

例如，拥有2个承载平面的网络架构可以比现有的承载网络增加一倍的地址空间，可以有超过80亿的地址空间，如果构造四个承载网络平面，如图1所示，300为承载网络平面0，310为承载网络平面1，320为承载网络平面2，330为承载网络平面3，四个承载网路平面共可以产生160亿的地址空间，很好的解决下一代移动通信网络目前IP地址不够的问题。这样的地址空间不但能解决目前IP地址空间不够的问题，而且能满足移动营运商的发展需要，相当于可以提供10位以上的电话号码分配空间，例如，目前中国移动的电话号码的有效空间小于10位(例如13X XXXX XXXX)，使用本发明的四个承载网络平面提供足够的地址空间，就可以为每一个移动用户分配一个唯一的数据通信使用的地址空间，不用进行地址重用。如果实施本发明的多平面承载网络以后，用户可以使用目前使用的手机号码(13XXXXX XXXX)作为身份标识UID进行任何业务的接入，上网冲浪，网络电话、网络视频、文件下载等等都可以直接使用这样一个唯一号码，不用像现在使用地址转换设备动态分配IP地址。

接入交换路由器和每个承载网络平面都有连接接口，可以根据规划确定该接口使用的承载平面的地址空间，比如图1中ASR1和4个承载网络平面通过4个接口连接。ASR2也和4个承载网络平面连接，使用的路由标识地址空间同传统的IP地址空间，规划原则相同，规划地址空间示例如下：

ASR1端口连接的平面	路由标识规划地址空间(A类地址)
		承载网络平面0	61.XX.XX.XX
承载网络平面1	61.XX.XX.XX
		承载网络平面2	61.XX.XX.XX
承载网络平面3	61.XX.XX.XX

ASR2端口连接的平面	路由标识规划地址空间(A类地址)
		承载网络平面0	62.XX.XX.XX
承载网络平面1	62.XX.XX.XX
		承载网络平面2	62.XX.XX.XX
承载网络平面3	62.XX.XX.XX

本发明的多平面承载网络的终端通信的处理流程如下：

本发明的终端设备使用身份标识进行通信，终端设备间可以相互通信；本发明的终端设备可以通过传统终端的IP地址和其所接入的承载网络平面的编号，为传统终端形成一个本发明的终端的身份标识，进而识别传统终端进行通信，相反地，由于传统终端不能完全识别本发明终端设备的身份标识，因此，无法直接和本发明的终端设备进行通信。

传统的终端设备直接接入承载网络平面，只能和本承载平面内的用户通信。

本发明的终端需要通过接入交换路由器ASR才能接入承载网络平面。

本发明中可以根据网络规划来选择需要接入的承载网络平面的终端，可以自动选择或手动选择，并由接入交换路由器完成终端的承载网络平面编号和路由标识RID的映射处理。

本发明的接入交换路由器ASR的工作流程如下：

完成本发明的终端设备身份标识到承载网络平面及路由标识RID和承载网络平面的编号的映射处理，可以采用报文封装或标识替换等方式，保证在承载网络平面的RID地址能够聚合，实现路由的可扩展性。

完成本发明的终端设备在映射服务器中的注册，登记本发明网络用户的身份标识和路由标识RID及RID所在的承载网络平面的编号。

在终端设备移动过程中，身份标识不变，而路由标识已经改变，因此需要重新向映射服务器注册，映射服务器向接入交换路由器发送更新消息，接入交换路由器重新更新本地身份标识和路由标识及承载平面编号的关系，维护网络用户的身份标识和路由标识RID及RID所在的承载网络平面的编号。

负责根据通信对端的身份标识向映射服务器查询通信对端的路由标识RID及RID所在的承载网络平面的编号。

负责将完成标识映射的报文发送到对应编号的承载网络平面，同时负责接收从承载网络平面发来的报文，并进行反向的映射，发送给本发明的终端设备。

负责完成本发明终端设备的接入控制、安全认证等功能。

本发明的承载网络平面的工作流程：

承载网络平面按照传统的IP网络进行规划和部署，使用现有的路由器设备和相关的路由协议。

使用本发明的路由标识RID进行路由处理，在承载网络平面内也可以称为IP地址，组成承载网络平面的路由器设备和本发明的接入交换路由器连接的端口使用IP地址作为身份标识和位置标识，完全和现有的承载网络相同，因此也可以接入使用IP地址寻址的传统终端设备。

本发明的映射服务器的工作流程：

映射服务器用于注册、保存和更新终端的身份标识和路由标识的对应关系。和接入交换路由器通信，可以查询该对应关系，也可以更新该对应关系。

映射服务器可以主动的发送更新消息告知接入交换路由器新的身份标识和路由标识的对应关系。

下面以本发明的第一终端设备100访问本发明第二终端设备110为例对本发明的方法进行说明，假设第一终端设备的身份标识为UID1，第二终端设备的身份标识为UID2，接入交换路由器使用本发明用户的身份标识进行寻址，并且完成身份标识和路由标识的映射。

如图2所示，终端设备之间的通信流程包括：

201：第一终端设备发送访问第二终端设备的第一报文；

报文格式和IPV4的报文格式兼容，UID1_H和UID1_L作为源地址，其中UID1_H使用IPV4的报文的版本信息部分承载，UID1_L使用IPV4报文的IP源地址信息部分承载；UID2_H和UID2_L作为寻址的目的地址，其中，UID2_H使用IPV4报文的版本信息部分承载，UID2_L使用IPV4报文的IP目的地址信息部分承载。

本发明的报文与传统的IPV4报文存在两点区别，第一，报文的版本信息用来承载UID的高段；第二，报文的IP地址部分用来承载低段，其它部分不变，从而保持和IPV4报文格式的兼容，也保证终端路由协议和应用软件的兼容，终端设备的应用软件无需改动。

202：第一接入交换路由器接收第一终端设备发送的第一报文后，根据第一和第二终端设备的身份标识在本地或向映射服务器查询对应的路由标识和承载网络平面的编号，UID1对应RID1，UID2对应RID2，新建或者维护身份标识和路由标识的对应表；

203：第一接入交换路由器重写第一报文，将报文版本信息部分，恢复为传统IPV4报文的版本信息，使用路由标识代替身份标识的低段，即，使用RID1作为IP源地址，RID2作为IP目的地址，生成第二报文；

204：第一接入交换路由器根据承载网络平面的编号将第二报文发送到承载网络平面中；

例如，本发明的第二终端设备属于承载网络平面3，将第二报文发送给承载网络平面3。

205：承载网络平面接收到第二报文后，根据路由标识进行转发；

例如，若报文的路由标识指向连接承载网络平面3的第二接入交换路由器的接口，则承载网络平面通过该接口将报文转发到第二接入交换路由器。

206：第二接入交换路由器接收到第二报文后，将第二报文恢复为第一报文；

第二接入交换路由器进行与第一接入交换路由器相反的重写报文的过程，包括：根据报文中的路由标识和接收端口(承载网络平面的编号为3)，在本地或者映射服务器中查找终端的身份标识，将UID1_H和UID1_L作为报文的源地址，其中UID1_H使用IPV4报文的版本信息承载，UID1_L使用IPV4报文的IP源地址部分承载；UID2_H和UID2_L作为寻址的目的地址，其中，UID2_H使用IPV4报文的版本信息承载，UID2_L使用IPV4报文的IP目的地址部分承载。

207：第二接入交换路由器将第一报文发送给第二终端设备，第二终端设备根据身份标识接收报文，提供给上层软件接口，从而完成通信过程。

本发明终端UID2访问本发明终端UID1的过程与上述过程类似。

下面对本发明的终端设备访问传统终端设备的方法进行说明：

如图3所示，本发明的第一终端设备的身份标识为UID1，第三终端设备为传统终端设备，其IP地址为RID3，RID3与本发明的路由标识进行统一的规划，等同于本发明的路由标识，传统终端设备由于身份标识和位置标识不分离，直接接入归属的承载网络平面0。

传统终端位于承载网络平面0，因此，本发明的终端发起访问时，会将传统终端的IP地址等同于本发明的身份标识的低段，定义传统终端的身份标识RID3的高段等于0，相当于为传统终端分配一个本发明的身份标识UID3，从而将处理流程统一为本发明的终端访问本发明的终端。

本发明的终端访问处于承载网络平面0的传统终端的流程如下：

301：第一终端设备发送访问第三终端设备的第三报文；

报文格式与IPV4的报文格式兼容，UID1_H和UID1_L作为源地址，其中，UID1_H使用IPV4报文的版本信息部分承载，UID1_L使用IPV4报文的IP源地址信息部分承载；UID3_H(为0)和UID3_L(为RID3)作为寻址的目的地址，其中，UID3_H使用IPV4报文的版本信息承载，UID3_L使用IPV4报文的IP目的地址信息部分承载。

本发明的报文与传统的IPV4报文存在两点区别，第一，报文的版本信息用来承载本发明的高段；第二，报文的IP地址部分用来承载本发明的低段，其它部分不变，从而保持和IPV4报文格式的兼容，也保证终端路由协议和应用软件的兼容，终端设备的应用软件无需改动。

302：第一接入交换路由器ASR1接收到第一终端设备发送第三报文后，根据第一终端设备的身份标识在本地或者向映射服务器查询对应的路由标识和承载网络平面的编号，新建或者维护身份标识和路由标识的对应表，UID1对应RID1，UID3由于身份标识的高段为0，无需映射处理直接建立和RID3的映射信息；

303：第一接入交换路由器重写报文，将报文版本信息部分，恢复为传统IPV4报文的版本信息；使用路由标识代替身份标识中的低段，即，使用RID1作为IP源地址，RID3作为IP目的地址，生成第四报文；

为传统终端属于承载网络平面0，上述报文发送给承载网络平面0。

304：第一接入交换路由器根据承载网络平面的编号将第四报文发送到承载网络平面中；

305：承载网络平面0接收到报文后，根据路由标识进行转发；

上述报文转发到第三终端设备。

306：第二接入交换路由器接收到第四报文后，将第四报文恢复为第三报文；

307：第二接入交换路由器将第三报文发送给第三终端设备，第三终端设备根据身份标识接收报文，提供给上层软件接口，从而完成通信过程。

下面对本发明的终端设备的身份标识进行示例，如，采用移动通信网络的手机号码作为本发明的终端设备身份标识，分析如下：

目前，国内移动通信手机使用的号码为11位，其中前2位为13、15和18等，后9位未完全使用，使用了10亿不到的号码空间，即使未来中国每人两个号码，也只要20亿的地址空间。即使全世界每人一个号码，根据相关预测在未来的20年内全世界的人口也不会超过80亿，因此，本发明的多平面承载网络架构可以使用两个承载网络平面就可以满足需要，如果发展超出预期，世界人口大爆炸式的发展，使用四个承载平面也可以满足需求。

假如建设具有两个承载网络平面的网络架构，用户直接使用手机号码进行通信，在终端设备上需要将十进制的手机号码转化为二进制或者十六进制，从而和传统的IP地址的格式兼容。

以中国移动的一个全球通用户为例，手机号码为139,9999,9999。转换为十六进制为3 42 77 0B FF，该全球通用户在本发明中的身份标识就是342 77 0B FF(十六进制)，这个身份标识的高段为3，后32位作为低段，高段等于3超过上述两个平面的编号，需要进行更精确地压缩转换(可采用现有数据压缩方法)。目前，手机号码的第一位的“1”是固定的，因此我们可以缩小地址空间，使用手机号码的后10位即可唯一的标识该全球通用户，我们取10位进行转换，即39,9999,9999(十进制)进行转换得到十六进制数EE 6B 27 FF，作为该全球通用户在本发明的多平面承载网络中的身份标识，从而兼容终端的格式需要，在网络建设初期进行规划确定，并为用户提供这样的转换程序，就可以将用户从传统的用户升级为本发明的用户。

当然，也可以使用其它的转换方法，比如，首先对手机号码的前2位进行转换，然后和后9位组成10位号码，再进行十六进制转换。例如，手机号码段13转换为0，手机号码段15转换为1，手机号码段18转换为2，目前使用的手机号码统一到小于30,0000,0000的空间，可以转换到本发明终端设备身份标识的32位低段(二进制)内，统一使用承载网络平面1，而承载网络平面0给传统的终端设备使用，可以做到本发明的新用户新标识，传统终端使用老的IP地址，实现网络建设的平滑演进，逐步升级，分步分批建设，可以节约成本，同时解决未来网络发展的瓶颈。

当然在网络的逐步减少过程中，第一步仅仅使用本发明进行地址空间的扩展，解决IP地址不足的问题，这个时候使用多平面的方式扩展地址空间，无须进行身份和地址分离；在后续建设中逐步的升级身份和地址分离的功能。

下面对本发明所支持的接入网络的类型进行说明。

本发明的上述示例使用传统IP报文的IP地址域来传输本发明的身份标识，因此支持所有的二层接入网络的接入，例如，移动宽带数据接入网络以及电信宽带接入网络等，并不涉及三层路由的问题，完成二层交换的聚合，本发明的多平面承载网络架构可以很好地支持。

对于可能涉及三层路由的接入网络，相对而言比较复杂一些，比如，企业网，一方面需要满足企业内部通信的需要，另一方面还要满足企业网络内部用户接入本发明的多平面承载网络架构的需要，由于一个用户不能同时使用企业网络内部的IP地址标识和本发明的身份标识，就需要企业网络的路由器同时支持原来的IP地址的路由，还需要支持本发明的身份标识的路由，由于本发明的身份标识分配时没有路由聚合要求，或者由于终端的移动导致难以聚合，对企业网络路由器的要求比较高，从而增加成本，因此推荐另外一种解决企业网络用户接入本发明多承载网络平面架构的方法，包括：

1、为企业网络用户分配本发明的身份标识；

2、在企业网开通接入本发明多平面承载网络的虚拟接入网络，完成二层的汇聚。

下面对本发明中同一个接入域内的用户间的通信进行说明：

本发明的技术方案中，用户的终端设备通过接入网络接入到接入交换路由器，在同一个接入交换路由器ASR接入控制下的两个用户间的通信，可以根据网络规划，通过接入交换路由器控制二层接入网络中交换设备，实现这两个用户的终端设备通过二层交换相互直接通信，或者通过接入交换路由器转发来实现相互通信。

Claims (30)

1.一种承载网络，包括：多个承载网络平面和终端设备，其中，

所述承载网络平面为互联网协议(IP)承载网络，用于实现终端设备间数据报文的路由和转发，所述多个承载网络平面中的每个承载网络平面均配置有唯一的编号，采用独立的路由地址空间进行路由寻址；

所述终端设备采用身份标识(UID)作为寻址标识，所述UID包括低段(UID_L)和高段(UID_H)，所述低段采用IP地址空间，所述高段用于增加所述UID的位数，扩展地址空间。

2.如权利要求1所述的网络，其特征在于，该网络中还包括：接入交换路由器(ASR)，所述ASR分别与所述多个承载网络平面连接，用于根据终端设备的UID查询得到对应的路由标识(RID)和承载网络平面的编号。

3.如权利要求2所述的网络，其特征在于，该网络中还包括：接入网，该接入网位于所述终端设备与所述ASR之间，用于实现将本网络的终端设备接入到所述ASR。

4.如权利要求2所述的网络，其特征在于，所述UID为终端设备的唯一身份标识，在终端设备和ASR之间使用，在终端设备移动时保持不变；所述RID为终端设备的位置标识，在核心层使用。

5.如权利要求4所述的网络，其特征在于，所述UID的低段使用IP报文头中的IP地址部分承载传输；所述UID的高段使用IP报文的版本位承载传输。

6.如权利要求5所述的网络，其特征在于，所述UID的低段采用IPv4地址空间的32位地址。

7.如权利要求5所述的网络，其特征在于，所述UID采用手机号码。

8.如权利要求7所述的网络，其特征在于，采用手机号码作为UID时，将手机号码转换为十六进制数，将高四位作为UID_H，低三十二位作为UID_L。

9.如权利要求8所述的网络，其特征在于，将所述手机号码转换为十六进制数后，若高四位的值大于承载网络平面的个数，则需要对高四位进行压缩转换，满足承载网络平面的个数要求。

10.如权利要求7所述的网络，其特征在于，采用手机号码作为UID时，将手机号码的后十位转换为十六进制数，作为UID_L。

11.如权利要求7所述的网络，其特征在于，采用手机号码作为UID时，将手机号码的前两位转换为一位数，将转换后的一位数与手机号码的后九位组数十位数，转换为十六进制数，作为UID_L。

12.如权利要求2所述的网络，其特征在于，所述ASR还用于终端设备的注册、接入控制、安全认证、维护UID、RID和承载网络平面的编号三者的映射信息、报文重写和转发。

13.如权利要求12所述的网络，其特征在于，所述ASR与所述承载网络平面之间的数据报文采用IP报文格式，并采用所述RID在所述承载网络平面内实现路由寻址。

14.如权利要求13所述的网络，其特征在于，所述RID采用IP地址。

15.如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述承载网络平面采用IPv4数据承载网络，按照IP网络协议和原则进行规划和建设，使用IPv4路由协议及路由器设备互连组成。

16.如权利要求2所述的网络，其特征在于，该网络中还包括：映射服务器，

所述映射服务器与承载网络平面相连，用于注册、保存和更新UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息；

所述ASR从映射服务器或从本地，根据终端设备的UID查询得到对应的RID和承载网络平面的编号。

17.如权利要求16所述的网络，其特征在于，所述映射服务器采用RID作为标识，以终端设备部署在承载网络平面内；或采用UID作为标识，通过ASR接入承载网络平面。

18.如权利要求17所述的网络，其特征在于，所述映射服务器，还用于在更新UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息后，发送更新消息将更新后的UID、RID和承载网络平面的编号的映射信息发送给ASR。

19.如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述UID的高段为对应的终端设备所属的承载网络平面的编号。

20.如权利要求1所述的网络，其特征在于，在所述多个承载网络平面中的承载网络平面0上连接采用RID寻址的终端设备。

21.一种数据传输方法，应用于权利要求1～20任意之一所述的承载网络中，包括：

第一终端设备向第二终端设备发送第一报文，将第一和第二终端设备的UID分别作为第一报文的源地址和目的地址；

第一ASR接收到第一报文后，根据第一和第二终端设备的UID查询得到第一和第二终端设备的RID和承载网络平面的编号，将第一报文的源地址和目的地址分别修改为第一终端设备的RID和第二终端设备的RID，生成第二报文；

第一ASR根据第二终端设备所属承载网络平面的编号，通过对应的承载网络平面将第二报文发送给第二ASR。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，

所述第二ASR收到的第二报文后，根据第一和第二终端设备的RID和所属的承载网络平面的编号，查询得到第一和第二终端设备的UID，将第二报文恢复为第一报文，将该第一报文发送给第二终端。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，

所述第一终端设备使用第一报文的版本信息部分承载第一和第二终端设备的UID_H，使用第一报文的源和目的地址信息部分承载第一和第二终端设备的UID_L。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，

所述第一ASR生成第二报文时，将第一报文的版本信息部分的UID_H，恢复为报文的版本信息。

25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，

所述第一ASR从映射服务器或在本地查询RID、UID与承载网络平面的编号的映射信息，得到第一和第二终端设备的RID和承载网络平面的编号。

26.一种数据传输方法，应用于权利要求1～20任意之一所述的承载网络中，包括：

第一终端设备向第三终端设备发送第三报文，将第一终端设备的UID作为第三报文的源地址，将第三终端设备的RID采用第三报文的目的地址信息部分承载，默认第三终端的承载网络平面的编号为0，并在第一报文中携带第三终端的承载网络平面的编号0；

第一ASR接收到第三报文后，根据第一终端设备的UID查询得到第一终端设备的RID和承载网络平面的编号，将第三报文的源地址修改为第一终端设备的RID，生成第四报文；

第一ASR根据第三终端设备所属承载网络平面的编号，通过承载网络平面0将第四报文发送给第三ASR。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，

所述第三ASR收到的第四报文后，根据第一终端设备的RID和所属的承载网络平面的编号，查询得到第一终端设备的UID，将第四报文恢复为第三报文，将该第三报文发送给第三终端。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，

所述第一终端设备使用第三报文的版本信息部分承载第一终端设备的UID_H，使用第一报文的源地址信息部分承载第一终端设备的UID_L。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，

所述第一ASR生成第二报文时，将第一报文的版本信息部分的UID_H，恢复为报文的版本信息。

30.如权利要求25所述的方法，其特征在于，

所述第一ASR从映射服务器或在本地查询RID、UID与承载网络平面的编号的映射信息，得到第三终端设备的RID和承载网络平面的编号。

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