CN102215157A - 数据封包的传送方法与应用该方法的网络装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据封包的传送方法与应用该方法的网络装置。该网络装置至少包括中央处理单元与交换器芯片，且交换器芯片具有至少一广域网络接口与多个局域网络接口，本发明是将多播封包直接由广域网络接口传送至相对应的多个局域网络接口，其传送路径不须经由中央处理单元，可有效提升多播封包的传输速率。

Description

数据封包的传送方法与应用该方法的网络装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种在网络地址转换(Network AddressTranslation，简称NAT)工作模式下提升多播封包传输速率的数据封包的传送方法与应用该方法的网络装置。

背景技术

请参阅图1，其为现有网络通信系统的示意图，网络通信系统1是用以将广域网络(WAN)端11的数据流，经由一现有网络装置13而传送至局域网络(LAN)端12的多台计算机121；其中，网络装置13包括交换器芯片131与中央处理单元(CPU)132，且交换器芯片131的一侧设有一广域网络接口1311，其连接于广域网络端11，而交换器芯片131的另一侧设有多个局域网络接口1312，其连接于局域网络端12的多台计算机121。

其中，网络装置13可为一IP(Internet Protocol)分享器，因此网络装置13提供了网络地址转换(NAT)功能，使得广域网络端11的真实IP位置可分享至局域网络端12的多台计算机121，所以局域网络端12的多台计算机121将各自拥有一虚拟IP位置。为了使网络装置13可在网络地址转换(NAT)模式下工作，中央处理单元132必须设定交换器芯片131执行划分虚拟局域网络的工作，以令交换器芯片131被划分为第一虚拟局域网络(VLAN#1)端1313与第二虚拟局域网络(VLAN#2)端1314(其逻辑划分线如L1所示)，进而使广域网络接口1311与多个局域网络接口1312分别被设定属于第一虚拟局域网络端1313与第二虚拟局域网络端1314。

再则，互联网传输的数据单位，通常分为多播型(Multicast)封包与单播型(Unicast)封包等型态的封包；其中单播型封包是以一对一的方式传输，如广域网络端11的单播型封包即经由网络装置13后被传送至局域网络端12的特定计算机121；而多播型封包是以一对多的方式传输，如广域网络端11的多播型封包即经由网络装置13传送至局域网络端12的特定的多台计算机121。此外，数据封包的传输路径都通过中央处理单元132记录于一转发表1315中，数据封包再依据该转发表而被传输至目的地址。

需特别说明的是，在多媒体与网络蓬勃发展的现今，多媒体影音数据传送的流通量大且频繁，若在网络上进行影音广播行为，极容易占据整个网络的频宽而使其瘫痪，因此以多播型封包的传送技术针对特定的多台计算机传送多媒体影音文件等数据是最有效率的方法；另一方面，网络装置13为了将多播型封包由广域网络端11传送至局域网络端12，须执行互联网群组管理协议(IGMP)的探听(snooping)机制，互联网群组管理协议探听工作于互联网协议(IP，InternetProtocol)的第三层，用以探听广域网络端11与局域网络端12的多台计算机121之间传送的IGMP询问(query)封包、IGMP报告(report)封包以及IGMP离开(leave)封包而获知多播组成员关系，中央处理单元132则分析、计算与处理通过网络装置13的IGMP询问封包、报告封包以及离开封包的数据信息，而获得多播型封包的传输路径，并将其记录于转发表1315中。

因此，在上述网络地址转换工作模式的现有做法中，当数据封包通过网络装置13从广域网络端11被传送至局域网络端12时，无论是多播型封包或是单播型封包，其传输路径皆为从广域网络接口11进入第一虚拟局域网络端1313，又由第一虚拟局域网络端1313被传送至中央处理单元132(如图1所示的数据流方向D1)，再由中央处理单元132被传送至第二虚拟局域网络端1314(如图1所示的数据流方向D2)，最后从多个局域网络接口1312进入相对应的计算机121；相对地，无论是多播型封包或是单播型封包，当欲经过网络装置13而从局域网络端12被传送至广域网络端11时，则以上述路径的相反路径进行传送。

现有做法的缺点在于，受限于中央处理单元132具有一定的流量限制，在现有网络装置13中，不论何种类型的数据封包，因其传输路径都必须通过中央处理单元132，如此明显将造成中央处理单元132的流量负担，而增加数据封包的传输延迟；甚至因此造成中央处理单元来不及转发数据封包而将其丢弃。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够有效降低中央处理单元的流量负担、提升多播封包传输速率的数据封包的传送方法与应用该方法的网络装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种数据封包传送方法，其特征在于，其应用于具有网络地址转换功能的网络装置，该网络装置包括中央处理单元、具有至少一广域网络接口、多个局域网络接口、第一连接端口与第二连接端口的交换器芯片以及储存有数据封包的传送路径信息的转发表；其中，该中央处理单元以一逻辑划分的方式将该交换器芯片至少划分为第一虚拟局域网络端与第二虚拟局域网络端，以使该广域网络接口与该第一连接端口被设定属于该第一虚拟局域网络端的成员，且该第二连接端口被设定属于该第二虚拟局域网络端的成员，而该多个局域网络接口被设定同时属于该第一虚拟局域网络端与该第二虚拟局域网络端的成员；该数据封包传送方法包括下列步骤：

指定广域网络接口接收来自于一广域网络端的数据封包，该数据封包为单播封包、多播封包或广播封包；以及

判断所接收的该数据封包的型态并依据该转发表而传送该数据封包，若该数据封包为多播封包，则直接将该数据封包由该广域网络接口传送至相对应的该多个局域网络接口。

若所接收的该数据封包为单播封包，则先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再将该数据封包由该中央处理单元经由该第二连接端口传送至该多个局域网络接口的相对应接口。

若所接收的该数据封包为广播封包，则先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再由该中央处理单元直接向该广域网络端对该数据封包作响应。

若该数据封包为多播封包，则该多播封包的传送路径信息是利用互联网群组管理协议的探听机制而获得。

来自于该广域网络端且由该广域网络接口接收的该数据封包会被加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该第一连接端口或该多个局域网络接口。

来自于该中央处理单元且由该第一连接端口接收的该数据封包被加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该广域网络接口或该多个局域网络接口。

来自于该中央处理单元且由该第二连接端口接收的该数据封包被加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该多个局域网络接口。

来自于一局域网络端且由该多个局域网络接口接收的该数据封包被加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该第二连接端口。

该网络装置为IP分享器。

本发明还提供一种网络装置，用于将一数据封包由一广域网络端传送至一局域网络端，包括：

交换器芯片，其包括与该广域网络端连通的至少一广域网络接口、与该局域网络端连通的多个局域网络接口、第一连接端口以及第二连接端口；

转发表，用以储存该数据封包的传送路径信息；以及

中央处理单元，用以将该数据封包的传送路径信息记录于该转发表，并根据该网络装置提供的网络地址转换功能而以一逻辑划分的方式将该交换器芯片至少划分为第一虚拟局域网络端与第二虚拟局域网络端，以使该广域网络接口与该第一连接端口被设定属于该第一虚拟局域网络端的成员，该第二连接端口被设定属于该第二虚拟局域网络端的成员，而该多个局域网络接口被设定同时属于该第一虚拟局域网络端与该第二虚拟局域网络端的成员；

其中，该数据封包为单播封包、多播封包或广播封包，当位于该广域网络端的该数据封包为多播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置依据该转发表直接将该数据封包由该广域网络接口传送至相对应的该多个局域网络接口。

当位于该广域网络端的该数据封包为单播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再依据该转发表将该数据封包由该中央处理单元经由该第二连接端口传送至该多个局域网络接口的相对应接口。

当位于该广域网络端的该数据封包为广播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再由该中央处理单元直接向该广域网络端对该数据封包作响应。

该多播封包的传送路径信息是利用互联网群组管理协议的探听机制而获得。

来自于该广域网络端且由该广域网络接口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该第一连接端口或该多个局域网络接口。

来自于该中央处理单元且由该第一连接端口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该广域网络接口或该多个局域网络接口。

来自于该中央处理单元且由该第二连接端口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该多个局域网络接口。

来自于该局域网络端且由该多个局域网络接口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该第二连接端口。

网络装置为IP分享器。

本发明并非全部以传统的路径来传送广域网络端的数据封包，而是依据数据封包的类型参照转发表进行转发，特别是将多播封包直接由广域网络端传送到局域网络端的相对应的计算机，其路径不再经过中央处理单元，此将有效降低中央处理单元的流量负担；且令多播封包的传送速率不受限于中央处理单元的处理能力(约可达1Gbps以上)，从而得到有效提升，显然可为用户带来更大的网络效能。

附图说明

图1为现有网络通信系统的示意图。

图2为本发明较佳实施例的网络装置的示意图。

图3为本发明较佳实施例的广域网络接口、第一连接端口、第二连接端口以及多个局域网络接口的虚拟局域网络配置关系表。

图4为本发明较佳实施例的数据封包传送方法的方块流程图。

具体实施方式

请参阅图2，其为本发明较佳实施例的网络装置的示意图。其中，位于网络通信系统2中的网络装置23，其一端与广域网络(WAN)端21连接，另一端与局域网络(LAN)端22连接，且局域网络端22具有多台计算机221；如此，网络装置23用以将广域网络端21的数据封包传送至局域网络端22的多台计算机221。

再则，网络装置23包括交换器芯片231、转发表233以及中央处理单元232；其中，交换器芯片231具有一广域网络接口2311、多个局域网络接口2312、第一连接端口P1以及第二连接端口P2，广域网络接口2311连通于广域网络端21，多个局域网络接口2312连通于局域网络端22，而第一连接端口P1与第二连接端口P2则分别连通于中央处理单元232，此外，被传送的数据封包可为单播(Unicast)封包、多播(Multicast)封包或广播(Broadcast)封包，其传送的路径通过中央处理单元232记录于转发表233中，且无论是何种型态的数据封包都可由多个局域网络接口2312中的任一局域网络接口2312被传输至多个局域网络接口2312中的另一任一局域网络接口2312。

以本实施例而言，网络装置23为一IP(Internet Protocol)分享器，因此提供了网络地址转换(NAT)功能而使得网络装置23在广域网络端21的真实IP位置可由局域网络端22的多台计算机221共享，其共享的方式是将真实IP位置规划为多个虚拟IP位置，使每一局域网络端21的计算机221都具有一虚拟IP位置。

为了实现网络地址转换(NAT)功能，中央处理单元232以逻辑划分的方式设定交换器芯片231执行划分多个虚拟局域网络的工作，本较佳实施例中将交换器芯片231逻辑划分为第一虚拟局域网络(VLAN#1)端2313与第二虚拟局域网络(VLAN#2)端2314(其逻辑划分线如L2所示)，使得广域网络接口2311、第一连接端口P1、第二连接端口P2以及多个局域网络接口2312的配置关系如图3所示。

图3为广域网络接口2311、第一连接端口P1、第二连接端口P2以及多个局域网络接口2312的虚拟局域网络配置关系表。广域网络接口2311与第一连接端口P1被设定属于第一虚拟局域网络端2313的成员，第二连接端口P2被设定属于第二虚拟局域网络端2314的成员，而多个局域网络接口2312被设定同时属于第一与第二虚拟局域网络端2313、2314的成员。

再者，图3中的字段A中说明来自于广域网络端21且由广域网络接口2311接收的数据封包会被交换器芯片231加上一第一虚拟局域网络标签，而使数据封包可被传送至属于第一虚拟局域网络端2313的成员中的第一连接端口P1或多个局域网络接口2312。

字段B中说明来自于中央处理单元232且由第一连接端口P1接收的数据封包亦会被交换器芯片231加上一第一虚拟局域网络标签，而使数据封包可被传送至属于第一虚拟局域网络端2313的成员中的广域网络接口2311或多个局域网络接口2312。

字段C中说明来自于中央处理单元232且由第二连接端口P2接收的数据封包会被交换器芯片231加上一第二虚拟局域网络标签，而使数据封包可被传送至属于第二虚拟局域网络端2314的成员中的多个局域网络接口2312。

字段D中说明来自于局域网络端22且由多个局域网络接口2312接收的数据封包亦会被交换器芯片231加上一第二虚拟局域网络标签，而使数据封包可被传送至属于第二虚拟局域网络端2314的成员中的第二连接端口P2。

接下来依据上述的配置关系表而说明网络装置23如何将数据封包由广域网络端21传送至局域网络端22，请参阅图4，其为本发明较佳数据封包的传送方法的方块流程图。

步骤S1：由广域网络接口2311接收来自于广域网络端21的数据封包；

步骤S2：判断数据封包是否为多播封包，若数据封包为多播封包则进入步骤S3，若数据封包非为多播封包则进入步骤S4；

步骤S3，依据转发表233直接将多播封包由广域网络接口2311传送至相对应的多个局域网络接口2312(如图2所示的数据流方向D3)，而使多播封包被传送至局域网络端22；

步骤S4，判断数据封包是单播封包还是广播封包，依据转发表233将该数据封包经由第一连接端口P1传送至中央处理单元232(如图2所示的数据流方向D4)，若数据封包为单播封包，则将单播封包从中央处理单元232经由第二连接端口P2传送至多个局域网络接口2312的相对应接口(如图2所示的数据流方向D5)，而使单播封包被传送至局域网络端22，若数据封包为广播封包，则中央处理单元232直接向广域网络端21对广播封包作响应。

至于多播封包的传送路径，是利用互联网群组管理协议(IGMP)的探听(snooping)机制而获得，IGMP是一种通信协议，主要用于管理互联网协议中多播组的成员关系，广域网络端21的路由器(router)可利用IGMP来判断与其相连的网段中是否存在多播组的成员，以本较佳实施例而言即得知局域网络端22的多台计算机221中是否有希望加入或离开多播组的计算机，再将多播封包传送至加入多播组的计算机。

其中，探听机制为广域网络端21的路由器通过网络装置23将IGMP询问(query)封包发送到局域网络端22的多台计算机221中，欲加入多播组的计算机再发送IGMP报告(report)封包，使其通过网络装置23传送至广域网络端21的路由器而加入多播组，当然，局域网络端22的计算机221亦可主动发送IGMP报告(report)封包给广域网络端21的路由器而成为多播组的成员。特别说明的是，中央处理单元232通过通过它的IGMP询问封包以及IGMP报告封包而获得多播封包的传送路径，并将其记录于转发表233中。除此之外，多播封包并不限定仅符合IGMP的通信协议，任何利用较低阶层的信息来获得多播封包的传送路径亦属于本发明的应用范畴。

综合以上的说明，广域网络端21的数据封包于本发明中并非全部以传统的路径传送，而是依据转发表233将多播封包直接由广域网络端21传送到局域网络端22的相对应的计算机221，其路径不再经过中央处理单元232，此将有效降低中央处理单元232的流量负担。

以可带来的效果而言，若依照传统路径传送数据封包，其多播封包的传送速率会受限于中央处理单元232的处理能力(仅约为70Mbps)，但若依照本发明的方法，多播封包的传送速率则不会受限于中央处理单元232的处理能力(约可达1Gbps以上)，因此显然可为用户带来更大的网络效能；举例来说，若用户通过本发明的网络装置23来观看网络电视，将会更加流畅、平顺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种数据封包传送方法，其特征在于，其应用于具有网络地址转换功能的网络装置，该网络装置包括中央处理单元、具有至少一广域网络接口、多个局域网络接口、第一连接端口与第二连接端口的交换器芯片以及储存有数据封包的传送路径信息的转发表；其中，该中央处理单元以一逻辑划分的方式将该交换器芯片至少划分为第一虚拟局域网络端与第二虚拟局域网络端，以使该广域网络接口与该第一连接端口被设定属于该第一虚拟局域网络端的成员，且该第二连接端口被设定属于该第二虚拟局域网络端的成员，而该多个局域网络接口被设定同时属于该第一虚拟局域网络端与该第二虚拟局域网络端的成员；该数据封包传送方法包括下列步骤：

指定广域网络接口接收来自于一广域网络端的数据封包，该数据封包为单播封包、多播封包或广播封包；以及

判断所接收的该数据封包的型态并依据该转发表而传送该数据封包，若该数据封包为多播封包，则直接将该数据封包由该广域网络接口传送至相对应的该多个局域网络接口。

2.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：若所接收的该数据封包为单播封包，则先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再将该数据封包由该中央处理单元经由该第二连接端口传送至该多个局域网络接口的相对应接口。

3.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：若所接收的该数据封包为广播封包，则先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再由该中央处理单元直接向该广域网络端对该数据封包作响应。

4.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：若该数据封包为多播封包，则该多播封包的传送路径信息是利用互联网群组管理协议的探听机制而获得。

5.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：来自于该广域网络端且由该广域网络接口接收的该数据封包会被加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该第一连接端口或该多个局域网络接口。

6.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：来自于该中央处理单元且由该第一连接端口接收的该数据封包被加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该广域网络接口或该多个局域网络接口。

7.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：来自于该中央处理单元且由该第二连接端口接收的该数据封包被加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该多个局域网络接口。

8.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：来自于一局域网络端且由该多个局域网络接口接收的该数据封包被加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该第二连接端口。

9.如权利要求1所述的数据封包传送方法，其特征在于：该网络装置为IP分享器。

10.一种网络装置，用于将一数据封包由一广域网络端传送至一局域网络端，其特征在于，包括：

交换器芯片，其包括与该广域网络端连通的至少一广域网络接口、与该局域网络端连通的多个局域网络接口、第一连接端口以及第二连接端口；

转发表，用以储存该数据封包的传送路径信息；以及

中央处理单元，用以将该数据封包的传送路径信息记录于该转发表，并根据该网络装置提供的网络地址转换功能而以一逻辑划分的方式将该交换器芯片至少划分为第一虚拟局域网络端与第二虚拟局域网络端，以使该广域网络接口与该第一连接端口被设定属于该第一虚拟局域网络端的成员，该第二连接端口被设定属于该第二虚拟局域网络端的成员，而该多个局域网络接口被设定同时属于该第一虚拟局域网络端与该第二虚拟局域网络端的成员；

其中，该数据封包为单播封包、多播封包或广播封包，当位于该广域网络端的该数据封包为多播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置依据该转发表直接将该数据封包由该广域网络接口传送至相对应的该多个局域网络接口。

11.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：当位于该广域网络端的该数据封包为单播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再依据该转发表将该数据封包由该中央处理单元经由该第二连接端口传送至该多个局域网络接口的相对应接口。

12.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：当位于该广域网络端的该数据封包为广播封包且由该广域网络接口进入该网络装置时，该网络装置先将该数据封包由该广域网络接口经由该第一连接端口传送至该中央处理单元，再由该中央处理单元直接向该广域网络端对该数据封包作响应。

13.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：该多播封包的传送路径信息是利用互联网群组管理协议的探听机制而获得。

14.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：来自于该广域网络端且由该广域网络接口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该第一连接端口或该多个局域网络接口。

15.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：来自于该中央处理单元且由该第一连接端口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第一虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第一虚拟局域网络端的成员中的该广域网络接口或该多个局域网络接口。

16.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：来自于该中央处理单元且由该第二连接端口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该多个局域网络接口。

17.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：来自于该局域网络端且由该多个局域网络接口接收的该数据封包会被该交换器芯片加上第二虚拟局域网络标签，而使该数据封包可被传送至属于该第二虚拟局域网络端的成员中的该第二连接端口。

18.如权利要求10所述的网络装置，其特征在于：为IP分享器。

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