CN103024595B - 基于arp协议扩展的hfc双向网络寻址方法、服务端和终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络寻址方法，以解决在HFC双向网络中，IP通道和QAM通道并存时数据报文的寻址问题。该方法的基本原理为：当服务端需要向目标终端发送数据报文时，服务端发送广播ARP请求查找目标IP地址对应的终端MAC，对应的终端通过单播ARP反馈响应，并在响应消息中携带终端解调器的信息；服务端根据终端的状态和能力决策数据下发的通道，若选择通过QAM通道下发数据，则服务端通过单播向终端发送接受通道的信息，携带QAM通道标识，终端回复单播响应，并在对应的QAM通道接收数据。通过实施本发明，可减少HFC双向网络中通道信息的交互开销，提高系统效率。
Description
技术领域
本发明涉及有线电视网通信领域，特别涉及到一种HFC双向网络中IP数据的寻址方法。
背景技术
在通讯领域中，地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称为ARP)协议将网络层(网际协议IP层，也就是相当于OSI的第三层)地址解析为数据链路层(MAC层，也就是相当于OSI的第二层)的MAC地址。在以太网中、ATM、FDDIIP网络中都有广泛的应用。
目前，完成双向化改造的混合光纤同轴电缆网(Hybrid Fiber-Coaxial的缩写，简称HFC)网络中存在着双向通道和单向广播通道。采用CMTS+CM、EPON+EoC/LAN等HFC接入网方案提供基于IP的双向通道，结合IP数据封装和IPQAM技术，提供单向广播的QAM(正交幅度调制)通道。融合利用这两个通道可以扩展下行带宽，缓解高峰期双向交互信道拥塞的问题，又可以利用HFC接入网的广播特性开展形式多样的数据业务。
但是，在双向化的HFC网络中，QAM通道的信息必须通过应用层(IP层以上)协议通知终端，数据封装的代价大，交互成本高，而QAM的通道信息同MAC地址属性类似，均为二层的地址标识，可通过数据链路层的协议交互完成，因此需要一种扩展的ARP协议来满足双向HFC网络的寻址需求。
发明内容
本发明的目的在于，利用数据链路层的交互协议，完成QAM通道信息的交互，减少通讯开销，提高系统效率。
为此，本发明在第一方面提供一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址方法。其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；所述方法包括：服务端广播发送E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；接收来自目标终端的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息，以此确定目标终端；当服务端需要通过QAM通道向目标终端发送数据报文时，服务端通过IP双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。
优选地，所述方法包括根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。
优选地，所述方法包括，在向目标终端发送数据报文之前，服务端根据目标终端的状态和/或能力决策下发的通道。
优选地，所述方法包括，当决策下发的通道为IP通道时，服务端通过IP双向通道向目标终端发送数据报文。
优选地，所述方法包括目标终端通过IP双向通道回复单播E-ARP响应。
所述的ARP表项可以包括IP地址、物理层MAC地址、频点、节目号标识、调制方式中的一个或数个。
所述的QAM通道信息可以包括频点、节目号标识、调制方式中的一个或数个。
在第二方面，本发明包括一种基于ARP协议的HFC双向网络的服务端，其中HFC双向网络中还包括终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其中服务端包括广播发送E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；接收来自目标终端的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息，以此确定目标终端；当服务端需要向目标终端发送数据报文时，通过IP双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。
在第三方面，本发明包括一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址方法，其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：终端接收来自服务端的E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。
在第四方面，本发明提供一种基于ARP协议的HFC双向网络中的终端，其中HFC双向网络中还包括服务端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于所述终端包括：接收来自服务端的E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送E-ARP响应的模块，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；通过QAM单向通道接收来自服务端的数据报文的模块。
本发明的有益效果在于：1.服务端通过数据链路层协议与终端交互，协商QAM通道信息，减少了通讯开销，提高了系统效率；2.通过扩展ARP协议，采用广播和单播相结合的方式，继承了原ARP协议的安全机制，与IP网络上的数据传输具有同等程度的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例在改造的双向HFC网络上实施的系统结构示意图；
图2是基于ARP扩展协议的服务端和终端的交互流程图；
图3是本发明实施例的方法应用在广电VOD业务系统的交互示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细的说明，并以广电视频点播(VOD)业务系统为例，更详细的描述本发明的应用场景。
图1是本发明实施例的方法在改造的双向HFC网络上实施时的系统结构示意图。其中，服务端与终端之间的连接通道有IP双向通道和QAM单向通道两种，终端的上行数据包通过IP通道传输给服务端，服务端的下行数据包可选择通过IP双向通道或QAM单向通道传输给终端，也可同时通过两条通道传输给终端。
图2是本发明实施例的基于扩展ARP协议的服务端和终端的交互流程示意图。如图2所示，在步骤201，IP数据报文到达当服务端。
在步骤202，服务端可以检查本地的ARP缓存是否有该IP报文所携带的目标IP地址对应的ARP表项。若存在且ARP表项包含IP地址、物理层MAC地址、频点、节目号标识、调制方式，则直接转到步骤205执行。若ARP表项存在且仅包含IP地址、物理层MAC地址等IP通道信息，而不包含QAM信息(频点、节目号标识、调制方式)，可以选择转入步骤205。若ARP表项不包含QAM信息，但是根据情况需要通过QAM通道传输数据，则执行下一步骤203。本领域的技术人员可以理解，缓存检查的步骤不是必需的。
在步骤203，服务端通过IP双向通道以广播方式发送扩展地址解析协议E-ARP请求，查找该目标IP地址对应的终端。在一个例子中，可以采用扩展的ARP请求，该扩展的ARP请求包含字段表示终端回复此广播E-ARP报文中必须携带QAM信息。在另一个例子中，也可以修改ARP请求中携带的ARP协议类型，以此说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带调制解调器信息。还需要指出，所述的E-ARP广播请求既能通过IP通道发送，也可以通过QAM广播通道发送。
在步骤204，目标终端收到ARP请求，向服务端回复ARP响应，并且在响应消息中携带终端对应的MAC地址以及调制解调器信息。调制解调器信息包括调制解调器的个数，各个调制解调器是否可用等。当然，调制解调器信息也可以根据应用的情况做出调整。
需要说明，如果服务端知道目标终端的调制解调器信息，则步骤203和204也是可以省略的。
在步骤205，服务端根据终端的状态和能力以及调制解调器信息，决策数据下发的通道。终端的状态和能力可以根据ARP缓存的内容确定，也可以通过前述响应消息携带的信息确定。
在步骤206，若选择IP通道，则执行步骤209)，若选择QAM通道，则执行下一步。
在步骤207，服务端通过IP通道发送单播的E-ARP请求给目标终端，将QAM通道的信息通知终端，其中的QAM通道信息包含但不限于QAM通道数目、频点、节目号标识、调制方式中的一个或数个。用哪个频点由服务端决定。QAM通道信息还可以包括QAM通道数目。
在步骤208，终端接收到E-ARP请求后，向服务端返回单播的E-ARP响应。
在步骤209，服务端在商定的通道上发送数据，目标终端在对应的通道上接收数据。
图3是以广电VOD业务系统为例，阐述本发明的具体应用场景。这里不再阐述终端与VOD应用服务器的交互，直接从VOD视频流达到服务端开始对本发明的方法进行介绍，具体步骤如下：
在步骤301，用户请求的VOD视频流以IP数据报文的形式达到服务端。
在步骤302，服务端解析IP数据报文，得到目的IP地址为210.75.225.100，通过IP双向通道发送ARP广播请求，查找IP地址210.75.225.100对应的终端。
在步骤303，目标终端收到ARP请求，向服务端返回ARP单播响应，在响应消息中包含终端的MAC信息0A0B0C0D0E0F和终端的调制解调器(Tunnel)状态信息。
在步骤304，服务端收到ARP响应，根据终端的Tunnel状态，选择在QAM通道上发送数据，向终端发送单播E-ARP请求，将选定的QAM通道信息发送给终端，包含QAM通道数目、频点、节目号标识、调制方式等。
在步骤305，终端接收到E-ARP请求，同意服务端提出的数据传输方式，向服务端返回E-ARP响应。
在步骤306，服务端将VOD视频流发送到IPQAM，通过QAM通道发送给终端，终端在对应的QAM频点上接收数据，收看VOD节目。
本发明的另一个实施例中，提供基于ARP协议的HFC双向网络的服务端。其中HFC双向网络中还包括终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其中服务端包括广播发送E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息信息；接收来自目标终端的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息信息，以此确定目标终端；当服务端需要通过QAM通道向目标终端发送数据报文时，通过IP双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息
本发明的又一个实施例中，提供一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址方法，其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：终端接收来自服务端的E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息信息；向服务端发送E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。
本发明的再一个实施例中，提供一种基于ARP协议的HFC双向网络中的终端，其中HFC双向网络中还包括服务端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述终端包括：接收来自服务端的E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送E-ARP响应的模块，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；通过QAM单向通道接收来自服务端的数据报文的模块。
前文提到的实施例的具体细节可以参考结合图2-3的实施例的描述，这里不复赘述。
本领域技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，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 (8)
1.一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络的寻址方法，其中HFC中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通道包括网际协议IP双向通道和正交幅度调制QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：
服务端广播发送扩展地址解析协议E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，通知终端回复此广播E-ARP报文时，必须携带终端的调制解调器信息；
接收来自目标终端的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息，以此确定目标终端；
当服务端需要通过QAM通道向目标终端发送数据报文时，服务端通过IP双向通道向目标终端发送单播的扩展地址解析协议E-ARP请求，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；
其中，所述方法包括根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络的寻址方法，其特征在于，所述的E-ARP广播请求既能通过IP通道发送，也可以通过QAM广播通道发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络的寻址方法，其特征在于，所述方法包括，在向目标终端发送数据报文之前，服务端根据目标终端的调制解调器信息决策下发的通道。
4.根据权利要求3所述的一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络的寻址方法，其特征在于，所述方法包括，当决策下发的通道为IP通道时，服务端通过IP双向通道向目标终端发送数据报文。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络的寻址方法，其特征在于，所述方法包括目标终端通过IP双向通道回复单播E-ARP响应。
6.一种基于ARP协议的HFC双向网络的服务端，其中HFC双向网络中还包括终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其中服务端包括广播发送扩展地址解协议E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，通知终端回复此广播E-ARP报文时，必须携带终端的调制解调器信息；接收来自目标终端的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息，以此确定目标终端；当服务端需要通过QAM通道向目标终端发送数据报文时，通过IP双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。
7.一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址方法，其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：终端接收来自服务端的扩展地址解协议E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，通知终端回复此广播E-ARP报文时，必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；其中，所述方法包括根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。
8.一种基于ARP协议的HFC双向网络中的终端，其中HFC双向网络中还包括服务端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述终端包括：接收来自服务端的扩展地址解协议E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，通知终端回复此广播E-ARP报文时，必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送E-ARP响应的模块，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；通过QAM单向通道接收来自服务端的数据报文的模块；根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。
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