CN112953823B - 一种虚电路组网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种虚电路组网的方法，包括：将客户端与服务器之间TCP/IP栈的通信方式改造为虚电路通信方式；响应所述客户端与所述服务器的连接请求，按照预设的路由选择算法选择出一条路由；根据所选择的路由建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，同时，关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，以使网络层在所述客户端与所述服务器进行数据通信时根据所述地址映射关系进行地址转换。本发明通过利用虚电路来改造TCP/IP栈中的IP层，从而使得网络设计方案不再依赖全局的互联网地址，适应树型、移动等特性，进而有利于提高网络方案在物联网系统中的适用性。

Description

一种虚电路组网的方法
技术领域
本发明涉及网络技术领域，尤其是涉及一种虚电路组网的方法。
背景技术
TCP/IP协议簇是目前应用最广泛的协议，其可分为四层：数据链路层、网络层(IP)、传输层(TCP)、应用层。由于广泛地应用，在应用中暴露出各种问题，人们也发明了各种方法来弥补不足，当然也造成相关协议簇更庞大复杂，比如：
1、对于上网，随着因特网的发展，互联网的IP地址变得严得不足，人们发明了IP地址分类，并提出了IPv6，最后还发明了NAT；
2、对于移动接入，比如手机上网等，人们又发明了移动IP。
3、对于Mesh网路，同一局域网内网络节点承担路由器角色，人们开发了802.11s等协议。
这些弥补方案均是基于TCP/IP扩展的，为了保证兼容性，尤其是对应用层的兼容，基本上没有对TCP/IP层进行较大改造。而TCP/IP网络有两个特点，一是地址非常重要，二是主要适用于局域固网，因此这些扩展方案不仅复杂，也具有一定的局限性，比如物联网兴起，接入数量极其庞大，又有大量节点移动，因此现有各种方案的适用性较差，且在应用中存在诸多困难。
发明内容
本发明旨在提供一种虚电路组网的方法，以解决上述技术问题，从而简化现有的各种网络设计及实现，有利于提高网络方案在物联网系统中的适用性。
能够简化现有的方案设计，并提高扩展方案的适用性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种虚电路组网的方法，包括：
将客户端与服务器之间TCP/IP栈的通信方式改造为虚电路通信方式；
响应所述客户端与所述服务器的连接请求，按照预设的路由选择算法选择出一条路由；
根据所选择的路由建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，同时，关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，以使网络层在所述客户端与所述服务器进行数据通信时根据所述地址映射关系进行地址转换。
进一步地，所述地址映射关系包括第一地址与第二地址的映射关系，其中，所述第一地址包括IP地址和端口号，所述第二地址包括局域网地址和虚拟通道号。
进一步地，所述的虚电路组网的方法还包括：
当根据实时计算的路由信息判断所述客户端出现位置移动时，按照所述路由选择算法重新选择出另一条路由以重新建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，并重新关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，继而撤销原有的虚电路连接。
进一步地，若重新选择出的另一条路由中与原先选择出的一条路由存在相同节点，则仅对相同节点以外的路由器节点进行撤销连接并重新建立虚电路连接。
进一步地，所述的虚电路组网的方法还包括：
当判断第二客户端从所述服务器获取的多播数据与所述客户端从所述服务器获取的多播数据相一致时，则选择所述客户端与所述服务器虚电路连接中的相同路由器节点建立所述第二客户端与所述服务器的虚电路连接，并关联绑定本次虚电路连接的第二地址映射关系，其中，所述第二地址映射关系中的虚拟通道号与所述地址映射关系中的虚拟通道号相同。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种虚电路组网的方法，包括：将客户端与服务器之间TCP/IP栈的通信方式改造为虚电路通信方式；响应所述客户端与所述服务器的连接请求，按照预设的路由选择算法选择出一条路由；根据所选择的路由建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，同时，关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，以使网络层在所述客户端与所述服务器进行数据通信时根据所述地址映射关系进行地址转换。本发明通过利用虚电路来改造TCP/IP栈中的IP层，从而使得网络设计方案不再依赖全局的互联网地址，适应树型、移动等特性，进而有利于提高网络方案在物联网系统中的适用性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的虚电路组网的方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的虚电路组网的系统架构示意图；
图3是本发明一实施例提供的虚电路组网的另一系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明实施例提供了一种虚电路组网的方法，包括步骤：
S1、将客户端与服务器之间TCP/IP栈的通信方式改造为虚电路通信方式；
S2、响应所述客户端与所述服务器的连接请求，按照预设的路由选择算法选择出一条路由。作为一种举例，本发明实施例的路由选择算法为采用AODV路由算法。需要说明的是，所选择的一条路由中可以没有路由器，例如服务器与客户端在同一局域网的情况。
S3、根据所选择的路由建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，同时，关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，以使网络层在所述客户端与所述服务器进行数据通信时根据所述地址映射关系进行地址转换。
在本发明实施例中，进一步地，所述地址映射关系包括第一地址与第二地址的映射关系，其中，所述第一地址包括IP地址和端口号，所述第二地址包括局域网地址和虚拟通道号。在具体实施例中，第二地址中的局域网地址可大幅精简。
进一步地，所述的虚电路组网的方法还包括步骤：
S4、当根据实时计算的路由信息判断所述客户端出现位置移动时，按照所述路由选择算法重新选择出另一条路由以重新建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，并重新关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，继而撤销原有的虚电路连接。
在本发明实施例中，需要说明的是，若重新选择出的另一条路由中与原先选择出的一条路由存在相同节点，则仅对相同节点以外的路由器节点进行撤销连接并重新建立虚电路连接。
进一步地，所述的虚电路组网的方法还包括步骤：
S5、当判断第二客户端从所述服务器获取的多播数据与所述客户端从所述服务器获取的多播数据相一致时，则选择所述客户端与所述服务器虚电路连接中的相同路由器节点建立所述第二客户端与所述服务器的虚电路连接，并关联绑定本次虚电路连接的第二地址映射关系，其中，所述第二地址映射关系中的虚拟通道号与所述地址映射关系中的虚拟通道号相同。
需要说明的是，仅多播才可复用路由器及VC号。如是单播，仅可复用相同的路由器，但同路由器的VC号是不同的。
基于上述方案，为便于更好的理解本发明实施例提供的虚电路组网的方法，以下进行详细说明：
本发明的要点在于，以虚电路来改造TCP/IP栈，重点在于将网络层IP改造为虚电路VC。
如图2所示，客户端C要与服务器S通信，它们通过互联网路由器R1、R2等建立起虚电路。每个节点之间的有一个VC(虚拟通道)。比如C与R1之间VC值为1。需要说明的是，图2中RN代表互联网中的服务器，例如R1、R2……R9，连接线上的数字表示VC值，例如R2与RN之间的1、2、3、4，这里表示两个节点间可有多个VC。
与通常的虚电路不同，这里两节点之间可有多个VC，对服务端的同一端口，客户端每一连接请求可创建一个虚电路。这些虚电路可能有不同的路由器，或者通过相同路由器时有不同的VC。VC通常由近服务端的节点分配，如C与R1之间VC，由R1分配。具体方案内容如下：
A、连接建立：
C与S通信，C发起连接请求，建立临时的虚电路，也即建立连接，并建立起IP地址+端口与局域网地址+VC号的绑定关系。如图2所示，虚电路节点为C-R1-R2-S。连接建立也即路由选择，路由算法可采用现有算法，如AODV等。连接过程也可以整合DNS进行域名解析，并可携带少量应用数据，以提高实时性。甚至可据不同特性，如据音视频、大数据流等优化路由并分配带宽，当然这不是创新技术，但这些考量可优化更多应用场景。
B、收发过程：
在连接建立后，C-S之间就可收发数据了。C应用向运输层TCP发送数据，送入网络层VC后，网络层将IP地址+端口转换为局域网地址+VC号，通过虚电路送达S的网络层，S将局域网地址+VC号转换为IP地址+端口，送达TCP层并上传应用。这样对上层应用基本上透明的。但数据传输过程中的机制发生了很大变化。反向亦然。需要说明的是，地址的转换通过软件技术，在建立连接的过程建立地址绑定关系，即建立[IP地址+端口]与[局域网地址+VC号]的映射关系。
1、路由器不再需要长地址了，它的局域网地址长度可以据实际数量精简。MAC地址也可以省略了。这样可以减小包的大小，提升性能或节省成本。
2、每级路由做了类似NAT的转换，实际NAT不再需要了。如果用一个4字节的VC号替换两个2字节端口，在消耗不变情况下，本方案的互联网接入量比NAT高6万倍，显然这提升是惊人的。
C、节点移动：
采用本文方案时，当节点移动时，可实时计算路由。如拆消原来路由，建立新路由。技术上可在网络层无缝切换，对TCP层及应用则可完全透明。当然也可以优化，并不需要拆消原来整条虚电路，而是修改其中部分就可以了。比如图2中，节点C移动到了R1与R2之间，则拆消C与R1之间的VC1，拆消R1与R2的VC77同时并将C与R2连上VC77。这些技术也可以采用现有技术中“无缝漫游”实现。本文方案不再需要开发专有、复杂的Mesh技术，为庞大的移动物联网大开方便之门。
D、多播：
如今，互联网直播非常流行，如采用点对点传输，显然每个观看节点都要重复传送一次。采用本文方案时，如同一局域网的多个节点，观看直播时，可接收同一VC流。如图2，如果S是多播，A、B两节点建立连接时，获得与节点C一样的VC号。这样可大幅提升多播性能，节约流量。当然为了解决多播的实时、丢包等问题，需要作一些优化。需要说明的是，这里为采用现有技术中的优化方式，在此不再赘述。
请参见图3，在具体的下载实施例中，客户端C向服务器S请求下载一个文件，为了提升效率，C-S之间建立了三条虚电路，如图3。这三条虚电路对应S的同一TCP端口，但对应C的三个TCP端口。这三条虚电路可以通过不同的路由节点，也可以相同，但相同节点时有不同的VC号。本实例说明本方案可以优化传输线路及性能、负载分配及均衡。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
基于大量研究，本发明提供了一种以虚电路来改造TCP/IP栈中的IP层的方法。通过这种改造，在网络传输时地址不再重要了，不再依赖全局的互联网地址；网络本身就适应树型、移动等特性。这样不仅可简化现有的各种设计及实现，也为未来的物联网大开方便之门。本发明方案通过将TCP/IP栈的IP层替换虚电路，在兼容应用的同时，简化并优化了大量现有应用场景，为庞大的移动物联网大开方便之门。
需要说明的是，对于以上方法或流程实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种虚电路组网的方法，其特征在于，包括：
将客户端与服务器之间TCP/IP栈的通信方式改造为虚电路通信方式；
响应所述客户端与所述服务器的连接请求，按照预设的路由选择算法选择出一条路由；
根据所选择的路由建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，同时，关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，以使网络层在所述客户端与所述服务器进行数据通信时根据所述地址映射关系进行地址转换；
当根据实时计算的路由信息判断所述客户端出现位置移动时，按照所述路由选择算法重新选择出另一条路由以重新建立所述客户端与所述服务器的虚电路连接，并重新关联绑定本次虚电路连接的地址映射关系，继而撤销原有的虚电路连接。
2.根据权利要求1所述的虚电路组网的方法，其特征在于，所述地址映射关系包括第一地址与第二地址的映射关系，其中，所述第一地址包括IP地址和端口号，所述第二地址包括局域网地址和虚拟通道号。
3.根据权利要求1所述的虚电路组网的方法，其特征在于，若重新选择出的另一条路由中与原先选择出的一条路由存在相同节点，则仅对相同节点以外的路由器节点进行撤销连接并重新建立虚电路连接。
4.根据权利要求1所述的虚电路组网的方法，其特征在于，还包括：
当判断第二客户端从所述服务器获取的多播数据与所述客户端从所述服务器获取的多播数据相一致时，则选择所述客户端与所述服务器虚电路连接中的相同路由器节点建立所述第二客户端与所述服务器的虚电路连接，并关联绑定本次虚电路连接的第二地址映射关系，其中，所述第二地址映射关系中的虚拟通道号与所述地址映射关系中的虚拟通道号相同。
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