CN1223510A - 数据包的传输方法和适合于实现此方法的网络单元 - Google Patents

数据包的传输方法和适合于实现此方法的网络单元 Download PDF

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Abstract

本发明给出一种通过同步数字通信传输网在广域数据网中传输数据包的方法,其中数据包被包装到同步传送模块中,并且经过由相同大小的同步传送模块子单元构成的虚拟接续传送。虚拟接续被登记到一张地址表中并且在同步数字通信传输网的一个网络单元中求出数据包的目标地址。至少对部分数据包由同步数字通信传输网的至少一个网络单元借助于地址表和目标地址作出一个判决;该数据包应经虚拟接续中的哪一个传送。

Description

数据包的传输方法和适合于实现此 方法的网络单元
本发明涉及在同步数字通信传输网中传输数据包的方法和用于一个同步数字通信传输系统的一种网络单元。
宽广区域的数据网，即所谓的广域网WAN用作传输媒体来连接多个局域的数据网，即所谓的局域网LAN。G.Parr等的文章(“用于SDH复用器中的ATM信元处理的改进协议”，Connexions vol.10,no.11,1996年11月，第14-24页)中写道：数据包首先被送到一个互通单元，它具有一个用于其局域节点的路由表。那些地址没有被包含在路由表中的输出数据包被ATM存取单元转换成ATM信元并被ATM转接器送到ATM广域网的虚拟路径中合适的虚拟信道内。从那里这些ATM信元到达一个同步复用器，此复用器按照SDH或SONET推荐标准或ITU和ANSI的标准工作，并且这些ATM信元被打包成虚拟集装箱和同步传送模块进行传输。为了不必在每一个SDH节点重新解包取出所有数据包，在虚拟集装箱的路径开销中写进一些信息字节，它们指出此虚拟集装箱在下一个SDH节点是否重新解包。这种方法的缺点是此ATM网络需要一系列昂贵的设备，而且传输时间相对较长。
目前数据包大多数是按IP协议组建的并且具有一个发送和一个目标IP地址。在Ipsilon网络公司的一篇文章(“IP交换技术：智能路由选择，交换的实现”，Ipsilon公司IP交换技术白皮书，1996年2月，可在互连网中调出，网址http:∥www.ipsilon.com/productinfo/wp-ipswitch.html)中建议了一种设备(IP-转换器)，它将一个IP路由器和一个ATM转换器的功能组合在一起。它能识别更长的具有相同发送和目标地址的数据包序列，即所谓的数据流，并能完成合适的设备间连接。这样，数据包的通过率被IP转换器提高了，并且缩短了平均接通时间。具有这样的IP转换器的传输系统的成本相对较高。
在RFC 1619(W.Simpson,Request for Comments 1619,InternetEngineering Task Force,Network Working Group,1994年5月)中建议点对点的连接，数据包借助一个称为同步有效载荷包层(SPE)的帧结构直接打包成SDH中的同步传送模块(STM-N)或SONET中的同步传送信号(STS-N)。然而此方法有以下缺点：必须在同步通信网的每一个网络节点对所有传送模块解包，这加重了网络节点的工作并可能引起堵塞，另一方面也增大了传输时间。
本发明的目的在于给出一种传输数据包的方法，这种方法能廉价实现并有较短的传送时间。本发明的目的还在于给出一种同步数字传输系统的网络单元，它适用于这种方法。
本发明关于方法的任务由权利要求1所述特征完成，关于网络单元的任务由权利要求13所述特征完成。优良的设计方案给出在从属权利要求中。
本发明的一个优点是它允许广域数据网具有分级结构。
下面借助于图1-13说明本发明的实施例。图中：
图1表示经一个同步数字通信传输网连接起来的两个局域数字网(LAN)，
图2表示按现有技术单个数据包的传输路径，
图3表示按本发明单个数据包的传输路径，
图4表示转接点处具有复用器的同步数字传输系统，
图5表示一个按本发明方法工作的复用器，
图6表示一个按本发明方法工作的交叉连接，
图7表示一个具有按本发明工作的压缩器的同步数字传输系统，
图8表示一个用于同步数字通信传输网的网络单元，
图9表示一个按本发明的交叉连接，
图10表示一个在虚拟集装箱中打包的数据包的结构概貌，
图11表示采用按本发明的传输系统的广域网(WAN)的分级结构，以及
图12表示此分级结构的广域网(WAN)的控制。
本发明的基本思路在于，在同步数字通信系统中利用同步传送模块的子单元建立起固定的虚拟，即逻辑的接续。这样的子单元在SDH系统中被称为虚拟集装箱(VC)，而在SONET系统中则称为虚拟支流(VT)。另一个基本想法在于，经同步数字通信传输网传输的数据包直接打包为同步传送模块的子单元，即不经过如ATM这样的协议转换，这样被打包的子单元能从数据源传送到数据收点而没有中间的解包和重新打包。此外数据包还可打包成其它协议，如HDLC协议的帧结构。第三个基本想法是，在打包数据包进入虚拟集装箱的网络单元中分析数据包的目标地址并判决经过怎样的虚拟接续传送此数据包。需要时虚拟接续的容量可动态适配于工作负荷。
虚拟接续即两个网络单元之间的逻辑连接。通过两个网络单元周期地交换同步传送模块的子单元，即所谓的虚拟集装箱，并且将此子单元原封不变地传送到另一个中间网络单元，形成了这种逻辑连接。虚拟接续由同步数字通信传输网的一个中央网络管理系统来安排，并且具有一个固定的、由虚拟集装箱的类型决定的传输容量，即此容量由所要实现的虚拟接续确定。可能的虚拟接续在使用VC-12集装箱时有2MBit/s的传输容量，在使用VC-2集装箱时有6MBit/s传输容量，在使用VC-3集装箱时有48MBit/s传输容量，在使用VC-4集装箱时有149MBit/s传输容量。
图1示出一个数字同步通信传输网SDH。第一个局域数据网LAN1通过第一个路由器RTR1与同步通信传输网SDH的第一个网络单元NE1连接。另一个局域数据网LANn通过另一个路由器RTRn与同步通信传输网SDH的另一个网络单元NEn连接。如果在第一个局域数据网LAN1中发送出一个数据包，它规定为另一个数据网LANn所接收，则第一个路由器RTR1将数据包传送到第一个网络单元NE1。在第一个网络单元NE1中数据包作为有用负荷被打包到一个同步传送模块中，并且通过同步通信传输网SDH传送到另一个网络单元NEn。在那里数据包重被解包取出并经另一个路由器RTRn送到另一个局域数据网LANn。
在第一个网络单元NE1和另一个网络单元NEn之间可能还连接有其它网络单元。它们被示于图2和图3中。在所示出的网络单元NE1-NEn中的每一个连接着一个路由器RTR1-RTRn，它们连接一个图中未示出的局域数据网到同步通信传输网。
图2示出按照前面提到的W.Simpson(Request for Comments1619,Internet Engineering Task Force,Network Working Group,1994年5月)的建议工作的同步传输系统。它包含n个网络单元NE1-NEn，它们连接成一个链。每一个网络单元有一个接口，在此接口上连接一个IP路由器RTR1-RTRn，路由器连接一个图中未示出的局域数据网到同步通信传输网。一个数据包由第一个路由器RTR1至第n个路由器RTRn的路经用箭头示出。在第一个网络单元NE1中数据包被打包进入虚拟集装箱并被送到第二个网络单元NE2。在NE2中数据包被解包取出并送到第二个路由器RTR2，它检查目标地址，判断出此数据包不是规定给它所连接的局域数据网的，而是必须继续传送的，并且它将数据包再送到第二个网络单元NE2，以供继续传送。上述过程在后续网络单元中重复，直至数据包抵达第n个路由器。
在上述方法中在每一个网络单元中在同步传送模块的有用负荷中传输的数据包被解包取出并传递给与之连接的路由器，路由器对每个数据包检查它是否规定传送给此路由器的局域数据网的并将其它的返送到它所连接的网络单元以供继续传送。按照这样的方法工作的通信网需要长的传输时间，而且无论是网络单元还是IP路由器均被加重了负荷。
图3示出的同步通信传输系统按照本发明的方法工作：如箭头所示，一个数据包从第一个路由器RTR1传送到第n个路由器所连接的局域数据网。在第一个网络单元中求出数据包的目标地址。网络单元由一个存贮于第一个网络单元NE1中的地址表得知此数据包必须被传送到第n个网络单元NEn，且借助于目标地址和地址表判断出此数据包被打包到一个规定传给第n个网络单元的同步传送模块的虚拟集装箱中。该虚拟集装箱通过中间连接的n-2个网络单元NE2-NE(n-1)时不解包取出数据包。在第一个网络单元NE1和第n个网络单元NEn之间存在一个虚拟接续，它是在地址表中建立的。虚拟集装箱经过此虚拟接续传递。
一个这样的虚拟的逻辑接续由一个中央网络管理系统建立。同时它有以下的好处：如果按预先规定的时间间隔，例如每小时，重新建立同步数字通信传输网中的虚拟接续，可使网络与实时的利用率相匹配。在一个这样的重新配置中，也可以接通点对多点的接续(所谓的多目标接续)，如果这样可得到更好的数据传输的话。
对于确定的目标地址或目标地址组，地址表有一个登记项，它说明相关数据包应通过什么存在的虚拟接续来传送以及所有其余的具有未登记的目标地址的数据包应传送到哪里去。有好处的是，此地址表由中央管理系统对每个网络单元建立和分发。另一个可能性是网络单元通过以下方式自行产生地址表：网络单元记录下已出现的数据包的目标地址和发送地址并由此得出关于一个至今未出现的目标地址经过什么虚拟接续可抵达的信息。这里下述方法是有好处的：多个网络单元通过例如一个业务信道以预定的时间间隔校准它们的地址表，从而避免网中的弯路和环路。
网络单元NE1和NEn可以是例如复用器或解复用器。这被作为第一个实施例示于图4和图5中。其中图4示出一个按本发明方法工作的SDH系统。第一个复用器MUX1有4个输入，其中两个连接路由器RTR41,RTR42及相应的局域数据网。路由器RTR41,RTR42传送从与它相连接的局域数据网来的数据包到第一个复用器MUX1，这些数据包具有在相应局域数据网中不能抵达的地址。准同步数字系列(按照国际电报电话咨询委员会/国际电信联盟电信标准化部门CCITT/ITU-T的推荐)的E1和E3接口用作路由器RTR41、RTR42的接口。
在同步数字通信传输网SDH中复用器已知去网络中另一个网络单元的虚拟接续。它求出输入数据包的目标地址并借助于这个目标地址和存贮的地址表决定，数据包应经过什么虚拟接续传送。相应于此决定，复用器对此数据包打包进入一个与找出的接续相对应的虚拟集装箱，例如VC-4,VC-3,VC-2或VC-12。虚拟集装箱在同步数字通信传输网SDH中通过虚拟接续传送到一个接收网络单元，在第一个实施例中传送到第二个复用器MUX2。它从接收到的传送模块所包含的虚拟集装箱中解包取出数据包，求出目标地址并借助于地址表决定经过它的哪一个输出口将此数据包传递到一个与它相连的路由器RTR43,RTR44。
在第一个实施例中数据包是按照广泛应用的互连网协议IP组织的。因此路由器RTR41-RTR44称作IP路由器，总的广域网称为IP网。也可以采用其它协议，例如Novell公司的IPX协议。
图5示出第一个实施例中一个数据包DAT的详细传输路径。从复用器MUX的输入口IN输入的数据包DAT有一个地址段，它包含目标网络地址NAD和源地址HAD。在图示例中目标网络地址为“xyz”。复用器通过将目标网络地址NAD与地址表TAB中存贮的地址相比较求出目标地址。复用器MUX已知三个虚拟的，逻辑接续LV1,LV2,LV3。由地址表TAB复用器获知此数据包应经第一个逻辑接续LV1送往柏林，并将此数据包打包进入以柏林为目的地的一个相应虚拟集装箱中。此地址表模仿以前路由器的术语，也称为路由表。
第二个实施例示于图6中。它示出一个按照本发明的方法工作的同步数字通信传输网的交叉连接CC。它在其输入口接收同步传送模块，其中的一个部分数据包被打包，另外的一部分可用于例如电话或另外的业务。在交叉连接CC中传送模块的有用负荷中的数据包被解包取出并求出数据包的目标地址。交叉连接借助于存贮的地址表TAB和目标地址决定，经过什么可供使用的虚拟接续LV1一LV4传送该数据包并将其打包进入相应的虚拟集装箱。在此例中目标网络地址NAD还是“xyz”，它对应于目的地柏林。因此数据包DAT被打包进入去柏林的虚拟集装箱VC-2中。
在图7示出的第三个实施例中在一个局域数据网和同步数字通信传输网SDH间的转接点处的网络单元是一个压缩器COMP1。它有一个符合国际电信联盟对SDH推荐的、对局域数据网的路由器RTR71的接口。通过此接口，压缩器接收被打包在一个虚拟集装箱VC-4中的数据包。在压缩器中数据包从虚拟集装箱中解包取出并求出数据包的目标地址。那些用来填充有时出现的两个传输数据包之间的空隙的填充位或填充包被丢去。在这种情况下同样借助于地址表作出决定，此数据包被重新打包进入一系列输出虚拟集装箱中的哪一个以及这样经过一系列存在的虚拟接续中的哪一个传输此数据包。输出虚拟集装箱具有比输入虚拟集装箱小一些的有用负荷，至少是当输入虚拟集装箱没有装满时。这样网络负荷被压缩到实际的出现数据。输入端出现的数据短期超出输出集装箱容量的起伏可通过利用中间存贮器缓存。在输出虚拟接续长时间过荷时其容量可由中央网络管理系统提高。
从第一个压缩器COMP1出发的一条虚拟路径结束于第二个压缩器COMP2，它解包所接收的数据包并与从另外的虚拟接续来的数据包一起打包进入一个更大的虚拟集装箱，它被传送到第二个连接的IP路由器RTR72。
一个按照本发明的网络单元NE示于图8所示的第四个实施例中。它具有一个与输入口IN连接的选择装置SEL，它根据地址监测器作出的决定将数据包送往一系列虚拟接续LV1-LV5中的一个。网络单元的输入口IN处的接口可以是一个准同步数字系列(PDH)接口，也可以是一个同步数字系列(SDH)接口，也可以是一个其它的局域网路由器流行的接口。输入数据包的目标地址由地址监测器求出，监测器还读取存贮在一个存贮器MEM中的地址表并借助于接收到的数据包的目标地址和此地址表作出决定，数据包应经过哪一个可供使用的虚拟接续传送。网络单元NE具有一个打包装置PAK，它根据所选定的虚拟接续将数据包打包进入一个周期地经此接续传输的虚拟集装箱中。网络单元NE的输出信号STM-N是SDH的一个同步传输模块，例如具有规定的大小STM-1。多个虚拟集装箱可以有不同的大小，相应不同容量的多个虚拟接续可通过网络单元NE的一个输出口。
图9示出为SDH系统设计的用于传送按照互连网协议组织的数据包的一个交叉连接的功能结构。它具有符合准同步数字系列(PDH)的输入/输出接口和符合同步数字系列(SDH)的输入/输出接口以及对于这两个传输系统的数据信号的处理装置IOPDH,IOSDH。此外交叉连接还具有一个IP矩阵，它求出输入数据包的目标地址并连接它到相应的虚拟接续上。因而交叉连接可以被看作具有集成的IP路由器功能的SDH网络单元。
图10示出一个按照本发明包装在一个虚拟集装箱VC中的数据包的示意结构。在虚拟集装箱的有用负荷区被传输的数据包DAT被包装。在没有数据包出现时，有用负荷区用规定的填充图样，例如用零，填充。按照互连网协议，数据包DAT在起始和结束处有一个预先规定的比特图样作为起始标志和结束标志，数据包还有一个开销区OH。在开销区中含有一个发送地址和一个目标地址，其中目标地址ZAD由网络地址NAD和主机地址HAD组成。
在7层的开放系统互连体系结构模型(OSI-模型)中数据包对应第3层(网络层)，同步传送模块属于第1层(物理层)。此外，数据包可按照例如常用的高速数据链路控制(HDLC)协议包装到第2层(数据链路层)帧中。这样，例如像图10所示那样，可使用HDLC协议的开销区和作为起始标志和结束标志的帧结构。
突出的优点是：如果使用本发明的方法，尤其是使用交叉连接，只需求出网络地址。这样就实现了自动组群；有相同目标区域的输入数据包组成一群。只是到了目标区域内，例如一个城市或一个子网，才需求出主机地址，它给出详细地址。这样可以实现广域网的分级结构。
使用本发明的网络单元实现的分级结构的一个实施例示于图11中。广域网WAN由4个层面E1-E4组成。第一个层面E1由具有路由器和局域网转接器的多个常规局域数据网组成。各个局域数据网与第二层面E2的网络单元相连接。第二层面的网络单元是复用器，汇集器和/或压缩器，这些网络单元构成局域数据网与分级结构中同步数字通信传输网之间的转接点。
对连接到自己的网络单元的局域数据网寻址的数据包直接返回到第一层面E1的相应目标网络。所有其它的数据包组群包装到相应的虚拟集装箱中，继续传送到第三层面的网络单元。在那里对数据包群或者也对每个数据包求出完整的目标地址。第三层面E3由具有组网网络单元的区域性子网组成，这些网络单元的功能对于SDH系统称为IP转接器。在区域性子网中不能递送的数据包继续传送到第四层面E4。第四层面E4构成主干网，它将第三层面E3的区域性子网连接起来。第四层面的网络单元是交叉连接，它仅求出部分目标地址，即被传送数据包的网络地址。
由此分级结构可以看出本发明的一个要点在于，在第四个层面E4上为了建立永久性的虚拟接续只需应用网络地址，并且来自第三个层面E3，由完整的目标地址确定的数据包束通过第四个层面E4的永久性的虚拟接续透明地传输。永久性的虚拟接续可比作一个所谓的管道，数据包束以恒定比特率通过它在同步数字通信传输网中传输。
这种结构的优点是：数据包在第四个层面上的通过时间非常短，因为它们不进行中间存贮，而只是被传输。
用于分层结构的广域网的一个网络管理系统的结构例示于图12。此网络管理系统由三个子系统构成。第一个子系统TMN-LAN用于管理和控制局域数据网及其路由器和局域网转接器。第二个子系统TMN-IP管理和控制本发明的网络单元的路由功能，即用于求出目标地址和作出决定。它还负责地址表的建立和调整，它还统计数据包当前和过去出现的情况，用以确定对虚拟接续和传输容量的需求。第三个子系统TMN-SDH完成对SDH网络单元的常规管理和控制，包括在同步数字通信传输网中建立和更改永久性虚拟接续以及对网中告警和错误警报的监视。
第一个子系统TMN-LAN和第二个子系统TMN-IP是互相连接的，以便进行数据交换，例如为了建立地址表。第二个子系统TMN-IP和第三个子系统TMN-SDH相互连接，以交换用于建立新的虚拟接续或改变已有虚拟接续的容量的数据。例如，第二个子系统能确定在某一确定的时间或一周中确定的某一天在某一确定的接续上有较多的数据出现，因而它通知第三个子系统TMN-SDH在相应时刻提高该虚拟接续的容量。第二个子系统TMN-IP也可从网络单元接收消息：一个虚拟接续出现瞬间过荷，从而要求第三个子系统TMN-SDH提高虚拟接续的容量。因此第三个子系统TMN-SDH担负着使同步数字通信网的基础结构动态地适应负荷需求的任务，而第二个子系统TMN-IP则担负着监测数据出现的长期和瞬间特性的任务。
网络管理系统还完成其它一些功能，例如网络中的均匀的动态负荷分配，基于目标地址的滤除功能，数据流控制和诸如通过接通多余的接续实现的安全保护功能。
所说明的实施例涉及到SDH系统，然而本发明同样可用于SONET系统和其它的同步数字通信传输系统。
一个更具优点的实施形式是在本发明的网络单元中附带进行对所谓数据流的识别。数据流是具有相同目标地址和发送地址的数据包序列，并且是通过两个终端之间的扩展IP协议产生的。一个数据流能作为一个整体处理和传送，即属于它的所有数据包无需分开成单独的就可在网中传送。这样通过网络的数据通过率提高了，而且降低了各个网络单元的负荷。其中数据流的识别按通常的方法实现。

Claims (16)

1．经过同步数字通信传输网(SDH)传输数据包(DAT)的方法，其中数据包(DAT)包装到同步传送模块(STM-N)中，其特征在于，
-采用同样大小的同步传送模块(STM-N)的子单元(VC)，来建立同步数字通信传输网(SDH)的网络单元(NE1-NEn,MUX1,MUX2,CC1,CC2)间的逻辑的虚拟接续，
-虚拟接续(LV1-LV4)被登记到一地址表(TAB)中，
-在同步数字通信传输网的至少部分网络单元(NE1-NEn,MUX1,MUX2,CC1,CC2)中求出数据包(DAT)的目标地址(ZAD)，以及
-至少对部分数据包(DAT)由同步数字通信传输网的至少一个网络单元借助于地址表(TAB)和目标地址(ZAD)作出一个判决：该数据包应经虚拟接续(LV1-LV4)中的哪一个传送。
2．如权利要求1所述的方法，其中数据包(DAT)来自一个局域数据网(LAN)。
3．如权利要求1所述的方法，其中数据包(DAT)按照互连网协议被构造。
4．如权利要求1所述的方法，其中目标地址(ZAD)由一个网络地址(NAD)和一个主机地址(HAD)组成并且在网络单元中只求出网络地址(NAD)。
5．如权利要求1所述的方法，其中一地址表(TAB)被存贮于每一个网络单元内，该地址表由中央网络管理系统(TMN-IP)生成。
6．如权利要求1所述的方法，其中一个网络单元的地址表(TAB)通过记录输入和输出数据包(DAT)的目标地址(ZAD)和发送地址自动生成。
7．如权利要求6所述的方法，其中多个网络单元均衡它们的地址表(TAB)。
8．如权利要求7所述的方法，其中地址表(TAB)的均衡经业务信道实现。
9．如权利要求1所述的方法，其中按预定的时间间隔，根据中央网络管理系统(TMN-IP,TMN-SDH)的利用重新调整虚拟接续(LV1-LV4)。
10．如权利要求1所述的方法，其中，当所传输的具有相同目标地址或一组邻近的目标地址的数据包的数量超过门限值时，在一个网络单元的建议下建立一个新的固定的逻辑接续。
11．如权利要求1所述的方法，其中具有相同的发送地址和目标地址的数字包序列被识别并作相同的处理。
12．如权利要求1所述的方法，其中由进入同步数字通信传输网的转接点处的网络单元作出判决，一个数据包应经虚拟接续中的哪一个传送。
13．用于同步数字通信传输系统的网络单元(NE)，其特征在于，
-一个接口(IN)，经过它网络单元接收具有一个目标地址的数据包，
-一个存贮器(MEM)，在其中存贮着一张具有关于同步数字通信传输网(SDH)的网络单元间逻辑的虚拟接续的登记项的地址表(TAB)，
-用于求出数据包的目标地址的装置(IPADR)，
-用于借助目标地址和地址表作出下述判决的装置(SEL)：一个数据包应经虚拟接续中的哪一个传送。
14．如权利要求13所述的网络单元，它是一个复用器(MUX；MUX1,MUX2)或汇集器。
15．如权利要求13所述的网络单元，它是一个交叉连接器(CC；CC1,CC2)，并且用于求出目标地址的装置被规定只求出目标地址中的网络地址。
16．如权利要求13所述的网络单元，它是一个压缩器(COMP1,COMP2)，并且当输入的子单元没有被装满时，才将输入同步传送模块的子单元改装成输出同步传送模块的两个较小的子单元。
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