CN1578252A - 用于桥接以太网住宅接入网络的体系结构 - Google Patents

用于桥接以太网住宅接入网络的体系结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在基于以太网的接入网络中转发以太网分组的方法。它包括的在作为所述接入网络的部分的网络接入节点处接收以太网分组的步骤，还包括在网络接入节点将包含在以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址的步骤。第一或者第二以太网MAC地址包括用户或者用户线路标识。随后，实现继续进行通信协议的步骤。

Description

用于桥接以太网住宅接入网络的体系结构
技术领域
本发明涉及基于以太网的接入网络，其中通过任选的远程单元和集合节点，以及通过以太网交换机，将住宅用户耦合到边缘节点。
背景技术
基于以太网的接入网络中的网络接入节点，即远程单元和集合节点，将住宅用户连接到网络接入提供商(NAP)的网络。远程单元是从用户到NAP的第一关，例如VDSL终接器。由于远程单元仅仅连接几个用户，它需要非常经济合算。集合节点集合多个远程单元，并且具有较多的功能，因为它们的成本是在较多的用户中分摊的。网络边缘节点将NAP的2层以太网网络连接到网络服务提供商NSP的2层网络，或者通过IP点连接2层网络到NAP的IP-网络。以太网网桥用于互连所有这些网络设备。
由于桥接配置下的以太网接入网络的较少管理的自我学习能力、灵活性和对多播业务的有效支持，对于该接入体系结构，桥接配置下的以太网接入网络非常地有吸引力。其遇到的主要问题在于不能够从分组中得知其属于哪条用户线路。这造成了关于安全性、用户管理以及非直接地关于成本的严重问题。
为了解决上述问题，以交叉连接的配置部署桥接以太网网络。在正常以太网的顶部，构造了管道模型。来自一个用户的所有业务被放在管道中。已经提出了基于虚拟LAN(VLAN)和MPLSoE(以太网上多协议标签交换)的管道体系结构。关于两种类型解决方案的标准化的努力正在进行。
交叉连接网络非常适合商业部署，但是缺少灵活性，需要较多的管理并且对于多播业务有问题。所有这些都是由于在顶部的管道模型引起的。因此它们不适合住宅接入。
发明内容
本发明的目的是公开用于住宅接入的桥接以太网网络体系结构，它克服了现有技术解决方案的缺点。
本发明涉及在基于以太网的接入网络中转发以太网分组的方法，它包括在作为所述接入网络的部分的网络接入节点处接收所述以太网分组的步骤。它还包括在网络接入节点将包含在以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此第一或者第二以太网MAC地址包括用户或者用户线路标识的步骤。随后，实现继续进行通信协议的步骤。
包括用户或者用户线路标识的以太网MAC地址的优选格式包括：
-用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
-用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
-远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，以及
-城域边缘标识，为集合节点的集线器号。
有益地，用户或者用户线路标识允许关于以太网分组的源的信息检索。
在有益的实施例中，第一以太网MAC地址是将被转换为包括用户或者用户线路标识的第二以太网MAC地址的上行以太网帧的以太网源MAC地址。
在另一实施例中，第一以太网MAC地址包括将被转换为第二以太网MAC地址的用户或者用户线路标识，由此第二以太网MAC地址是下行以太网帧的以太网单播目的地MAC地址。
可选地，包括用户或者用户线路标识的以太网MAC地址还包含包括网络掩码长度的网络掩码。网络掩码将以太网MAC地址分成网络相关部分和设备相关部分。
典型地，网络接入节点是远程单元或者集合节点。
在另一个实施例中，本发明公开的方法包括-在作为接入网络的部分的网络接入节点处接收以太网分组的步骤之后-进一步的步骤是，将包含在以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此第一以太网MAC地址是上行以太网帧的广播以太网目的地MAC地址，并且第二以太网MAC地址是多播组地址。
在该实施例中，以太网分组的部分有益地是与所述多播地址1-对-1映射的。与多播地址1-对-1映射的以太网分组的部分优选地包括协议信息。
在另一实施例中，转换步骤由这样的步骤所替代：将具有第一以太网MAC地址的以太网分组封装在包括第二以太网MAC地址的新分组中。转换步骤还可以由应用MAC地址转换的步骤所替代，其中第一以太网MAC地址用第二以太网MAC地址重写。
作为第二目的，本发明涉及电路设备，该电路设备被安排用来实现如前面的权利要求的任何一个的方法。
作为第三目的，本发明涉及网络接入节点，该网络接入节点被安排用来在基于以太网的接入网络中接收以太网分组，其中接入节点还被安排用来将包含在以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此第一或者第二以太网MAC地址包括用户或者用户线路标识。
本发明还涉及48位以太网MAC地址格式，该格式包含以下部分：
-固定的二位部分，
-用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
-用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
-远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，
-城域边缘标识，为集合节点的集线器号，以及
-可以被用于指示网络掩码及其长度的部分。
在优选实施例中，城域边缘标识以位0开始，指示接入节点。为了指示边缘节点，城域边缘标识以位1开始。
在另一目的中，本发明涉及以太网分组，该以太网分组包括如下格式的MAC地址：
-固定的二位部分，
-用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
-用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
-远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，
-城域边缘标识，为集合节点的集线器号，以及
-可以被用于指示网络掩码及其长度的部分。
附图说明
图1表示了假定的接入网络。
图2表示了用于上行以太网分组的新的预定的以太网MAC地址结构。
图3表示了用于下行以太网分组的新的预定的以太网MAC地址结构。
具体实施方式
图1示出了假定的基于以太网的接入网络。网络接入节点，即远程单元(1)和集合节点(2)，将住宅用户连接到网络接入提供商(NAP)的网络。集合节点集合多个远程单元。网络边缘节点(3)将NAP的2层以太网网络连接到网络服务提供商NSP的网络，或者通过IP点将2层网络连接到NAP的IP-网络。以太网网桥(4)用于互连所有这些网络设备。
对现有技术中的问题的优化解决方案是没有管道的桥接以太网网络，其中网络接入提供商有分组和用户线路之间的直接联系。
因此，本公开的发明的关键是，在网络接入节点，即远程单元和集合节点处，引入新的预定义的以太网MAC地址结构，该结构包括明确的用户线路标识。要实现的目标是，允许与来自于该MAC地址的分组相关的所有有用信息的检索。来自上行的分组将经过源MAC地址转换，但是目的地MAC地址将不改变。在下行中，目的地MAC地址将经过相反的转换。这使得在每个分组中能够进行用户隔离和信息检索，在网络的更深层次产生了更好的安全性，并提供了更加经济合算的大部分用户管理。
在任何本说明书中提及以太网地址转换的地方，也可以使用MAC-到-MAC：如果例如分组来自用户，或者可以用新的地址结构重写旧的MAC地址(MAC地址转换)，或者可以将具有旧地址的分组封装在具有同样的目的地地址但具有新的源地址的新的分组中。
在本发明的第一实施例中，在网络接入节点执行以太网MAC地址转换(EMAT)，由此用户的单播MAC地址被转换为以太网单播MAC地址的特殊的形式。新定义的48-比特地址，被拆分为不同的部分，这将在下面被讨论。所以，转换上行帧的源地址以便于包括用户线路信息。关于目的地地址，需注意，在上行不转换单播目的地地址。在另一个实施例中考虑下行的分组。该处单播目的地地址经过反向的地址转换，即所述特殊形式的以太网地址被转换回它原来的格式。源地址保持原样。
然而广播目的地地址也引起了一些问题。因此，这些地址也可能被转换。这构成了本发明的第三实施例。为了减少广播业务，本发明建议将上行目的地地址转换为多播组地址，所述上行目的地地址等于广播地址。这些地址仅仅广播到成员，所述成员登记了这些地址以便接收广播业务。注意，在下行，对目的地广播地址没有任何事件发生。
在网络接入节点，实现广播以太网MAC地址到以太网多播组地址的转换，由此达到广播风暴的控制。广播风暴是对桥接以太网网络潜在的威胁，因为分组将在每个以太网网桥内在所有的接口上被复制，产生集合网络内过载以及可能会产生拒绝服务(DoS)攻击。通过在出现于上行分组中的协议标识符，例如以太网类型(Ethernet-Type)(或者更高层的IP/TCP信息)域，及多播组地址间，采用1-对-1映射，边缘点通过已知的以太网GMRP协议，将能够宣告它们对接收某个协议类型广播消息的兴趣。这将广播减小到只有那些需要该广播的设备。如果没有边缘设备登记其兴趣，多播分组将在第一城域交换机中被丢弃。
任选地，为了最小化学习表及大大减少溢出问题，以太网交换机使用IP网络掩码概念。网络掩码将以太网MAC地址拆分成网络相关部分和设备相关部分。由于所有上行分组都承载包括关于分组的源的信息(例如接入节点，远程单元，线路，...信息)的转换的源地址，所以，该转换的以太网MAC地址将具有分层结构(全球唯一地址则不是这种情况)。因此，来自单个接入节点的所有上行分组将在以太网地址内承载公共的域，该公共的域被称为地址的网络部分。在正常运行中，集合网络内的以太网交换机将学习所有用户设备的所有的MAC地址。由于可能有无数设备连着该网络，所有的交换机将需要学习无数地址，以便知道分组需要被转发到哪个接口。由于具有相同公共网络部分的某个接入节点的所有的分组总是会通过相同的路径被转发，所以仅1个入口就足够转发所述帧了。该入口于是仅仅根据MAC地址的公共部分被学习和转发。该任选的功能需要在正常的以太网交换机内做小改动，但是将减少用于交换表的存储器(及相应成本)。另外，该机制会使得集合网络的学习收敛得快得多(减少溢出)，因为仅需要学习来自某个接入节点的一个帧，而不是对于每个所连着的以太网设备学习一个帧。
总体上来说，在接入网络中有2种类型的设备：
-作为委托的以太网端点，例如边缘节点，并属于NAP或者NSP的设备。这些边缘设备通常具有全球唯一的以太网地址(位48＝0，位47＝0)，但是该地址也可能可配置的，以及
-由客户连到网络上的设备。这些设备不是委托的，并总是具有全球唯一地址(位48＝0，位47＝0)。
所述全球唯一以太网MAC地址通常的结构包括厂商ID和随机设备号。
总体上的想法是，每个源地址成为委托的MAC地址，并且仅仅通过查看该委托的新地址，就可以知道分组来自/发往何处。为了快速地检测分组是上行的(从接入节点向边缘节点)还是下行的(从边缘节点向接入节点)，为接入节点和为边缘节点唯一地规定了源MAC地址的单独的范围。当进行这种区分时，每个中间的交换机将能够通过查看源和目的地地址而检测分组是什么类型的：例如来自客户的所有的分组接收第一地址范围的MAC地址，并且用第二范围的MAC地址配置每个边缘节点。如果中间交换机查看源和目的地地址(分别为SA和DA)，它可以得出下面结论：
-SA＝Range1，DA＝Range2：上行分组
-SA＝Range2，DA＝Range1：下行分组
-SA＝Range1，DA＝Range1：用户间交谈(运营商可能希望丢弃它)
-SA＝Range2，DA＝Range2：边缘间交谈(运营商可能希望丢弃它)
因此，新定义的地址的范围应该被拆分成2个主要部分。第一主要部分将被接入节点使用，以便转换来自用户的MAC地址(在上行情况下)。该部分可以由一些子部分组成。第二主要部分被边缘点使用，以便指示经过了哪个边缘节点(在下行情况下)。
现在描述如图2所示的新定义的MAC地址的不同的部分：
a)包括二位的固定部分
b)具有4个变量部分的40位：
-城域边缘地址部分，即标识集合节点的HUB号；
-远程单元地址部分，即标识远程单元本身的远程号；
-用户线路地址部分，即标识远程单元处总线的线路号；
-用户设备地址部分，即标识总线上设备的以太网设备号；
c)(可选)6位的网络掩码，包括掩码长度。
城域边缘地址部分形成第二主要部分，而远程单元地址部分、用户线路地址部分和用户设备地址部分组成第一主要部分。图2和3分别表示了用于上行和下行的新的以太网MAC地址结构。
来自用户设备的分组例如可以让它们的MAC地址转换为这样的地址，即具有固定的二位部分，位48＝0(单播)和位47＝1(本地管理的)。对于如已经提到的那样总是具有全球唯一地址(位48＝0；位47＝0)的边缘设备(宽带RAS)，有可能也使用位48＝0和位47＝1的固定部分并且在委托的IP边缘设备中人工配置该地址。注意，对于边缘节点，远程单元、用户线路和设备信息的部分没有意义。因而，对于边缘节点，没有真正的结构，该地址应该容易从转换的地址中区分出来。如果所有的用户地址都被转换了，那么除了那些已经被用于转换的地址以外，所有的地址都可以被使用。
因而定义了两类新的城域边缘地址：
-一个是以0开始，用于具有固定的结构的转换的地址，指示接入节点(＝以O10开始的MAC地址)(＝上行)，以及
-一个是以1开始，指示边缘节点(＝以011开始的MAC地址)(＝下行)。
这允许从下行分组中区分上行分组，并且由此防止用户间的通信。该区分使得有可能拥有239个用户设备。
对本领域技术人员来说清楚的是，可以在电路中实现如上描述的本发明的方法。
本发明提供的优点是多方面的。新的体系结构有利用正常桥接网络的所有优点的可能，而通过改进这些网络的安全性、隐私性、可测量性、稳定性、可管理性和成本，使得部署这些网络用于住宅接入成为可能。
安全性&隐私性得到改进是：
-由于以太网MAC地址的唯一性和对欺骗的防止
-通过防止用户间的通信(通过可用的用户信息)实现的
可测量性＆稳定性得到加强是：
-由于对广播风暴的控制(通过多播转换)
-通过减少溢出的问题(通过有效的MAC学习及通过网络掩码)实现的
-通过减小用于转发的学习表(通过有效的MAC学习及通过网络掩码)
可管理性以及，非直接地，成本通过以下得到改进：
-自我学习的优化使用(由于获得了安全的、可测量的并且稳定的桥接网络)，以及
-成本合算的用户管理(通过可用的用户信息)
总之，它给出了仍使用VLAN/VMAN概念而用于其它用途的自由：
-支持现行的用于商业用户的标准体系结构(VMAN/VLAN)
-使用VLAN用于QoS目的
-使用VLAN用于网络保护。

Claims (18)

1.在基于以太网的接入网络中转发以太网分组的方法，包括步骤：在作为所述接入网络的部分的网络接入节点处，接收所述以太网分组，其特征在于，它还包括以下步骤：在所述网络接入节点，将包含在所述以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此所述第一或者所述第二以太网MAC地址包括用户或者用户线路标识；以及，随后继续进行通信协议。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括用户或者用户线路标识的所述以太网MAC地址的格式包括：
用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，
城域边缘标识，为集合节点的集线器号。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述用户或者用户线路标识允许检索关于所述以太网分组的源的信息。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述第一以太网MAC地址是，将被转换为包括用户或者用户线路标识的所述第二以太网MAC地址的上行以太网帧的以太网源MAC地址。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述第一以太网MAC地址包括将被转换为第二以太网MAC地址的用户或者用户线路标识，所述第二以太网MAC地址是下行以太网帧的以太网单播目的地MAC地址。
6.根据前面权利要求的任何一个的方法，其特征在于，包括用户或者用户线路标识的所述以太网MAC地址，还包含包括网络掩码长度的网络掩码，所述网络掩码将所述以太网MAC地址分为网络相关部分和设备相关部分。
7.根据前面权利要求的任何一个的方法，其特征在于，所述网络接入节点是远程单元或者集合节点。
8.在基于以太网的接入网络中转发以太网分组的方法，包括步骤：在作为所述接入网络的部分的网络接入节点处，接收所述以太网分组，其特征在于，它还包括步骤：在所述网络接入节点，将包含在所述以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此所述第一以太网MAC地址是上行以太网帧的广播以太网目的地MAC地址，并且所述第二以太网MAC地址是多播组地址。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述以太网分组的部分是与所述多播地址1-对-1映射的。
10.根据权利要求8的方法，其中，与所述多播地址1-对-1映射的所述以太网分组的所述部分，包括协议信息。
11.根据前面权利要求的任何一个的方法，其中，转换步骤由这样的步骤所替代：将具有所述第一以太网MAC地址的所述以太网分组封装在包括所述第二以太网MAC地址的新分组中。
12.根据权利要求1到10的任何一个的方法，其中，转换步骤由应用MAC地址转换的步骤所替代，其中所述第一以太网MAC地址用所述第二以太网MAC地址重写。
13.一种电路设备，被安排用来实现如前面的权利要求的任何一个的方法。
14.一种网络接入节点，被安排用来在基于以太网的接入网络中接收以太网分组，其特征在于，所述接入节点还被安排用于将包含在所述以太网分组中的第一以太网MAC地址转换为第二以太网MAC地址，由此所述第一或者所述第二以太网MAC地址包括用户或者用户线路标识。
15.一种48位以太网MAC地址格式，其特征在于，它包括以下部分：
固定的二位部分，
用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，
城域边缘标识，为集合节点的集线器号，
可以被用于指示网络掩码及其长度的部分。
16.根据权利要求16的以太网MAC地址格式，其特征在于，所述城域边缘标识以位0开始，指示接入节点。
17.根据权利要求16的以太网MAC地址格式，其特征在于，所述城域边缘标识以位1开始，指示边缘节点。
18.一种以太网分组，其特征在于，它包括如下格式的MAC地址：
固定的二位部分，
用户设备标识，为总线上设备的以太网设备号，
用户线路标识，为远程单元处总线的线路号，
远程单元标识，为所述远程单元本身的远程号，
城域边缘标识，为集合节点的集线器号，
可以被用于指示网络掩码及其长度的部分。
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