CN1617539A - 压缩数据包的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种压缩一数据包的方法乃被提出，该数据包包括至少一第一数据区块以及一第二数据区块，且该第一数据区块与该第二数据区块有关联。在根据本发明的该方法中，该第二数据区块会被压缩，并且会注记在该数据包中，该第二数据区块已经被压缩。此外，此方法特别地适用于IPv6数据包，该第二数据区块则为，举例而言，一路由标头。

Description

压缩数据包的方法及装置
技术领域
本发明系相关于一种压缩数包，特别是根据IPv6标准的数据包，的方法以及装置，以及系相关于一种解压缩利用根据本发明方法而加以编码之数据包的方法以及装置。
背景技术
长期以来，数据包系已经由根据已知为IPv4(Internet ProtocolVersion 4)标准的网际网络而加以传送，其中，每一个数据包系皆会具有已知为一标头(header)者，其系包括，举例而言，一来源地址与一目的地址，以及其它用以将该数据包经由该网际网络、或另外的网络而向前传送的必要信息，而为了这些根据该IPv4标准的数据包，一压缩算法系会被广泛地用于该标头数据，该算法则是基于，在一连续的数据包之中，举例而言，由于所有的数据包系皆会被传送至相同的地址，因此，于该标头中之数据通常不会改变、或仅轻微地改变的事实。因此，仅有频繁地、或碰巧改变的资料才会在每一个标头中藉由此压缩算法而加以传输，所以，偶尔地，具有一完整标头的一包系会在接续之标头是以该完全传输包之该标头作为基础、并且仅包含相关于此标头之改变的同时进行传输。
这些压缩算法系以在两个相邻之网络节点之间的一连接作为基础，典型地，一数据包系会经由一大量的网络节点而被传送至该分别的目的地址，在此，对每一个包而言，其系皆必须于每一个节点处进行解压缩以及再次压缩，此外，若是许多数据包流(streams of datapackets)系经由一个连接而进行传送时，则会发生的情形是，其系有困难将标头分配至一先前传送之标头，以及该等数据包系因此而必须以未以完整标头进行压缩的方式进行传送。
为了考虑在该网际网络中急遽的成长，一新的标准，IPv6，系已经被提出，而其系可以，举例而言，寻址一较大的地址空间，因此，藉由此标准，系可以使用已知为“延伸标头(extension headers)”者，其系，举例而言，可以包含一所谓的、指示该数据包要经由哪一个路由器、或网络节点而进行传送的路由选择表(routing table)，不过，通常，这些路由选择表系需要一大量的储存空间。
因此，本发明的一目的系在于提供一种压缩数据包以及，特别是，标头数据，的方法以及装置，而其系不需要将一数据包分配至一在前数据包，并且，特别地，系适合于压缩根据该IPv6标准的标头。
此目的系藉由一种根据权利要求1之方法以及一种根据权利要求10的装置而加以达成，再者，附属权利要求则是定义该方法、或该装置的较具优势、或较佳实施例。
此外，系亦提供根据权利要求15之一种用于改善地压缩数据的一般方法，权利要求12以及13系定义相对应地解压缩已压缩之数据包的方法。
发明内容
根据本发明，为了压缩一数据包，该数据包系包括至少一第一数据区块以及一第二数据区块，以及该第一数据区块则关联于该第二数据区块，而其系建议对该第二数据区块进行压缩，以及，于该数据包中加以注记该第二数据区块已完成压缩。
此注记系可以，举例而言，在该第二数据区块中举行，特别是在指示该第二数据区块型态的一字段之中举行，再者，用于解压缩该第二数据区块的压缩参数，例如一霍夫曼表格(Huffman table)，系可以被储存于该数据包之中。
此所具有的优点是，该压缩不会取决于该等在前的数据包，但是会在一单一数据包中举行。
特别地是，该第一数据区块系为该数据包的一主要标头，以及，该第二数据区块系为该数据包的一延伸标头，而该延伸标头，举例而言，系可以包括网络地址，且经由该等网络地址，该数据包系会于一网络中按照路线地加以发送。
此方法系特别地适用于根据IPv6标准的数据包压缩，其中，在这个例子中，该延伸标头系可以为一路由标头，而该第二数据区块的压缩则较佳地利用一无损压缩算法(lossless compressionalgorithm)，举例而言，已知为霍夫曼算法者，而加以实行，再者，用于此目的的一霍夫曼表格系会被储存于该数据包之中，并且直接地进行传输，但是一预先设定的霍夫曼表格系亦可以加以使用，而其系，举例而言，会考虑一般发生的数据符号贡献。
为了压缩该霍夫曼表格其本身，对编码所对应的，除了最后一个位之外，一第一以及一第二数据符号而言，其系有可能仅该第一数据符号的该编码被输入，并且，该第二数据信号系于该霍夫曼表格中相关于该第一数据符号。此系表示，在将该霍夫曼表格图标为一二进元树时，在每一个例子中，仅有对应于该二进元树之一左手边叶子的该编码、或是对应于该二进元树之一右手边叶子的该编码才会被传输，此原则系一般而言可以被应用于根据该霍夫曼算法的压缩算法之中，以降低该霍夫曼表格。
本发明将以所附图式做为参考，并藉由一较佳实施例的帮助，而于之后进行更详尽的叙述，其中：
附图说明
第1图：其系显示一IPv6标头的结构；
第2图：其系显示一数据包的结构；
第3图：其系显示根据该IPv6标准之一路由标头的结构；
第4图：其系显示具有根据第3图之该路由标头的一数据包的结构；
第5图：其系显示用于压缩数据包之根据本发明之方法的一实施例的进程，以及根据本发明之一装置的一实施例的操作模式；
第6图：其系显示用于解压缩数据之一相对应方法以及相对应装置的操作模式；以及
第7图：其系显示根据一霍夫曼算法(Huffman algorithm)而决定用于一压缩之编码的一二进元树。
具体实施方式
在此之后所叙述的实施例乃是以根据IPv6标准之标头压缩作为基础，然而，根据本发明之方法、或是根据本发明之装置系可以轻易地被传送至其它的数据包以及数据包的其它构件。
第1图系显示一IPv6标头，该数据包之该主要标头，的结构，正如其于习知技术中一样。在此，该IPv6标头9系具有八个字段，字段1系具有一4位的长度，以及系会指示该标头的版本(version)，举例而言，在此，一数字6即代表该IPv6标头，而字段2系会指示一“流量类别(Traffic class)”，其系可以，举例而言，标出该包的一优先级(priority)，再者，字段3系为20个位长，并被标示以一“流标记(flow label)”，以及系被用以接收一包流的控制信息，字段4系为16个位长，并且，系会指示出紧接在该IPv6标头之后之有用数据的长度，而字段5则是具有8个位，并且系会指示接下来紧接的标头型态，若是此字段系包含该数值6时，则下一个标头系为一TCP标头，换言之，该有用数据系直接跟随在后，至于其它已知为延伸标头的标头，则是可以在此加以标示，以预先决定用于数据包传输的更进一步选择，在此些之中，该所谓的路由标头、或路由延伸标头将于之后更详细地加以叙述，此外，字段6系亦为8个位长。在此，一最大数量的跳跃(“跳跃限制(hop limit)”)系可以为了数据传输而加以预先决定，而一跳跃则是会对应于该数据包自一网络节点至一另一网络节点的传输，若是此数量的跳跃系过量时，则该数据包会被删除。
字段7系为128个位，并且，系包含该数据包的一来源地址，字段8系亦为128个位长，并系包括该数据包的一目的地址。
第2图系显示包含该IPv6标头9以及TCP标头与数据10的一简单IPv6数据包的结构，在此例子中，该IPv6标头9的该字段5系会具有该数值6。
正如在该网际网络中的数据包并不会经由固定的传输路径加以发送，而是数据包的路由可能可以变更的情形一样，其系亦可能令人向往的预先决定该数据包会经由其而加以按照路线发送的网络节点、或是所谓的路由器，所以，为了这个目的，提供具有一所谓之路由标头以作为该延伸标头的数据包的可能性则会被提供于该IPv6标准之中，第3图即系显示此型态之一路由标头17的一示意结构，在此，该路由标投17的字段11系对应于根据第1图之该标头9的该字段5，并且，系会指示出接下来标头的型态，字段12则亦为8位长，并且，系会指示该路由标头的长度，而此系可以取决于预先决定之网络节点的数量而变更，字段13系会指示出该型态路由标头，并为8个位长，而直到现在，此系总是为数值0，正如目前仅为一个型态的路由标头一样，再者，字段14系会标示有多少该预先决定之网络节点必须要进行处理，且其系亦为8个位长，目前，此字段的最大数值系为23，另外，字段15系为32个位长，并且，系为了多变，以及未来的应用，而加以保留，其系可以包含一所谓的“严谨/松散位图(strict/loose bit map)”其中，每一个位系会为了该等接下来之网络节点地址的其中之一指示该数据包是否必须自该在前的网络节点而直接地被发送至此网络节点、或是其它的网络节点是否可以被置于其间。
接下来的字段15系为N，其中，N系为一最大值23，地址字段161至16N，而其系每一个的长度皆为128个位，并且，系包含待使用之该等网络节点的地址。
当此路由标头系于一节点之中进行处理时，一关于字段14是否不等于零的检查系会加以执行，而若为是的例子时，则该接下来的地址，以及也许附属于该地址之来自该“严谨/松散位图”的该相对应的位，系会被撷取出来，然后，由于该IPv6标投的字段8以及该路由标头17之该相对应地址字段16系会皆的进行交换，因此，该数据包系会被向前递送至该待使用之下一个网络节点。
第4图系显示包含一IPv6标头9以及一路由标头17的一数据包的示意结构，此外，其系再次地具有一相关于数据的TCP标头10。在此例子中，该IPv6标头9的该字段5系具有数值43，以指示跟随在后的一路由标头，所以，相应地，该路由标投17的字段11系会具有该数值6，以指示跟随在后的该TCP标头，而正如该路由标头17的该等地址161至16N的每一个系皆为128个位长一样，该路由标头17系可以为非常的长，因此，藉由压缩此标头即可显著地降低该包的尺寸。
第5图系显示根据本发明之方法的一实施例，而藉由此方法，此型态的压缩系可以加以达成。一待发送之数据包a，举例而言，系具有在第4图中所举例说明之格式，系被储存于一缓冲器18之中，该包之待压缩的数据区块，举例而言，该路由标头17、或可选择地仅该路由标头17的该等地址，系会于一区块19中进行撷取，其中，对该等已撷取之数据区块而言，理想的压缩参数系会于区块20中加以确定，特别地是，这些压缩参数系可以是用于该已撷取之数据区块之该等个别数据符号的编码，正如将于之后加以叙述之根据该所谓的霍夫曼算法(Huffman algofithm)的一压缩。
该等已确定的压缩参数系会以表格的形式而被储存于一内存22之中，并且，于区块21之中被用于压缩该数据区块，换言之，在所显示例子中的该路由标头17，然后，来自该内存22的该表格系接着会被增加至在区块23中的该已压缩数据区块，当然，该等压缩参数系亦可以利用一不同于一表格的形式而加以储存，此外，当正在进行压缩时，该数据包系会被辨识出来，并且，此系可以举行，举例而言，乃是因为一相对应于字段11的字段系会被置于该已压缩数据区块的前方，以及，先前未为了此字段而加以定义之该等数字(101至255)的其中之一系会加以使用，以指示出其为一以压缩数据区块，然而，其系亦将有可能，举例而言，于该IPv6标头9的字段5之中对此做出指示，藉由一先前未使用的数字，此外，其它的字段系可以为了指示该具有该等压缩参数之表格的尺寸、该已压缩数据之尺寸、或该压缩方法的目的而加以使用，而且，其系亦有可能指示是否仅一个标头或数据区块、或是复数个数据区块或标头，可选择地多路传输的，已经完成压缩。
在一以压缩路由标头的例子中，正如在所呈现的例子中，该等字段12、13、以及14系较佳地未加以变更，而此所具有的优点是，接收该包之并非最后目的节点的一网络节点系可以藉由在该处的信息、并利用一适当的解压缩方法而以一目标方式解压所该地址，其中，该地址系为该网络节点所需要，以用以向前递送该数据包，并且，该网络节点系可以使该已压缩路由标头的剩余内容为未改变。
根据第5图的一装置系可以被产生为一硬件装置、为软件、或是为该两者的一结合，并且，系可以被整合于一路由器之中。
第6图系显示一种解压缩该已压所述具包b的相对应方法。该已接收之数据包6系会被储存于一缓冲器24之中，若是，在所呈现的例子中，藉由该已压缩路由标头之字段11的帮助，系发现其系为一已压缩数据包时，则该等压缩参数系会于区块25中进行撷取并且被储存于一缓冲器27之中，是以，该已压缩数据区块，举例而言，该路由标头17系会藉由这些压缩参数而进行解压缩，而若是仅有一个代表下一个网络节点的地址被解压缩时，则其亦有可能是足够的，接着，该标头系会于区块28中被复制，亦即，额外的数据，例如，举例而言，该等压缩参数，系会被删除，因此，相对应于该原先的数据包a，该已解压缩数据包c系可以更进一步地进行处理。
较佳地是，在此例子中，该所谓的霍夫曼算法系被使用作为该压缩算法，而此乃是以频繁发生的数据符号会被分配以较短的编码，而较不频繁发生的数据符号，另一方面，则会被分配以一较长的编码的事实而作为基础，此将会于之后以例子做为参考而加以叙述。接下来的表格系显示具有23个地址之一典型之路由标头的一例子，在此，该等字段系对应于在第3图中所举例说明的那些。
    6     46     0     23
    保留
    3ffe:2468:0:0:0:0:2dc0:b2b2
    3ffe:3579:0:0:0:0:dec0:fac5
    3ffe:1234:0:0:0:0:fe12:d0ca
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其系可以清楚的看出，举例而言，零系非常频繁地发生于该等地址之中，在该等地址之中，冒号系在此为了次区分的目的而加以使用，所使用之该等数据符号0至f之根据该霍夫曼算法之该等编号结果系显示于接下来的表格之中，该霍夫曼编码系被设定为一二进元数字。
    编号No.     数据符号     霍夫曼编码     长度
    1     0     1     1
    2     1     01000     5
    3     2     0011     4
    4     3     011011     6
    5     4     011100     6
    6     5     011101     6
    7     6     011110     6
    8     7     011111     6
    9     8     00000     5
    10     9     00001     5
    11     a     00010     5
    12     b     00011     5
    13     c     00100     5
    14     d     01001     5
    15     e     01010     5
    16     f     01011     5
在此例子中，该霍夫曼编码“1”，其系具有一1位的长度，并且，其系会被分配至该数据符号，另一方面，具有6个位之长度的该霍夫曼编码011110则是会被分配给实质上较不频繁发生的数据符号6。
该分配系亦可以藉由在第7图中所显示的一二进元树而加以举例说明，该等数据符号系形成该二进元树的该等“树叶”。于自该树之顶部至该分别之数据符号的路径之上，该等数字“0”以及“1”系会于每一个例子中产生被分配至该数据符号的该编码，一个接着一个之后的该取，若是，举例而言，所举例说明的该路由标头系藉由该所举例说明的霍夫曼算法而进行压缩时，该已压缩标头的一总长度系会有关于用来指示哪一个霍夫曼编码被分配给哪一个数据符号的该表格而造成一2166个位的长度，其中，192个位系会被分配至该表格，相对的，该未压缩路由标头的该等地址系会单独的具有一3072个位的长度，相对应于一30.5％的增益。
对可以发生在数据区块之中之较长的地址表格而言、或是若是该方法系被应用于一较大量的此型态标头之中时，则甚至可以产生一个甚至较佳的压缩率，正如在接下来之表格中为了五个不同例子所举例说明的，在此，该等地址表格系具有介于84840个以及814464个之间的条目，而于压缩中的增益系于每一个例子中皆大于50％。
IPv6地址表格     条目之数量     原先之尺寸(位)     已压缩之尺寸(位)     压缩所获得之增益(％)
    1     814464     13031424     6081706     53.33
    2     678720     10859520     5028230     53.69
    3     329664     5274624     2414228     54.22
    4     193920     3102720     1394411     55.05
    5     84840     1357440     589504     56.57
而当在每一个例子中仅有用于根据第7图之该二进元树之左手边叶子之该符号的该编码会被储存于该霍夫曼表格之中，并且，该等相邻之右手边叶子的该分别的其它数据符号系被分配至该左手边叶子的该数据符号时，则会发生一额外的压缩。
    编号No.     数据符号1     数据符号2     霍夫曼编码
    1     8     9     00000
    2     a     b     00010
    3     c     -     00100
    4     1     d     01000
    5     e     f     01010
    6     3     -     011011
    7     4     5     011100
    8     6     7     011110
    9     0     -     1
    10     2     -     0011
在每一行中之该霍夫曼编码系为在该数据符号1栏中之该数据符号的霍夫曼编码，而由于最后一个位系会于每一个例子中被反转，因此，在该数据符号2栏中之该数据符号的该编码系会加以产生。
此型态的一个已减少的霍夫曼表格系不仅可以被用于该已叙述之压缩数据包的方法的上下文之中，系亦可以一般地利用霍夫曼算法而被用于压缩数据，并且，其系可以，在硬件方面而言，以及亦在软件方面，利用固定的逻辑电路而加以执行，再者，就所举例说明的例子而言，该已压缩标头的该长度加上该霍夫曼表格系会产生一2114位的长度，不过，现在，该表格系仅具有一140位的长度，因此，压缩的增益系增加至每个包31.3％。若是复数个路由标头系加以检测时，则在此，一般而言可以达到一甚至更佳的比率。
本发明并不受限于该霍夫曼算法的使用，原则上，任何无损压缩算法(lossless compression algorithms)，例如，算术算法、LZ(Lempel-Ziv)家族之算法、或是适应的算法，系皆可以使用。
该压缩系亦可以被延伸至该数据包的其它数据区块，则在并非为该数据包之该目的地址所预先决定之网络节点的网络节点中，这些其它的数据区块即根本不需要进行解压缩。

Claims (28)

1.一种压缩一数据包的方法，该数据包包括至少一第一数据区块以及一第二数据区块，该第一数据区块包含该第二数据区块的一参考(reference)，其中，该第二数据区块乃被压缩，以及其中在该数据包中该第二数据区块乃已被压缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在该第二数据区块的一识别符中该第二数据区块已被压缩。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，用于压缩该第二数据区块的压缩参数乃储存于该数据包中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，该第一数据区块为该数据包的一主要标头(header)，以及其中该第二数据区块为该数据包的一延伸标头。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，该延伸标头包括网络地址，而经由该等网络地址，该数据包会于一网络中按照路线发送。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，该数据包为一根据IPv6标准的数据包。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，该延伸标头为一路由标头(routing head)，而源自该延伸标头字段并标示出该延伸标头长度、该路由标头型态、以及仍然待处理网络地址数量的数据并不被压缩。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，该第二数据区块的压缩乃是利用一无损压缩算法(lossless compression algorithm)来执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，用于该压缩的一编码表格乃被储存于该数据包中。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，霍夫曼算法(Huffmanalgorithm)被用作为该压缩算法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，对于编码所相对应的，除了最后一位之外，一第一以及一第二数据符号而言，仅该第一数据符号的编码会被输入该霍夫曼算法的一霍夫曼表格之中，而该第二数据信号会与在该霍夫曼表格中的该第一数据符号相关联。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，一预先决定的霍夫曼表格乃被用作为该霍夫曼算法。
13.一种解压缩一数据包的方法，该数据包已经藉由权利要求1的一种压缩一数据包的方法而加以压缩，其中，关于在该数据包中该第二数据区块是否已被压缩的一检查乃会被执行，以及其中，若是发现该第二数据区块已被压缩，则该第二数据区块即进行解压缩。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，该数据包包括具有复数个网络地址的一路由标头，其中，于每一个例子中，仅有一待处理的下一个网络地址会自该路由标头解压缩。
15.一种压缩数据的方法，其中，该数据乃利用霍夫曼算法(Huffmanalgorithm)来压缩，以及其中，对于编码所相对应的，除了最后一位之外，一第一以及一第二数据符号而言，仅该第一数据符号的该编码会被输入，以及，该第二数据信号会于该霍夫曼表格中与该第一数据符号有关联。
16.一种压缩一数据包的装置，该数据包包括至少一第一数据区块以及一第二数据区块，而该第一数据区块则是包含该第二数据区块的一参考(reference)，该装置包括数据处理装置，其以它们会压缩该第二数据区块并且指出在该数据包中的该第二数据区块已被压缩的方式来建构。
17.根据权利要求16所述之装置，其中，在该第二数据区块的一识别符中该第二数据区块已经被压缩。
18.根据权利要求16所述之装置，其中，该数据处理装置乃被改造，以使得用于压缩该第二数据区块的压缩参数会被储存于该数据包中。
19.根据权利要求16所述之装置，其中，该第一数据区块为该数据包的一主要标头，以及其中该第二数据区块为该数据包的一延伸标头。
20.根据权利要求19所述之装置，其中，该延伸标头包括网络地址，而经由该等网络地址，该数据包会于一网络中按照路线发送。
21.根据权利要求16所述之装置，其中，该数据包为一根据IPv6标准的数据包。
22.根据权利要求19所述之装置，其中，该延伸标头为一路由标头，而该数据处理装置被改造，以使得源自该延伸标头之字段且标示出该延伸标头长度、该路由标头型态、以及仍然待处理的网络地址之数量的数据不被压缩。
23.根据权利要求16所述之装置，其中，该第二数据区块的压缩乃利用一无损压缩算法(lossless compression algorithm)来执行。
24.根据权利要求23所述之装置，其中，用于该压缩的一编码表格乃被储存于该数据包中。
25.根据权利要求23所述之装置，其中，霍夫曼算法(Huffmanalgorithm)被用作为该压缩算法。
26.根据权利要求25所述之装置，其中，对于编码所相对应的，除了最后一位之外，一第一以及一第二数据符号而言，仅有该第一数据符号的编码会被输入该霍夫曼算法的一霍夫曼表格之中，而该第二数据信号会与在该霍夫曼表格中的该第一数据符号相关联。
27.根据权利要求25所述之装置，其中，一预先决定的霍夫曼表格乃被用于该霍夫曼算法。
28.一种解压缩一数据包的装置，该数据包已经藉由权利要求16的一种压缩一数据包的装置来压缩，其中，该装置包括解压缩装置，其会被调整，以使得一关于该数据包中该第二数据区块是否已被压缩的一检查乃得以完成，以及其中，若是发现该第二数据区块已被压缩，则该第二数据区块即进行解压缩。
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