CN1794673A - 一种利用ip协议组建局域网的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用IP协议组建局域网的方法，其网络适配器去掉了以太网络协议，从而减少了主机的网络数据处理时间，提高了处理能力，将大大提高网络的传输效率和网络传输的安全性，实现局域网的第三层交换，并使IP交换机具有路由功能，实现路由选择的交换实现，提高网络传输能力和快速路由选择。本发明采用的技术方案为：局域网包括IP网络适配器、IP交换机和网络接入设备，网络中传输的数据为纯IP数据分组，网络工作方式采用分组交换方式，而不是传统局域网的分组广播方式。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种计算机局域网的组建方法、TCP/IP技术和分组交换通信技术，尤其是涉及一种利用IP协议组建局域网的方法。
二、背景技术：
目前，现有的计算机网络技术可以划分为广域网技术和局域网技术。局域网技术主要用于近距离网络互连，常用的局域网协议包括：IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5等等，其中使用最为广泛的是IEEE802.3系列协议，也就是通常所说的以太网。但是以太网协议从协议结构上看只包括OSI模型的下面两层，也就是物理层和数据连路层，其结构如图1至图2所示。
参见图3，在计算机网络应用中，满足用户应用需要的网络协议则是另外一种协议-TCP/IP协议，这样在实际网络中就出现了必须采用两种不同的网络协议来满足网络用户需求的现象，参见图4，这给网络的组建带来了严重不便，而且严重影响了网络的效率。
用IEEE802.3协议组建的网络还存在安全问题，例如，在图5所示的网络中，当主机B与主机C通信时，主机B将数据分组广播到共享传输介质总线上，数据沿总线向两端传输；数据在总线的传输中，连接在总线的上的主机A、C和D都可以接收到数据，但是其它主机经过将数据中的目的地址和自己地址比较后，将数据丢弃，主机C比较后则接收数据。这种工作方式的问题是其它主机可以通过改变自己的工作方式，将网络适配器设置为“杂听模式”，然后接收网络中传输的全部数据，从而出现网络中数据传输泄密，导致网络不安全。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种利用IP协议组建局域网的方法，其网络适配器去掉了以太网络协议，从而减少了主机的网络数据处理时间，提高了处理能力，将大大提高网络的传输效率和网络传输的安全性，并使IP交换机具有路由功能，实现局域网的第三层交换，实现路由选择的交换实现，提高网络传输能力和快速路由选择。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用IP协议组建局域网的方法，其特殊之处在于：局域网包括IP网络适配器、IP交换机和网络接入设备，网络中传输的数据为纯IP数据分组，网络工作方式采用分组交换方式，而不是传统局域网的分组广播方式。
上述IP网络适配器包括PCI接口模块、数据收发模块、数据缓冲区、逻辑控制模块和相应的软件程序，IP网络适配器对上层数据只增加简单的数据分割标识，而不增加地址、帧头等其他网络标识，网络适配器中的数据为IP数据分组，网络适配器从IP交换机中获得使用本网络适配器的网络终端的IP地址，IP网络适配器采用RJ45接口，用双绞线传输介质组建局域网络。
上述交换机包括控制模块、交换模块、发送接收模块、缓冲区、存储器和端口—地址对照表，IP交换机采用分组交换方式，而不是局域网通常采用的分组广播技术或者局域分组广播方式，防止网络数据捕获，提高网络安全。交换机的端口数量根据组网需要进行改变，为4、8、12、16、24、48、96等数量端口，根据需要可以将不同的交换机连接起来，满足组网需要而不改变网络工作模式，IP交换机在端口之间的数据交换依赖于数据分组中的IP地址，而不是传统网络中的其它硬件地址，IP交换机数据交换目的端口的判断用硬件电路实现，提高了IP分组的交换速度，实现了IP数据传输的硬件交换，网络中IP地址在交换机中设置，然后传送给网络终端，提高了网络IP地址的管理能力和管理范围，杜绝目前普遍存在的IP地址盗用问题，增强网络的管理能力。
上述IP路由交换机包括IP网络交换模块、以太网络交换模块、路由模块、控制模块以及所需要的和其他网络互连交换模块，IP路由交换机用来实现IP局域网和其它网络互连，控制模块用于实现不同网络协议之间的转换，IP路由交换机所支持的网络协议根据组网需要进行扩展，如DDN模块、ATM网络模块和接口、xDSL模块和接口以及其他所需要的网络模块和接口。IP路由交换机支持现有大多数路由协议，如静态路由协议、RIP、RIPII、OSPF等等。IP路由交换机满足现有路由器的全部功能。
上述IP网络适配器发送数据工作流程为：
①应用程序产生数据；
②接收应用程序数据；
③添加数据分割标志；
④数据编码；
⑤添加数据错误校验；
⑥数据发送；
⑦等待应答，应答正确则进入下一步骤，错误或超时则返回上一步骤；
⑧继续发送，是则进入步骤②，否则数据发送结束。
上述IP网络适配器接收数据工作流程为：
①数据接收；
②错误校验；
③错误？是则丢弃数据，通知发送方，否则进入下一步；
④数据解码；
⑤删除数据分割标志；
⑥交付应用程序；
⑦等待接收数据。
上述IP交换机数据流程为：
①数据接收；
②送缓冲区；
③提取IP地址；
④查询IP端口对照表，是则进入下一步骤，否则丢弃数据；
⑤数据转发。
上述IP路由交换机的数据流程为：
(1)IP-802.3协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③以太网单元；
④以太网数据；
(2)802.3-IP协议转换：
①以太网数据；
②以太网单元；
③IP单元；
④IP数据；
(3)IP-其它协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③其它网络单元；
④其它网络数据；
(4)其它网络协议-IP转换：
①其它网络网数据；
②其它网络单元；
③IP单元；
④IP数据。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、交换机没有以太网络协议，所以在传送IP时不需要将IP数据封装成为MAC帧，从而减少了交换机的数据处理时间，提高了交换机的处理能力；
2、由于不需要封装为MAC帧，这样就不需要为IP数据增加MAC帧头，这样至少可减少19个字节的数据传输，在网络连接建立初期将大大提高网络的传输效率；
3、交换机直接传输IP数据分组，在主机之间建立点对点连接，使网络数据直接在两台主机之间传输，从而保证数据不被网络中的其它主机窃听，提高网络传输的安全性；
4、采用交换方式，大大提高了网络的传输能力，实现局域网的第三层交换；
5、使IP交换机具有路由功能，实现路由选择的交换实现，提高网络传输能力和快速路由选择。
四、附图说明：
图1为现有技术中OSI模型的示意图。
图2为现有技术中IEEE802.3的层次模型的示意图。
图3为现有技术中TCP/IP协议结构的示意图。
图4为现有技术中实际使用的网络结构示意图。
图5为现有技术中IEEE802.3工作原理示意图。
图6为本发明中纯IP局域网网络结构示意图。
图7为本发明中局域网和其它网络互连组建方法的示意图。
图8为本发明中IP网络适配器的结构示意图。
图9为本发明中IP网络适配器发送数据的流程图。
图10为本发明中IP网络适配器接收数据的流程图。
图11为本发明中IP交换机的结构示意图。
图12为本发明中IP交换机数据流程图。
图13为本发明中IP路由交换机的结构示意图。
图14为本发明中IP路由交换机IP-802.3协议转换的数据流程图。
图15为本发明中IP路由交换机802.3-IP协议转换的数据流程图。
图16为本发明中IP路由交换机IP-其它协议转换的数据流程图。
图17为本发明中IP路由交换机其它协议-IP转换的数据流程图。
五、具体实施方式：
本发明提出了利用TCP/IP协议组建局域网的方法。该局域网由IP交换机、IP网络适配器、传输介质和主机组成。IP交换机是满足IP局域网数据交换需要的专用交换机；IP网络适配器是根据IP传输的需要，将满足IP局域网需要的数据链路层协议和物理层封装在一起的专用网络适配器；传输介质为双绞线，可以支持3类、5类、超5类和6类双绞线；主机为PC机、其它类型的计算机或者网络终端设备。本发明主要包括：网络适配器、网络交换设备等几个方面。
1、网络适配器
参见图8，本发明的网络适配器其功能是用来接收和发送IP数据包，通过PCI总线与计算机相连，主要特征表现在其结构和工作原理上。网络适配器的结构包括：PCI接口模块、数据收发模块、数据缓冲区、逻辑控制模块和相应的软件程序。在发送数据时，网络适配器通过PCI接口模块接收上层IP协议的IP数据包并送入缓冲区，控制模块加上包分割标记、进行编码等，然后由数据发送模块进行数据发送；数据接收时，接收模块接收数据并送入缓冲区，控制模块进行解码、校验，PCI接口模块将数据交付上层协议。
与以太网卡相比，这种网络适配器主要有以下几个优点：
●这种网络适配器去掉了以太网络协议，所以在传送IP时不需要将IP数据封装成为MAC帧，从而减少了主机的网络数据处理时间，从而提高处理能力；
●同时由于不需要封装为MAC帧，这样就不需要为IP数据增加MAC帧头，这样至少可减少19个字节的数据传输，在网络连接建立初期将大大提高网络的传输效率；
●采用双绞线作为传输介质，确保原有投资不会浪费；
●可以作为未来IP局域网的主要连接设备。
参见图9，IP网络适配器发送数据的工作过程为：
①应用程序产生数据；
②接收应用程序数据；
③添加数据分割标志；
④数据编码；
⑤添加数据错误校验；
⑥数据发送；
⑦等待应答？应答正确则进入下一步骤，错误或超时则返回上一步骤；
⑧继续发送？是则进入步骤②，否则数据发送结束。
参见图10，IP网络适配器接收数据的工作过程为：
①数据接收；
②错误校验；
③错误？是则丢弃数据，通知发送方，否则进入下一步；
④数据解码；
⑤删除数据分割标志；
⑥交付应用程序；
⑦等待接收数据。
2、IP交换机
参见图11，IP交换机是本发明包括的一个主要网络设备。这里的网络交换机主要指IP局域网使用的网络交换设备，其功能是用来连接网络中有IP网络适配器的终端设备(包括计算机和其它具有IP网络连接能力的设备)，实现将网络数据在交换机的各个端口之间转发。交换机主要由：控制模块、交换模块、发送接收模块、缓冲区和端口—地址对照表等组成。其工作原理是：发送和接收模块接收从主机发送来的数据并送入缓冲区，控制模块从缓冲区中读取数据并提取数据中的IP地址，查找端口—地址对照表，确定转发端口，向交换模块发出控制指令；交换模块根据控制模块指令，在相应端口之间建立连接；控制模块向数据发送和接收模块发出指令，进行数据转发，将数据发送到相应的主机。与目前经常使用的网络交换机相比，该交换机主要有以下优点：
●交换机没有以太网络协议，所以在传送IP时不需要将IP数据封装成为MAC帧，从而减少了交换机的数据处理时间，提高了交换机的处理能力；
●由于不需要封装为MAC帧，这样就不需要为IP数据增加MAC帧头，这样至少可减少19个字节的数据传输，在网络连接建立初期将大大提高网络的传输效率；
●交换机直接传输IP数据分组，在主机之间建立点对点连接，使网络数据直接在两台主机之间传输，从而保证数据不被网络中的其它主机窃听，提高网络传输的安全性；
●采用交换方式，大大提高了网络的传输能力，实现局域网的第三层交换；
●使IP交换机具有路由功能，实现路由选择的交换实现，提高网络传输能力和快速路由选择。
参见图12，IP交换机数据流程为：
①数据接收；
②送缓冲区；
③提取IP地址；
④查询IP端口对照表，是则进入下一步骤，否则丢弃数据；
⑤数据转发。
3、网络互连设备-IP路由交换机
参见图13，网络互连设备是指本发明的IP局域网与其他网络互连时所需要的设备，其功能是实现IP网络和其他网络的互联互通。网络互连设备主要由IP网络交换模块、以太网络交换模块、路由模块、控制模块以及所需要的和其他网络互连交换模块。其工作原理是：IP网络交换模块用来连接本发明的IP网络，以太网交换模块和其他交换模块用来连接以太网或者其他网络。当IP网络中的主机要和以太网络中的主机进行数据交换时，IP交换模块从IP网络接收数据，控制模块根据数据中的IP地址判断数据的传输方向，加上以太网(或者其他网络)帧结构，然后将数据交付给以太网交换模块(或其他网络交换模块)进行处理；当数据来源于以太网(或者其他网络)时，以太网交换模块(或者其他网络交换模块)接收数据，然后将数据送给控制模块处理，控制模块去掉数据中的MAC帧结构，将数据转交IP交换模块处理。当该设备连接多个网络时，该设备将接收到的数据送交控制模块，控制模块根据数据中的IP地址，利用路由模块查找数据转发的路径，然后将数据交付到相应的交换模块。
参见图14至17，IP路由交换机IP-802.3协议转换、802.3-IP协议转换、IP-其它协议转换、其它协议-IP转换的数据流程为：
(1)IP-802.3协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③以太网单元；
④以太网数据；
(2)802.3-IP协议转换：
①以太网数据；
②以太网单元；
③IP单元；
④IP数据；
(3)IP-其它协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③其它网单元；
④其它网数据；
(4)其它协议-IP转换：
①其它网数据；
②其它网单元；
③IP单元；
④IP数据。
本发明的实现方法：
1、纯IP局域网组建方法：
单纯使用本发明的网络技术可以组建高效、快速、安全的IP局域网，其网络结构如图6所示，在组建局域网时，首先在网络中的主机或者其他设备上安装本发明中的网络适配器，本发明的网络适配器可以连接在计算机的PCI总线上；其次，在安装好网络适配器后，截取适当长度的双绞线，在双绞线的两端用压线钳将RJ45水晶头压紧，确保良好接触；第三，将连接有RJ45接头的双绞线一端插入IP网络适配器的RJ45插口；第四，将连接有RJ45接头的双绞线另一端插入IP交换机中。这样，一个使用本发明的IP局域网络就组建成功，可以进行网络通信测试和使用了。
2、和其它网络互连组建方法
参见图7，在和其它网络互连时，必须要使用本发明的IP路由交换机。本发明的IP路由交换机包含有IP网络交换模块、以太网交换模块和其它所需要的网络交换模块，所以可以用来连接不同的计算机网络，也可以通过其他广域网协议(如DDN、ATM、ADSL等)和Internet连接。连接时，只要将相应的网络交换机连接到IP路由交换机的相应端口就可以了。
Claims (8)
1、一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：局域网包括IP网络适配器、IP交换机和网络接入设备，网络中传输的数据为纯IP数据分组，网络工作方式采用分组交换方式。
2、根据权利要求1所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：所述IP网络适配器包括PCI接口模块、数据收发模块、数据缓冲区、逻辑控制模块和相应的软件程序，IP网络适配器对上层数据只增加简单的数据分割标识，而不增加地址、帧头等其他网络标识，网络适配器中的数据为IP数据分组，网络适配器从IP交换机中获得使用本网络适配器的网络终端的IP地址，IP网络适配器采用RJ45接口，通过双绞线传输介质组建局域网络。
3、根据权利要求2所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：交换机包括控制模块、交换模块、发送接收模块、缓冲区、存储器和端口—地址对照表，IP交换机采用分组交换方式，交换机的端口数量根据组网需要进行改变，为4、8、12、16、24、48、96等数量端口，根据需要可以将不同的交换机连接起来，满足组网需要而不改变网络工作模式，IP交换机在端口之间的数据交换依赖于数据分组中的IP地址，而不是传统网络中的其它硬件地址，IP交换机数据交换目的端口的判断用硬件电路实现，网络中IP地址在交换机中设置，然后传送给网络终端。
4、根据权利要求3所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：IP路由交换机包括IP网络交换模块、以太网络交换模块、路由模块、控制模块以及所需要的和其他网络互连交换模块，IP路由交换机用来实现IP局域网和其它网络互连，控制模块用于实现不同网络协议之间的转换，IP路由交换机所支持的网络协议根据组网需要进行扩展。
5、根据权利要求3所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：所述IP网络适配器发送数据工作流程为：
①应用程序产生数据；
②接收应用程序数据；
③添加数据分割标志；
④数据编码；
⑤添加数据错误校验；
⑥数据发送；
⑦等待应答，应答正确则进入下一步骤，错误或超时则返回上一步骤；
⑧继续发送，是则进入步骤②，否则数据发送结束。
6、根据权利要求3所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：所述IP网络适配器接收数据工作流程为：
①数据接收；
②错误校验；
③错误？是则丢弃数据，通知发送方，否则进入下一步；
④数据解码；
⑤删除数据分割标志；
⑥交付应用程序；
⑦等待接收数据。
7、根据权利要求3所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：所述IP交换机数据流程为：
①数据接收；
②送缓冲区；
③提取IP地址；
④查询IP端口对照表，是则进入下一步骤，否则丢弃数据；
⑤数据转发。
8、根据权利要求3所述的一种利用IP协议组建局域网的方法，其特征在于：所述IP路由交换机的数据流程为：
(1)IP-802.3协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③以太网单元；
④以太网数据；
(2)802.3-IP协议转换：
①以太网数据；
②以太网单元；
③IP单元；
④IP数据；
(3)IP-其它协议转换：
①IP数据；
②IP单元；
③其它网络单元；
④其它网络数据；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 Termination date: 20121227 |