專利名稱：基于區(qū)域編碼的標(biāo)記交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于區(qū)域編碼的標(biāo)記交換方法，可適用于分組互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信和交換。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的需求日益增加，因而迫切需要吞吐率高、操作簡(jiǎn)便的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。然而，目前的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)方式大都是通過(guò)路由器對(duì)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)分組頭進(jìn)行復(fù)雜處理，并要在容量巨大的IP路由表中進(jìn)行煩瑣的路由查找，嚴(yán)重地限制了路由器的處理能力和吞吐量，影響了業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QOS)，而且互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的IP地址也面臨枯竭，這些均成為制約互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和業(yè)界團(tuán)體都提出了多種改進(jìn)方案。如異步傳輸模式論壇ATMFORUM提出的基于異步傳輸模式的多協(xié)議(MPOA)，就是將業(yè)務(wù)流按其持續(xù)性分成長(zhǎng)流和短流，為長(zhǎng)流建立一條虛通路VC連接，并采用異步交換模式(ATM)交換以保證服務(wù)質(zhì)量(QOS)。又如互聯(lián)網(wǎng)工程工作組(IETF)制定了多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)方案。該方案吸收了面向連接的優(yōu)點(diǎn)，融合了IP層的路由技術(shù)和鏈路層的交換技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)。其基本原理是，首先將業(yè)務(wù)流按其特性分成轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC)，并用一個(gè)長(zhǎng)度唯一的標(biāo)簽即交換標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)，以信令協(xié)議的方式通知后續(xù)結(jié)點(diǎn)，建立專門通道，使后續(xù)的結(jié)點(diǎn)按照協(xié)議分配的標(biāo)識(shí)交換分組。標(biāo)記交換的實(shí)質(zhì)是根據(jù)IP層形成的轉(zhuǎn)發(fā)路由，利用標(biāo)記分發(fā)協(xié)議(LDP)為具有確定特性的轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC)分配一個(gè)交換標(biāo)記，從而為FEC的轉(zhuǎn)發(fā)在鏈路層建立一條相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)虛連接，并維護(hù)該連接。交換標(biāo)記的主要作用有兩個(gè)一是指示特定路由，即標(biāo)記中含有目的(源)地址(端口)的信息，中繼轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)根據(jù)交換標(biāo)記進(jìn)行分組的路由和轉(zhuǎn)發(fā)；二是QOS指示或優(yōu)先級(jí)指示，即標(biāo)記中含有此分組所要求的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)級(jí)別。由于標(biāo)記交換方式引入了二層交換，從而簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)發(fā)操作，較大地提高了信息轉(zhuǎn)移速率。但是由于現(xiàn)有的這種標(biāo)記交換體制MPLS采用的標(biāo)記分發(fā)協(xié)議(LDP)和標(biāo)記操作較為復(fù)雜，因而存在如下缺陷
1)利用LDP在鏈路層建立連接需要一定的開銷，占用網(wǎng)絡(luò)資源；虛連接的形成需要一定的時(shí)間，且維護(hù)這些連接也需要占用交換系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的大量資源；2)由于標(biāo)記交換是無(wú)連接的IP分組在面向連接的虛信道上傳輸，因而存在著從無(wú)連接轉(zhuǎn)發(fā)到有連接傳輸?shù)挠锌p轉(zhuǎn)換問(wèn)題，即在連接還沒(méi)有建立時(shí)，必須采用傳統(tǒng)的IP分組轉(zhuǎn)發(fā)方式，只有當(dāng)虛信道建好后，才能從無(wú)連接轉(zhuǎn)發(fā)方式切換到虛連接轉(zhuǎn)發(fā)方式；3)由于無(wú)連接轉(zhuǎn)發(fā)和虛連接轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸路徑和時(shí)延不同，因而轉(zhuǎn)發(fā)方式的切換不能簡(jiǎn)單切換，需要引入相應(yīng)的措施，導(dǎo)致操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種高效簡(jiǎn)便且易于應(yīng)用推廣的基于區(qū)域編碼的標(biāo)記交換(RCLS)方法。該方法標(biāo)記操作簡(jiǎn)單，占用的網(wǎng)絡(luò)和交換系統(tǒng)資源少，可實(shí)現(xiàn)快速分組交換，保證服務(wù)質(zhì)量(QOS)，同時(shí)解決互聯(lián)網(wǎng)地址不足的問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)按照行政管理地域劃分為不同的區(qū)域，并為每個(gè)區(qū)域分配唯一的定長(zhǎng)(網(wǎng)絡(luò))？編碼作為該區(qū)域的標(biāo)識(shí)，將這種標(biāo)識(shí)作為網(wǎng)絡(luò)地址的一部分，由源端發(fā)送的分組攜帶，標(biāo)記交換網(wǎng)用此標(biāo)識(shí)作為路由交換標(biāo)記。
上述網(wǎng)絡(luò)編碼由兩部分組成區(qū)域骨干網(wǎng)編碼和接入域編碼，其中，區(qū)域骨干編碼，用以標(biāo)識(shí)地理范圍較大的區(qū)域(包括洲際編碼、國(guó)家/地區(qū))；接入域編碼，用以標(biāo)記相應(yīng)骨干網(wǎng)內(nèi)用戶接入網(wǎng)區(qū)域，對(duì)于需要發(fā)送到本區(qū)域以外的IP分組，由邊緣接入域出口路由器在兩層幀頭和IP分組頭之間增加一個(gè)區(qū)域交換標(biāo)記開銷，并對(duì)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。。
上述分組攜帶的交換標(biāo)記主要包括分組生存期(TTL)，目的區(qū)域編碼，源區(qū)域編碼，服務(wù)級(jí)別指示等。該交換標(biāo)記的應(yīng)用可分為兩個(gè)階段，第一階段為兼容階段，當(dāng)區(qū)域編碼的標(biāo)記交換(RCLS)還未在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可根據(jù)與用戶協(xié)商的參數(shù)在接入域的出口路由器加上該交換標(biāo)記；第二階段為替代階段，當(dāng)全網(wǎng)都支持RCLS時(shí)，各個(gè)主機(jī)可以根據(jù)其與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)供應(yīng)商(ISP)的協(xié)定自行為分組填加含區(qū)域編碼的交換標(biāo)記。
上述目的區(qū)域編碼的獲得有兩種不同的途徑。第一，通過(guò)擴(kuò)展的地址解析協(xié)議(ARP)直接獲得目的區(qū)域編碼，同時(shí)要求在傳統(tǒng)的路由協(xié)議(如OSPF)中加入對(duì)區(qū)域編碼的支持，使得各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)能夠獲得需要的區(qū)域編碼；第二，通過(guò)自學(xué)習(xí)的方式，如附圖1所示的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)終端B1需要和終端C2通信時(shí)，終端B1發(fā)出的分組在接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)被加上目的區(qū)域編碼為空(即值為全零)、源區(qū)域編碼為接入域B編碼的標(biāo)記，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到缺省端口，由更高級(jí)別路由器按照傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)此分組到達(dá)接入域C時(shí)，該域的接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)就得到了終端B1的所在域編碼，這樣即可為終端C2前往終端B1的分組打上相應(yīng)標(biāo)記。
上述標(biāo)記交換網(wǎng)主要由邊緣的接入標(biāo)記交換機(jī)和中繼標(biāo)記交換機(jī)組成。邊緣接入標(biāo)記交換機(jī)主要完成目的IP地址與目的區(qū)域編碼的映射，并形成特定格式的傳送報(bào)文；中繼標(biāo)記交換機(jī)接收特定格式的分組，并根據(jù)目的區(qū)域編碼進(jìn)行分組的轉(zhuǎn)發(fā)工作。
上述交換網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)根據(jù)帶寬預(yù)留情況和標(biāo)記中的業(yè)務(wù)服務(wù)等級(jí)指示可提供不同級(jí)別的交換/轉(zhuǎn)發(fā)操作；可以采用與現(xiàn)有組播協(xié)議兼容的方式建立組播組，按照標(biāo)記指示實(shí)現(xiàn)組播。
本發(fā)明由于采用了按照行政管理地域劃分不同區(qū)域，并提出區(qū)域編碼的標(biāo)記交換方案，既發(fā)揮了MPLS利用標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)快速分組交換的優(yōu)點(diǎn)，又避免了使用標(biāo)記分配協(xié)議動(dòng)態(tài)地為每個(gè)業(yè)務(wù)流分配標(biāo)記，建立和維護(hù)虛連接的工作；同時(shí)，由于本發(fā)明無(wú)縫地繼承IP分組的無(wú)連接傳送方式，并且有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)IP地址編碼空間的擴(kuò)展，使終端的網(wǎng)絡(luò)地址擴(kuò)展為由區(qū)域編碼加上IP地址組成，故解決了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版IPV4地址空間不足的問(wèn)題；由于本發(fā)明的每個(gè)區(qū)域編碼覆蓋一定的區(qū)域，而該區(qū)域?qū)⒏采w許多實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)，所以所需的區(qū)域編碼空間遠(yuǎn)小于IP地址空間，能夠明顯地減小中繼交換機(jī)路由表的大小，降低了查表的難度，提高了查表的速度，加快了分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度。該方案將網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)按其特性分成若干種，并能夠?yàn)椴煌臉I(yè)務(wù)提供不同級(jí)別的服務(wù)，具有兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，如OSPF，支持單播和組播業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是區(qū)域編碼網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明涉及的網(wǎng)絡(luò)包括骨干網(wǎng)和接入域網(wǎng)，其中骨干網(wǎng)由多個(gè)中繼核心路由器/交換機(jī)組成，接入域網(wǎng)可分為不同的區(qū)域B、C，每個(gè)區(qū)域網(wǎng)由終端和二層交換機(jī)組成，區(qū)域網(wǎng)通過(guò)邊緣接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)接入骨干網(wǎng)。當(dāng)終端B1與終端C2通信時(shí)，由終端B1發(fā)出的分組在接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)上加上值為全零的目的區(qū)域編碼，而源區(qū)域編碼則填為接入域B的標(biāo)記編碼，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到缺省端口，由更高級(jí)別路由器按照傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)發(fā)(自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)方式)。當(dāng)此分組到達(dá)接入域C時(shí)，該域的接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)就得到了終端B1的所在域編碼，所以能夠?yàn)榻K端C2前往終端B1的分組打上相應(yīng)標(biāo)記。
本發(fā)明的實(shí)施可分為兼容、替代兩個(gè)階段，其中兼容階段，即本發(fā)明與現(xiàn)有體制兼容。由邊緣標(biāo)記交換機(jī)完成目的IP地址與目的區(qū)域編碼的映射，并為分組形成交換標(biāo)記。標(biāo)記交換網(wǎng)內(nèi)的結(jié)點(diǎn)將同時(shí)運(yùn)行傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和區(qū)域編碼的標(biāo)記交換(RCLS)協(xié)議，而處于標(biāo)記交換網(wǎng)之外的路由器仍采用傳統(tǒng)的IP交換方式轉(zhuǎn)發(fā)IP分組。主機(jī)按照傳統(tǒng)的方式收發(fā)IP分組，接入路由器通過(guò)擴(kuò)展的路由協(xié)議或區(qū)域編碼自學(xué)習(xí)方式獲得區(qū)域編碼分組的轉(zhuǎn)發(fā)路由表，為IP分組添加相應(yīng)的交換標(biāo)記，并將分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳的標(biāo)記交換機(jī)；對(duì)于到達(dá)目的地的標(biāo)記分組，邊緣轉(zhuǎn)發(fā)路由器剝?nèi)シ纸M攜帶的交換標(biāo)記，并按照傳統(tǒng)方式向本地轉(zhuǎn)發(fā)分組。
替代階段，即本發(fā)明完全替代現(xiàn)有體制。用戶可以利用域名解析服務(wù)器直接獲取目的區(qū)域編碼和IP地址。由用戶終端自己完成攜帶區(qū)域編碼信息的裝幀工作。此時(shí)，區(qū)域標(biāo)記交換網(wǎng)將不再需要邊緣標(biāo)記交換機(jī)，而僅由一種中繼標(biāo)記交換機(jī)組成，既減少了組網(wǎng)設(shè)備種類，又提高網(wǎng)絡(luò)的工作效率和吞吐率。
權(quán)利要求
1.一種基于區(qū)域編碼的標(biāo)記交換方法，其特征在于將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)按照行政管理地域劃分為不同的區(qū)域，并為每個(gè)區(qū)域分配唯一的定長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)編碼作為此區(qū)域的標(biāo)識(shí)，將這種標(biāo)識(shí)作為網(wǎng)絡(luò)地址的一部分，由源端發(fā)送的分組攜帶，標(biāo)記交換網(wǎng)用此區(qū)域標(biāo)識(shí)作為路由交換標(biāo)記。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記交換方法，其特征在于網(wǎng)絡(luò)編碼分為兩個(gè)層次，即區(qū)域編碼和接入域編碼，其中，區(qū)域編碼，用以標(biāo)識(shí)包括洲際編碼和國(guó)家/地區(qū)編碼的較大地理區(qū)域；接入域編碼，用以標(biāo)識(shí)區(qū)域內(nèi)的用戶接入網(wǎng)，對(duì)于需要發(fā)送到本區(qū)域以外的IP分組，由邊緣接入域出口路由器在兩層幀頭和IP分組頭之間添加一個(gè)區(qū)域交換標(biāo)記開銷，并對(duì)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記交換方法，其特征在于分組攜帶的交換標(biāo)記主要有分組生存期(TTL)、目的區(qū)域編碼、源區(qū)域編碼、服務(wù)級(jí)別指示；當(dāng)區(qū)域編碼還未在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可根據(jù)與用戶協(xié)商的參數(shù)在接入域的出口路由器上添加該交換標(biāo)記；當(dāng)全網(wǎng)都支持區(qū)域編碼時(shí)，各個(gè)主機(jī)可以根據(jù)其與ISP的協(xié)定自主添加該交換標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的標(biāo)記交換方法，其特征在于目的區(qū)域編碼的獲得可采取下述不同途徑a.采用擴(kuò)展的地址解析協(xié)議(ARP)獲得，同時(shí)要求擴(kuò)展的路由協(xié)議(如OSPF)支持區(qū)域編碼，即在傳統(tǒng)的路由協(xié)議中加入對(duì)區(qū)域編碼的支持，使得各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)能夠獲得所要求的區(qū)域編碼，形成轉(zhuǎn)發(fā)路由表；b.通過(guò)自學(xué)習(xí)的方式獲得，當(dāng)終端B1需要和終端C2通信時(shí)，終端B1發(fā)出的分組在接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)被加上目的區(qū)域編碼為空(即值為全零)、源區(qū)域編碼為接入域B編碼的標(biāo)記，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到缺省端口，由更高級(jí)別路由器按照傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)此分組到達(dá)接入域C時(shí)，該域的接入標(biāo)記路由器/交換機(jī)就得到了終端B1的所在域編碼，這樣即可為終端C2前往終端B1的分組打上相應(yīng)標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記交換方法，其特征在于標(biāo)記交換網(wǎng)通過(guò)該網(wǎng)中的邊緣標(biāo)記交換機(jī)完成目的IP地址與目的區(qū)域編碼的映射，并形成特定格式的傳送報(bào)文；通過(guò)該網(wǎng)中的中繼標(biāo)記交換機(jī)接收特定格式的分組，并根據(jù)目的區(qū)域編碼進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標(biāo)記交換方法，其特征在于標(biāo)記交換網(wǎng)可采用與現(xiàn)有組播協(xié)議兼容的方式建立組播組，為組播組分配特定的網(wǎng)絡(luò)編碼標(biāo)識(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于區(qū)域編碼的標(biāo)記交換方法，可用于分組互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信和交換。該方法將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)按照行政管理地域劃分為不同的區(qū)域，為每個(gè)區(qū)域分配唯一的定長(zhǎng)編碼作為該區(qū)域的標(biāo)識(shí)，并將這種標(biāo)識(shí)作為網(wǎng)絡(luò)地址的一部分，由源端發(fā)送的分組攜帶，標(biāo)記交換網(wǎng)用此標(biāo)記作為路由交換標(biāo)記。該區(qū)域標(biāo)識(shí)的編碼分為骨干網(wǎng)編碼和接入域編碼，其中骨干網(wǎng)編碼，用以標(biāo)識(shí)包括洲際編碼和國(guó)家/地區(qū)的骨干網(wǎng)區(qū)域；接入域編碼，用以標(biāo)記相應(yīng)骨干網(wǎng)內(nèi)的用戶接入網(wǎng)區(qū)域；對(duì)于需要發(fā)送到本區(qū)域以外的IP分組，由接入域出口路由器在2層幀頭和IP分組頭之間增加一個(gè)標(biāo)記開銷，并對(duì)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。該標(biāo)記交換方法具有擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)地址，兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，實(shí)現(xiàn)快速分組交換等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1486042SQ0213945
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者邱智亮, 游驊, 劉增基 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)