專利名稱：：一種層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別的采用層次式IP交換(IPSwitching)技術(shù)取代IP路由(IPRouting)技術(shù)。
背景技術(shù)：
：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量的迅速增長，Internet正逐步成為未來信息基礎(chǔ)平臺，新的應(yīng)用需求和通訊技術(shù)的進步驅(qū)使Internet體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)從開放、集成向高性能、可擴展、可管理方向發(fā)展。原有的Internet體系結(jié)構(gòu)設(shè)計條件已經(jīng)發(fā)生改變，其中的一些原則在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件下不再適用。例如目前為保證網(wǎng)絡(luò)可靠性和方便互聯(lián)，采用的是無中心、無結(jié)構(gòu)的拓撲設(shè)計和一維平鋪的地址結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有有靈活性、健壯性等優(yōu)點。但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模膨脹和用戶呈指數(shù)增長，這種結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在性能、效率、可擴展性、服務(wù)質(zhì)量保證、可管理性等方面受到挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在一維平鋪的地址結(jié)構(gòu)及無結(jié)構(gòu)的地址分配策略導(dǎo)致了龐大的路由表，造成核心路由器包轉(zhuǎn)發(fā)的瓶頸；無結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓撲以及拓撲與地址分離的設(shè)計方案導(dǎo)致對復(fù)雜的全局路由信息進行交換和路由計算，從而消耗了核心路由器大量資源，并且導(dǎo)致大規(guī)模的、全局的、動態(tài)的路由協(xié)議存在穩(wěn)定性不夠、收斂時間慢等問題；不確定的路由容易引起流量突發(fā)以及流量模式難以預(yù)測，從而導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量保證和流量控制困難等等。當(dāng)前Internet無結(jié)構(gòu)的任意拓撲連接與地址結(jié)構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)地址與拓撲分離的特性，是造成目前Internet路由問題、服務(wù)質(zhì)量保證和性能擴展等問題難以解決的根本原因。當(dāng)前Internet路由由兩個層次完成，分為域間路由和域內(nèi)路由。邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP4(BorderGatewayProtocol4)是目前域間路由唯一的事實標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議在大約10萬個路由器中運行，交換全球Internet自治系統(tǒng)間的可達性信息，從而使Internet成為了世界上最大的分布式系統(tǒng)之一。但是一維平鋪的地址結(jié)構(gòu)、無序的地址分配策略、拓撲與地址分離、全局動態(tài)及其規(guī)模龐大的特征導(dǎo)致了BGP4在可擴展性、收斂效率、穩(wěn)定性等方面存在嚴重問題，難以承擔(dān)未來更大規(guī)模Internet路由任務(wù)。F.Kamoun和L.Kleinrock所提出的層次路由方法(″HierarchicalRoutingforLargeNetworksPerformanceEvaluationandOptimization″，ComputerNetworks，1(3)155--174，January1977)以及PNNI(PrivateNetwork-NetworkInterface)通過拓撲、地址的匯聚、和抽象技術(shù)實現(xiàn)信息掩藏，在任意拓撲的網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)造邏輯層次結(jié)構(gòu)的路由，解決路由表可擴展性問題，但是代價是增加了平均路徑長度，并且信息抽象與路由計算非常復(fù)雜。為了提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速度和提供服務(wù)質(zhì)量保證，人們試圖盡量用交換來代替路由，提出了IP/MPLS路由/標(biāo)記交換結(jié)構(gòu)(Rosen，E.，Viswanathan，A.andR.Callon，″AProposedArchitectureforMPLS″，RFC3031，January2001)，綜合利用網(wǎng)絡(luò)核心交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)邊緣IP路由技術(shù)的優(yōu)點。在IP/MPLS結(jié)構(gòu)下，路由是永遠避不開的，只能做到部分地減少路由表查找次數(shù)，這是在現(xiàn)有包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)上的一點改進，但是并沒有從根本上解決問題第一，復(fù)雜的路由表生成過程、存儲龐大的路由表、及對路由表費時的查詢工作都沒有消除；第二，沒有快速、嚴格的方法對隨機到達的獨立IP包是屬于同一個流還是非同一個流進行有效地認定；第三，標(biāo)記交換技術(shù)也引入了更復(fù)雜的問題，例如標(biāo)記的生成、分配、管理、標(biāo)記到端口的查詢和映射、標(biāo)記交換與其他協(xié)議的互操作等，使得核心網(wǎng)內(nèi)部越做越復(fù)雜。MPLS增加了Internet核心的復(fù)雜性，偏離了Internet結(jié)構(gòu)。上述方法和技術(shù)是對現(xiàn)有Internet結(jié)構(gòu)的完善和修補，沒有重大突破。發(fā)明目的為了解決當(dāng)前Internet因任意連接的拓撲、一維平鋪且無序的地址分配、以及地址與拓撲無直接關(guān)系等原因造成的路由表龐大、全局路由信息交換與計算復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供一種層次式交換網(wǎng)絡(luò)(HierarchicallySwitchedNetwork)系統(tǒng)，以下簡稱HSNET，用于解決路由規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)性能可擴展性的問題。發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下層次式交換網(wǎng)絡(luò)主要通過重新規(guī)定網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)地址的規(guī)則以及二者之間必須滿足的關(guān)系，用IP交換徹底取代IP路由。其基本方案包括按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，同樣按層次結(jié)構(gòu)分配網(wǎng)絡(luò)的地址空間，拓撲結(jié)構(gòu)的層次與地址結(jié)構(gòu)的層次嚴格匹配的；在按照以上方法組建的網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包按照層次地址的快速交換，從而避免路由操作。層次式交換網(wǎng)絡(luò)是一組網(wǎng)絡(luò)組織方法與控制方法的集合，主要包括拓撲結(jié)構(gòu)組織方法、地址分配方法、包交換控制方法等。1.本發(fā)明使用的基本術(shù)語(1)層次式交換(HierarchicalSwitching)網(wǎng)絡(luò)的拓撲與地址采用層次結(jié)構(gòu)且嚴格匹配，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)依賴目標(biāo)地址的相應(yīng)層次實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的交換。(2)層次式交換網(wǎng)絡(luò)(HierarchicallySwitchedNetwork，HSNET)指符合層次式交換的網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中使用層次式交換。(3)節(jié)點域也叫邏輯節(jié)點或虛擬節(jié)點，是HSNET基本邏輯元素之一，指由一組互相連接的交換機和其他功能的服務(wù)器(如策略服務(wù)器、帶寬代理服務(wù)器、各類管理信息庫等)所組成的自治域。(4)節(jié)點節(jié)點域內(nèi)部的交換機和其他功能服務(wù)器，統(tǒng)稱為節(jié)點。(5)根域處于層次式交換網(wǎng)絡(luò)頂層的節(jié)點域，根域可以與其他HSNET網(wǎng)絡(luò)或非HSNET網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)。(6)父域處于某節(jié)點域直接上層的節(jié)點域。(7)子域處于某節(jié)點域直接下層的節(jié)點域。(8)兄弟域某節(jié)點域直接下層的所有節(jié)點域互稱兄弟域。(9)鏈路在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)節(jié)點間通信的媒介或設(shè)施，如ppp鏈路、以太網(wǎng)、X.25、幀中繼、ATM網(wǎng)、或高層隧道等。(10)外部鏈路本節(jié)點域與其他節(jié)點域相連的鏈路。(11)內(nèi)部鏈路連接本節(jié)點域內(nèi)部節(jié)點的鏈路。(12)邏輯鏈路也稱虛擬鏈路，是HSNET基本邏輯元素之一。一條邏輯鏈路指本節(jié)點域連接其他某節(jié)點域的所有外部鏈路的集合。一個節(jié)點域的邏輯鏈路包括一個指向父節(jié)點域的邏輯鏈路、若干個指向子節(jié)點域的邏輯鏈路、以及若干個短接邏輯鏈路。(13)端口端口是節(jié)點用來與鏈路連接的部件。在節(jié)點域中，端口由節(jié)點ID和端口在該節(jié)點的標(biāo)號標(biāo)識。端口一般包括輸入、輸出兩部分。在節(jié)點域內(nèi)，依據(jù)所連接的鏈路不同分為外部端口和內(nèi)部端口。(14)外部端口與外部鏈路相連的端口稱外部端口。一個外部端口可以分為輸入外部端口和輸出外部端口兩部分。(15)內(nèi)部端口與內(nèi)部鏈路相連的端口稱內(nèi)部端口。(16)邏輯端口與邏輯鏈路一一對應(yīng)的端口，是邏輯鏈路所包含的外部鏈路在本節(jié)點域的外部端口集合。(17)鄰居連接到同一鏈路的節(jié)點互稱鄰居。(18)邊界節(jié)點與其他網(wǎng)絡(luò)(HSNET網(wǎng)絡(luò)或非HSNET網(wǎng)絡(luò))相連的節(jié)點。(19)邊界端口與其他網(wǎng)絡(luò)(HSNET網(wǎng)絡(luò)或非HSNET網(wǎng)絡(luò))相連的端口。2.HSNET拓撲結(jié)構(gòu)組織方法HSNET拓撲結(jié)構(gòu)組織方法規(guī)定了組建層次式交換網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)時所采用的方法。首先根據(jù)管理域的不同，可以把網(wǎng)絡(luò)分為兩部分骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)。圖1是網(wǎng)絡(luò)的兩層邏輯結(jié)構(gòu)示意圖，(1)為骨干網(wǎng)，(2)為骨干網(wǎng)內(nèi)節(jié)點，(A)-(H)為接入網(wǎng)。骨干網(wǎng)由運營商運行和管理，接入網(wǎng)由用戶單位管理。城域網(wǎng)包含在骨干網(wǎng)中，由運營商負責(zé)。擁有接入網(wǎng)的單位，可以是一所學(xué)校、一所醫(yī)院、一個公司、一個政府部門、一個居民小區(qū)等。把所有的用戶接入網(wǎng)用一個骨干網(wǎng)連接起來。HSNET是指骨干網(wǎng)遵循HSNET組建，并且運行HSNET協(xié)議。然后，HSNET骨干網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)是由多個交換層次組成樹型結(jié)構(gòu)。由于簡單樹型結(jié)構(gòu)中任意兩個節(jié)點的鏈路是唯一的，因此簡化了路由。但是它在可靠性、擴展性、靈活性等方面存在固有的缺點例如如果存在單點故障，那么一條信道或節(jié)點的失效，會使得該信道或節(jié)點下連的所有子樹失去連接性，從而造成一批下屬子樹的斷連；如果單根信道的帶寬和單個交換機的容量受限，則存在可擴展性問題；由于樹型結(jié)構(gòu)任意節(jié)點間的路徑是唯一的，所以不能滿足多個實體間靈活的路由需求。因此在設(shè)計HSNET網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明對嚴格的樹型結(jié)構(gòu)進行擴展，以避免上述缺點。擴展包括兩種第一種是基于邏輯節(jié)點域和邏輯鏈路擴展。這種擴展方法用于解決可靠性和容量可擴展性問題。該方法以邏輯節(jié)點(或稱節(jié)點域)替代樹型結(jié)構(gòu)的節(jié)點，以邏輯鏈路替代樹型結(jié)構(gòu)的分支，以邏輯節(jié)點和邏輯鏈路為基本元素按樹型結(jié)構(gòu)組織成邏輯上的層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，保持層次結(jié)構(gòu)特點。從實現(xiàn)角度看，每個節(jié)點域中有多個節(jié)點互聯(lián)，這保證了交換節(jié)點容量的可擴展性和路徑選擇的靈活性。由于每條邏輯鏈路包含了多條物理鏈路，因此擴展了邏輯鏈路的帶寬，增強了抵御單條物理信道失效的能力。因此邏輯擴展方法既保持了樹型結(jié)構(gòu)的特點，又保證了可靠性和可擴展性。圖2是基于邏輯節(jié)點域和邏輯鏈路擴展的局部層次式交換網(wǎng)絡(luò)示意圖，(1)為節(jié)點域，(2)為邏輯鏈路，(3)為服務(wù)器，(4)為交換機。節(jié)點域(1)是樹型結(jié)構(gòu)上的一個交換節(jié)點，其功能如同一個交換機，完成流量向上和向下兩個方向的轉(zhuǎn)發(fā)。連接兩個相鄰節(jié)點域間的外部鏈路集合抽象為邏輯鏈路(2)，每個邏輯鏈路由多條外部鏈路組成。對于某一節(jié)點域而言，有一上行邏輯鏈路和一組下行邏輯鏈路上行邏輯鏈路連接父節(jié)點域；下行邏輯鏈路有多條，連接多個子節(jié)點域。每個下行邏輯鏈路由本層節(jié)點域管理，并且分配一個邏輯鏈路號，這個邏輯鏈路號其實就是下一層子域的子域號。第二種是基于短接的擴展。這種擴展方法用于解決靈活性和效率問題。該方法在不同子樹間增加直接鏈路，讓子樹間存在第二條有效路徑，從而使得子樹間的流量不一定需要它們共同的祖先節(jié)點域進行轉(zhuǎn)發(fā)。在基于短接擴展中，短接鏈路是局部自治的，只有短接鏈路兩端直接關(guān)聯(lián)的節(jié)點域感知此短接的存在。短接擴展的方法保持了拓撲的層次性，同時具有靈活的拓撲結(jié)構(gòu)。短接鏈路的實現(xiàn)可以按照第一種擴展方法中邏輯鏈路的構(gòu)造方式實現(xiàn)，即由一組物理鏈路組成?；诙探訑U展有五種應(yīng)用場景(1)第一種應(yīng)用場景是在同一地區(qū)(例如同一個城市)中有兩個甚至更多的接入服務(wù)提供商采用層次式交換網(wǎng)絡(luò)向用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)這些接入服務(wù)提供商(ISP)的層次網(wǎng)絡(luò)可能互相交叉重疊，例如處在同一城市的一批醫(yī)院接到一個接入服務(wù)提供商提供的層次網(wǎng)絡(luò)上，同一城市的一些保險公司接到了另一個接入服務(wù)提供商提供的層次網(wǎng)絡(luò)上；如果醫(yī)院與保險公司之間的通信都要繞道兩棵樹的頂層才能到達對方，而這種頂層互連可能在數(shù)千公里以外，這是不合理的，因此需要引入短接擴展。(2)第二種應(yīng)用場景是雖然一個地區(qū)(例如城市)內(nèi)只有一個接入服務(wù)提供商提供層次網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，只有一棵子樹，但某些接入用戶是一個集團，在不同的子區(qū)域有多個分支機構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)之間有較大的通信量，或有較高的通信質(zhì)量要求；因此要求接入服務(wù)提供商在其有大通信量的分支機構(gòu)所接入的底層節(jié)點域之間增設(shè)信道，直接連通。(3)第三種應(yīng)用場景是接入服務(wù)提供商自身通過對網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測與分析，認為某兩個子區(qū)域(子樹)之間應(yīng)增加一條直接的信道，可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，因此在兩個子區(qū)之間進行短接。(4)第四種應(yīng)用場景是HSNET與非HSNET網(wǎng)互連時進行短接，使得HSNET網(wǎng)絡(luò)與非HSNET網(wǎng)間不需要經(jīng)過頂層網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)。(5)第五種應(yīng)用場景的短接通達對方的整個網(wǎng)絡(luò)，而不只是對方的一棵子樹。上述前四種短接需求的應(yīng)用場景都屬于局部性短接，主要目的是本地流量不要繞道遠程，使本地區(qū)內(nèi)處于不同ISP的網(wǎng)絡(luò)或同一ISP網(wǎng)絡(luò)的不同分支網(wǎng)之間的流量更加合理，起局部優(yōu)化作用；第五種則是全局性短接。為了提供連網(wǎng)時最大程度的靈活性，在將現(xiàn)有網(wǎng)狀連接的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成層次式交換網(wǎng)絡(luò)，短接方式允許任意進行短接。任意短接包括如下方法(1)允許層次網(wǎng)絡(luò)中有任意多的短接鏈路；(2)允許一個節(jié)點域?qū)ζ渌我舛鄠€節(jié)點域有短接鏈路；(3)允許處于樹的任意不同層次的節(jié)點域之間有短接鏈路。通過任意短接，在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不加任何改變的情況下，可以把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)改造成基于層次交換的網(wǎng)絡(luò)。圖3是一個任意短接擴展例子的示意圖，其中(D1)-(D10)、(D1’)-(D10’)是節(jié)點域，(A)-(H)是接入網(wǎng)，(1)-(8)是短接鏈路。HSNET網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)有三種模式包括與其他HSNET互聯(lián)、與非HSNET網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、以及與接入網(wǎng)互聯(lián)。與其他HSNET互聯(lián)有兩種方法一種是短接互聯(lián)，即在兩個HSNET網(wǎng)頂層節(jié)點域間通過短接鏈路進行互聯(lián)。其優(yōu)點是互聯(lián)簡單，只需要配置頂層節(jié)點域即可，而缺點是只能在兩個HSNET間互聯(lián)，不能實現(xiàn)多個(三個以上)HSNET的全互聯(lián)，如圖3所示。另一種是頂層擴展方法，即建立一個超級虛擬節(jié)點域作為根節(jié)點，將各個HSNET網(wǎng)絡(luò)的頂層節(jié)點域作為這個超級節(jié)點域的子節(jié)點域，構(gòu)造新的更大范圍的HSNET網(wǎng)絡(luò)。圖4是頂層擴展方法示意圖，(D1)-(D10)、(D1’)-(D10’)是節(jié)點域，(A)-(H)為接入網(wǎng)，(1)為HSNET1，(2)為HSNET2，(D0)是超級節(jié)點域。與非HSNET網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方法是HSNET頂層節(jié)點域直接與非HSNET網(wǎng)絡(luò)的核心骨干網(wǎng)互聯(lián)，或者與非HSNET網(wǎng)絡(luò)建立一個對等關(guān)系。對等關(guān)系的建立需要運行BGP協(xié)議，或者將HSNET網(wǎng)絡(luò)作為非HSNET骨干網(wǎng)的一個下層網(wǎng)絡(luò)而無需運行BGP協(xié)議。圖5是HSNET網(wǎng)絡(luò)與非HSNET網(wǎng)絡(luò)互操作示意圖，(1)是非HSNET網(wǎng)絡(luò)的核心層，(2)是非HSNET網(wǎng)絡(luò)的分布層，(3)是非HSNET網(wǎng)絡(luò)，(4)是HSNET網(wǎng)絡(luò)，(A)-(Q)是接入網(wǎng)。與接入網(wǎng)互聯(lián)有三種方法包括與當(dāng)前接入網(wǎng)直接互聯(lián)、多宿互聯(lián)、以及HSNET末端擴展方法。直接互聯(lián)方法是最基本的方法，即將用戶網(wǎng)絡(luò)通過路由器直接接入HSNET葉子節(jié)點域(也稱HSNET邊緣端口)，從而實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)的接入；多宿互聯(lián)(Multi-Homing)方法指一個用戶網(wǎng)絡(luò)連到不同的ISP、或同一個ISP的不同接入點，以便增加可靠性，均衡負載；HSNET末端擴展方法指接入網(wǎng)本身也按照層次式交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，從而在接入時取消了路由器，實現(xiàn)HSNET網(wǎng)絡(luò)與接入網(wǎng)的無縫互聯(lián)。圖5反映了HSNET網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)互操作的場景，其中HSNET網(wǎng)絡(luò)在底層將不同類型的接入網(wǎng)連接起來，同時可以與其他HSNET網(wǎng)絡(luò)或非HSNET網(wǎng)絡(luò)在頂層互連。圖6給出兩個用戶接入網(wǎng)(C)、(E)采用多宿互聯(lián)方法接入HSNET網(wǎng)絡(luò)的示意圖，(D1)-(D10)、(D1’)-(D10’)是節(jié)點域，(A)-(Q)為接入網(wǎng)，(1)為HSNET1，(2)為HSNET2。用戶接入網(wǎng)(C)連到同一ISP網(wǎng)的兩個不同的子樹，用戶接入網(wǎng)(E)連到兩個不同ISP的HSNET網(wǎng)絡(luò)。3.HSNET地址分配方法HSNET地址分配方法遵循與IPv6地址結(jié)構(gòu)兼容的原則，遵守IPv6地址分配方案，在統(tǒng)一地址空間建立一致的地址結(jié)構(gòu)。該分配方法在授權(quán)的地址空間內(nèi)構(gòu)造層次地址結(jié)構(gòu)，這種地址不僅具有命名功能，而且具有尋址功能，即網(wǎng)絡(luò)地址能夠表示網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化信息。HSNET是骨干網(wǎng)絡(luò)，其地址分配方法主要涉及骨干網(wǎng)絡(luò)層地址的設(shè)計、分配和管理，不涉及用戶接入網(wǎng)絡(luò)及其內(nèi)部節(jié)點的地址分配與管理。本發(fā)明的HSNET地址分配方法主要考慮全局單播地址分配，將一個IP地址分為網(wǎng)絡(luò)地址號(NetworkID)和接口號(InterfaceID)兩部分在HSNET網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，任意一棵邏輯子樹是一個層次子網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)地址號由子網(wǎng)地址前綴表示；同時上一層網(wǎng)絡(luò)為下一層網(wǎng)絡(luò)分配一個邏輯端口號，下一層子網(wǎng)地址是上一層子網(wǎng)地址前綴與其分配的邏輯端口號的組合。通過層次網(wǎng)絡(luò)地址號顯式地指出了數(shù)據(jù)包交換的邏輯路徑。IPv6的地址類型有三類單播(Unicast)地址、任播(Anycast)地址和組播(Multicast)地址。IPv6地址用途由地址的前導(dǎo)位模式指定，又稱格式前綴FP(FormatPrefix)。FP為11111111指示該地址為組播地址，其他的為單播與任播地址。以FP劃分地址空間，其用途、格式前綴、和地址空間如表1所示。表1IPv6地址圖7是IPv6可匯聚全局單播地址結(jié)構(gòu)(AggregatableGlobalUnicastAddresses)格式(A)是格式前綴FP，值為001，3個比特；(B)是頂層匯聚域TLA，13比特；(C)是保留字段RES，保留用于將來擴展TLA或NLA域，8比特；(D)是下一層匯聚域NLA，24比特；(E)是站點層域SLA，16比特；(F)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(G)是公共地址范圍；(H)是站點拓撲地址范圍。TLA、NLA、SLA將地址分成三個大的層次TLA在路由層次的頂層，由注冊機構(gòu)分配給大的提供流量中轉(zhuǎn)服務(wù)的組織；NLA用于得到一個TLA地址的組織建立自己內(nèi)部的地址層次并標(biāo)識站點；SLA用于用戶組織建立自己的內(nèi)部地址層次結(jié)構(gòu)并標(biāo)識子網(wǎng)。HSNET的地址分配是在IPv6地址分配框架下對于全局單播地址進行地址分配，有兩種方法一種方法是重新劃分IPv6的可匯聚的全局單播地址，由HSNET重新分配，建立自己的層次結(jié)構(gòu)地址空間，如圖8所示。圖8是兼容IPv6的HSNET可匯聚全局單播地址結(jié)構(gòu)格式(A)是格式前綴FP，值為001，3個比特；(B)是頂層匯聚域TLA，13比特；(C)是保留字段(RES)，保留用于將來擴展TLA或HA域，8比特；(D)是層次地址域HA，32比特；(E)是站點層域SLA，8比特；(F)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(G)是公共地址范圍；(H)是層次拓撲地址范圍；(I)是站點拓撲地址范圍。另一種方法是使用IPv6未指派的地址空間，如FP位模式為010、011、100、101、110等，建立層次交換網(wǎng)絡(luò)的地址空間，如圖9。圖9是使用IPv6未指派地址空間的HSNET全局單播地址結(jié)構(gòu)格式(A)是格式前綴FP，3個比特；(B)是層次地址域HA，61比特；(C)是站點層域SLA，16比特；(D)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(E)是層次拓撲地址范圍；(F)是站點拓撲地址范圍。本發(fā)明建議采用第一種地址方案，以便與現(xiàn)有的IPv6網(wǎng)絡(luò)直接互通。HSNET地址分配方法采用變長交換字段，根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的需要設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的地址結(jié)構(gòu)。HSNET地址層次數(shù)目以及各層交換字段的長度是與網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，由各節(jié)點域獨立決定自己交換字段的長度以及交換字段的值作為下一層子網(wǎng)的邏輯號。交換字段的長度決定了該節(jié)點域扇出的最大子域數(shù)目。實際網(wǎng)絡(luò)的拓撲層次雖然沒有限制，但一般在3到5層范圍之內(nèi)，地址的交換字段數(shù)目也就在3到5的范圍內(nèi)。交換數(shù)據(jù)包時，各節(jié)點域需要知道相應(yīng)交換字段的位置與長度。具體的，HSNET層次地址空間可以劃分成多個交換字段SFi，每個交換字段SFi有兩個參數(shù)Si和Li，其中Si是子網(wǎng)前綴的長度，表示SFi在IP地址中的起始位置，Li是交換字段SFi的長度。位模式全1的地址有特別用途，用于指示本節(jié)點域地址；位模式全0的地址用于缺層時進行靈活的層次插入；是否采用長度相等的交換字段需要考慮系統(tǒng)的復(fù)雜度和轉(zhuǎn)發(fā)效率。HSNET地址分配方法對節(jié)點域及其內(nèi)部節(jié)點地址進行標(biāo)識，包括節(jié)點域及其邏輯端口地址、節(jié)點域內(nèi)部節(jié)點及其端口地址、節(jié)點域內(nèi)部服務(wù)器地址。即節(jié)點域內(nèi)部地址的設(shè)計以HSNET網(wǎng)某分支第i層節(jié)點域A及其內(nèi)部節(jié)點地址為例，其格式為FP:TLA:RES:SF1:SF2:…:SFi:…:SLA:EHA:TYPE:X:Y:其中SFi位模式為全1；EHA是可擴展的層次地址，占4個字節(jié)；類型TYPE字段為特殊地址的類型，占1個字節(jié)；X字段占1個字節(jié)；Y字段占2個字節(jié)。地址解析方法根據(jù)EHA字段的位模式是否全為“0”而不同如果EHA字段的位模式不為全“0”，則地址解析為本節(jié)點域內(nèi)部的一臺服務(wù)器地址，這個地址的低64比特就是該服務(wù)器EUI-64格式的接口標(biāo)識號；否則如果EHA字段的位模式為全“0”，則地址根據(jù)以下方式解析(1)如果TYPE＝0、X、Y均為0，則該地址標(biāo)識節(jié)點域A自身地址；(2)如果TYPE＝1，Y取值范圍為0至65535。當(dāng)Y取值為0至1023，則該地址標(biāo)識本節(jié)點域A內(nèi)邏輯端口號為Y的邏輯端口；當(dāng)Y取值為1024至2047，則該地址標(biāo)識本節(jié)點域A內(nèi)短接邏輯端口號為Y的端口；當(dāng)Y取值為65535，則該地址標(biāo)識本節(jié)點域A內(nèi)的上行邏輯端口。(3)如果TYPE＝2，則該地址標(biāo)識節(jié)點域A內(nèi)交換機號為X的交換機。(4)如果TYPE＝3，則該地址標(biāo)識節(jié)點域A內(nèi)交換機號為X、物理端口號為Y的物理端口。(5)如果TYPE＝4、X＝0、Y取值為0至255，則該地址標(biāo)識節(jié)點域A內(nèi)的類型為Y的服務(wù)器。HSNET的地址分配在網(wǎng)絡(luò)層次空缺時可以支持層次的插入。HSNET網(wǎng)絡(luò)中分支網(wǎng)絡(luò)的層次數(shù)目可能不同，即節(jié)點域或用戶接入網(wǎng)絡(luò)可以跳過某些層次直接與高層的祖先節(jié)點域連接。跳過的層次是空缺層次，空缺層次的交換字段設(shè)為0。當(dāng)這部分地址空間要讓更多的用戶接入網(wǎng)絡(luò)使用時，就可以進行層次的插入，插入一或多個層次。在缺層分支上插入層次，即增加節(jié)點域，然后建立它的層次網(wǎng)絡(luò)。在缺層的分支上可以插入多個層次，但都要保證缺層分支上原來的各節(jié)點域在其上層節(jié)點域的域號為0。層次插入不影響原缺層分支上已分配的地址空間。4.數(shù)據(jù)包層次式交換控制方法上述層次式交換網(wǎng)絡(luò)的拓撲和地址都是層次結(jié)構(gòu)，并且地址結(jié)構(gòu)與拓撲結(jié)構(gòu)互相匹配，因此本發(fā)明根據(jù)層次網(wǎng)絡(luò)的這些特征，在層次式交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用層次式交換。由于HSNET網(wǎng)絡(luò)拓撲的層次特征，故任意兩節(jié)點域之間的邏輯交換路徑是確定的，沒有全局的路由計算；由于HSNET地址的層次特征并且地址與拓撲嚴格匹配，故地址反映一定的拓撲信息，地址本身具有尋徑功能，根據(jù)IP目標(biāo)地址相應(yīng)的交換字段，確定邏輯路徑的下一跳，進而結(jié)合節(jié)點域配置信息與控制規(guī)程，確定實際轉(zhuǎn)發(fā)路徑，完成數(shù)據(jù)包在節(jié)點域的交換。在節(jié)點域，數(shù)據(jù)包層次式交換有三個過程確定邏輯端口、選擇目標(biāo)外部端口、和選擇下一跳輸出端口。從外部端口首次到達節(jié)點域的包需要進行確定邏輯端口，選擇目標(biāo)外部端口，然后選擇下一跳端口送往下一節(jié)點；而從內(nèi)部端口到達的包，只需要進行最后階段的操作，即根據(jù)前面選定的目標(biāo)外部端口選擇下一跳，逐跳到達目標(biāo)外部端口。對于最后一個過程，由于節(jié)點進行下一跳選擇時需要知道目標(biāo)外部輸出端口信息(稱為內(nèi)部交換標(biāo)記ISL)，因此當(dāng)數(shù)據(jù)包首次進入該節(jié)點域并完成目標(biāo)外部端口選擇時，需要對包進行ISL封裝。圖13是ISL封裝IP包格式其中(A)是FLAG字段，4比特；(B)是保留字段RES，4比特；(C)是EPID字段，24比特；(D)是IP包；(E)是ISL。ISL由三個字段組成，分別為FLAG、RES、以及EPID。FLAG位模式為1111時標(biāo)識ISL封裝，RES保留，EPID字段填入包的目標(biāo)外部輸出端口號EPID，EPID由交換機號SID(8位)和端口號PID(16位)組成。有益效果本發(fā)明的層次式交換網(wǎng)絡(luò)可以消除龐大的路由表，沒有復(fù)雜的、全局的路由計算，網(wǎng)絡(luò)控制與管理局部自治，從而提高了網(wǎng)絡(luò)性能，簡化了核心網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。層次式交換網(wǎng)絡(luò)適合構(gòu)造高性能、可擴展、可管理和可靠的下一代Internet，特別適合于IPv6網(wǎng)絡(luò)，它遵循IPv6及其相關(guān)協(xié)議(如IPv6地址體系結(jié)構(gòu))，為IPv6網(wǎng)絡(luò)提供了一種新的包轉(zhuǎn)發(fā)方案。本發(fā)明的有益效果包括(1)層次式交換網(wǎng)絡(luò)的重要特征是網(wǎng)絡(luò)拓撲是按照層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造的、網(wǎng)絡(luò)的地址也是按照層次結(jié)構(gòu)分配、以及網(wǎng)絡(luò)的地址結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)拓撲的結(jié)構(gòu)是匹配的。這種特性使得Internet上數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)不依賴路由表選路，從而不需要全局的、復(fù)雜的路由信息交換與路由計算。層次交換控制過程具有局部自治性，交換控制信息局限于交換節(jié)點內(nèi)部，無須在整個網(wǎng)絡(luò)傳播控制信息，無須考慮與其他節(jié)點域的互操作問題，不僅簡化了交換機的設(shè)計，而且簡化了網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，大大降低了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜度。復(fù)雜度的降低是構(gòu)造高性能網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。(2)層次式交換采用IP交換代替IP路由，各層節(jié)點按照目的IP地址相應(yīng)的交換字段進行局部控制的簡單交換，不依賴于查詢龐大的路由表，不再具有傳統(tǒng)意義上路由選擇的含義，路由器退化成了交換機。與標(biāo)記交換如MPLS相比，交換的依據(jù)是IP包的目的地址相應(yīng)的交換字段，因此不需要對很長的標(biāo)記進行分配、管理、檢索，不需要為每個流生成標(biāo)記交換路徑(LSP)。層次式交換中，每個節(jié)點域只使用地址中一個很短的字段的值，決定下一跳的去向，極大地簡化了交換機的復(fù)雜度，消除了復(fù)雜的路由計算和查找龐大路由表的任務(wù)，可以用硬件完成主要交換功能，提高交換機的性能，大大減輕了路由器的瓶頸問題。(3)層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有性能、規(guī)模、管理上的可擴展性。隨著Internet逐步成為未來全球基礎(chǔ)信息傳輸平臺，用戶數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模呈幾何級數(shù)增長。新的應(yīng)用需要提供有QoS保證的大數(shù)據(jù)量實時多媒體傳輸服務(wù)。但是目前在無結(jié)構(gòu)的Internet上，一條信道被不可知的用戶群體借道使用，加上通信的突發(fā)性，因此無法預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的流量模式，無法合理地為每條信道及其相應(yīng)的端口分配合適的資源數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)的流量工程或QoS機制難以進行。這種缺陷對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴展、網(wǎng)絡(luò)性能擴展的影響越來越突出，成為制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵因素。層次式交換網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有的Internet中引入結(jié)構(gòu)化概念，可以把子區(qū)域內(nèi)的局部通信的流量限制在子區(qū)域內(nèi)部，不占用子區(qū)域以外的網(wǎng)絡(luò)資源，避免了目前經(jīng)常出現(xiàn)的混亂、低效、浪費網(wǎng)絡(luò)資源的現(xiàn)象。層次式網(wǎng)絡(luò)有嚴格的拓撲結(jié)構(gòu)和相對固定的通信路徑，可以簡化描述網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的模型，降低網(wǎng)絡(luò)資源管理和網(wǎng)絡(luò)流量分布預(yù)測的復(fù)雜性，為QoS機制的應(yīng)用提供根本保證。同時由于層次式結(jié)構(gòu)具有良好的可擴展性和可管理性，適合有效構(gòu)造和管理大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，可以成為未來Internet采用的結(jié)構(gòu)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模擴大、用戶數(shù)量或用戶網(wǎng)絡(luò)增加時，擴展只需增加中間層次即可，其影響局限在局部范圍內(nèi)，不會對整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。(4)HSNET網(wǎng)絡(luò)基于邏輯節(jié)點域與邏輯鏈路的擴展，增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和容量的可擴展性。基于短接的擴展使得層次拓撲結(jié)構(gòu)更加靈活，既在邏輯上保持了層次結(jié)構(gòu)的特點，又在網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上具有靈活的結(jié)構(gòu)。原則上，現(xiàn)有的任意連接的任何復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在對其拓撲結(jié)構(gòu)和信道連接狀況不加任何修改的情況下，都可以變成帶短接信道的層次交換網(wǎng)絡(luò)。(5)HSNET的設(shè)計與現(xiàn)有IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)的兼容。IPv6的網(wǎng)絡(luò)可以直接接入，因此HSNET將有利于推進IPv6。HSNET的設(shè)計，使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)可以有序、漸進地過渡到全HSNET結(jié)構(gòu)。圖1網(wǎng)絡(luò)兩層邏輯結(jié)構(gòu)示意2基于邏輯節(jié)點域和邏輯鏈路擴展的局部層次式交換網(wǎng)絡(luò)示意3一個任意短接擴展的例子示意4頂層擴展方法示意5HSNET網(wǎng)絡(luò)與非HSNET網(wǎng)絡(luò)互操作示意6接入網(wǎng)基于多宿方法接入HSNET網(wǎng)絡(luò)拓撲實例示意7IPv6可匯聚全局單播地址結(jié)構(gòu)格式圖8兼容IPv6的HSNET可匯聚全局單播地址結(jié)構(gòu)格式圖9使用IPv6未指派地址空間的HSNET全局單播地址結(jié)構(gòu)格式圖10HSNET網(wǎng)絡(luò)及層次地址結(jié)構(gòu)實例示意11HSNET網(wǎng)絡(luò)分支缺層地址表示實例示意12層次插入的實例示意13ISL封裝IP包格式圖14層次交換網(wǎng)絡(luò)實施例示意15ISL封裝IP包P格式示意圖實施例下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖10是一個HSNET網(wǎng)絡(luò)及層次地址結(jié)構(gòu)實例示意圖。其中(1)是HSNET網(wǎng)絡(luò)，(D1)-(D10)是節(jié)點域，(V)-(Z)是接入網(wǎng)，(A)是格式前綴FP，值為001；(B)是頂層匯聚域TLA，13比特；(C)是保留字段RES，8比特；(SF1)-(SF10)分別是節(jié)點域(D1)-(D10)的交換字段；(E)是站點層域SLA，8比特；(F)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(G)是公共地址范圍；(H)是層次拓撲地址范圍；(I)是站點拓撲地址范圍。圖10(a)是一個HSNET網(wǎng)絡(luò)示意圖。圖10(b)是分支(D1)-(D2)-(D4)-(D7)層次地址結(jié)構(gòu)示意圖，32位層次地址域(HA)被劃分為不等長的四個交換字段，分別為SF1(24/8)、SF2(32/10)、SF4(42/6)、SF7(48/8)。一個附著于此HSNET網(wǎng)絡(luò)分支的接入網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)主機地址表示為FP:TLA:RES:SF1:SF2:SF4:SF7:SLA:EUI-64，其中SF1:SF2:SF4:SF7為HSNET的層次地址，由ISP管理；SLA為用戶接入網(wǎng)的地址，即站點網(wǎng)號；EUI-64是64位的主機號。圖10(c)是分支(D1)-(D3)-(D6)-(D10)層次地址結(jié)構(gòu)，其中32位層次地址域(HA)被劃分為等長的四個交換字段，分別為SF1(24/8)、SF3(32/8)、SF6(40/8)、SF10(48/8)。圖11是HSNET網(wǎng)絡(luò)分支缺層地址表示實例示意圖。其中(D1)-(D7)是節(jié)點域，(W)-(Z)是接入網(wǎng)，(A)是格式前綴FP，值為001，3個比特；(B)是頂層匯聚域TLA，13比特；(C)是保留字段RES，8比特；(SF1)-(SF7)分別是節(jié)點域(D1)-(D7)的交換字段；(M)是缺層字段；(E)是站點層域SLA，8比特；(F)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(G)是公共地址范圍；(H)是層次拓撲地址范圍；(I)是站點拓撲地址范圍。圖11(a)是一個HSNET網(wǎng)絡(luò)示意圖，一個骨干服務(wù)器或接入網(wǎng)直接連到該HSNET網(wǎng)分支(D1)-(D2)-(D4)-(D7)的第二層節(jié)點域(D2)，下層空缺。圖11(b)是分支(D1)-(D2)-(Y)層次地址結(jié)構(gòu)示意圖，其中32位層次地址域(HA)被劃分為不等長的兩個交換字段，分別為SF1(24/8)、SF2(32/10)，SF2值為0；缺層字段M(42/14)，14比特，填充二進制0。圖12是一個層次插入的實例示意圖。其中(D1)-(D9)是節(jié)點域，(V)-(Z)是接入網(wǎng)，(A)是格式前綴FP，值為001，3個比特；(B)是頂層匯聚域TLA，13比特；(C)是保留字段RES，8比特；(SF1)-(SF9)分別是節(jié)點域(D1)-(D9)的交換字段；(M)是缺層字段；(E)是站點層域SLA，8比特；(F)是接口標(biāo)識域InterfaceID，64比特；(G)是公共地址范圍；(H)是層次拓撲地址范圍；(I)是站點拓撲地址范圍。圖12(a)是一個HSNET網(wǎng)絡(luò)示意圖，在圖11(a)的缺層分支上插入節(jié)點域D8(42/8)，增加了一個層次。圖12(b)是分支(D1)-(D2)-(D8)-(Y)層次地址結(jié)構(gòu)示意圖，其中32位層次地址域(HA)被劃分為不等長的三個交換字段，分別為SF1(24/8)、SF2(32/10)、SF8(42/8)，SF2和SF8值都為0；缺層字段M(50/6)，6比特，填充二進制0；其中保持接入網(wǎng)(Y)地址不變的關(guān)鍵，是新插入的節(jié)點域(D8)把子域號0分配給(Y)的分支。圖12(c)是分支(D1)-(D2)-(D8)-(D9)層次地址結(jié)構(gòu)示意圖，其中32位層次地址域(HA)被劃分為不等長的四個交換字段，分別為SF1(24/8)、SF2(32/10)、SF2(42/8)、SF9(50/6)。圖14是層次交換網(wǎng)絡(luò)的一個綜合實施例示意圖。其中(D1)，(D2)，...，(D10)是節(jié)點域；(A)、(B)、(C)、(D)是交換機；(E)、(F)、(G)、(H)、(I)、(J)是用戶接入網(wǎng)；(1)-(6)是交換機(A)的端口，在交換機(A)中的編號為(1)-(6)；(7)-(12)是交換機(B)的端口，在交換機(B)中的編號為(1)-(6)；(13)-(16)是交換機(C)的端口，在交換機(C)中的編號為(1)-(4)；(17)-(21)是交換機(D)的端口，在交換機(D)中的編號為(1)-(5)；(22)-(37)是邏輯鏈路；(38)是短接鏈路。圖15是ISL封裝IP包P格式的示意圖。其中(A)是FLAG字段，4比特，值為二進制1111；(B)是保留字段RES，4比特，值為1111；(C)是EPID字段，24比特，前8比特位模式為00000010，表示交換機號2，后16比特位模式為0000000000000110，表示端口號6；(D)是IP包P；(E)是ISL。下面以圖14作為一個綜合實施例說明HSNET的具體實施方式。在圖14中節(jié)點域間按層次結(jié)構(gòu)組織。如(D1)是(D2)和(D3)的父節(jié)點，(D2)是(D4)和(D5)的父節(jié)點。節(jié)點域間用邏輯鏈路互連，如(22)、(23)是與(D1)相連的兩條下行邏輯鏈路，在(D1)中編號分別為(13)和(22)。邏輯鏈路號由父節(jié)點域指定如(D2)相連的上行邏輯鏈路編號為65535(由于上行邏輯鏈路號是固定的，圖中沒有標(biāo)出它)，(24)、(25)是兩條下行邏輯鏈路，編號分別為(7)和(43)；(26)、(27)是(D3)的兩條下行邏輯鏈路，編號分別為(0)和(19)；(28)是(D4)的一條下行邏輯鏈路，編號為(17)；(29)、(30)是(D5)的兩條下行邏輯鏈路，編號分別為(10)和(26)；(31)是(D6)的一條下行邏輯鏈路，編號為(53；。(32)、(33)是(D7)的兩條下行邏輯鏈路，編號分別為(11)和(23)；(34)、(35)是(D8)的兩條下行邏輯鏈路，編號分別為(7)和(15)；(36)是(D9)的一條下行邏輯鏈路，編號為(14)；(37)是(D10)的一條下行邏輯鏈路，編號為(26)。(38)是(D5)與(D6)間的短接邏輯鏈路，該短接邏輯鏈路在節(jié)點域(D5)中的編號為1088，在(D6)中的編號為2018。接入網(wǎng)(E)、(G)、(H)、(J)與底層節(jié)點域直接連接；其中接入網(wǎng)(F)采用多宿主接入方式，接入節(jié)點域(D7)、(D8)；接入網(wǎng)(I)直接與HSNET高層節(jié)點域(D3)連接。圖14中詳細給出了節(jié)點域(D5)的內(nèi)部配置實施例。(D5)由四個交換機(A)、(B)、(C)、(D)組成，編號分別為(1)、(2)、(3)、(4)，采用全互聯(lián)的拓撲結(jié)構(gòu)。與交換機(1)連接的有6條鏈路，其端口在交換機(1)中編號分別為(1)-(6)。其中與端口(1)、(2)、(6)相連的鏈路為外部鏈路；與端口(1)相連的鏈路是(D5)中編號為26的邏輯鏈路的一條物理鏈路；與端口(2)相連的鏈路是(D5)中編號為10的邏輯鏈路的一條物理鏈路；與端口(6)相連的鏈路是(D5)中編號為1088的短接鏈路的一條物理鏈路。與端口(3)、(4)、(5)相連的鏈路是內(nèi)部鏈路，連接節(jié)點域內(nèi)部的交換機。在此實施例中，假定HSNET頂層節(jié)點的地址前綴為001111111111111111111111/24，則在此地址空間下構(gòu)造自己的層次式交換網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)。根據(jù)層次式交換網(wǎng)絡(luò)地址分配方法，下層節(jié)點域地址前綴是上層節(jié)點域地址前綴拼接上層節(jié)點域指派給下層節(jié)點域的邏輯鏈路號，前綴長度是上層節(jié)點域的前綴長度加上上層節(jié)點域交換字段長度之和。其中節(jié)點域的地址前綴表如表2所示表2節(jié)點域的地址前綴表接入網(wǎng)地址前綴是其接入節(jié)點域地址前綴拼接該節(jié)點域指派給接入網(wǎng)的邏輯鏈路號，前綴長度是節(jié)點域的前綴長度加上節(jié)點域交換字段長度之和。接入網(wǎng)地址前綴表如表3所示表3接入網(wǎng)的地址前綴表接入網(wǎng)內(nèi)部主機地址的指派由接入網(wǎng)用戶負責(zé)，一般有三部分組成接入網(wǎng)地址前綴、SLA地址(8位)、和接口號(64位，為EUI-64格式)。在圖14所示綜合實施例中，一個節(jié)點域基本層次式數(shù)據(jù)交換的實施例是接入網(wǎng)(E)內(nèi)的一臺主機(M)與接入網(wǎng)(H)的一臺主機(N)通信，這里主要分析數(shù)據(jù)包在(D5)的數(shù)據(jù)交換。假定在(E)，(M)的站點層域地址為7，接口號為EUI-64-M，則其地址IPM表示為0011111111111111111111110000110100000001110100010000101100000111EUI-64-M；在(H)，(N)的站點層域地址地址為6，接口號為EUI-64-N，則其地址IPN表示為0011111111111111111111110000110100001010110001101000111000000110EUI-64-N。則主機(M)的一個數(shù)據(jù)包(P)發(fā)送到主機(N)的過程如下(1)P的源地址填充為IPM，目的地址填充為IPN。(2)(E)內(nèi)路由器將其轉(zhuǎn)發(fā)至(D7)，(D7)比較自身的地址前綴和P的目的地址IPN對應(yīng)的部分，結(jié)果不相等則選擇上行鏈路，發(fā)送至(D4)。(3)在(D4)經(jīng)過類似過程，P到達(D2)。(4)(D2)比較自身的地址前綴和P的目的地址IPN對應(yīng)的部分，結(jié)果相等；根據(jù)(D2)的交換字段屬性32/10選取IPN對應(yīng)部分，其值為43，則選擇下行鏈路號為43的邏輯鏈路，將P發(fā)送至(D5)。(5)假定P到達交換機(3)，首先確定其邏輯鏈路；即比較(D5)自身的地址前綴和P的目的地址IPN對應(yīng)的部分，結(jié)果相等；根據(jù)(D5)的交換字段屬性42/8選取IPN對應(yīng)部分，其值為26，則選擇下行鏈路號為26的邏輯鏈路。(6)根據(jù)邏輯鏈路號26查找(D5)邏輯鏈路表，根據(jù)外部端口號(SID/PID)為1/1、2/6得到兩條外部鏈路；基于保證流內(nèi)包次序的分布式負載平衡方法，使用指定的Hash函數(shù)，輸入數(shù)據(jù)包(P)的源和目的IP地址計算Hash值，依據(jù)此Hash值查找邏輯鏈路號26對應(yīng)的外部端口Hash表，得到目標(biāo)外部端口，假定選擇的外部鏈路的端口號為2/6。圖5是ISL封裝IP包P格式的示意圖。其中(A)是FLAG字段，4比特，值為二進制1111；(B)是保留字段RES，4比特，值為1111；(C)是EPID字段，24比特，前8比特位模式為00000010，表示交換機號2，后16比特位模式為0000000000000110，表示端口號6；(D)是IP包P；(E)是ISL。(7)交換機(3)對數(shù)據(jù)包進行ISL封裝，封裝格式如圖5所示；封裝后的包在節(jié)點域根據(jù)ISL標(biāo)記查找內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)表，由于目標(biāo)D_SID為2，查得結(jié)果是從內(nèi)部端口1將包送出，到達交換機2；在交換機2收到包后，知道應(yīng)從自已的外部端口6發(fā)出，脫去ISL封裝，將P發(fā)送到(D9)；(8)(D9)將包P發(fā)送到(H)，到達主機(N)，完成數(shù)據(jù)包P從(M)到(N)的發(fā)送。權(quán)利要求1.一種層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過重新規(guī)定網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)地址以及二者之間滿足的關(guān)系，用IP交換方法取代IP路由方法，其特征在于網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造，網(wǎng)絡(luò)的地址空間也按層次結(jié)構(gòu)分配，拓撲結(jié)構(gòu)的層次與地址結(jié)構(gòu)的層次嚴格匹配；系統(tǒng)包括拓撲結(jié)構(gòu)組織方法、地址分配方法、和數(shù)據(jù)包交換控制方法；其中拓撲結(jié)構(gòu)組織方法基于邏輯節(jié)點域與邏輯鏈路的擴展，以邏輯節(jié)點替代樹型結(jié)構(gòu)的節(jié)點，以邏輯鏈路替代樹型結(jié)構(gòu)的分支，以邏輯節(jié)點和邏輯鏈路為基本元素按樹型結(jié)構(gòu)組織成邏輯上的樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使得層次結(jié)構(gòu)保持樹型結(jié)構(gòu)特點；地址分配方法建立層次交換網(wǎng)絡(luò)的地址空間，地址采用變長交換字段，各節(jié)點域自由決定各自相應(yīng)的交換字段長度，交換字段的長度決定該節(jié)點域扇出的最大子域數(shù)目，反映層次特征的拓撲信息；數(shù)據(jù)包交換控制包括確定邏輯端口、選擇目標(biāo)外部端口、和選擇下一跳輸出端口三個過程，根據(jù)目標(biāo)地址相應(yīng)的交換字段，確定邏輯路徑的下一跳，完成數(shù)據(jù)包在節(jié)點域的交換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于在邏輯樹型結(jié)構(gòu)上通過基于短接的擴展，在不同子樹間增加直接鏈路，使得子樹間存在第二條有效路徑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于基于短接擴展的情景包括局部性短接和全局性短接；局部性短接直接連接本地需要大流量通信的節(jié)點域，使本地區(qū)內(nèi)處于不同接入服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)或同一接入服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的不同分支網(wǎng)之間的流量更加合理，起局部優(yōu)化作用；全局性短接直接連接兩個網(wǎng)絡(luò)，直接通達對方的整個網(wǎng)絡(luò)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式網(wǎng)絡(luò)與其他互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)，或者通過短接互聯(lián)方案，在兩個網(wǎng)絡(luò)頂層節(jié)點域間通過短接鏈路互聯(lián)；或者建立一個超級虛擬節(jié)點域作為根節(jié)點，將各個層次式網(wǎng)絡(luò)的頂層節(jié)點域作為這個超級節(jié)點域的子節(jié)點域，構(gòu)造新的更大范圍的層次式網(wǎng)絡(luò)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式交換網(wǎng)絡(luò)與其他非層次式交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，或者運行邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP在兩個網(wǎng)絡(luò)之間建立對等關(guān)系；或者將層次式交換網(wǎng)絡(luò)作為非層次式骨干網(wǎng)絡(luò)的一個下層網(wǎng)絡(luò)，無需運行邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP而使用默認的路由。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式交換網(wǎng)絡(luò)與接入網(wǎng)的互聯(lián)模式有三類，包括與當(dāng)前接入網(wǎng)直接互聯(lián)、多宿互聯(lián)以及末端擴展方法；其中直接互聯(lián)方法是將用戶網(wǎng)絡(luò)通過路由器直接接入層次式交換網(wǎng)絡(luò)邊緣端口；多宿互聯(lián)方法是將一個用戶網(wǎng)絡(luò)連接到不同的接入服務(wù)提供商、或同一個接入服務(wù)提供商的不同接入點上；末端擴展方法是將接入網(wǎng)本身也按照層次式交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，在接入時與層次式交換網(wǎng)絡(luò)進行無縫的互聯(lián)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式交換網(wǎng)絡(luò)地址分配方法是對IPv6的可匯聚的全局單播地址空間進行重新劃分，由層次式交換網(wǎng)絡(luò)重新分配，建立自己的層次結(jié)構(gòu)地址空間；其中各層交換字段的長度對應(yīng)交換層次數(shù)目，采用變長交換字段，由各節(jié)點域決定自己交換字段的長度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式交換網(wǎng)絡(luò)地址分配中，對節(jié)點域及其內(nèi)部節(jié)點地址進行標(biāo)識，包括節(jié)點域及其邏輯端口地址、節(jié)點域內(nèi)部節(jié)點及其端口地址、節(jié)點域內(nèi)部服務(wù)器地址；地址解析根據(jù)其可擴展的層次地址和類型字段的內(nèi)容，解析為相應(yīng)的服務(wù)器地址、交換機地址、邏輯端口、或物理端口。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)節(jié)點域跳過某些層次直接與高層的祖先節(jié)點域連接時即出現(xiàn)空缺層次時，空缺層次的交換字段設(shè)為0；在缺層分支上可以插入層次，即增加節(jié)點域，但保證缺層分支上原來的各節(jié)點域在其上層節(jié)點域的域號為0。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于層次式交換網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)包包括三個步驟，確定邏輯端口、選擇目標(biāo)外部端口過程、和對數(shù)據(jù)包進行封裝及內(nèi)部選路；其中各節(jié)點域確定邏輯端口通過數(shù)據(jù)包交換字段的位置與長度，來確定該數(shù)據(jù)包到達下一個節(jié)點域需要經(jīng)過的邏輯鏈路；選擇目標(biāo)外部端口過程從選定的邏輯鏈路所包含的外部鏈路中，根據(jù)負載平衡機制選擇一個外部輸出鏈路；當(dāng)數(shù)據(jù)包首次進入該節(jié)點域并完成目標(biāo)外部端口選擇時，需要對包進行內(nèi)部交換標(biāo)記封裝；以后當(dāng)選擇下一跳輸出端口時，則直接輸出到已知的目標(biāo)外部輸出端口。全文摘要本發(fā)明涉及一種層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。層次式交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括一組網(wǎng)絡(luò)組織方法與控制方法的集合，主要包括拓撲結(jié)構(gòu)組織方法、地址分配方法、數(shù)據(jù)包交換控制方法等。該系統(tǒng)按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并且按層次結(jié)構(gòu)分配網(wǎng)絡(luò)的地址空間，拓撲結(jié)構(gòu)的層次與地址結(jié)構(gòu)的層次嚴格匹配。據(jù)此組建的層次式交換網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)包按照層次地址的快速交換，用IP交換完全取代IP路由。文檔編號H04L12/56GK1514605SQ03120998公開日2004年7月21日申請日期2003年3月27日優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日發(fā)明者錢華林,李俊,葛敬國,馬宏偉,方蕾,代長城,牛廣鋒申請人:中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心