CN1246012A - 一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法,针对现有技术:不支持低阶虚容器的应用、硬件转发部分处理开销太大、用于光的包交换代价太高、重发定时器的值没有明晰的定义和填充功能导致效率很低等不足加以改进,并提出用SDH链路接入规程一项要素代替“点对点协议”和“高级数据链规程”两项要素,来解决英特网协议和同步数字体系之间的融合及适配,这一构想同时支持英特网协议第四版和英特网协议等六版。

Description

一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法
本发明涉及英特网的数据传送领域，它是一种用于英特网与同步数字体系(英文缩写SDH)融合的适配方法，主要用于核心交换路由器，边缘交换路由器，基于包交换的高低端交换机，用户端综合接入设备和与英特网有关的互连互通设备等。
据有关资料介绍，现用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，是采用“点对点协议”(英文缩写PPP)加上“高级数据链路规程”(英文缩写HDLC)。在英特网工程任务组(英文缩写IETF)，把它规定为(代号)RFC1619(RFC是请求评论，英文Request For Comments)。众所周知，随着计算机的普及应用，与计算机配套的网络传输技术不断地发展，以英特网为代表的计算机网络借助同步数字体系不断地向世界各地延伸，让电子信息以最快的速度传播，同时借助无线和微波传输方式使电子信息达到世界的各个角落。随着电子信息通过网络传输量的日益增大，电子信息传输的质量日益成为人们关注的问题。英特网具有世界统一的IP传送平台，在其上可运行不计其数的应用和业务。同步数字体系(英文缩写SDH)是目前世界上最好的和现存的电信传送网资源之一，两者具有极强的互补性，蕴藏着几千亿美元的市场前景。英特网协议(英文缩写IP)直接在SDH光缆网上运行，是近年来世界各国，各大电信制造商，运营商以及各大计算机公司市场争夺的焦点。也是电信网和计算机网融合的关键点。安全、快捷、高质量通过英特网以及其它网络传输电子信息，需要采用相应的传输手段及适配方法，以防止网络传输不畅、信息丢失，据有关资料介绍，现用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，目前采用的“点对点协议”(英文缩写PPP)，它可以封装三十多种网络协议，含有用于英特网的”英特网协议第四版(英文IPV4)，这种协议适配方法通过MODEM上网是成功的，还有防火墙，但若用于同步光网络(英文缩写SONET)或同步数字体系(英文缩写SDH)上，就存在一些不足和缺陷。主要表现在：
(1)对于低阶虚容器(英文缩写LOVC)的应用，没有标准支持，导致IP over SDH不能用于英特网边缘接入；
(2)对于每秒2.5G千兆比特及其以上速率，开发设备时硬件转发部分开销太大，用于“英特网协议(英文缩写IP)直接在波分复用光缆网(英文缩写IP over WDM)”上运行时，更是如此，因为RFC1619规定：推荐使用“链路控制协议(英文缩写LCP)”和魔数(英文表述为Magic Number)。这两项比较复杂；
(3)采用RFC1619时，因为PPP是需要建立连接的，重发定时器的默认值在PPP中定为3秒。对于高速链路，这种方法过于迟钝。对于具体工程应用，应要求支持从每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率范围全部(约差4032倍)。所以重发定时器的值应根据线路往返的时延确定。这些在RFC 1619中都没有作出规定，从而在不同厂家的设备互连时会出现不确定性；
(4)填充功能(英文表述为Padding Function)，PPP的信息字段一般要填充到最大接收单元(英文缩写MRU，在英特网上一般规定为1500字节)。对于一般的英特网数据包，如浏览器(英文表述为WWW)上网的应用(该种应用约占整个英特网应用的75％)，平均数据包长度是330字节，这样有平均约350％是在做无用功，效率很低。另外，这个填充字段在接收端还需要一个功能来区分哪些是信息字段，哪些是填充字段。这又增加了处理开销；
(5)链路控制协议(英文缩写LCP)的整个规程包括10种配置数据包(英文表述为configurationpacket)、16种状态事件(英文表述为Event)和12种动作(英文表述为Action)，把这些复杂的机理用于光的包交换(光---光)是很难实现的。即使做出来了，代价也太高。
本发明的目的是，针对现有技术存在的不足和缺陷加以改进，并提出和设计出适用于各种情况的，一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法；本发明的构想是在英特网协议(英文缩写IP)和同步数字体系(英文缩写SDH)之间只保留面向字节的SDH链路接入规程(英文缩写LAPS)，用多服务访问点代替地址字段，实现多协议封装，可以支持从低阶虚容器到高阶虚容器(包括级联)的全部速率范围，也特别适合用到光的包交换接口，没有任何协议的不确定性，本构想不仅能解决新的设备开发和运营问题，而且为我国现有的上千亿元电信传输资源找到了一条非常好的出路。
本项发明的技术解决方案是，通过定义英特网与同步数字体系(SDH)融合的物理层的基本参数，数据链路层LAPS向第三层提供的服务的原语和参数，同步的面向八位组的组幀方法，不确认式信息传送服务模式(UITS)，并用SDH链路接入规程(LAPS)一项要素代替“点对点协议”(PPP)和“高级数据链规程”(HDLC)两项要素，来解决英特网协议(IP)和同步数字体系(SDH)之间的融合及适配，这一构想同时支持英特网协议第四版(Ipv4)和英特网协议第六版(Ipv6)。
其特征在于，英特网与同步数字体系(SDH)融合所定义的物理层的基本参数，其中，各类虚容器及带宽、净荷参数为：
虚容器--11       其带宽1664千比特/秒    净荷1600千比特/秒
虚容器--12       其带宽2240千比特/秒    净荷2176千比特/秒
虚容器--2        其带宽6848千比特/秒    净荷6784千比特/秒
虚容器--3        其带宽48960千比特/秒   净荷48384千比特/秒
虚容器--4        其带宽150336千比特/秒  净荷149760千比特/秒
虚容器--4-4c     其带宽601304千比特/秒  净荷599040千比特/秒
虚容器--4-16c    其带宽2405376千比特/秒 净荷2396160千比特/秒
虚容器--4-64c    其带宽9621504千比特/秒 净荷9584640千比特/秒各类同步传递模式的接口速率如下，
同步传递模式类型           比特速度     千比特/秒
sSTM-11                2880
sSTM-12                5184
sSTM-14                9792
sSTM-18                19792
sSTM-116               37440
sSTM-21                7488
sSTM-22                14400
sSTM-24                28224
STM-0                  51840
STM-1                  155052
STM-4                  622080
STM-16                 2488320
STM-64                 9953280
其特征在于，数据链路层LAPS向第三层提供的服务以原语和参数的逻辑形式提供，它们分别是：
DL-UNACK-DATA  请求(用户数据，版本字段，DS码点或IPv4业务类型字段)
DL-UNACK-DATA  指示(用户数据)其中DL-UNACK-DATA表示“数据链路-不确认-数据”原语，它有请求(英文Request)和指示(英文Indication)两类；用户数据，版本字段和DS码点或IPv4业务类型字段分别对应于三种参数，即在第3层IP包中的整个“协议数据单元”(英文缩写PDU)、“版本字段”(英文Version)和“细分业务(英文Differentiated Services)码点或IPv4业务类型字段(英文缩写TOS)”，在发送时作为原语的参数映射到第2层；在第2层，把映射下来的PDU作为LAPS的用户数据或信息字段；把映射下来的“版本字段”作为LAPS的服务访问点标识符(英文缩写SAPI)；把映射下来的“细分业务(英文缩写DS)码点”或“IPv4业务类型字段”作为一种依据，控制队列算法；其中，用户数据最大值为1600八位组，在LAPS组帧时保持其原来的顺序和值不变；版本字段，在Ipv4和Ipv6中均为4个比特，映射到SAPI的低四位比特，保持其原来的顺序和值不变；在Ipv6中DS码点为通信业务类型(英文Traffic Class)，IPv4业务类型字段的英文为”Type of Service”字段，DS码点和IPv4业务类型字段的长度都是一个八位组。
其特征在于，同步的面向八位组的组帧方法，每一个帧均以0x7e起始和终止，发送端的链路实体在发送期间应检查起始和终止标志之间的内容，包括地址字段，控制字段，信息字段和FCS字段，只要一出现0x7e，将立刻转换为0x7d 0x5e，或者只要一出现0x7d，将也立刻转换为0x7d 0x5d，在接收端应作相反的转换以还原数据。
其特征在于，不确认式信息传送服务模式(英文缩写UITS)，在第2层只有一个要素LAPS，没有流量控制，也不进行任何确认式操作。
本发明的优点，相对于已有的RFC1619，具有以下创新：
(1)目前国外一些厂商按照英特网工程任务组(英文缩写IETF)提出的PPP over SONET/SDH(即RFC 1619，SONET是指北美的同步光网络)开发，就RFC 1619本身而言，链路层有PPP(点对点协议)和HDLC(高级数据链路规程)两种协议，比较复杂，把它用于每秒2.5千兆比特以上速率时硬件开销太大，相比之下本发明只采用一个LAPS要素，其难易程度与HDLC相当，省去了PPP中的复杂的“链路控制协议(英文缩写LCP)”和魔数(英文表述为Magic Number)机制，所用的协议适配之开销大大减小；
(2)RFC 1619目前尚不支持SDH的低阶虚容器，这样PPP over SONET/SDH的应用推广到Internet边缘层或靠近用户側的综合接入时没有标准支持，相比之下本发明对低阶虚容器完全能支持，既简单，又完整；
(3)采用RFC1619时，因为PPP是需要建立连接的，重发定时器的默认值在PPP中定为3秒。对于高速链路，过于迟钝，对于具体工程应用，应要求从每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率范围全部支持，所以重发定时器的值应根据线路往返的时延确定，这些在RFC 1619中都没有作出规定，从而在不同厂家的设备互连时可能会出现不确定性，相比之下本发明采用不确认式信息传送服务方式，不需要建立连接，也不需要使用重发定时器，不会出现任何对等实体之间通信的不确定性，从每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率范围的应用全部支持；
(4)关于填充功能的使用，PPP的信息字段一般要填充到最大接收单元(英文缩写MRU，在英特网上一般规定为1500字节)，对于一般的英特网数据包，如浏览器(英文表述为WWW)上网的应用(该种应用约占整个英特网应用的75％)，包长度是平均为330字节，这样平均有约350％是在做无用功，效率很低；另外，这个填充字段在接收端还需要一个功能来区分哪些是信息字段，哪些是填充字段，这又增加了处理开销，相比之下本发明与填充功能无关，对于任何英特网应用，没有这种无用功；
(5)LCP的整个规程包括10种配置数据包(英文表述为configuration packet)，16种状态事件(英文表述为Event)，12种动作(英文表述为Action)，把这些复杂的机理用于光的包交换(光---光)是很难实现的。即使做出来了，成本也太高。相比之下，本发明没有这些配置数据包，状态事件和动作，可以很容易地用于光的包交换(光---光)；
(6)本发明已考虑到目前正在使用的Ipv4和即将使用的Ipv6，用统一的LAPS机理来支持，具有很好的现实应用特点和将来的可扩展性；
通俗地说，本发明是以非常简炼的，快捷的和廉价的方式解决英特网到SDH电信传输的协议适配，用SDH链路接入规程一项要素代替“点对点协议(英文缩写PPP)和高级数据链规程(英文缩写HDLC)两项要素，来支持英特网协议第四版(英文缩写Ipv4)和英特网协议第六版(英文缩写Ipv6)在SDH上的应用。
图1，本发明所提出的构想示意图
图2，本发明用于同步传递模式传递英特网数据包的协议栈结构示意图
图3，本发明用于子类同步传递模式传递英特网数据包的协议栈结构示意图
图4，本发明组网的协议栈配置举例示意图
图5，本发明所提出的英特网协议与同步数字体系SDH的融合网络举例
图6，本发明所提出的网络层，链路层和物理层之间的原语关系图
图7，本发明在全国IP over SDH核心层组网应用构想图
图8，本发明在省内IP over SDH核心层组网应用构想
下面，根据附图描述本发明的实施例。
本发明所提出的设想主要用于核心交换路由器，边缘交换路由器，基于包交换的高低端交换机，用户端综合接入设备和与英特网有关的互连互通设备等。本发明的应用框架见图1，即本发明所提出的构想示意图，其中IPv6表示英特网协议第六版，IPv4表示英特网协议第四版，SAPI表示服务访问点标识符，网络层采用英特网协议(IP)(包括Ipv4和IPv6)，链路层采用SDH链路接入规程(英文缩写LAPS)，物理层采用同步数字体系(SDH)，主要包括各类高阶和低阶虚容器。在这个框架中，第2层向第3层提供的服务访问点有两个，分别供基于IPV4的数据包和基于IPV6的数据包使用。它们的服务访问点标识符(SAPI)分别是十进制数”4”和”6”。在第3层IP包中的整个协议数据单元(英文缩写PDU)、“版本字段”(英文Version)、细分业务(英文Differentiated Services)码点或IPv4业务类型字段(英文缩写TOS)，在发送时作为原语的参数映射到第2层。在第2层，把映射下来的PDU作为LAPS的信息字段；把映射下来的版本字段作为服务访问点标识符(英文缩写SAPI)，并转为LAPS的地址字段；把映射下来的细分业务码点或IPv4业务类型字段作为一种依据，控制队列算法。在第2层采用不确认式信息传送服务(UITS)，它与第1层也通过相应的服务访问点用原语和参数交互。图2是本发明用于同步传递模式传递英特网数据包的协议栈结构示意图，其中在LAPS以下，有两种放入虚容器的方法，一种是把LAPS帧放入低阶虚容器，再把低阶虚容器以字节间插的方式按SDH的复用结构复用进高阶虚容器，再按照复用段，再生段和光电传输段的顺序进行传送，在接收端则按相反的顺序提取出LAPS帧；另一种是把LAPS帧放入直接映设进高阶虚容器的同步净荷包封(英文缩写SPE)，再按照复用段，再生段和光电传输段的顺序进行传送，在接收端则按相反的顺序提取出LAPS帧。图3是本发明用于子类同步传递模式传递英特网数据包的协议栈结构示意图，这一种定义为：只把LAPS帧放入低阶虚容器(VC11，VC12，VC2)，再把低阶虚容器以字节间插的方式按SDH的子类复用结构复用进子类复用段，经过再生段和光电传输段的顺序进行传送，在接收端则按相反的顺序提取出LAPS帧。图4本发明组网的协议栈配置举例示意图，它表示出局域网接入IP over SDH网的进端和出端网关的各节点的协议栈配置，其中LLC表示逻辑链路控制子层，MAC表示介质访问控制子层，SDH表示同步数字体系，LAN表示局域网，IPv4表示英特网协议第四版，IPv6表示英特网协议第六版，TCP表示传输控制协议，UDP表示用户数据报协议，IP表示英特网协议(一般称呼)，“IP over SDH”表示英特网协议与同步数字体系的融合，在网关处，同时配有SDH和MAC两类物理接口，而网络层仍然是Ipv4/Ipv6不变。图5是本发明所提出的英特网协议与同步数字体系SDH的融合网络举例，其中，实线表示节点之间采用同步数字体系物理连接，虚线表示节点之间拟采用的数据包交换，黑节点表示网络边界节点，起网关作用，白节点表示网络骨干节点，它可从节点的角度俯视IP over SDH网络，这里必须强调的是，在IP over SDH网内，只需要在同一条链路上对等的两个物理接口速率和物理指标相同(当然上层协议，如LAPS和IP也要相同等)，所以网内各个链路上可以有各种各样的不同速率的IP overSDH物理接口。图6描述的是本发明所提出的网络层，链路层和物理层之间的原语关系图，其中LAPS提供两个服务访问点，其标识符值(SAPI)等于十进制数”4”供Ipv4用，其标识符值(SAPI)等于十进制数”6”供Ipv6用，从网络层发数据包到链路层，使用“DL-UNACK-DATA请求”原语，从链路层接收数据包到网络层，使用“DL-UNACK-DATA指示”原语；在链路层和物理层之间，从链路层到物理层，使用“PH-DATA请求”原语建链，使用“PH-DATA指示”原语则表示由物理层向链路层发建链指示。从链路层发数据包到物理层，使用“PH-DATA请求”原语，从物理层接收数据包到链路层，使用“PH-DATA指示”原语。图7是本发明在全国IP over SDH核心层组网应用构想图，其中黑圆圈表示基于IP over SDH设备的核心路由交换设备，小长方块表示目前国家骨干网上现存的SDH或WDM传输设备，这个例子以目前中国8×8 SDH或波分复用(英文缩写WDM)干线传输网为现有资源举例，白色界面的计算机表示现有的传输网网管；在各个节点城市采用具有IP over SDH接口的核心交换路由器后，可以形成一个四通八达的包交换核心网，黑色界面的计算机表示即将布局的核心交换路由器网的网管。图8是本发明在省内IP over SDH核心层组网应用构想，其中黑圆圈表示基于IP over SDH设备的核心路由交换设备，小白圆圈表示基于IP over SDH设备的支线路由交换设备，REG为再生中继器，ADM为分插复用器，LAN为局域网；目前各省多半以SDH环型组网，这个例子以目前中国各省SDH环网或波分复用系统(英文缩写WDM)干线传输网为现有资源举例；在省内的各个地市节点城市采用具有IP over SDH接口的核心交换路由器后，可以形成一个在省内四通八达的包交换核心网。

Claims (5)

1.一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，通过定义英特网与同步数字体系(SDH)融合的物理层的基本参数，数据链路层LAPS向第三层提供的服务的原语和参数，同步的面向八位组的组帧方法，不确认式信息传送服务模式(UITS)，并用SDH链路接入规程(LAPS)一项要素代替“点对点协议”(PPP)和“高级数据链规程”(HDLC)两项要素，来解决英特网协议(IP)和同步数字体系(SDH)之间的融合及适配，这一构想同时支持英特网协议第四版(Ipv4)和英特网协议第六版(Ipv6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，其特征在于，英特网与同步数字体系(SDH)融合的物理层的基本参数，其中，各类虚容器及带宽、净荷参数为：
虚容器--11       其带宽1664千比特/秒             净荷1600千比特/秒
虚容器--12       其带宽2240千比特/秒             净荷2176千比特/秒
虚容器--2        其带宽6848千比特/秒             净荷6784千比特/秒
虚容器--3        其带宽48960千比特/秒            净荷48384千比特/秒
虚容器--4        其带宽150336千比特/秒           净荷149760千比特/秒
虚容器--4-4c     其带宽601304千比特/秒           净荷599040千比特/秒
虚容器--4-16c    其带宽2405376千比特/秒          净荷2396160千比特/秒
虚容器--4-64c    其带宽9621504千比特/秒          净荷9584640千比特/秒各类同步传递模式及接口速率如下，
同步传递模式类型         比特速度        千比特/秒
sSTM-11             2880
sSTM-12             5184
sSTM-14             9792
sSTM-18             19792
sSTM-116            37440
sSTM-21             7488
sSTM-22             14400
SSTM-24             28224
STM-0               51840
STM-1               155052
STM-4               622080
STM-16              2488320
STM-64              9953280
3.根据权利要求1所述的一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，其特征在于，数据链路层LAPS向第三层提供的服务的原语和参数分别是：
DL-UNACK-DATA  请求(用户数据，版本字段，DS码点或IPv4业务类型字段)
DL-UNACK-DATA  指示(用户数据)其中DL-UNACK-DATA表示“数据链路-不确认-数据”原语，它有请求(Request)和指示(Indication)两类；用户数据，版本字段和DS码点或IPv4业务类型字段分别对应于三种参数，即在第3层IP包中的整个“协议数据单元”(PDU)、“版本字段”(Version)和“细分业务(Differentiated Services)码点或IPv4业务类型字段(TOS)”，在发送时作为原语的参数映射到第2层；在第2层，把映射下来的PDU作为LAPS的用户数据或信息字段；把映射下来的“版本字段”作为LAPS的服务访问点标识符(SAPI)；把映射下来的“细分业务(DS)码点”或“IPv4业务类型字段”作为一种依据，控制队列算法；其中，用户数据最大值为1600八位组，在LAPS组帧时保持其原来的顺序和值不变；版本字段，在Ipv4和Ipv6中均为4个比特，映射到SAPI的低四位比特，保持其原来的顺序和值不变；在Ipv6中DS码点为通信业务类型(Traffic Class)，IPv4业务类型字段的英文为”Typeof Service”字段，DS码点和IPv4业务类型字段的长度都是一个八位组。
4.根据权利要求1所述的一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，其特征在于，同步的面向八位组的组幀方法，其中，每一个幀均以0x7e起始和终止，发送端的链路实体在发送期间应检查起始和终止标志之间的内容，包括地址字段，控制字段，信息字段和FCS字段，只要一出现0x7e，将立刻转换为0x7d 0x5e，或者只要一出现0x7d，将也立刻转换为0x7d 0x5d，在接收端应作相反的转换以还原数据。
5.根据权利要求1所述的一种用于英特网与同步数字体系融合的适配方法，其特征在于，不确认式信息传送服务模式(UITS)，在第2层只有一个要素LAPS，没有流量控制，也不进行任何确认式操作。
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