CN1668030B - 用于通信网络中的多协议应用的处理字段帧的系统与方法以及网络设备 - Google Patents

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Abstract

对于支持一个或多个通信协议的通信网络一种专用于处理数据帧的系统(D)。该系统首先包括检测装置(MD)，其适于在接收数据帧时从对应于各不同协议处理形式的多集合预定值，确定包含由一个选择的帧字段所取的值的集合，该帧字段包含在接收的帧中并由该协议使用，且其次包括一处理装置(MT)，其适于确定与由检测装置(MD)确定的集合对应的协议处理的特定形式，并被施加到接收的帧。

Description

用于通信网络中的多协议应用的处理字段帧的系统与方法以及网络设备
技术领域
本发明涉及通信网络领域，并更确切地说涉及处理这种网络中的数据帧。 
背景技术
如业内专业人员所知，有若干技术使得使用不同通信协议的网络能够交换包含在帧中的数据并提供服务。这些技术特别包括使得不同网络能够彼此通信的封装，以及能够使网络提供由其它网络提供的服务的转换(又称为匹配)。 
已经用来添加新的特征或协议功能的技术趋向于一个在另一个之上地添加或堆叠每一协议特有的字段帧。这需要对协议的标准实现做出一定修改。使用以上技术的一个后果是在每一协议数据单元(PDU)中复制控制信息，这产生了相当大的开销，造成对网络设备“交互工作”(或“互操作性”)和/或网络互连性的阻碍，并使帧管理更加复杂。 
发明内容
因而本发明的一个目的是要改进这一解决方案。 
为此本发明提出用于支持一个或多个通信协议的通信网络的一种数据帧处理系统，该系统的特征在于，其包括检测装置，该检测装置在接收数据帧时适于根据对应于各不同协议处理形式的多集合预定值，来确定包含由一个选择的帧字段所取的值的集合，该帧字段包含在所述接收的帧中并由所述协议使用，并包括处理装置，其适于确定协议处理的具体形式，该形式对应于由所述检测装置确定的所述集合，并施加到所述接收的帧。 
处理装置最好适于指令向所述接收帧施加对应于被确定的集合的协议处理的特定形式。 
如果处理装置能够访问列出值标识符集合与协议处理形式之间的对应关系的第一表，它们可适于确定对应于由所述检测装置确定的值集合的协议处理形式。类似地，如果该处理装置能够访问列出协议处理形式与特定协议值之间的对应关系的第二表，它们可适于，在收到的专用于所述确定特定处理形式的协议值的帧中，指令替换其选择的帧字段值。 
该系统可包括一个所述检测装置可访问的第一存储器，其中存储所述值集合。其还可包括一个所述处理装置可访问的第二存储器，其中存储所述第一和/或第二对应关系表。 
检测装置可适于按例如从网络控制面收到的指令的功能修改定义一个或多个所述集合的值，其处理装置组成控制面的至少一部分。 
例如网络协议可以是“第二层”的协议。这种情形下，其可以是以太网协议，且其选择的帧字段可以是“以太网VLAN标签”字段。然而，其也可以是成帧/封装协议，例如GFP。 
当这些值的集合中的一个或多个专用于下述处理形式时特别有利，即，该处理形式专用于另一协议或与该网络支持的服务不同的服务，例如GMPLS，L2-LSP和它们的发展与变种。例如，处理装置可适于指令GMPLS标志字段的值替换“以太网VLAN标签”字段的值。 
本发明还提出一种网络设备，其配备以上所述类型的帧处理系统至少一部分。 
本发明还提出一种数据帧处理方法，用于支持一个或多个通信协议的通信网络，该方法首先在于，在数据帧中选择由协议使用的一个字段帧，第二，与选择的对应于不同协议处理形式的值的帧字段集合相关联，以及第三，在收到数据帧时，确定包含值的集合，该值包含在其选择的帧字段中，以便确定与这样确定并用于该接收帧的集合对应的协议处理的特定形式。 
阅读以下详细描述并研究附图，本发明其它的特征和优点将明显可见，其中： 
附图说明
-图1是装有本发明分布式帧处理系统的一个实施例的路由器的示意图， 
-图2是标准双封装数据帧一例的示意图，以及 
-图3是本发明数据帧一例的示意图。 
具体实施方式
附图构成本发明描述的一部分，并必要时有助于定义本发明。 
本发明的一个目的是当应用新协议或是新服务时实现利用协议字段来编码信息，以及实现一种功能，该功能在应用新协议或是新服务时对于网络支持协议或服务是必须的。 
为此本发明提出，例如以图1所示类型的一个或多个数据帧处理系统D配备每一通信网络。 
本发明涉及其中数据以帧字段传输的任何通信网络，并特别涉及支持第二层技术协议的网络，例如以太网，ATM，FR及X.25网络，以及支持通用成帧过程(Generic Framing Procedure)(GFP)协议也称为G.7041协议的网络，该协议非第二层(或“第2层”)的协议，但是成帧/封装协议。 
此外，本发明可按中心式或按分布式实现。在任何情形下，本发明的系统D必须至少部分连接到或安装到用于路由或交换网络中的数据帧的网络设备(或节点)R，例如路由器或交换机。 
以下以示例的方式考虑连接到因特网协议(IP)网络的以太网。 
在以太网中，本发明首先在于从构成以太网协议格式数据帧的字段之中(更准确地说，是构成业内专业人员称为协议数据单元(PDU)的协议控制字段之一)，识别(或选择)出用于特定形式的协议处理的字段，所述协议处理用于所述以太网协议。 
例如为了在同一以太网域内定义虚拟子网，并借助于称为“VLAN标签”的标识符区分各子网，被标识的字段是“以太网VLAN标签”字段。 
然后选择的帧字段与两个或多个值集合(或在最简单的情形下，两个或多个值范围)相关，其分别在以太网协议情形下，对应于其协议处理的原本形式(或协议处理的新的替代形式)，并在以太网要支持或提供其它协议或服务的情形下，对应于不同的协议处理形式。 
例如其它的协议或服务可以是GMPLS(通用多协议标记交换)或L2-LSP(第2层-标志交换通路)协议或服务。L2-LSP服务是由GMPLS控制面支持并需要使用(伪)第二层技术的网络基础结构的虚拟电路(或连接)。 
例如，第一个值集合对应于以太网VLAN标签字段可取的值，而第二值集合对应于根据GMPLS协议GMPLS标志字段可取的值。 
当已经定义了集合时，它们存储在系统D的一存储器M1中。这当然可以是专用存储器，或者是在多个功能之间共享的存储器中为此目的保留的存储器空间。 
为此，系统D包括最好是检测模块MD形式的检测装置，其安装在以太网每一节点R中。每一检测模块MD观察到达其安装在节点R的发送/接收模块MER的每一帧，以确定其选择的帧字段的值(这里是“以太网VLAN标签”字段)。当已经确定值时，检测模块MD访问存储器M1，以确定其所属的值集合。 
系统D还包括处理装置，其在网络管理设备中可以是中心式的，或者以包括检测模块MD的所有节点R之间处理模块MT的形式是分布式的，如图1所示。 
换言之，以太网可包括或者是分布在节点R(检测模块MD)之间并且在管理设备(处理模块MT)中的系统D，或者是多个系统D，所述系统D包括检测模块MD和处理模块MT两者，且每一个都安装在节点R中以处理本地收到的帧，如图1所示例子中。 
当每一节点R装有一个完整的系统D时，处理模块MT确定特 定的协议处理形式，其对应于由相关检测模块MD已确定并必须用于收到的帧的集合。为此，系统D最好包括连接到处理模块MT的一个存储器(或保留的存储器空间)M2，其中存储值集合标识符(存储在存储器M1中)与协议处理的相关形式之间的对应关系的第一表。 
可能来自其它表的、特定的这些协议处理形式可能对应于专用的协议值，其拟用来代替包含在收到的帧中选择的帧字段值。例如，对应于一个值集合的协议处理的形式可使用处理模块MT，以便在节点R的标志表中确定沿收到的帧通路标识与下一个节点LSP连接的LSP标识符。 
最好使每一系统D具有其自身的标志表，因为这些标志常常具有与网络的两个节点相关联的本地和/或临时的意义。结果是，在两个远离的节点中，相同的值集合可能对应于相同的协议处理，但带有不同的协议值(LSP标识符)。 
当网络只包含一个中心式处理模块MT时，所述模块确定协议处理的特定形式，其对应于这样的集合，该集合已由安装在其监视的路由器R之一中的检测模块MD之一确定，并必须用于路由器R已接收的帧。协议处理的形式按上述方式确定，所不同的是包含集合标识符/协议处理对应关系表的存储器M2最好存储在安装有处理模块MT的管理服务器中。更方便的是管理服务器可对存储器MT访问，但这不是必须的。中心式处理模块MT在收到的帧上的信息被处理的同时，可恢复存储在存储器M2中的值。 
每一检测模块MD最好适于替换定义其在与其相关的存储器M1中检测到的集合至少之一的值。其还可适于向相关的存储器M1添加一个新的值集合。这种替换或添加是按指令的功能实现的，这些指令最好从网络控制面PC接收，其或者是中心式的，例如在管理服务器中，或者分布在节点R之间，如图1所示。 
重要的是要注意，分布式控制面PC如这里所示可构成系统D的一个整体部分，或者分布式处理模块MT可另外构成分布式控制面PC的全部或一部分。 
每一处理模块MT最好适于替换在相关的存储器M2中与其集合至少之一相关的协议处理形式。其还可适于向相关的存储器M2添加与一个新的集合相关的协议处理形式。这一替换或添加是作为收到的指令的功能来实现的，如上所述指令最好是从网络控制面PC接收的。 
存储器M1和M2的内容可被动态和周期更新，或每当网络操作员决定修改时更新。 
由于本发明，帧的PDU的选择部分的语义现在可根据其值而被改变。这样，节点R可通过同一接口，并使用单个的主协议同时(逐个数据包)管理多个不同的协议和/或服务。因而网络的基础结构，例如以太网，不需要被修改就能够使所述网络支持一个或多个其它的不同于原来对其设定的协议和/或新的服务，除了处理装置之外，其必须适应设想的协议处理的新形式(例如其必须能够管理GMPLS标志(或G-标志))。具体来说，网络的主协议不需要被修改或适配，因为只要根据对低级别功能透明的控制面PC的配置，对一个或多个控制字段改变协议处理的形式即可。 
以下借助于比较并参照图2和3解释先有技术的数据帧与本发明的数据帧之间的差别。 
图2示出在IP/MPLS双封装的情形下，用于在以太网中传送数据的先有技术数据帧TDE的一例。更确切来说，包含被传送的数据的以太网帧TE借助于由两个MPLS控制字段(标志1和标志2，每一个包括四个字节)组成的第一“封包(capsule)”C1被封装，其本身借助于由以太网传送帧三个标题字段(SP-DA(目标地址)，SP-SA(源地址)和类型，它们分别由六个字节，六个字节及两个字节组成)组成的第二“封包”C2被封装。 
被封装的以太网帧TE传统上包括六字节的一个字段DA，六字节的字段SA，四字节的字段VLAN，两字节的字段类型，包括46与1500字节之间的一个数据字段，一个填充字段，其中的字节数根据数据字段中的字节数变化，以及四字节的一个FCS字段。 
在本发明的网络中，以太网帧TE不再是双封装的，因为VLAN标签字段例如可用来传送GMPLS标志字段的控制信息。于是，图2的数据帧TDE因而采用图3中所示的形式，即一种新的以太网帧NTE的形式，其中VLAN标签字段不仅用于其对应于第一值集合的原本功能，而且还用于对应于第二值集合的GMPLS(L2-LSP)标志。 
于是当以大网的节点R接收一个NTE帧时，其系统D(或该系统D)分析VLAN标签字段的内容，以确定其是否指定其原本功能或GMLS标志协议处理。当这已被确定时，节点R可把协议处理的适当形式施加到收到的帧NTE。 
本发明的处理系统D，并特别是其处理模块MT及其检测模块(多个)MD，可采用电子电路，软件或数据处理模块，或电路与软件的组合的形式。 
如上所述，除了所需的GMPLS延伸以支持L2-LSPs之外(这不会产生任何管理复杂性)，本发明使得不需要对先有的协议标准作出任何添加或修改 
此外，因为其消除了重复控制信息，本发明大大降低了封装控制字段的数目。 
此外，本发明不修改标准而保留了网络的基础结构，技术与协议。 
此外，本发明使能够进行至少双重操作，该操作即在节点级(逐个卡)又在网络级(逐个节点)授权新的协议和/或服务的逐步引入。 
本发明还提供了在以太网中GMPLS协议特征的好处，特别是在路由、信令、保护及流量工程方面的好处。 
最后，通过至少部分地将其集成到网络处理单元(MPU)或集成到处理器，本发明易于被实现，因为只修改一定的选择的控制字段的处理(语义，内部格式)，而不是协议数据单元(PDUs)的外部格式。 
本发明不限于以上仅通过例子描述的处理系统，网络设备(或节点)与处理方法的实施例，而是囊括业内专业人员可以设想的属于以下权利要求范围内的所有变种。 
这样，以上对于第二层协议，诸如以太网协议描述了本发明的实施例。然而，本发明不仅仅限于这类协议。其同样适用于一定的成帧/封装协议，例如GFP协议。这种情形下，其选择的帧字段可以是信道标识符(CID)字段，例如其负责在GFP逻辑链路的终点定义通信信道之一，或没有使用的空闲字段。例如，CID字段可用来定义一个递减计数器，其初始化到来自发送器(或源)节点的地址，并在节点中收到GFP帧时用来确定GFP帧是否已到达其最终目的地，并因而能够从传输介质被去除，或是否对所述GFP帧寻址到沿通信链路进一步的一个节点。 

Claims (17)

1.用于支持使用包括虚拟局域网VLAN标签字段的数据帧格式的至少一个以太网通信协议的通信网络的一种数据帧处理系统(D)，该系统的特征在于，其包括检测装置(MD)，该装置在接收数据帧时适于从对应于各不同协议处理形式的多集合预定值，确定包含由所述接收的数据帧的所述VLAN标签字段所取的值的集合，并包括一处理装置(MT)，其适于确定协议处理的特定形式，所述协议处理的特定形式对应于由所述检测装置(MD)确定的所述集合并被施加到所述接收的数据帧，所述协议处理的特定形式是由用于第一值集合的所述以太网通信协议特定的处理，以及由用于第二值集合的GMPLS或L2-LSP协议特定的处理。
2.根据权利要求1的一种系统，其特征在于，所述处理装置(MT)适于指令向所述接收的数据帧施加对应于被确定的集合的协议处理的特定形式。
3.根据权利要求1的一种系统，其特征在于，所述处理装置(MT)适于访问值标识符集合与协议处理形式之间的对应关系的第一表，以确定与由所述检测装置(MD)确定的值集合对应的协议处理形式。
4.根据权利要求1的一种系统，其特征在于，所述处理装置(MT)适于访问协议处理形式与特定协议值之间的对应关系的第二表，以指令在接收的帧中替换选择的帧字段的值为专用于所述确定的协议处理的特定形式的协议值。
5.根据权利要求1到4任何之一的一种系统，其特征在于，其包括所述检测装置(MD)可访问的一个第一存储器(M1)，其中存储所述第一值集合和第二值集合。
6.根据权利要求3的一种系统，其特征在于，其包括所述处理装置(MT)可访问的一个第二存储器(M2)，其中存储所述对应关系的第一表。
7.根据权利要求4的一种系统，其特征在于，其包括所述处理装置(MT)可访问的一个第二存储器(M2)，其中存储所述对应关系的第二表。
8.根据权利要求1到4任何之一的一种系统，其特征在于，所述检测装置(MD)适于按收到的指令来修改值，该值定义了至少一个所述第一值集合或者第二值集合。
9.根据权利要求8的一种系统，其特征在于，所述指令来自所述通信网络的控制面(PC)。
10.根据权利要求9的一种系统，其特征在于，所述处理装置(MT)构成所述控制面(PC)至少一部分。
11.根据权利要求1到4任何之一的一种系统，其特征在于，所述由用于第一值集合的以太网通信协议特定的处理对应于VLAN标签字段的原本处理，所述VLAN标签字段的原本处理用以在同一以太网域内定义虚拟子网络。
12.根据权利要求1到4任何之一的一种系统，其特征在于，所述由用于第二值集合的GMPLS或L2-LSP协议特定的处理是这样一种处理，其中所述VLAN标签字段的内部格式是GMPLS标志的内部格式。
13.根据权利要求1到4任何之一的一种系统，其特征在于，所述处理装置(MT)适于指令替换“以太网VLAN标签”字段的值为GMPLS标志字段的值。
14.用于支持使用包括虚拟局域网VLAN标签字段的数据帧格式的至少一个以太网通信协议的通信网络的网络设备(R)，该设备特征在于，其包括帧处理系统(D)，所述帧处理系统(D)的特征在于，其包括检测装置(MD)，该装置在接收数据帧时适于从对应于各不同协议处理形式的多集合预定值，确定包含由接收的数据帧的所述VLAN标签字段所取的值的集合，并包括一处理装置(MT)，其适于确定协议处理的特定形式，所述协议处理的特定形式对应于由所述检测装置(MD)确定的所述集合并被施加到所述接收的数据帧，所述协议处理的特定形式是由用于第一值集合的所述以太网通信协议特定的处理，以及由用于第二值集合的GMPLS或L2-LSP协议特定的处理。
15.用于支持使用包括虚拟局域网VLAN标签字段的数据帧格式的至少一个以太网通信协议的通信网络的一种数据帧处理方法，该方法的特征在于，其包括：i)识别所述VLAN标签字段；ii)将所述VLAN标签字段与分别对应于不同协议处理形式的值集合相关联；以及iii)在接收到数据帧时，确定包含由其VLAN标签字段所包含的值的集合，以便确定协议处理的特定形式，所述协议处理的特定形式对应于以这种方式确定的集合并被施加到接收的数据帧，所述协议处理的特定形式是由用于第一值集合的所述以太网通信协议特定的处理，以及由用于第二值集合的GMPLS或L2-LSP协议特定的处理。
16.根据权利要求15的一种方法，其特征在于，所述由用于第一值集合的以太网通信协议特定的处理对应于VLAN标签字段的原本处理，所述VLAN标签字段的原本处理用以在同一以太网域内定义虚拟子网络。
17.根据权利要求15或16的一种方法，其特征在于，所述由用于第二值集合的GMPLS或L2-LSP协议特定的处理是这样一种处理，其中所述VLAN标签字段的内部格式是GMPLS标志的内部格式。
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