专利名称：一种面向连接和无连接的网络包交换方法
技术领域：
本发明涉及一种网络包交换方法，且特别涉及一种面向连接和无连接的网络包交换方法。
背景技术：
网络交换技术目前包括三类面向连接的电路交换(ConnectionOriented Circuit Switching，以下简称co-cs)技术，面向连接的包交换(Connection Oriented Packet Switching，以下简称co-ps)技术和面向无连接的包交换(Connectionless packet switching，以下简称cl-ps)技术。目前典型的co-ps技术包括异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，以下简称ATM)和X.25等，典型的cl-ps技术包括IP和以太网(Ethernet)等。国际电信联盟电信标准化部门(International Telecommunication Union-Telecommunication standardization sector，简称ITU-T)建议G.805和G.809分别描述了这两种技术的功能架构，并且G.809附录A中以ATM、IP和以太网技术为例，对二者的属性做了分析和比较。
在co-ps技术中，在用户希望通过co-ps网络发送信息流前，用户目的地(应用层)和网络必须协商信息的特征，如峰值和平均比特率。根据协商的结果，co-ps的连接管理系统显式地为终端用户的载荷分配网络资源。如果是在ATM网络中，就是给此次信息流请求分配一个虚通道标识符/虚通路标识符(Virtual Path Identifier/Virtual Connection Identifier，以下简称VPI/VCI)，利用这种标识关联的服务器层网络管道，将用户终端连接起来。解决对底层网络资源的竞争是在连接的建立阶段，当然在co-ps的连接建立阶段不一定能够全部解决资源竞争的问题，因为多个用户端点可能会共享网络资源。网络根据每次全球的流量参数以及为连接已经分配的网络层资源的情况，来决定或拒绝分配服务器层资源。在co-ps技术中，连接建立阶段分配的网络标识符用于做交换，网络核心节点需要保留所分配的每个请求的网络标识信息，并每经过一个节点都需要做网络标识符的交换工作。因此，网络标识符只具有本地意义。另外，用户不会限制或选择所使用的VPI/VCI，也就是说网络拥有此标识符的复用和交换空间。据此可以得出的另外一个特点是网络通过执行VPI/VCI的分配，能够将客户所提供的信息隔离开。因为是网络执行的分配网络标识符的过程，因此可以很方便地对网络中的某点拦截和监视客户信息。
在cl-ps技术中，尽力而为服务模型(以下简称Best effort)方式的IP协议是基于目的地的转发(非源路由方式)，用户可以发出一个IP包，而不需要事先与网络或目的地用户终端协商，没有端到端的资源预留过程。源和目的地址(网络编址符)是由发出IP包的源用户终端加上去的，包含在IP头中。没有用户和网络的边界，用户-网络接口(User-NetworkInterface，简称UNI)和网络-网络接口(Network-Network Interface，简称NNI)不区分。源和目的地址都具有全局意义，每个路由器查询自己的路由表，基于目的地址向预计的目的地址做转发。每个包都使用相同的过程独立处理，也就是说，网络不为每个用户维护状态信息。用户IP包根据路由表(比如目前的网络拓扑和拥塞)的内容公平地竞争路由器之间的服务器层资源。网络拓扑和负载的改变将体现在路由表的更新上。IP网络使用路由协议维护路由表的状态。因为在网络和客户终端之间没有明显的位置和存在信息，因此网络无法监视这些业务。
由此可知，在co-ps技术中，由于需要在网络中间的节点中保留每条连接的状态信息，因此通常存在扩展性的问题，也就不能提供更细粒度的服务质量(Quality of Service，以下简称QoS)保证，否则中间节点的状态信息会太多；在cl-ps方式中，由于没有建立连接的过程，因此无法预知网络和目的终端的资源情况，QoS很难严格保证。
发明内容
为了克服上述技术的不足，本发明的目的是提出一种面向连接和无连接的网络包交换方法，使其具有co-ps技术在QoS和安全保证方面的优势，同时能够达到cl-ps技术的扩展性。
为达上述目的，本发明提出一种面向连接和无连接的网络包交换方法(暂称之为cx-ps)，包括面向连接的网络包交换和面向无连接的网络包交换，该方法至少包括建立面向连接和无连接的包交换网络，为该包交换网络的节点有序地分配具有全局意义的固定地址。
在上述包交换网络的入口节点，根据面向连接用户数据包/流或面向无连接的用户数据包/流的载荷信息生成上述包交换网络包头，并按上述包交换网络包头中的地址在上述包交换网络中做转发或路由上述用户数据包/流。
上述包交换网络将具有不同用户数据包/流的业务(如信息检索、IP电话、视讯会议等)划分为若干具有相同转发行为的业务类型(如实时交互业务、实时非交互业务、非实时交互业务、非实时非交互业务等)，其网络节点支持针对每类上述业务类型的连接建立、维护和拆除，并在此过程中做网络资源的预留和管理。
在上述包交换网络的出口节点剥离上述包交换网络包头，恢复面向连接用户数据包/流或面向无连接用户数据包/流的载荷信息。
上述包交换网络将不同用户数据包/流的业务划分为若干具有相同转发行为的业务类型，并为这些业务类型静态或动态地配置网络资源；根据不同用户数据包/流的业务特征，不同的用户数据包/流将会被分配使用相同或不同的业务类型。
根据用户与上述包交换网络定购或协商好的业务类型，从上述包交换网络入口直到上述包交换网络出口，发起一次请求，协商用户数据包/流的特征。
根据协商的用户数据包/流的特征，上述包交换网络的连接管理系统从入口到出口，边缘到边缘地查看上述包交换网络的状态，并为此用户数据包/流显式地分配上述包交换网络资源。
上述包交换网络根据每次业务的流量参数以及为连接已经分配的网络层资源的情况，同意或拒绝为上述用户信息包/流分配资源。
上述包交换网络节点保留为每个业务类型预留的网络资源情况以及每个业务已经使用的资源信息。
本发明的有益效果是，对于需要连接支持的业务，如需要QoS保证的业务，上述包交换网络具有连接的建立、维护和拆除过程，并在此过程中做资源的预留和管理工作，因此具有co-ps技术在QoS保证方面的优势，解决了典型cl-ps(如IP和以太网)技术所面临的QoS和安全问题。同时，因为使用了全局地址，不需要在网络节点中保留每个请求的状态信息，进而能够达到cl-ps技术的扩展性，解决了目前典型co-ps(如ATM)技术所面临的扩展性问题。本发明的包交换网络可以适应不同网络客户的需要，提供不同的工作模式以承载co-ps、cl-ps或co-cs仿真等多种业务。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为本发明中的包交换网络对IP业务的典型承载方式；图2为本发明方法的一种较佳实施例流程框图。
具体实施例方式
如图1所示，以本发明的包交换网络提供基于目的地的IP用户数据包/流(简称IP包/流)传送服务为例给出两种工作模式模式1和模式2。模式1工作在Best effort方式下，IP包/流不需要QoS保证；模式2工作在服务质量策略(以下简称QoS Police)控制下，IP包/流需要QoS保证。
如图2所示，用户发出的IP包/流的载荷信息一般会自己带有源和目的IP地址(网络编址符)，当一个包含高层业务信息的co-ps或cl-ps载荷到达本发明包交换网络入口处，包交换网络根据IP包/流载荷信息生成本发明包交换网络的包头，例如，对IP包/流载荷信息中源和目的做查询和翻译等工作，把与此IP包/流的源和目的地址对应的本发明的包交换网络地址附着在上述IP包/流的包头前面以生成本发明的包交换网络包头。生成的包头中可以包括本发明的包交换网络源和目的地址，也可以包括一些其它信息，例如业务类型、优先级等。
模式1工作在Best effort方式下。在这种工作模式下，用户终端或网络发出IP包/流给本发明的包交换网络之前，不需要与本发明的包交换网络(包括从入口到出口的所有节点)协商，没有端到端的资源预留过程。因此，当用户IP包/流生成了本发明的包交换网络包头之后，在本发明的包交换网络中将根据新生成的包交换网络地址做转发。源和目的地址都具有全局意义，每个本发明包交换网络的节点查询自己的路由表，基于目的地址向预计的目的地址做转发。每个用户数据包/流都使用相同的过程独立处理，也就是说，网络不为每个用户维护状态信息，在此模式下本发明包交换网络中的每个节点按照cl-ps方式转发用户数据包/流。
在本发明的包交换网络的出口处剥离在入口生成的本发明的包交换网络包头，包括剥离源和目的本发明的包交换网络地址，恢复成原来的IP包/流，继续按照IP的方式工作。IP包/流根据路由表，例如根据目前的网络拓扑和拥塞状况竞争路由器之间的服务器层资源。因为在本发明包交换网络和用户终端之间有明显边界，因此本发明包交换网络可以监视这些业务。
模式1与背景技术中的IP工作模式相比，只是在入口处生成和出口剥离处本发明包交换网络的包头。在IP看来，这种模式下的本发明的包交换方法是一种cl-ps方式的承载技术，图1给出了本发明包交换网络对IP业务的典型承载方式。
模式2工作在QoS Police模式下，继续如图3所示，首先确定包交换网络中的节点是否已经建立了载荷中业务类型所对应的包交换连接，如连接不存在，包交换网络的节点进行网络资源请求，建立连接，沿途各节点为此类业务分配并预留网络资源；在连接中扣除此次业务所需资源；连接路径上的节点逐点转发用户数据包/流；当此用户数据包/流到达包交换网络的出口节点后，从包中剥离出载荷，并拆除连接，退回此业务在连接中占用的资源；若本业务为此类业务所对应包交换网络连接中的最后一个业务时，包交换网络拆除此连接，并释放为此类业务所分配的网络资源。如果连接已经存在，则判断此类业务的连接中是否还有本次业务所需资源；如果有本次业务所需资源，重复上述在连接中扣除此次业务所需资源，直至释放为此类业务所分配的网络资源等步骤。如果没有本次业务所需资源，则拒绝为本次业务分配资源，拒绝服务，丢弃此包。
在模式2中，本发明的包交换网络将不同的业务，例如信息检索、IP电话、视讯会议等，分为若干具有相同转发行为的业务类型，例如实时交互业务、实时非交互业务、非实时交互业务、非实时非交互业务等，其网络节点支持针对每类上述业务类型的连接建立、维护和拆除，并在此过程中做网络资源的预留和管理。这与IP在区分服务模型(Differentiated service，简称Diffserv)中的每跳转发行为的概念类似，为这些业务类型静态或动态地配置一定的网络资源。根据用户IP包/流或业务的特征，不同的用户IP包/流或业务将会被分配使用相同或不同的业务类型。根据用户与本发明的包交换网络定购或协商好的业务类型，从本发明的包交换网络入口直到出口，发起一次请求，协商用户IP信息包/流的特征，如峰值、平均比特率、优先级等。根据协商的结果，本发明的包交换网络连接管理系统从入口到出口，边缘到边缘(Edge to Edge)地查看本发明的包交换网络(每跳)的状态，并为此用户IP包/流显式地分配本发明的包交换网络资源。解决对底层网络资源的竞争是在连接的建立阶段。本发明的包交换网络根据每次全球的流量参数以及为连接已经分配的网络层资源的情况，同意或拒绝为用户IP包/流分配网络资源。
本发明的包交换网络节点保留为每类业务预留的资源情况以及每个业务已经使用的资源信息，而不保留每个请求的状态信息，也就是说，本发明的包交换网络是按照业务类型来保留资源使用的状态信息的。
因为本发明的包交换网络标识符具有全局意义，网络节点做转发时并不会改变(交换)经过它的用户载荷的“网络标识符”，用户不会限制或选择所使用本发明的包交换网络的地址，也就是说网络拥有此标识符的复用和交换空间，因此网络通过执行地址的分配，能够将客户所提供的信息隔离开。
因为是有序地分配本发明的包交换网络地址的，并且网络执行分配网络标识符的过程，因此可以很方便的在网络中的某点拦截和监视客户信息。
可以发现，此模式与背景技术中介绍的ATM的工作原来非常相似，只是在本发明的包交换网络节点中不需要交换入口节点增加上去的网络标识符(本发明的包交换网络地址)，也不需要为每个IP信息流保留状态信息。对于原来承载需要QoS保证的IP业务，这种模式下的本发明的包交换方法是一种co-ps方式的承载技术。
本发明包交换网络与co-ps，cl-ps主要特征的相似性和差异性列表如下
以上详细说明了本发明的实现方法，但这只是为了便于理解而列举的较佳实施例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种面向连接和无连接的网络包交换方法，其特征是包括面向连接的网络包交换和面向无连接的网络包交换，该方法至少包括建立面向连接和无连接的包交换网络，为该包交换网络的节点分配具有全局意义的固定地址；在上述包交换网络的入口节点，根据面向连接用户数据包/流或面向无连接的用户数据包/流的载荷信息生成上述包交换网络包头，并按上述包交换网络包头中的地址在上述包交换网络中做转发或路由上述用户数据包/流；上述包交换网络将不同的业务划分为若干具有相同转发行为的业务类型，其网络节点支持针对每类上述业务类型的连接建立、维护和拆除，并在此过程中做网络资源的预留和管理；在上述包交换网络的出口节点剥离上述包交换网络包头，恢复面向连接用户数据包/流或面向无连接用户数据包/流的载荷信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是上述为该包交换网络的节点有序地分配具有全局意义的固定地址。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，上述包交换网络将不同用户数据包/流的业务划分为若干具有相同转发行为的业务类型，并为这些业务类型静态或动态地配置网络资源；根据不同用户数据包/流的业务特征，不同的用户数据包/流将会被分配使用相同或不同的业务类型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，根据用户与上述包交换网络定购或协商好的业务类型，从上述包交换网络入口直到上述包交换网络出口，发起一次请求，协商用户数据包/流的特征。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，根据协商的用户数据包/流的特征，上述包交换网络的连接管理系统从入口到出口，边缘到边缘地查看上述包交换网络的状态，并为此用户数据包/流显式地分配上述包交换网络资源。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，上述包交换网络根据每次业务的流量参数以及为连接已经分配的网络层资源的情况，同意或拒绝为上述用户信息包/流分配资源。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征是，上述包交换网络节点保留为每个业务类型预留的网络资源情况以及每个业务已经使用的资源信息。
全文摘要
一种面向连接和无连接的网络包交换方法，该方法至少包括建立面向连接和面向无连接的包交换网络，为该包交换网络的节点分配具有全局意义的固定地址；在该包交换网络的入口节点，根据面向连接用户数据包/流或面向无连接的用户数据包/流的载荷信息生成该包交换网络的包头，并按该包交换网络包头中的地址在该包交换网络中做转发或路由用户数据包/流；在该包交换网络的出口节点剥离该包交换网络包头，恢复面向连接用户数据包/流或面向无连接用户数据包/流的载荷信息。本发明具有面向连接的包交换网络技术在服务质量和安全保证方面的优势，同时能够达到面向无连接的包交换网络技术的扩展性。
文档编号H04L29/12GK1791066SQ200510132859
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者何宝宏, 曹蓟光, 蒋林涛, 魏亮, 徐贵宝, 顾方方, 陈端 申请人:信息产业部电信传输研究所, 上海贝尔阿尔卡特股份有限公司