一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝的製作方法

2023-06-19 14:06:31 4

專利名稱：一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及英特網的數據傳送領域，它是一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝方法，主要用於核心交換路由器，邊緣交換路由器，基於包交換的高低端交換機，用戶端綜合接入設備和與英特網有關的互連互通設備等。
現用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝，有「點對點協議」(英文縮寫PPP)。在英特網工程任務組(英文縮寫IETF)，把它規定為(代號)RFC1619(RFC是請求評論，英文RequestFor Comments)，它可以封裝三十多種網絡協議，含有用於英特網的」英特網協議第四版(英文IPV4)，這種協議適配方法通過MODEM上網是成功的，還有防火牆，但若用於同步光網絡(英文縮寫SONET)或波分復用體系(英文縮寫WDM)上，就存在一些不足和缺陷。主要表現在(1)對於IP在WDM上傳送的應用，沒有標準支持，導致IP over WDM不能用於英特網邊緣層和核心層；(2)對於每秒2.5G千兆比特及其以上速率，開發設備時硬體轉發部分開銷太大，用於「英特網協議(英文縮寫IP)直接在波分復用光纜網(英文縮寫IP over WDM)」上運行時，更是如此，因為RFC1619規定推薦使用「鏈路控制協議(英文縮寫LCP)」和魔數(英文表述為Magic Number)。這兩項比較複雜；(3)採用RFC1619時，因為PPP是需要建立連接的，重發定時器的默認值在PPP中定為3秒。對於高速鏈路，這種方法過於遲鈍。對於具體工程應用，應要求支持從每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率範圍全部(約差4032倍)。所以重發定時器的值應根據線路往返的時延確定。這些在RFC 1619中都沒有作出規定，從而在不同廠家的設備互連時會出現不確定性；(4)填充功能(英文表述為Padding Function)，PPP的信息欄位一般要填充到最大接收單元(英文縮寫MRU，在英特網上一般規定為1500位元組)。對於一般的英特網數據包，如瀏覽器(英文表述為WWW)上網的應用(該種應用約佔整個英特網應用的75％)，平均數據包長度是330位元組，這樣有平均約350％是在做無用功，效率很低。另外，這個填充欄位在接收端還需要一個功能來區分哪些是信息欄位，哪些是填充欄位。這又增加了處理開銷；(5)鏈路控制協議(英文縮寫LCP)的整個規程包括10種配置數據包(英文表述為configurationpacket)、16種狀態事件(英文表述為Event)和12種動作(英文表述為Action)，把這些複雜的機理用於光的包交換(光---光)是很難實現的。即使做出來了，代價也太高。
本發明的目的是，針對現有幀封裝技術存在的不足和缺陷加以改進，並提出和設計出適用於各種情況的一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝；本發明的構想是在英特網協議(英文縮寫IP)和波分復用體系(英文縮寫WDM)之間只保留面向比特的WDM鏈路接入規程(英文縮寫LAPW)，用多服務訪問點代替地址欄位，實現多協議封裝，可以支持從低階虛容器到高階虛容器(包括級聯)的全部速率範圍，也特別適合用到光的包交換接口，沒有任何協議的不確定性，本構想不僅能解決新的設備開發和運營問題，而且為我國現有的上千億元電信傳輸資源找到了一條非常好的出路。
本項發明的技術解決方案是，把Ipv4和Ipv6包頭中的版本欄位作為參數隨原語從第3層映射到第2層(LAPW)實現多協議的封裝，用WDM鏈路接入規程(LAPW)一項要素代替「點對點協議」(PPP)和「高級數據鏈規程」(HDLC)兩項要素組幀，解決英特網協議(IP)和波分復用體系(WDM)之間的融合及適配的幀封裝，該幀封裝同時支持英特網協議第四版(Ipv4)和英特網協議第六版(Ipv6)。
其特徵在於，把Ipv4和Ipv6包頭中的版本欄位(Version)作為參數隨原語從第3層映射到第2層(LAPW)實現多協議的封裝，在英特網協議第四版(Ipv4)和英特網協議第六版(Ipv6)包頭中均為4個比特，映射到第2層後作為服務訪問點標識符(SAPI)的低四位比特，保持其原來的順序和值不變，服務訪問點標識符(SAPI)的高四位比特填「0000」，再把這一SAPI值放入LAPW幀的地址欄位的位置。經過這一變換，便完成了LAPW對其上的多協議封裝。
其特徵在於，用WDM鏈路接入規程(LAPW)一項要素代替「點對點協議」(PPP)和「高級數據鏈規程」(HDLC)兩項要素組幀，具體方案如下，所有的LAPW幀均以二進位碼「01111110」起始和終止，直接位於地址欄位之前的標誌是起始標誌，緊跟在幀校驗序列(FCS)之後的標誌為終止標誌，在某些應用中，終止標誌也可以作為下一幀的起始標誌，所有的收端應能夠接收一個或多個連續的標誌，在幀與幀之間以標誌填充；地址欄位由一個八位組組成，比特排列的順序為最低位在最右邊(即比特1)，最高位在最左邊(即比特8)，地址欄位作為服務訪問點標識符(SAPI)使用，完成LAPW對所有上層協議的封裝，在接收端，根據這個欄位的值來確定是哪一種協議，當第3層有IP包要發送時，首先調用「DL-UNACK-DATA請求(用戶數據，版本欄位，DS碼點或IPv4業務類型欄位)」原語，用戶數據，版本欄位和DS碼點分別對應於三種參數，即在第3層IP包中的整個協議數據單元(PDU)、「版本欄位」(Version)和「細分業務(Differentiated Services)碼點或IPv4業務類型欄位(TOS)」，把隨原語映射下來的「版本欄位」作為LAPW的服務訪問點標識符(SAPI)，對於Ipv4和Ipv6，地址欄位的低四位分別為(二進位)「0100」和「0110」，與Ipv4和Ipv6數據包頭中的版本號對應，它們的高四位填二進位「0000」，在地址欄位的規定中，十進位數「4」表示對基於Ipv4的業務的封裝，「6」表示對基於Ipv6的業務的封裝，「255」作為廣播地址，其它還有252個值留作將來使用；控制欄位由一個八位組組成，其值為0x03，所有的幀均作為命令幀使用，探尋/終止比特設為0，其它值保留將來功能擴充時使用；信息欄位緊跟在控制欄位之後，由整數倍的八位組組成，當第3層有IP包要發送時，首先調用「DL-UNACK-DATA請求(用戶數據，版本欄位，DS碼點或IPv4業務類型欄位)」原語，用戶數據，版本欄位和DS碼點分別對應於三種參數，即在第3層IP包中的整個協議數據單元(PDU)、「版本欄位」(Version)和「細分業務(Differentiated Services)碼點或IPv4業務類型欄位(TOS)」，把隨該原語映射下來的「整個協議數據單元」作為LAPW的「信息欄位」，在接收端，第3層利用「DL-UNACK-DATA指示(用戶數據)」原語接應第2層轉來的「信息欄位」作為第3層的PDU；每個幀的尾部包含一個32比特的幀校驗序列，用來檢查幀通過鏈路傳輸時可能產生的錯誤，FCS由發送方產生，其基本思想是通過對完全隨機的待發送的比特流計算產生32比特的冗餘碼(即FCS)，附於幀的尾部，使得幀和FCS之間具有相關性，在接收端通過識別這種相關性是否被破壞，來檢測出幀在傳輸過程中是否出現了差錯，FCS生成多項式為G(x)＝x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1計算範圍從一個幀的開始標誌之後的第一個比特起，到FCS之前的最後一個比特止，總比特數為m，作為數據多項式Q(x)，其中需還原因透明性傳輸引起的轉換(不應包括因透明性的需要而插入八位組)，FCS是一個32比特的序列，它的值是下列兩個餘數的模2和的反碼，----xm*(x31+x30+......+x2+x+1)/G(x)的餘數
----x32*Q(x)/G(x)的餘數將上述過程產生的FCS加Q(x)之後發送出去，在接收端，把兩個標誌之間的全部比特序列稱M(x)，按下式計算，[x(m+32)*(x31+x30+......+x2+x+1)+x32*M(x)]/G(x)，其中m+32為M(x)序列的長度，如果M(x)＝Q(x)+FCS，則傳輸無差錯，否則，就認為傳輸有差錯；在幀結構中，每一八位組的比特排列順序為水平顯示，比特排列的順序為最低位在最右邊(即比特1)，最高位在最左邊(即比特8)，多個八位組沿垂直方向排列，最上面的八位組編號為」1」，依次遞增為「2」...「N」，在這一結構中，某一比特可以以(o，b)標識，o表示八位組的順序編號，b表示在一個八位組內比特的順序編號，在一個八位組內比特8最先發送，而在一個幀結構中，八位組的發送順序為1，2...N(從小到大遞增)，不過，FCS的4個字節是一個例外，具體說就是，FCS的第1個八位組的編號為1的比特是FCS長字的最高位，FCS的第4個八位組的編號為8的比特是FCS長字的最低位；LAPW的無效幀有以下幾種1)由兩個標誌產生的不妥當的定界的幀，2)兩個標誌的幀長小於6個八位組的幀，3)包含有FCS錯誤的幀，4)服務訪問點標識符(SAPI)不匹配或收端不支持的幀，5)包含有不確定的控制欄位的幀，6)以多於6個「1」結束的幀，無效幀將被丟棄，不通知發送方，也不產生任何動作；在發送端，LAPW幀映射到同步淨荷封包(SPE)之前需用(x43+1)多項式進行擾碼，同樣在收端，從SPE取出淨荷之後要用(x43+1)多項式進行解擾才能作為LAPW幀進行下一步處理，用(x43+1)多項式進行擾碼和解擾是必須的，高階虛容器信號標記用十六進位數」18H」指示「已用(x43+1)多項式進行擾碼的LAPW」，低階虛容器信號標記用二進位數」101」指示「已用(x43+1)多項式進行擾碼的LAPW」。
本發明的優點，相對於已有的RFC1619，具有以下創新(1)目前國外一些廠商按照英特網工程任務組(英文縮寫IETF)提出用PPP over SONET/SDH開發IP over WDM，就RFC 1619本身而言，鏈路層有PPP(點對點協議)和HDLC(高級數據鏈路規程)兩種協議，比較複雜，把它用於每秒2.5千兆比特以上速率時硬體開銷太大，相比之下本發明只採用一個LAPW要素，其難易程度與HDLC相當，省去了PPP中的複雜的「鏈路控制協議(英文縮寫LCP)」和魔數(英文表述為Magic Number)機制，所用的協議適配之開銷大大減小；(2)RFC 1619沒有確定是否用於IP over WDM，這樣PPP over SONET/SDH的應用推廣到Internet邊緣層和核心層時沒有標準支持，相比之下本發明既簡單，又完整；(3)採用RFC1619時，因為PPP是需要建立連接的，重發定時器的默認值在PPP中定為3秒。對於高速鏈路，過於遲鈍，對於具體工程應用，應要求從每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率範圍全部支持，所以重發定時器的值應根據線路往返的時延確定，這些在RFC 1619中都沒有作出規定，從而在不同廠家的設備互連時可能會出現不確定性，相比之下本發明採用不確認式信息傳送服務方式，不需要建立連接，也不需要使用重發定時器，不會出現任何對等實體之間通信的不確定性，從每秒2兆比特到每秒10000兆比特的速率範圍的應用全部支持；(4)關於填充功能的使用，PPP的信息欄位一般要填充到最大接收單元(英文縮寫MRU，在英特網上一般規定為1500位元組)，對於一般的英特網數據包，如瀏覽器(英文表述為WWW)上網的應用(該種應用約佔整個英特網應用的75％)，包長度是平均為330位元組，這樣平均有約350％是在做無用功，效率很低；另外，這個填充欄位在接收端還需要一個功能來區分哪些是信息欄位，哪些是填充欄位，這又增加了處理開銷，相比之下本發明與填充功能無關，對於任何英特網應用，沒有這種無用功；(5)LCP的整個規程包括10種配置數據包(英文表述為configuration packet)，16種狀態事件(英文表述為Event)，12種動作(英文表述為Action)，把這些複雜的機理用於光的包交換(光---光)是很難實現的。即使做出來了，成本也太高。相比之下，本發明沒有這些配置數據包，狀態事件和動作，可以很容易地用於光的包交換(光---光)；(6)本發明已考慮到目前正在使用的Ipv4和即將使用的Ipv6，用統一的LAPW機理來支持，具有很好的現實應用特點和將來的可擴展性；通俗地說，本發明是以非常簡煉的，快捷的和廉價的方式解決英特網到WDM電信傳輸的協議適配，用WDM鏈路接入規程一項要素代替「點對點協議(英文縮寫PPP)和高級數據鏈規程(英文縮寫HDLC)兩項要素，來支持英特網協議第四版(英文縮寫Ipv4)和英特網協議第六版(英文縮寫Ipv6)在WDM上的應用。


圖1，本發明所提出的構想示意2，本發明所提出的LAPW的幀結構圖3，本發明所提出的用(x43+1)多項式擾碼和解擾的示意4，本發明在全國IP over SDH/WDM核心層組網應用構想5，本發明在省內IP over SDH/WDM核心層組網應用構想下面，根據附圖描述本發明的實施例。
本發明所提出的設想主要用於核心交換路由器，邊緣交換路由器，基於包交換的高低端交換機，用戶端綜合接入設備和與英特網有關的互連互通設備等。本發明的應用框架見圖1，即本發明所提出的構想示意圖，其中在網絡層採用英特網協議(IP)(包括Ipv4和IPv6)，鏈路層採用WDM鏈路接入規程(英文縮寫LAPW)，物理層採用波分復用體系(WDM)，主要包括各類高階和低階虛容器。在這個框架中，第2層向第3層提供的服務訪問點有兩個，分別供基於IPV4的數據包和基於IPV6的數據包使用。它們的服務訪問點標識符(SAPI)分別是十進位數」4」和」6」。在第3層IP包中的整個協議數據單元(英文縮寫PDU)、「版本欄位」(英文Version)、細分業務(英文DifferentiatedServices)碼點或IPv4業務類型欄位(英文縮寫TOS)，在發送時作為原語的參數映射到第2層。在第2層，把映射下來的PDU作為LAPW的信息欄位；把映射下來的版本欄位作為服務訪問點標識符(英文縮寫SAPI)，並轉為LAPW的地址欄位；把映射下來的細分業務碼點或IPv4業務類型欄位作為一種依據，控制隊列算法。在第2層採用不確認式信息傳送服務(UITS)，它與第1層也通過相應的服務訪問點用原語和參數交互。圖2是本發明所提出的LAPW的幀結構，最上面的那個八位組為LAPW幀的開始標誌，其值規定為二進位數「01111110」，緊接著是地址欄位，一個八位組長，它的值即為Ipv4或Ipv6的幀格式的「版本欄位」，操作時作為參數隨「DL-UNACK-DATA請求」原語從網絡層映射而來。圖3是本發明所提出的用(x43+1)多項式擾碼和解擾的示意圖，虛框中圍起的部分是一個43比特移位寄存器，圓圈部分表示為一個異或邏緝電路，按圖中的邏緝關係，從「擾碼前的數據流輸入」到「擾碼後的數據流輸出」即可完成擾碼功能；從「擾碼數據流輸入」到「解擾後的數據流輸出」即可完成解擾功能。也可以採用從D1到D43移位的移位寄存器，但相應的邏緝關係也應作調整。圖4是本發明在全國IP over SDH/WDM核心層組網應用構想圖，這個例子以目前中國8×8 SDH或波分復用(英文縮寫WDM)幹線傳輸網為現有資源舉例，白色界面的計算機表示現有的傳輸網網管；在各個節點城市採用具有IP over SDH/WDM接口的核心交換路由器後，可以形成一個四通八達的包交換核心網，黑色界面的計算機表示即將布局的核心交換路由器網的網管。圖5是本發明在省內IP over SDH/WDM核心層組網應用構想，其中黑圓圈表示基於IPover SDH設備的核心路由交換設備，小白圓圈表示基於IP over SDH/WDM設備的支線路由交換設備，REG為再生中繼器，ADM為分插復用器，LAN為區域網；目前各省多半以SDH/WDM環型組網，這個例子以目前中國各省SDH環網或波分復用系統(英文縮寫WDM)幹線傳輸網為現有資源舉例；在省內的各個地市節點城市採用具有IP over SDH/WDM接口的核心交換路由器後，可以形成一個在省內四通八達的包交換核心網。
權利要求
1.一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝，把Ipv4和Ipv6包頭中的版本欄位作為參數隨原語從第3層映射到第2層(LAPW)實現多協議的封裝，用WDM鏈路接入規程(LAPW)一項要素代替「點對點協議」(PPP)和「高級數據鏈規程」(HDLC)兩項要素組幀，解決英特網協議(IP)和波分復用體系(WDM)之間的融合及適配的幀封裝，該封裝同時支持英特網協議第四版(Ipv4)和英特網協議第六版(Ipv6)。
2.根據權利要求1所述的一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝，其特徵在於，把Ipv4和Ipv6包頭中的版本欄位(Version)作為參數隨原語從第3層映射到第2層(LAPW)實現多協議的封裝，在英特網協議第四版(Ipv4)和英特網協議第六版(Ipv6)包頭中均為4個比特，映射到第2層後作為服務訪問點標識符(SAPI)的低四位比特，保持其原來的順序和值不變，服務訪問點標識符(SAPI)的高四位比特填「0000」，再把這一SAPI值放入LAPW幀的地址欄位的位置，經過這一變換，便完成了LAPW對其上的多協議封裝。
3.根據權利要求1所述的一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝，其特徵在於，用WDM鏈路接入規程(LAPW)一項要素代替「點對點協議」(PPP)和「高級數據鏈規程」(HDLC)兩項要素組幀，具體方式如下，所有的LAPW幀均以二進位碼「01111110」起始和終止，直接位於地址欄位之前的標誌是起始標誌，緊跟在幀校驗序列(FCS)之後的標誌為終止標誌，在某些應用中，終止標誌也可以作為下一幀的起始標誌，所有的收端應能夠接收一個或多個連續的標誌，在幀與幀之間以標誌填充；地址欄位由一個八位組組成，比特排列的順序為最低位在最右邊，即比特1，最高位在最左邊，即比特8，地址欄位作為服務訪問點標識符(SAPI)使用，完成LAPW對所有上層協議的封裝，在接收端，根據這個欄位的值來確定是哪一種協議，當第3層有IP包要發送時，首先調用「DL-UNACK-DATA請求(用戶數據，版本欄位，DS碼點或IPv4業務類型欄位)」原語，把隨原語映射下來的「版本欄位」作為LAPW的服務訪問點標識符(SAPI)，對於Ipv4和Ipv6，地址欄位的低四位分別為二進位，「0100」和「0110」，與Ipv4和Ipv6數據包頭中的版本號對應，它們的高四位填二進位「0000」，在地址欄位的規定中，十進位數「4」表示對基於Ipv4的業務的封裝，「6」表示對基於Ipv6的業務的封裝，「255」作為廣播地址，十六進位數「0x7e」和「0x7d」已有特定用途，其它還有250個值留作將來使用；控制欄位由一個八位組組成，其值為0x03，所有的幀均作為命令幀使用，探尋/終止比特設為0，其它值保留將來功能擴充時使用；信息欄位緊跟在控制欄位之後，由整數倍的八位組組成，當第3層有IP包要發送時，首先調用「DL-UNACK-DATA請求(用戶數據，版本欄位，DS碼點或IPv4業務類型欄位)」原語，用戶數據，版本欄位和DS碼點分別對應於三種參數，即在第3層IP包中的整個協議數據單元(PDU)、「版本欄位」(Version)和「細分業務(Differentiated Services)碼點或IPv4業務類型欄位(TOS)」，把隨該原語映射下來的「整個協議數據單元」作為LAPW的「信息欄位」，在接收端，第3層利用「DL-UNACK-DATA指示(用戶數據)」原語接應第2層轉來的「信息欄位」作為第3層的PDU；每個幀的尾部包含一個32比特的幀校驗序列，用來檢查幀通過鏈路傳輸時可能產生的錯誤，FCS由發送方產生，其基本思想是通過對完全隨機的待發送的比特流計算產生32比特的冗餘碼(即FCS)，附於幀的尾部，使得幀和FCS之間具有相關性，在接收端通過識別這種相關性是否被破壞，來檢測出幀在傳輸過程中是否出現了差錯，FCS生成多項式為G(x)＝x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+2+x+1計算範圍從一個幀的開始標誌之後的第一個比特起，到FCS之前的最後一個比特止，總比特數為m，作為數據多項式Q(x)，其中需還原因透明性傳輸引起的轉換(不應包括因透明性的需要而插入八位組)，FCS是一個32比特的序列，它的值是下列兩個餘數的模2和的反碼，----xm*(x31+x30+......+x2+x+1)/G(x)的餘數----x32*Q(x)/G(x)的餘數將上述過程產生的FCS加Q(x)之後發送出去，在接收端，把兩個標誌之間的全部比特序列稱M(x)，按下式計算，[x(m+32)*(x31+x30+......+x2+x+1)+x32*M(x)]/G(x)，其中m+32為M(x)序列的長度，如果M(x)＝Q(x)+FCS，則傳輸無差錯，否則，就認為傳輸有差錯；在幀結構中，每一八位組的比特排列順序為水平顯示，比特排列的順序為最低位在最右邊(即比特1)，最高位在最左邊(即比特8)，多個八位組沿垂直方向排列，最上面的八位組編號為」1」，依次遞增為「2」...「N」，在這一結構中，某一比特可以以(o，b)標識，o表示八位組的順序編號，b表示在一個八位組內比特的順序編號，在一個八位組內比特8最先發送，而在一個幀結構中，八位組的發送順序為1，2...N(從小到大遞增)，不過，FCS的4個字節是一個例外，具體說就是，FCS的第1個八位組的編號為1的比特是FCS長字的最高位，FCS的第4個八位組的編號為8的比特是FCS長字的最低位；LAPW的無效幀有以下幾種；1)由兩個標誌產生的不妥當的定界的幀，2)兩個標誌的幀長小於6個八位組的幀，3)包含有FCS錯誤的幀，4)服務訪問點標識符(SAPI)不匹配或收端不支持的幀，5)包含有不確定的控制欄位的幀，6)以多於6個「1」結束的幀，無效幀將被丟棄，不通知發送方，也不產生任何動作；在發送端，LAPW幀映射到WDM之前需用(x43+1)多項式進行擾碼，同樣在收端，從SPE取出淨荷之後要用(x43+1)多項式進行解擾才能作為LAPW幀進行下一步處理，用(x43+1)多項式進行擾碼和解擾是必須的，高階虛容器信號標記用十六進位數」18H」指示「已用(x43+1)多項式進行擾碼的LAPW」，低階虛容器信號標記用二進位數」101」指示「已用(x43+1)多項式進行擾碼的LAPW」。
全文摘要
本發明涉及一種用於英特網與波分復用體系融合的適配方法的幀封裝,針對現有技術:沒有標準支持、硬體轉發部分處理開銷太大、用於光的包交換代價太高、重發定時器的值沒有明晰的定義和填充功能導致效率很低等不足加以改進,提出了LAPW鏈路接入規程等技術,通過把Ipv4和Ipv6包頭中的版本欄位隨原語作為參數映射到第2層來實現多協議的封裝,用類似方法可支持包括英特網協議等四版和第六版在內的250多種協議。
文檔編號H04L29/06GK1248847SQ99116628
公開日2000年3月29日 申請日期1999年9月1日 優先權日1999年9月1日
發明者餘少華 申請人:信息產業部武漢郵電科學研究院