基于ARP协议扩展的HFC双向网络寻址方法、服务端和终端

摘要

本发明提供一种基于ARP协议扩展的HFC双向网络寻址方法，以解决在HFC双向网络中，IP通道和QAM通道并存时数据报文的寻址问题。该方法的基本原理为：当服务端需要向目标终端发送数据报文时，服务端发送广播ARP请求查找目标IP地址对应的终端MAC，对应的终端通过单播ARP反馈响应，并在响应消息中携带终端解调器的信息；服务端根据终端的状态和能力决策数据下发的通道，若选择通过QAM通道下发数据，则服务端通过单播向终端发送接受通道的信息，携带QAM通道标识，终端回复单播响应，并在对应的QAM通道接收数据。通过实施本发明，可减少HFC双向网络中通道信息的交互开销，提高系统效率。

说明书

技术领域

本发明涉及有线电视网通信领域，特别涉及到一种HFC双向网络中IP数 据的寻址方法。

背景技术

在通讯领域中，地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称为 ARP)协议将网络层(网际协议IP层，也就是相当于OSI的第三层)地址解析 为数据链路层(MAC层，也就是相当于OSI的第二层)的MAC地址。在以太网 中、ATM、FDDIIP网络中都有广泛的应用。

目前，完成双向化改造的混合光纤同轴电缆网(Hybrid Fiber-Coaxial 的缩写，简称HFC)网络中存在着双向通道和单向广播通道。采用CMTS+CM、 EPON+EoC/LAN等HFC接入网方案提供基于IP的双向通道，结合IP数据封装 和IPQAM技术，提供单向广播的QAM(正交幅度调制)通道。融合利用这两个 通道可以扩展下行带宽，缓解高峰期双向交互信道拥塞的问题，又可以利用 HFC接入网的广播特性开展形式多样的数据业务。

但是，在双向化的HFC网络中，QAM通道的信息必须通过应用层(IP层以 上)协议通知终端，数据封装的代价大，交互成本高，而QAM的通道信息同 MAC地址属性类似，均为二层的地址标识，可通过数据链路层的协议交互完成， 因此需要一种扩展的ARP协议来满足双向HFC网络的寻址需求。

发明内容

本发明的目的在于，利用数据链路层的交互协议，完成QAM通道信息的交 互，减少通讯开销，提高系统效率。

为此，本发明在第一方面提供一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻 址方法。其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连 接通道包括IP双向通道和QAM单向通道；所述方法包括：服务端广播发送 E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复 此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；接收来自目标终端 的E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解 调器信息，以此确定目标终端；当服务端需要通过QAM通道向目标终端发 送数据报文时，服务端通过IP双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求， 该单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。

优选地，所述方法包括根据要发送的数据报文，检查服务端的缓存中 是否有与数据报文中的目标IP地址对应的ARP表项，由此确定目标终端。

优选地，所述方法包括，在向目标终端发送数据报文之前，服务端根 据目标终端的状态和/或能力决策下发的通道。

优选地，所述方法包括，当决策下发的通道为IP通道时，服务端通过 IP双向通道向目标终端发送数据报文。

优选地，所述方法包括目标终端通过IP双向通道回复单播E-ARP响应。

所述的ARP表项可以包括IP地址、物理层MAC地址、频点、节目号标 识、调制方式中的一个或数个。

所述的QAM通道信息可以包括频点、节目号标识、调制方式中的一个 或数个。

在第二方面，本发明包括一种基于ARP协议的HFC双向网络的服务端， 其中HFC双向网络中还包括终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP 双向通道和QAM单向通道；其中服务端包括广播发送E-ARP请求报文的模 块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP 报文中必须携带终端的调制解调器信息；接收来自目标终端的E-ARP响应， 所述E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息，以此 确定目标终端；当服务端需要向目标终端发送数据报文时，通过IP双向通 道向目标终端发送单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数据发 送所使用的QAM通道信息。

在第三方面，本发明包括一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址方 法，其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通 道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：终端接 收来自服务端的E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段， 以说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向 服务端发送E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解 调器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求，该单播 E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。

在第四方面，本发明提供一种基于ARP协议的HFC双向网络中的终端， 其中HFC双向网络中还包括服务端，服务端和终端之间的连接通道包括IP 双向通道和QAM单向通道；其特征在于所述终端包括：接收来自服务端的 E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终 端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发 送E-ARP响应的模块，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调 器信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求的模块，该 单播E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；通过QAM单向通道 接收来自服务端的数据报文的模块。

本发明的有益效果在于：1.服务端通过数据链路层协议与终端交互，协 商QAM通道信息，减少了通讯开销，提高了系统效率；2.通过扩展ARP协议， 采用广播和单播相结合的方式，继承了原ARP协议的安全机制，与IP网络上 的数据传输具有同等程度的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例在改造的双向HFC网络上实施的系统结构示意图；

图2是基于ARP扩展协议的服务端和终端的交互流程图；

图3是本发明实施例的方法应用在广电VOD业务系统的交互示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细的说明，并以广电视频 点播(VOD)业务系统为例，更详细的描述本发明的应用场景。

图1是本发明实施例的方法在改造的双向HFC网络上实施时的系统结构示 意图。其中，服务端与终端之间的连接通道有IP双向通道和QAM单向通道两 种，终端的上行数据包通过IP通道传输给服务端，服务端的下行数据包可选 择通过IP双向通道或QAM单向通道传输给终端，也可同时通过两条通道传输 给终端。

图2是本发明实施例的基于扩展ARP协议的服务端和终端的交互流程示意 图。如图2所示，在步骤201，IP数据报文到达当服务端。

在步骤202，服务端可以检查本地的ARP缓存是否有该IP报文所携带的 目标IP地址对应的ARP表项。若存在且ARP表项包含IP地址、物理层MAC 地址、频点、节目号标识、调制方式，则直接转到步骤205执行。若ARP表 项存在且仅包含IP地址、物理层MAC地址等IP通道信息，而不包含QAM信 息(频点、节目号标识、调制方式)，可以选择转入步骤205。若ARP表项不 包含QAM信息，但是根据情况需要通过QAM通道传输数据，则执行下一步骤 203。本领域的技术人员可以理解，缓存检查的步骤不是必需的。

在步骤203，服务端通过IP双向通道以广播方式发送扩展地址解析协议 E-ARP请求，查找该目标IP地址对应的终端。在一个例子中，可以采用扩展 的ARP请求，该扩展的ARP请求包含字段表示终端回复此广播E-ARP报文中 必须携带QAM信息。在另一个例子中，也可以修改ARP请求中携带的ARP协 议类型，以此说明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带调制解调器信息。 还需要指出，所述的E-ARP广播请求既能通过IP通道发送，也可以通过QAM 广播通道发送。

在步骤204，目标终端收到ARP请求，向服务端回复ARP响应，并且在响 应消息中携带终端对应的MAC地址以及调制解调器信息。调制解调器信息包 括调制解调器的个数，各个调制解调器是否可用等。当然，调制解调器信息 也可以根据应用的情况做出调整。

需要说明，如果服务端知道目标终端的调制解调器信息，则步骤203和 204也是可以省略的。

在步骤205，服务端根据终端的状态和能力以及调制解调器信息，决策数 据下发的通道。终端的状态和能力可以根据ARP缓存的内容确定，也可以通 过前述响应消息携带的信息确定。

在步骤206，若选择IP通道，则执行步骤209)，若选择QAM通道，则执 行下一步。

在步骤207，服务端通过IP通道发送单播的E-ARP请求给目标终端，将 QAM通道的信息通知终端，其中的QAM通道信息包含但不限于QAM通道数目、 频点、节目号标识、调制方式中的一个或数个。用哪个频点由服务端决定。 QAM通道信息还可以包括QAM通道数目。

在步骤208，终端接收到E-ARP请求后，向服务端返回单播的E-ARP响应。

在步骤209，服务端在商定的通道上发送数据，目标终端在对应的通道上 接收数据。

图3是以广电VOD业务系统为例，阐述本发明的具体应用场景。这里不再 阐述终端与VOD应用服务器的交互，直接从VOD视频流达到服务端开始对本 发明的方法进行介绍，具体步骤如下：

在步骤301，用户请求的VOD视频流以IP数据报文的形式达到服务端。

在步骤302，服务端解析IP数据报文，得到目的IP地址为 210.75.225.100，通过IP双向通道发送ARP广播请求，查找IP地址 210.75.225.100对应的终端。

在步骤303，目标终端收到ARP请求，向服务端返回ARP单播响应，在响 应消息中包含终端的MAC信息0A0B0C0D0E0F和终端的调制解调器(Tunnel) 状态信息。

在步骤304，服务端收到ARP响应，根据终端的Tunnel状态，选择在QAM 通道上发送数据，向终端发送单播E-ARP请求，将选定的QAM通道信息发送 给终端，包含QAM通道数目、频点、节目号标识、调制方式等。

在步骤305，终端接收到E-ARP请求，同意服务端提出的数据传输方式， 向服务端返回E-ARP响应。

在步骤306，服务端将VOD视频流发送到IPQAM，通过QAM通道发送给终 端，终端在对应的QAM频点上接收数据，收看VOD节目。

本发明的另一个实施例中，提供基于ARP协议的HFC双向网络的服务端。 其中HFC双向网络中还包括终端，服务端和终端之间的连接通道包括IP双向 通道和QAM单向通道；其中服务端包括广播发送E-ARP请求报文的模块，所 述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终端回复此广播E-ARP报文中必 须携带终端的调制解调器信息信息；接收来自目标终端的E-ARP响应，所述 E-ARP响应中携带目标终端对应的MAC地址和调制解调器信息信息，以此确定 目标终端；当服务端需要通过QAM通道向目标终端发送数据报文时，通过IP 双向通道向目标终端发送单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP请求包括数 据发送所使用的QAM通道信息

本发明的又一个实施例中，提供一种基于ARP协议的HFC双向网络的寻址 方法，其中HFC双向网络中包括服务端和终端，服务端和终端之间的连接通 道包括IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述方法包括：终端接收 来自服务端的E-ARP请求报文，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说 明终端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息信息；向服 务端发送E-ARP响应，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器 信息信息；接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求，该单播 E-ARP请求包括数据发送所使用的QAM通道信息。

本发明的再一个实施例中，提供一种基于ARP协议的HFC双向网络中的终 端，其中HFC双向网络中还包括服务端，服务端和终端之间的连接通道包括 IP双向通道和QAM单向通道；其特征在于：所述终端包括：接收来自服务端 的E-ARP请求报文的模块，所述E-ARP请求报文中携带扩展字段，以说明终 端回复此广播E-ARP报文中必须携带终端的调制解调器信息；向服务端发送 E-ARP响应的模块，所述E-ARP响应中携带终端的MAC地址和调制解调器信息； 接收来自服务端的通过IP双向通道的单播E-ARP请求的模块，该单播E-ARP 请求包括数据发送所使用的QAM通道信息；通过QAM单向通道接收来自服务 端的数据报文的模块。

前文提到的实施例的具体细节可以参考结合图2-3的实施例的描述，这里 不复赘述。

本领域技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例 描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的 结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按 照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件 方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可 以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不 应认为超出本发明的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了 进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。