基于区域编码的标记交换方法

摘要

本发明涉及一种基于区域编码的标记交换方法，可用于分组互联网的数据通信和交换。该方法将互联网络按照行政管理地域划分为不同的区域，为每个区域分配唯一的定长编码作为该区域的标识，并将这种标识作为网络地址的一部分，由源端发送的分组携带，标记交换网用此标记作为路由交换标记。该区域标识的编码分为骨干网编码和接入域编码，其中骨干网编码，用以标识包括洲际编码和国家/地区的骨干网区域；接入域编码，用以标记相应骨干网内的用户接入网区域；对于需要发送到本区域以外的IP分组，由接入域出口路由器在2层帧头和IP分组头之间增加一个标记开销，并对分组进行转发。该标记交换方法具有扩展网络地址，兼容现有网络协议和网络管理协议，实现快速分组交换等优点。

说明书

技术领域：

本发明涉及通信技术领域，具体地说是一种基于区域编码的标记交换方法，可适用于分组互联网的数据通信和交换。

背景技术：

随着互联网技术的迅猛发展，人们对于互联网的需求日益增加，因而迫切需要吞吐率高、操作简便的互联网转发机制。然而，目前的互联网转发方式大都是通过路由器对互联网协议(IP)分组头进行复杂处理，并要在容量巨大的IP路由表中进行烦琐的路由查找，严重地限制了路由器的处理能力和吞吐量，影响了业务服务质量(QOS)，而且互联网络的IP地址也面临枯竭，这些均成为制约互联网发展的瓶颈。为此，国际标准化组织和业界团体都提出了多种改进方案。如异步传输模式论坛ATMFORUM提出的基于异步传输模式的多协议(MPOA)，就是将业务流按其持续性分成长流和短流，为长流建立一条虚通路VC连接，并采用异步交换模式(ATM)交换以保证服务质量(QOS)。又如互联网工程工作组(IETF)制定了多协议标签交换(MPLS)方案。该方案吸收了面向连接的优点，融合了IP层的路由技术和链路层的交换技术，以实现分组的快速转发。其基本原理是，首先将业务流按其特性分成转发等价类(FEC)，并用一个长度唯一的标签即交换标记来标识，以信令协议的方式通知后续结点，建立专门通道，使后续的结点按照协议分配的标识交换分组。标记交换的实质是根据IP层形成的转发路由，利用标记分发协议(LDP)为具有确定特性的转发等价类(FEC)分配一个交换标记，从而为FEC的转发在链路层建立一条相应的转发虚连接，并维护该连接。交换标记的主要作用有两个：一是指示特定路由，即标记中含有目的(源)地址(端口)的信息，中继转发结点根据交换标记进行分组的路由和转发；二是QOS指示或优先级指示，即标记中含有此分组所要求的转发服务级别。由于标记交换方式引入了二层交换，从而简化了转发操作，较大地提高了信息转移速率。但是由于现有的这种标记交换体制MPLS采用的标记分发协议(LDP)和标记操作较为复杂，因而存在如下缺陷：

1)利用LDP在链路层建立连接需要一定的开销，占用网络资源；虚连接的形成需要一定的时间，且维护这些连接也需要占用交换系统和网络的大量资源；

2)由于标记交换是无连接的IP分组在面向连接的虚信道上传输，因而存在着从无连接转发到有连接传输的有缝转换问题，即在连接还没有建立时，必须采用传统的IP分组转发方式，只有当虚信道建好后，才能从无连接转发方式切换到虚连接转发方式；

3)由于无连接转发和虚连接转发的传输路径和时延不同，因而转发方式的切换不能简单切换，需要引入相应的措施，导致操作复杂。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种高效简便且易于应用推广的基于区域编码的标记交换(RCLS)方法。该方法标记操作简单，占用的网络和交换系统资源少，可实现快速分组交换，保证服务质量(QOS)，同时解决互联网地址不足的问题。

实现本发明的技术方案是将互联网络按照行政管理地域划分为不同的区域，并为每个区域分配唯一的定长(网络)？编码作为该区域的标识，将这种标识作为网络地址的一部分，由源端发送的分组携带，标记交换网用此标识作为路由交换标记。

上述网络编码由两部分组成：区域骨干网编码和接入域编码，其中，区域骨干编码，用以标识地理范围较大的区域(包括洲际编码、国家/地区)；接入域编码，用以标记相应骨干网内用户接入网区域，对于需要发送到本区域以外的IP分组，由边缘接入域出口路由器在两层帧头和IP分组头之间增加一个区域交换标记开销，并对分组进行转发。。

上述分组携带的交换标记主要包括分组生存期(TTL)，目的区域编码，源区域编码，服务级别指示等。该交换标记的应用可分为两个阶段，第一阶段为兼容阶段，当区域编码的标记交换(RCLS)还未在全网范围内实现时，可根据与用户协商的参数在接入域的出口路由器加上该交换标记；第二阶段为替代阶段，当全网都支持RCLS时，各个主机可以根据其与互联网业务供应商(ISP)的协定自行为分组填加含区域编码的交换标记。

上述目的区域编码的获得有两种不同的途径。第一，通过扩展的地址解析协议(ARP)直接获得目的区域编码，同时要求在传统的路由协议(如OSPF)中加入对区域编码的支持，使得各个网络结点能够获得需要的区域编码；第二，通过自学习的方式，如附图1所示的网络。当终端_B1需要和终端_C2通信时，终端_B1发出的分组在接入标记路由器/交换机被加上目的区域编码为空(即值为全零)、源区域编码为接入域B编码的标记，将分组转发到缺省端口，由更高级别路由器按照传统方式转发。当此分组到达接入域C时，该域的接入标记路由器/交换机就得到了终端_B1的所在域编码，这样即可为终端_C2前往终端_B1的分组打上相应标记。

上述标记交换网主要由边缘的接入标记交换机和中继标记交换机组成。边缘接入标记交换机主要完成目的IP地址与目的区域编码的映射，并形成特定格式的传送报文；中继标记交换机接收特定格式的分组，并根据目的区域编码进行分组的转发工作。

上述交换网络的组网根据带宽预留情况和标记中的业务服务等级指示可提供不同级别的交换/转发操作；可以采用与现有组播协议兼容的方式建立组播组，按照标记指示实现组播。

本发明由于采用了按照行政管理地域划分不同区域，并提出区域编码的标记交换方案，既发挥了MPLS利用标签实现快速分组交换的优点，又避免了使用标记分配协议动态地为每个业务流分配标记，建立和维护虚连接的工作；同时，由于本发明无缝地继承IP分组的无连接传送方式，并且有效地实现了对IP地址编码空间的扩展，使终端的网络地址扩展为由区域编码加上IP地址组成，故解决了互联网协议第四版IPV4地址空间不足的问题；由于本发明的每个区域编码覆盖一定的区域，而该区域将覆盖许多实际的物理网络，所以所需的区域编码空间远小于IP地址空间，能够明显地减小中继交换机路由表的大小，降低了查表的难度，提高了查表的速度，加快了分组的转发速度。该方案将网络的业务按其特性分成若干种，并能够为不同的业务提供不同级别的服务，具有兼容现有的网络协议和网络管理协议，如OSPF，支持单播和组播业务等优点。

附图说明：

图1是区域编码网络组成结构图

具体实施方式：

参照图1，本发明涉及的网络包括骨干网和接入域网，其中骨干网由多个中继核心路由器/交换机组成，接入域网可分为不同的区域B、C，每个区域网由终端和二层交换机组成，区域网通过边缘接入标记路由器/交换机接入骨干网。当终端B1与终端C2通信时，由终端_B1发出的分组在接入标记路由器/交换机上加上值为全零的目的区域编码，而源区域编码则填为接入域B的标记编码，将分组转发到缺省端口，由更高级别路由器按照传统方式转发(自学习转发方式)。当此分组到达接入域C时，该域的接入标记路由器/交换机就得到了终端_B1的所在域编码，所以能够为终端_C2前往终端_B1的分组打上相应标记。

本发明的实施可分为兼容、替代两个阶段，其中：

兼容阶段，即本发明与现有体制兼容。由边缘标记交换机完成目的IP地址与目的区域编码的映射，并为分组形成交换标记。标记交换网内的结点将同时运行传统IP网络协议和区域编码的标记交换(RCLS)协议，而处于标记交换网之外的路由器仍采用传统的IP交换方式转发IP分组。主机按照传统的方式收发IP分组，接入路由器通过扩展的路由协议或区域编码自学习方式获得区域编码分组的转发路由表，为IP分组添加相应的交换标记，并将分组转发给下一跳的标记交换机；对于到达目的地的标记分组，边缘转发路由器剥去分组携带的交换标记，并按照传统方式向本地转发分组。

替代阶段，即本发明完全替代现有体制。用户可以利用域名解析服务器直接获取目的区域编码和IP地址。由用户终端自己完成携带区域编码信息的装帧工作。此时，区域标记交换网将不再需要边缘标记交换机，而仅由一种中继标记交换机组成，既减少了组网设备种类，又提高网络的工作效率和吞吐率。