一种利用以太网以集成方式承载IP电信网的方法

摘要

本发明公开了一种利用以太网以集成方式承载IP电信网的方法。在发送过程中，将IP电信网的链路帧封装为以太网帧的格式，通过以太网进行传输，其中在面向连接的情况下，获取链路帧要使用的逻辑信道，将链路帧中的地址字段和信息字段组合成以太网帧的净荷部分，以太网帧的类型字段取值为面向连接信息传输编号；在不面向连接的情况下，将链路帧中的控制字段和IP电信网的网络层内容组合成以太网帧的净荷部分，以太网帧的类型字段取值为不面向连接信息传输编号；在接收过程中，对于接收到的以太网帧根据类型字段进行分发。本发明可以利用现有技术与设备解决IP电信网的设备实现问题，简化了有关设备的开发流程，缩短了研发周期。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用以太网承载IP电信网的方法，尤其涉及一种将 IP电信网的链路帧进行分解，利用以太网帧格式封装链路层内容，从而 使以太网能够承载IP电信网的方法，属于电信技术领域。

背景技术

随着电信技术的发展，电信网经历了从模拟到数字，从电路交换(如 TDM)到分组交换(如X.25、F.R、ATM、IP)的变迁。分组交换技术以其 简单、易扩展，易复用且经济有效，应用越来越广泛，已经成为未来电 信网发展的趋势。

以太网(Ethernet)一开始是作为一种局域网技术，速率从原来的 10Mbps，到现在已经普遍使用1Gbps以及出现的10Gbps等。以太网以其 接口简单、连接介质种类多(如同轴缆、双绞线、光纤等)、价格便宜， 不同速率之间兼容等特点，使得它不仅成为应用最为广泛的局域网连接 技术，而且已扩展至城域网甚至是广域网的领域中。

在现有的分组交换技术中，IP技术由于其具备开放、自由的、无序、 分散的特点，以及相关支撑技术(如计算机软硬件技术、以太网技术) 的迅猛发展，取得了巨大的成功。但也正是由于其自由、无序、互联互 通的设计初衷，使得IP技术存在一些天生的弊端：无序的网络拓扑、不 确定的网络行为、不确定的网络传输质量、安全问题、糟糕的网络可管 理性。而电信网不仅要具备良好的连通性，还需要为用户提供安全、有 服务质量保证的业务；具有良好的运行维护能力，能够准确地掌握、控 制、管理网络及业务资源；提供可持续发展的运营模式等。因此IP技术 的自身缺陷严重地阻碍了其成为电信网的核心支撑技术。

IP电信网是发明人在专利号为ZL 200410037641.0的发明专利中提 出的新概念。它采用独特的内外双层结构和双地址寻址方式，由位于内 层的至少一个复址无连接数据网(简称为PTDN网)和位于外层的多个IP 网组成，还包括多个边缘关口设备。IP网通过边缘关口设备与该复址无 连接数据网相连接。每个复址无连接数据网中还包括至少一个地址映射 设备；边缘关口设备通过地址映射设备完成双地址间的映射。复址无连 接数据网中的所有设备与边缘关口设备都分配有一个复址无连接数据网 地址，IP网中的所有设备和上述边缘关口设备都分配有IP地址，IP地 址和复址无连接数据网地址之间的映射关系保存在地址映射设备内的地 址映射表之中，边缘关口设备经认证后与地址映射设备之间建立连接。 在复址无连接数据网内部还具有网络管理设备，该网络管理设备同时管 理复址无连接数据网内的接入层设备、汇聚层设备和核心层设备。

在IP电信网中，从源端发向目的端的IP包通过如下方式进行传输： 首先，位于源端的边缘关口设备(简称为ED设备)接收来自IP网的IP 分组，并将IP分组中的IP目的地址送到地址映射设备(简称为ADT设 备)；地址映射设备进行IP网的IP目的地址与复址无连接数据网地址 之间的地址解析和映射，将获得的目的端ED设备的复址无连接数据网地 址回送给源端ED设备；源端ED设备根据复址无连接数据网地址发送报 文到目的端ED设备；目的端ED设备接收到报文，根据目的IP地址向IP 网转发报文，从而使IP分组最终到达目的端。

IP电信网作为一种全新的网络体系架构，采用了层次化的网络拓扑， 具有确定的通信路径、提供相互隔离的可知、可控的网络资源，从而能 够更好地为用户提供各种类型业务，也可以用于承载其它业务网络，如 IP网，ATM网、FR网以及未来的电信网、互联网等其它新兴业务网络。

但是，IP电信网尽管在技术上比现有网络技术优越，能够克服现有 分组网络尤其是IP网络的种种弊端，但是能否得到广泛应用，还取决于 技术实现的难易程度、网络投资成本等因素。如果能够充分利用现有的 成熟网络技术如以太网等，将会在很大程度上加速该新技术的推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用以太网以集成方式承 载IP电信网的方法。该方法将IP电信网的链路帧进行分解，重新集成 为以太网帧，从而使以太网能够承载IP电信网。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种利用以太网以集成方式承载IP电信网的方法，其特征在于包括 如下步骤：

在发送过程中，将IP电信网的链路帧封装为以太网帧的格式，通过 以太网进行传输，其中对于所述链路帧，分不同情况进行封装处理：

(1)在面向连接的情况下，获取所述链路帧要使用的逻辑信道，将 所述链路帧中的地址字段和信息字段组合成所述以太网帧的净荷部分， 所述以太网帧的类型字段取值为面向连接信息传输编号；

(2)在不面向连接的情况下，将所述链路帧中IP电信网的网络层内 容组合成所述以太网帧的净荷部分，所述以太网帧的类型字段取值为不 面向连接信息传输编号；

在接收过程中，对于接收到的以太网帧根据所述类型字段进行分发。

如果所述以太网帧的类型字段为面向连接信息传输编号，则将净荷 部分送给逻辑信道数据处理模块，所述逻辑信道数据处理模块将接收到 的内容分成地址字段和信息字段，分别进行处理。

如果所述以太网帧的类型字段为不面向连接信息传输编号，则将净 荷部分中的网络层内容发送给端设备中的第三层处理模块进行处理。

在发送过程中，对于用于实现链路层控制功能的第三类帧，使用协 议封装类型编号进行统一标识，将所述第三类帧的全部内容都放入所述 以太网帧中的净荷部分中。

在接收过程中，如果通过所述协议封装类型编号识别出是第三类帧， 则将所述以太网帧的净荷部分进行链路层的解封装处理。

或者，在发送过程中，对于用于实现链路层控制功能的第三类帧， 分别采用多个以太网类型编号来进行区分，所述第三类帧中用于区分帧 类型的字段不放入所述以太网帧中的净荷部分中。

在接收过程中，如果通过所述以太网类型编号识别出是第三类帧中 的一种，则将以太网帧的净荷部分传递给相应的链路层模块进行处理。

本发明所提供的利用以太网承载IP电信网的方法可以利用现有技术 与设备解决IP电信网的设备实现问题，简化了有关设备的开发流程，缩 短了研发周期。另外，利用以太网来承载IP电信网，可以充分发挥以太 网的多速率特点，满足从核心层到接入端的各种不同速率连接要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是一个典型的IP电信网的组成结构示意图；

图2是常用的以太网帧格式的示意图；

图3为面向连接的链路帧封装为以太网帧的示意图；

图4为不面向连接的链路帧封装为以太网帧的示意图。

具体实施方式

下面对本发明所提供的利用以太网承载IP电信网的具体实现方法展 开说明。

如图1所示，在一个典型的IP电信网系统中，核心层、汇聚层、接 入层分别是由多个核心层设备CR、汇聚层设备MR和接入层设备AR组成。 每一个接入层设备AR都与至少一个边缘关口设备ED连接，并且向上连 接一个汇聚层设备。所有汇聚层设备分别连接多个接入层设备和多个核 心层设备，核心层设备之间相互连接，并且不同PTDN网中的核心层设备 之间也可以建立连接关系。网络管理设备(图中未示)同时管理接入层 设备、汇聚层设备和核心层设备。

地址映射设备ADT(图中未示)是实现地址映射的设备，它保存地址 映射表。地址映射表中可以是外部网络的IP地址和边缘关口设备的PTDN 网地址的映射关系，也可以是PTDN网地址和ATM地址的映射关系或PTDN 网地址和帧中继(F.R)地址的映射关系。边缘关口设备ED是外部的IP 网(或ATM网、帧中继网等)与PTDN网连接的关口设备。它至少具有两 方面的功能，其一是实现PTDN网地址和IP地址的转换，使网络可以用 于承载现有的IP帧；另一个功能是对IP网的业务流进行汇聚，来自IP 网的外部设备的IP帧由源端边缘关口设备ED汇聚，并转发到PTDN网另 一侧的目的端边缘关口设备ED，由目的端边缘关口设备ED发给目的端侧 的IP网的外部设备。

图2为常用的以太网帧格式的示意图。从图2可以看出，一个典型 的以太网帧包括6字节的目的MAC地址字段、6字节的源MAC地址字段、 2字节的类型字段和46字节以上的净荷。其中净荷部分被用来放置符合 IP电信网协议要求的链路层或网络层信息，而不是原封不动地放入原链 路帧。因此在本发明中，首先在净荷中放置IP电信网的链路帧的内容， 然后进行符合以太网协议的帧封装。这样，IP电信网的链路帧变成了可 以在以太网设备上传输的以太网帧。

为了满足各种链路层协议的不同要求，本发明将IP电信网的链路帧 进行细分，分别采用不同的处理方式重新封装为以太网帧，从而实现以 太网对IP电信网的链路帧的承载。具体说明如下：

1)对于以太网本身可以实现的链路层功能，例如定界、封装与差 错检查的功能等，可以利用以太网协议来实现。

2)在链路帧的传输方面，IP电信网的链路层具有两种传输方式， 即面向连接的传输方式和不面向连接的传输方式。在不同的传输方式下， 链路帧的具体格式和内容有所区别。为了体现这一区别，需要为这两种 链路帧分别选择唯一的编号，用来作为以太网帧格式中的类型字段的取 值，以便直接区分这两种流量最大的链路帧。

图3为面向连接的链路帧封装为以太网帧的示意图。从图3可以看 出，作为面向连接的IP电信网的链路帧，它包括控制字段、地址字段和 消息字段。这些字段可以有选择地封装在以太网帧的净荷部分，而以太 网帧的类型字段放置表示面向连接信息传送编号。

图4为不面向连接的链路帧的示意图。从图4可以看出，作为不面 向连接的IP电信网的链路帧，它仅仅包括控制字段和IP电信网的网络 层内容。这些字段封装在以太网帧的净荷部分中，而以太网帧的类型字 段放置表示不面向连接信息传送编号。

3)如果IP电信网需要实现以太网所不能提供的链路层控制功能， 在IP电信网的链路层会相应有一些用于实现此类链路层功能的链路帧 (如链路控制和维护帧)。为方便描述起见，发明人将这类链路帧称为 第三类帧。对于这类可能存在的第三类帧，可以采用两种方式来进行处 理：

a)考虑到第三类帧的种类和作用都在不断变化中，为避免对以太网 封装类型值的不断修改，保持这部分可能变化的第三类帧的发展独立性， 发明人对第三类帧采用直接叠加的方法，将第三类帧统一使用一个协议 封装类型编号来进行标识。以太网帧中的净荷部分直接放入这些第三类 帧的全部内容，利用原IP电信网中用于区分帧类型的字段去区分这些第 三类帧。IP电信网的设备在处理这些第三类帧时，可以采用IP电信网原 有的链路层处理与封装方法。

b)另一种处理方式是将第三类帧分别采用多个以太网类型编号来区 分。当使用以太网类型编号能够完全区分IP电信网中的所有类型的链路 帧时，以太网帧结构中的净荷部分所包含的IP电信网链路帧中就不再需 要原IP电信网中用于区分帧类型的字段。

在图1所示的IP电信网的一个应用场景中，IP电信网中的核心层设 备CR、汇聚层的汇聚层设备MR、接入层的接入层设备AR以及边缘关口 设备均采用类似IP网络中路由器所采用的以太网连接技术，连接组成IP 电信网。上述的核心层设备CR、汇聚层设备MR、接入层设备AR以及边 缘关口设备均可以采用支持以太网协议的路由器等现有网络设备实现。 在核心层可以采用万兆以太网(10Gbps)技术实现连接。边缘关口设备 通过千兆以太网(1Gbps)、百兆以太网(100Mbps)将外部的用户网络 接入到IP电信网中。接入层与汇聚层可以根据网络以及业务规划选用千 兆以太网或者万兆以太网的速率实现连接。

利用以太网承载IP电信网的过程实质上是利用以太网发送/接收IP 电信网的链路帧的过程。在这个过程中，IP电信网的链路帧采用以太网 帧的格式进行封装/解封装。下面，对这个过程的详细实施步骤进行说明。

在发送过程中，如果IP电信网的端设备要发送IP电信网的数据帧， 首先需要确定出端口，确定该端口的以太网信息(如目的MAC地址、自 身MAC地址等)。至于如何获取这些MAC地址，可以采取以太网中常用 的静态配置方法或者其它的动态探寻方法，在此就不详细赘述了。IP电 信网的端设备是指使用IP电信网进行数据交互的起始设备和终结设备， 例如是IP电信网的网络节点设备或者边缘关口设备等。它们可以由支持 以太网协议的路由器等现有网络设备实现。

IP电信网的端设备如果要发送面向连接的链路帧，执行步骤11a； 如果是发送不面向连接的链路帧，执行步骤11b；如果是发送第三类帧， 执行步骤11c。

11a)在链路帧面向连接的情况下，获取链路帧所要使用的逻辑信道 及其相关信息，封装地址字段、信息字段，并将这两部分组合成以太网 帧的净荷部分，以太网帧的类型字段取值为面向连接信息传输编号(如 0x0809)；然后执行步骤12；

11b)在链路帧不面向连接的情况下，以太网帧的类型字段取值为不 面向连接信息传输编号(如0x0808)，以太网帧的净荷部分为控制字段 和IP电信网的网络层内容；然后执行步骤12；

11c)在发送第三类帧的情况下，IP电信网的端设备中的链路控制与 维护模块根据自身要发送的帧类型，确定该帧类型对应的以太网类型编 号，将以太网类型编号作为以太网帧的类型字段，其它数据作为以太网 帧的净荷部分；继续执行步骤12；

12)端设备中的以太网发送模块，将输入的源MAC地址、目的MAC 地址、类型字段和净荷部分的数据封装为以太网帧，然后执行常规的以 太网发送过程，将以太网帧发送出去。

在接收过程中，IP电信网的端设备从某个以太网接口接收到以太网 帧之后，进行以太网链路层应有的处理，如差错检查、类型字段检查等。 当以太网帧合法后，根据类型字段分发这些帧，并分别进行如下的处理：

21a)如果类型字段为面向连接信息传输编号，则将净荷部分送给端 设备中的逻辑信道数据处理模块，该数据处理模块将接收到的内容分成 地址字段和信息字段，分别进行处理；

21b)如果类型字段为不面向连接信息传输编号，则说明净荷部分是 不面向连接的网络层内容，将该部分内容发送给端设备中的第三层处理 模块进行处理；

21c)如果是第三类帧(如链路控制和维护帧)的一种，则将以太网 帧的净荷部分传递给相应的链路层模块，如链路层控制和维护模块等进 行后续的处理。

在本发明的另一个实施例中，对上述以太网帧的发送过程和接收过 程进行了调整，具体说明如下：

在发送过程中，针对发送第三类帧的情况，处理第三类帧的链路层 模块(如链路控制和维护模块)进行正常的链路层封装，即在其中包含 控制字段。将包含控制字段的链路帧(即第三类帧的全部内容)作为以 太网帧的净荷部分，并将第三类帧的统一编号如0x080a作为以太网帧的 类型字段；执行后续的步骤。

在接收过程，IP电信网的端设备如果发现类型字段为第三类帧的统 一编号，则将该净荷部分传递给相应负责第三类帧的链路层模块，由该 链路层模块对净荷部分进行链路层的解封装处理。

与本发明另案申请的利用叠加方式实现以太网承载IP电信网的方法 相比较，本发明所提供的集成方法由于减少了封装所用的字段，因此网 络传输效率更高。

以上对本发明所提供的利用以太网以集成方式承载IP电信网的方法 进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于 本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的权利要求范围的情 况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。