专利名称：基于互联网协议的异步传输模式带内网络管理方法
技术领域：
本发明涉及通讯领域中的网络管理，更具体地说，涉及利用互联网协议对异步传输设备组成的网络进行管理的方法。
异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称ATM)技术是一种基于信元的交换和复用技术，其信元的长度固定为53个字节，其中前5个字节为信头，后48个字节为信息字节。用户根据业务需要在点与点之间建立虚拟连接，信息输入ATM设备后，分割为信元进行非周期的传递。ATM设备可以处理面向连接型业务，也可以通过适配层处理无连接型业务；其虚拟连接可运营于均匀比特率业务，也可运营于可变比特率业务。另一方面，ATM也属于统计型时分复用方式，可以根据需要动态地分配各电路的带宽，具有很好的灵活性和有效的带宽利用率。对于在同一个网络中需要支持多种不同性能、质量的业务的情况，ATM设备无疑是占有绝对优势的。为了保证ATM设备的可靠运行，必须通过网络管理系统对ATM设备进行有效的管理。
现有的网管方法有带外网管和带内网管的两种形式，下面分别对其进行介绍。
带外网管形式的网管方法是使被管理的设备通过专用的网络接入到网管系统中，申请号为96105249的中国专利《用电话网或计算机互连网管理数据网的方法》就提出了这样一种方法。该方法利用有线电话网、无线电话网或INTERNET网或者三种网络中的虚拟子网作为控制网，管理数据网络设备，或者将电话交换机通过数据网接入到网管系统中接受管理，该方法在实际组网中使用比较广泛，但对于ATM设备来说，由于其对多业务的支持，使得ATM网络本身就可承载电话和数据业务，所以很多地方仅仅敷设ATM一种网络就可满足用户的所有需求。在这种情况下，ATM设备没有可以借用的网络作为控制网络，因此使用该方法将无法对ATM设备进行网络管理。
由于在ATM网络中使用带外网管的方式会存在上述问题，而利用ATM网络本身的特性可以实现带内网络管理，即建立网管通信专用的虚拟连接来传递网管信息，因此现有的ATM网络管理常常采用带内网管的形式。
通常带内网管的方法是通过代理的形式，利用一台能够接入到网管系统的ATM设备作为代理设备，在代理设备和被代理ATM设备之间建立永久虚通道(Permanent Virtual Channel，简称PVC)传递网管信息。代理设备和被代理设备之间约定一套内部通信机制和信息格式，网管系统的控制信息首先发送至代理设备，由代理设备将控制信息转换为内部信息格式，再通过永久虚通道PVC传递到目的设备；反过来，被代理设备的反馈信息首先上报给代理设备，由代理设备进行一次格式转换后再传递给网管系统。此种方法由于代理设备和被代理设备之间采用内部约定的通信机制，因此难于胜任拓扑结构复杂的网络，更难于扩展；同时网管系统是通过代理设备进行管理的，不能够直接控制被代理设备，对网管系统必须采用专用化的设计，这样在很大程度上增加了网管系统的成本和复杂性；此外，还由于代理设备内部需进行信息的格式转换，加重了处理器的负荷，使得网管系统能够管理的设备数量非常有限。
还有一种采用通过ATM设备自带的业务仿真模块接入到网管系统进行管理的方法，也是带内网络管理的一种。该方法基于ATM设备可以支持以太网仿真、帧中继等业务，通过业务仿真模块，如以太网仿真，先把ATM网络从逻辑上分离出一个专用于网络管理的以太网，然后网管系统通过该虚拟以太网利用TCP/IP协议管理ATM网络。该方法体现了网络管理的开放性，有利于网管系统的开发，但因在ATM设备中增加了业务仿真模块配置而导致成本提高，而且并非所有ATM设备均可提供以太网仿真业务(例如，在一些只提供单一功能如电路仿真的小型设备上配置用于网管的以太网仿真模块，显然是不现实的)，从而限制了此方法的应用范围。此方法的缺点还在于没有利用ATM设备中可靠性最高的主控模块，反而通过可靠性相对低的业务仿真模块将被管理的ATM设备接入网管系统，拉低了整个系统的可靠性，并且网管信息和普通业务数据复用同一条虚通道，无法保证网管通信的带宽和质量。
总之，随着ATM应用的日益广泛，对ATM设备的组网方式提出了更多的要求，如果继续采用传统的网络管理方法，ATM设备将难于接入网络管理系统，从而限制ATM设备的灵活应用。
因此，本发明的目的在于提供一种基于IP的ATM带内网络管理方法，以满足各种组网方式下的网络管理要求，本发明所述方法使得ATM设备利用IP协议接入到网管系统中进行管理。
为了达到上述目的，本方法主要包括以下步骤1)在ATM网络中选择一台能够利用IP协议接入到网管系统的ATM设备作为网关设备；2)给网络中所有的ATM设备分配相应的IP地址，且所有IP地址拥有相同的网络前缀；3)网管系统和所有ATM设备(网关设备除外)将网关设备的IP地址设定为网关；4)在ATM设备之间建立网管用PVC，组成控制网；5)网管系统利用每台ATM设备的IP地址访问该ATM设备，进行控制。
所述步骤5)包括携带网管信息的IP包首先到达网关设备，网关设备从路由表中查找到达目的设备的PVC，转发该IP包，IP包在PVC组成的网络中逐跳前进，直到目的设备。
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明。
图1是ATM设备中主控模块10的结构示意图。
图2是主控模块10中软件协议层次图。
图3是本发明所述方法的流程图。
图4是应用本发明所述方法的一个应用例。
图5是IP包的发送流程图。
图6是虚拟IP网络的示意图。
图7是利用本发明进行网络管理的环形网示意图。
本发明所述的新的ATM带内网络管理方法，基于下述结构的ATM设备主控模块10，其硬件结构如图1所示。主控模块10包括CPU101、ATM接口102、以太网接口103及相关资源104。
CPU101及相关资源104构成一套计算机系统，用于运行协议软件和控制软件。
ATM接口102包括与ATM交换网络11相连的物理层201、ATM层202、ATM适配层即AAL层203；根据不同的应用或业务类别，ATM适配层203有AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5等类型，根据网管数据的特点，并且为了减少开销，最好选择AAL5作为网管应用的ATM适配层。ATM接口102为带内网管提供物理接口，可在两台ATM设备的主控模块10之间通过ATM交换网络11建立网管专用的PVC通道，尽管该PVC和业务数据用PVC复用物理通道，但ATM的特性能够保证不同PVC的带宽和通信质量，所以网管信息在专用的PVC中通信能够独享分配给它的带宽。
以太网接口103主要提供带外网管的以太网接入方式，使ATM设备具备更强的组网能力，但对于本发明所述方法来讲，以太网接口103不是必需的。
在主控模块10中运行的软件有网络接口驱动程序、TCP/IP协议组件和设备控制管理程序，软件层次划分如图2所示。设备控制管理程序是接受网管系统命令对ATM设备进行控制管理的实体；TCP/IP协议组件使主控模块10能够利用TCP/IP协议和网管系统互联；网络接口驱动程序通过在具体物理接口上的收发操作以支持IP协议的正常运行。
以上对本发明所述方法应用的硬件平台做了详细介绍，图3是本发明的流程图，为更好地说明本发明，下面将结合图4所给的应用例一起说明。
图4所示的是一个利用本发明进行网络管理的ATM网络组网图，网管系统通过以太网与ATM网络相连。
首先选择作为网关设备的ATM设备，对应于图3中的301。网关设备用于网管系统和ATM网络的连接，常常是带内、带外的分界点，网管系统通过网关设备去访问其它的ATM设备，网关设备通常是距离网管系统最近的设备或者是最方便接入到网管系统的设备，网关设备和网管系统在一个局域网内是最理想的情况。根据上述的理由，图4中选择ATM设备1作为网关设备，可以通过以太网或其他传统方法接入到网管系统中。ATM设备2、3、4、5通过PVC直接或间接和ATM设备1相连，它们和网管系统之间的网管信息通过网关设备即ATM设备1转发。
其次给各个ATM设备分配IP地址，网管系统利用此地址可以访问ATM设备，对应于图3中的302。在图4所示的实施例中采用C类网，即子网掩码为255.255.255.0。在分配IP地址的时候要保证所有的ATM设备均在同一个网段内，即IP地址拥有相同的网络前缀，根据上述原则，各ATM设备的IP地址分配如下ATM设备1为168.1.6.1，ATM设备2为168.1.6.2，ATM设备3为168.1.6.3，ATM设备4为168.1.6.4，ATM设备5为168.1.6.5。作为网关设备的ATM设备1由于跨越两个子网，因此有两个在不同网段的IP地址168.1.6.1和168.1.5.2，ATM网络将网关设备(ATM设备1)在ATM网络侧的IP地址168.1.6.1设定为通向网管系统的网关地址，网管系统将网关设备(ATM设备1)接入本系统的IP地址168.1.5.2设定为通往ATM网络的网关地址，对应于图3中的303。分配好IP地址后，可以看出整个网络分为了2个子网网管系统所在的局域网，网络前缀为168.1.5，包括网管系统和ATM设备1；ATM网络基于PVC组成的一个虚拟的IP子网，网络前缀为168.1.6，包括ATM设备1、2、3、4、5。
在ATM设备之间建立网管用PVC通道，组成控制网，对应于图3中的304。图4中虚线表示的就是供带内网管使用的PVC通道，它们把ATM设备1、2、3、4、5连接成一个树状网络，ATM设备1、2之间配置的是PVC0，ATM设备1、3之间配置的是PVC1，ATM设备3、4之间配置的是PVC2，ATM设备3、5之间配置的是PVC3。控制网的拓扑结构可以根据具体情况而变化，只要保证被管理的ATM设备和网关设备通过控制网是连通的。
由于PVC是面向连接的，所以控制网由一些点到点的连接即PVC组成，携带网管信息的IP包无法通过广播方式发送到目的设备，如图4中，若有一目的为ATM设备5的IP包准备发送，此IP包从网管系统中经ATM设备1发送，首先会面临PVC0和PVC1的选择，本发明采用查找路由表的方法为IP包寻找正确的PVC路由。每个ATM设备的主控模块10建立一张路由表，记录了通过PVC控制网与本设备连通的其它ATM设备的IP地址、距离和PVC通道(路由)。ATM设备周期性地通过网管PVC向与本设备直接相连的ATM设备发送其路由表，同时也不断收到其他ATM设备发来的路由表。ATM设备根据收到的路由表按照最短路径优先的原则重新选择路由，将新发现的路由添加到路由表或对已存在的路由予以刷新。每条路由都有其生存期，当其生存期到了而且又没有得到刷新，该路由被判断为无效从而被删除。表1为ATM设备3的路由表，其它ATM设备的路由表类似。
表1
图5表示了在图4的网络中一个IP包从网管系统到ATM设备5的流程。网管系统有消息欲发往ATM设备5，先把消息封装成目的IP地址为168.1.6.5的IP包通过IP协议发送；IP协议组件根据目的IP将该包发往网关，即ATM设备1；ATM设备1收到IP包后进行地址鉴别，发现目的不是本设备，准备转发该IP包，根据该包目的IP地址的网络前缀168.1.6.0，确定是从PVC控制网发送；ATM设备1查找路由表，得知通过PVC1可以达到168.1.6.5，即从PVC1上发送该包；ATM设备3收到网管IP包后的处理流程同ATM设备1，最后把IP包从PVC3上发送；该IP包达到ATM设备5后得到确认，送到上层软件模块处理。ATM设备发往网管系统的IP包以同样的原理，即IP协议和PVC路由表相结合，逆向逐跳前进至网管系统。
这样，网管系统和ATM设备组成如图6所示的虚拟IP网络，ATM网络多变的拓扑结构对网管系统来讲完全是透明的，IP协议和本方法采用的路由机制保证了网管系统和ATM设备的互通，网管系统在网管应用层面上可利用每个ATM设备的IP地址进行直接控制。
图7展示了利用本发明组成的环形网，每台ATM设备可从两个方向接入到网管系统，即存在一条备份路由，大大提高系统的可靠性。如ATM设备2存在两条路由(1)PVC1-＞以太网-＞网管系统；(2)PVC2-＞PVC3-＞PVC4-＞以太网-＞网管系统。正常情况下通过路由1经过两跳的距离与网管系统互通，因为这样距离最短。当出现异常，如PVC1中断时，由于无法收到直接从PVC1发来的路由信息，路由1生存期一到即被判断无效而删除，此时可以通过路由2经过四跳的距离与网管系统互通。当PVC1恢复正常后，ATM设备2又能够从PVC1上收到ATM设备1发来的路由信息，重新生成路由1取代长距离的路由2，于是ATM设备2继续通过路由1和网管系统互通。
本发明所述方法采用了在PVC上实现IP协议的技术，使得ATM设备能借助于ATM网络自身通过TCP/IP协议接入到网管系统中，而不增加设备的硬件开销，解决了传统网络管理方法对ATM设备组网方式的制约，大大增强了设备组网的灵活性，并且由于网管信息和业务数据利用不同的虚通道，保证了网管数据可靠安全的传递。
权利要求
1.基于互联网协议的异步传输模式带内网络管理方法，各ATM设备的主控模块(10)中有ATM接口(102)，其特征在于所述方法包括以下步骤1)在ATM网络中选择一台能够利用IP协议接入到网管系统的ATM设备作为网关设备；2)给网络中所有的ATM设备分配相应的IP地址，且所有IP地址拥有相同的网络前缀；3)网管系统和所有ATM设备(网关设备除外)将网关设备的IP地址设定为网关；4)在ATM设备之间建立网管用PVC，组成控制网；5)网管系统利用每台ATM设备的IP地址访问该ATM设备，进行控制。
2.如权利要求1所述的带内网络管理方法，其特征在于所述步骤1)中的网关设备是距离网管系统最近的设备或者是最方便接入到网管系统的设备，并与网管系统在一个局域网内。
3.如权利要求1所述的带内网络管理方法，其特征在于所述步骤4)中的控制网连通被管理的ATM设备和网关设备。
4.如权利要求1所述的带内网络管理方法，其特征在于所述步骤5)进一步包括携带网管信息的IP包首先到达网关设备，网关设备从路由表中查找到达目的设备的PVC，转发该IP包，IP包在PVC组成的网络中逐跳前进，直到目的设备。
5.如权利要求4所述的带内网络管理方法，其特征在于所述路由表是每个ATM设备的主控模块(10)根据通过PVC控制网与本设备连通的其它ATM设备的IP地址、距离和PVC通道(路由)建立的。
全文摘要
基于IP的ATM带内网络管理方法,包括选择一ATM设备作为网关设备;给所有ATM设备分配IP地址,且所有IP地址有相同的网络前缀;网管系统和除网关设备外的ATM设备将网关设备的IP地址设定为网关;在ATM设备之间建立网管用PVC,组成控制网;网管系统通过IP地址访问ATM设备;本发明采用在PVC上实现IP协议的成本,不增加设备的硬件开销,增强了设备组网的灵活性,保证了网管数据可靠安全的传递。
文档编号H04L12/28GK1274220SQ0011646
公开日2000年11月22日 申请日期2000年6月13日 优先权日2000年6月13日
发明者姚元浩, 凌东胜 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司上海第二研究所