专利名称：用于快速接入数据网络的方法和接入多路复用器的制作方法
为了快速接入因特网，越来越多地采用DSL(DSL＝DigitalSubscriber Line数字用户线)方法以及尤其是不对称DSL方法(ADSL＝Asymmetric Digital Subscriber Line)。在此，ADSL基本上通过以下方式区别于对称DSL方法(SDSL＝Symmetric DigitalSubscriber Line)，即在ADSL中针对上行链路(从用户到因特网的传输)和下行链路(从因特网到用户的传输)规定不同的传输速度。在此，下行链路传输速度通常明显(譬如，系数4或6)高于上行链路传输速度，因为每时间单位通过下行链路传输的数据一般比通过上行链路传输的数据多。相反，在SDSL中下行链路的传输速度与上行链路的传输速度相等。
在下文中，概念“DSL”既用作“ADSL”的上位概念又用作“SDSL”的上位概念，因为对于本发明而言实际的传输速度和上行链路与下行链路之间的传输速度比不重要。
用户的数据终端设备、譬如PC(PC＝个人计算机)或机顶盒借助集成的或外部的调制解调器通过传统的铜双芯线与DSLAM(DSLAM＝DSL Access Multiplexer，DSL接入多路复用器)连接。DSLAM被布置在网络运营商的接入节点中，该接入节点为用户提供连接。一般多个用户通过DSLAM的相应的接口组件连接到DSLAM上。
在传统的DSL接入网络中借助ATM网络(ATM＝AsynchronousTransfer Mode，异步传输模式)将DSLAM连接到后置的网络元件上。
在此的缺点是，ATM网络不仅在建立时而且在工作中都是昂贵的和花费高的，因为一方面ATM网络的部件(譬如开关)与支持其他传输技术的部件相比是昂贵的，而另一方面ATM网络的每个连接必须分开管理。
因此本发明的任务在于，给出一种用于快速接入数据网的方法和接入多路复用器，通过该方法和该接入多路复用器避免现有技术的缺点。
该任务通过从权利要求1的前序部分出发由其特征部分表征的快速接入数据网的方法和从权利要求7的前序部分出发由其特征部分表征的快速接入数据网的接入多路复用器来解决。
优选的实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明规定一种用于快速接入数据网INT的方法，在该方法中用户的数据终端设备D1、D2、D3分别借助调制解调器M1、M2、M3分别通过数字用户连接线DSL1、DSL2、DSL3与接入多路复用器DSLAM连接，其中为了在数据终端设备D1、D2、D3与置于接入多路复用器(DSLAM)之后的接入服务器B-RAS之间传输数据，采用以太网上的点对点协议PPPoE，通过该接入服务器B-RAS检查数据终端设备D1、D2、D3的接入权限并建立到数据网(INT)的接入，据此借助以太网网络ETH将接入多路复用器DSLAM连接到接入服务器B-RAS上和连接到其他后置的部件上。
此外，根据本发明装设用于快速接入数据网INT的接入多路复用器DSLAM，用户的数据终端设备D1、D2、D3分别借助调制解调器M1、M2、M3分别通过数字用户连接线DSL1、DSL2、DSL3连接到该接入多路复用器上，其中为了在数据终端设备D1、D2、D3与接入服务器B-RAS之间传输数据，采用以太网上的点对点协议PPPoE，通过该接入服务器B-RAS检查数据终端设备D1、D2、D3的接入权限并建立到数据网(INT)的接入，其中借助以太网网络(ETH)将接入多路复用器DSLAM与接入服务器(B-RAS)并与其他后置的部件相连接。
本发明方法和本发明的接入多路复用器DSLAM的重要的优点在于，以太网网络的建立明显比ATM网络的建立成本更低，因为以太网部件更简单而且因此可以低成本地制造。以太网网络的维护和运行的成本同样明显更低，因为以太网网络是自我配置的并因此取消了在ATM网络中必要的网络管理。
如果用户端的连接的终结低成本地借助以太网来完成，则存在以下危险，即基于与接入多路复用器DSLAM有关的必要的以太网桥EB的自我配置能力，利用大量伪MAC地址(MAC＝Media Access Control媒体访问控制)来攻击DSLAM，使DSLAM的路由表溢出。此外，在未过滤的以太网通信中譬如数据终端设备D1、D2、D3之间的未授权的连接是可能的。因而，有利地丢弃所有不属于现存的PPPoE连接或PPPoE连接建立的以太网帧(权利要求2和8)。
在本发明的应用中有利地继续存在用户的数据终端设备到接入多路复用器上的传统连接。
在本发明方法和本发明的接入多路复用器的扩展方案中规定与用于过载保护的方法或装置的组合(权利要求3至5和9至11)。该组合的优点在于，高比特率的以太网接口上的数据通信的强脉冲或脉冲串不会在以太网接口上导致过载情况，因为必要情况下已经从以太网接口的接收缓冲器中丢弃以太网帧，该强脉冲或脉冲串只能转发给与该以太网接口相比低比特率的数字用户连接线中的一个。有利地，丢弃策略把用于连接控制的以太网帧排除在外。
下面结合作为实施例的附图进一步解释本发明方法。
唯一的
图1示意性地示出借助数字用户连接线快速接入数据网的网络结构。
图1示出三个数据终端设备D1、D2、D3，每个数据终端设备分别借助调制解调器M1、M2、M3分别通过数字用户连接线DSL1、DSL2、DSL3与接入多路复用器DSLAM连接。一般为借助数字用户连接线DSL快速接入因特网INT而应用传统的(铜)电话线，通过该电话线同时展开传统的模拟或数字电话业务。这需要在用户端分别有一个分离器或过滤器F1、F2、F3，用于分别连接电话终端设备T1、T2、T3。虽然数字用户连接线DSL与传统电话业务的耦合是普遍的，但是本发明也可用于没有规定这种耦合的DSL方法。
接入多路复用器DSLAM将电话和数据业务分开并将电话业务譬如通过传统的交换中心TDM-Vst(TDM＝Time Division Multiplex时分多路)导入公共电话网PSTN(PSTN＝Public Switched TelephonyNetwork)。该数据业务根据本发明通过以太网网络ETH向接入服务器B-RAS(B-RAS＝Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器)转发并从那转发到因特网INT中。
为了在接入服务器B-RAS与数据终端设备D1、D2、D3中的一个之间进行数据交换，应用PPPoE协议(PPPoE＝Point-to-PointProtocol over Ethernet以太网上的点对点协议)，该协议传输PPP数据(PPP＝Point-to-Point Protocol点对点协议)，该协议又运送IP数据(IP＝网际协议)。
在大多数情况下，PPPoE数据在数据终端设备D与调制解调器M之间借助以太网来传输。数据终端设备D与调制解调器M之间的其他传输方法譬如是ATM或USB协议(USB＝Universal Serial Bus通用串行总线)。调制解调器M与接入多路复用器DSLAM之间的传输借助ATM完成。
由于根据本发明其他的传输不是(如迄今普遍的)通过ATM而是通过以太网完成的，所以回收接入多路复用器中的PPPoE数据并为了通过以太网网络ETH进行传输而将该PPPoE数据封装在以太网帧中，即为已经存在的以太网报头补充校验和与起始标记。
为此，接入多路复用器DSLAM具有以太网桥EB，该以太网桥具有用于防止拒绝服务式攻击和未授权的接入的过滤装置。如果用户端的连接终结借助以太网低成本地完成，则存在以下危险，即基于以太网桥EB的自我配置能力，利用大量伪MAC地址攻击DSLAM，使DSLAM的路由表溢出。此外，在未过滤的以太网通信中譬如数据终端设备D1、D2、D3之间的未授权的连接是可能的。在此应用以下过滤规则-当PPPoE报头可属于现存的、通过接入服务器(B-RAS)证实的连接时，或当PPPoE报头可属于连接建立时，向以太网桥(EB)转发以太网帧，其中利用连接建立启动定时器，只要在定时器期满前没有通过接入服务器(B-RAS)证实连接建立，就在该定时器期满时从以太网桥(EB)的路由表中去掉发送的以太网部件的MAC地址，和-丢弃包含PPPoE报头的所有其他的以太网帧，以及-丢弃不包含PPPoE报头的所有以太网帧。
通过该过滤，所述的攻击或未授权的接入被有效地禁止。
由于用户端的接口DSL1、DSL2、DSL3(目前最大为8Mbit/s、通常譬如为1.5Mbit/s或768Kbit/s或512Kbit/s)和网络端的接入多路复用器DSLAM的一个或多个以太网接口(目前最大为1Gbit/s、通常譬如为100Mbit/s)的传输速度不同，在通往用户的数据终端设备D的传输方向上可能出现以下情况，在该情况中通过(一个或多个)以太网接口以唯一的数字用户连接线DSL的最大传输速度(譬如，100Mbit/s)传送数据，通过该数字用户连接线只能以明显更小的传输速度(譬如，768Kbit/s)继续传输数据。这根据基于ATM的传输方法可能在数字用户连接线DSL上导致，尽管接入多路复用器DSLAM与调制解调器M之间的传输线路已完全满载，但接入多路复用器DSLAM与数据终端设备D之间的有用数据通信完全停顿。
这由以下原因引起，即从具有高数据速率或传输速度的DSLAM的(一个或多个)以太网接口的接收缓冲器中将数据以以太网帧或PPPoE帧的形式向数字用户连接线DSL的ATM接口的发送缓冲器传送。由于以太网帧或PPPoE帧一般明显大于ATM单元，所以需要将一个帧分成多个ATM单元，该ATM单元分别可运送48字节的有用数据。该过程称为分段。由于ATM接口的发送缓冲器中的丢弃策略，现在可能出现这样的情况，即从每个待传输的帧中丢弃这些ATM单元中的一个或多个，这导致该帧被不完全传输、在目的地被丢弃并被重新请求。
为了避免这样的阻塞，在本发明的有利的扩展方案中规定一种机制，该机制通过随机早期丢弃策略(RED＝Random Early Discard随机早期丢弃)已经在过载情况形成之前可靠地避免过载情况，该随机早期丢弃策略已经在以太网接口的接收缓冲器中被应用。同样可应用作为RED的其他的丢弃策略，譬如基于帧大小或优先权信息的丢弃。
为了控制以太网接口的接收缓冲器中的帧的丢弃，通过相应的逻辑监视数字用户连接线DSL1、DSL2、DSL3的ATM接口发送缓冲器的状态。只要确定，对于ATM接口的发送缓冲器中的一个发送缓冲器而言，每时间单位通过接收缓冲器进入的帧的数量超过每时间单位从该发送缓冲器离开的帧的数量，两者的差值是一个可根据缓冲器大小确定的值，就从以太网接口的接收缓冲器中丢弃应传送给那个发送缓冲器的以太网帧。为此必要的是，在以太网接口的接收缓冲器中已经确定，进入的帧应被传送到哪，即目标地址的第一次分析应该已经在帧的真正路由之前执行。
如果每时间单位从发送缓冲器中离开的帧的数量譬如由于数字用户连接线上严重的传输干扰而位于所确定的第一阈值以下，则所有针对该发送缓冲器进入的帧被丢弃。如果每时间单位从发送缓冲器中离开的帧的数量位于第一阈值以上、但位于所确定的第二阈值以下，则视所选择的丢弃策略或者随机地或者根据所确定的标准来丢弃帧。譬如考虑将所传送的帧的优先权信息或帧长度作为标准。可定义其他的阈值，以便使丢弃策略能够实现足够精细的调整，譬如以便支持更大数量的优先权值。在最简单的情况下，第二阈值已经对应于数字用户连接线DSL的最大数据速率，即如果每时间单位针对特定的数字用户连接线DSL进入DSLAM中的帧的数量大于以数字用户连接线DSL的最大数据速率离开的帧的数量，则根据所选择的丢弃策略丢弃帧。
以太网帧的丢弃就数据传输这点而言是不危险的，因为较高协议层、譬如传输控制协议TCP监视该传输并促使重新传输丢失信息。
根据本发明的扩展方案，不丢弃用于连接控制的帧。
尽管已根据DSL接入多路复用器描述了本发明，但是本发明方法和本发明的接入多路复用器也可应用于其他方法以用于快速接入数据网，在该其他方法中，借助低成本的以太网将接入多路复用器连接到后置的部件上。
权利要求
1.一种用于快速接入数据网(INT)的方法，在该方法中用户的数据终端设备(D1、D2、D3)分别借助调制解调器(M1、M2、M3)分别通过数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)与接入多路复用器(DSLAM)连接，其中为了在数据终端设备(D1、D2、D3)与置于接入多路复用器(DSLAM)之后的接入服务器(B-RAS)之间进行数据传输，采用以太网上的点对点协议PPPoE，通过该接入服务器(B-RAS)检查数据终端设备(D1、D2、D3)的接入权限并建立到数据网(INT)的接入，其特征在于，借助以太网网络(ETH)将接入多路复用器(DSLAM)连接到接入服务器(B-RAS)上和连接到其他后置的部件上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以太网桥(EB)被分配给接入多路复用器(DSLAM)或集成在接入多路复用器(DSLAM)中，其中该以太网桥(EB)配备过滤装置，通过该过滤装置分析包含在所接收的以太网帧中的PPPoE报头，而且其中-当PPPoE报头可属于现存的、通过接入服务器(B-RAS)证实的连接时，或当PPPoE报头可属于连接建立时，向以太网桥(EB)转发以太网帧，其中利用连接建立启动定时器，只要在定时器期满前没有通过接入服务器(B-RAS)证实连接建立，就在该定时器期满时从以太网桥(EB)的路由表中去掉发送的以太网部件的MAC地址，和-丢弃包含PPPoE报头的所有其他的以太网帧，以及-丢弃不包含PPPoE报头的所有以太网帧。
3.如权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，针对通往数据终端设备(D1、D2、D3)的数据传输方向，在以太网接口的接收缓冲器中基于被分配给数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)的发送缓冲器的负载状态随机地或有目的地选择性地丢弃以太网帧，接入多路复用器(DSLAM)通过该以太网接口与以太网网络(ETH)连接。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果通过控制逻辑预测出数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)的发送缓冲器已过载，则要分配给各个数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)的以太网帧被丢弃。
5.如权利要求3或4之一所述的方法，其特征在于，可根据以太网报头识别的连接控制帧不被丢弃。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述数据网(INT)是因特网。
7.一种用于快速接入数据网(INT)的接入多路复用器(DSLAM)，用户的数据终端设备(D1、D2、D3)分别借助调制解调器(M1、M2、M3)分别通过数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)连接到该接入多路复用器上，其中为了在数据终端设备(D1、D2、D3)与置于接入多路复用器(DSLAM)之后的接入服务器(B-RAS)之间进行数据传输，采用以太网上的点对点协议PPPoE，通过该接入服务器(B-RAS)检查数据终端设备(D1、D2、D3)的接入权限并建立到数据网(INT)的接入，其特征在于，借助以太网网络(ETH)将接入多路复用器(DSLAM)与接入服务器(B-RAS)并与其他后置的部件连接。
8.如权利要求7所述的接入多路复用器(DSLAM)，其特征在于，所述接入多路复用器具有以太网桥(EB)，其中该以太网桥(EB)具有过滤装置，用于分析包含在所接收的以太网帧中的PPPoE报头，并且其中-当PPPoE报头可属于现存的、通过接入服务器(B-RAS)证实的连接时，或当PPPoE报头可属于连接建立时，向以太网桥(EB)转发以太网帧，其中利用连接建立启动定时器，只要在定时器期满前没有通过接入服务器(B-RAS)证实连接建立，就在该定时器期满时从以太网桥(EB)的路由表中去掉发送的以太网部件的MAC地址，和-丢弃包含PPPoE报头的所有其他的以太网帧，以及-丢弃不包含PPPoE报头的所有以太网帧。
9.如权利要求7或8之一所述的接入多路复用器(DSLAM)，其特征在于，所述接入多路复用器(DSLAM)具有用于针对通往数据终端设备(D1、D2、D3)的数据传输方向的过载保护的装置，该装置包含用于监视以太网接口的接收缓冲器的装置、以及用于监视被分配给数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)的发送缓冲器的负载状态的装置、以及用于随机地或有目的地选择和丢弃所丢弃的以太网帧的装置，该接入多路复用器(DSLAM)通过该以太网接口与以太网网络(ETH)连接。
10.如权利要求9所述的接入多路复用器(DSLAM)，其特征在于，所述接入多路复用器(DSLAM)具有控制逻辑，该控制逻辑具有用于预测数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)的发送缓冲器的过载的装置，和用于影响接收缓冲器以丢弃以太网帧的装置，该以太网帧需分配给各个数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)。
11.如权利要求9或10之一所述的接入多路复用器(DSLAM)，其特征在于，所述接入多路复用器(DSLAM)的控制逻辑具有用于根据以太网报头识别连接控制帧的装置和用于影响接收缓冲器的装置，以致连接控制帧不被丢弃。
全文摘要
为了快速接入因特网(INT)，越来越多地采用DSL方法、譬如ADSL/SDSL。用户的数据终端设备(D1、D2、D3)借助调制解调器(M1、M2、M3)通过传统的铜双芯线与接入多路复用器(DSLAM)连接。该接入多路复用器(DSLAM)布置在网络运营商的接入节点中，该接入节点为用户提供连接。一般通过该接入多路复用器(DSLAM)的相应的接口组件连接多个用户的数字用户连接线(DSL1、DSL2、DSL3)。根据本发明借助不仅在建立时而且在运行时成本低的以太网网络将该接入多路复用器(DSLAM)连接到后置的网络元件(B－RAS)上。
文档编号H04Q11/04GK1659923SQ03813510
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月3日 优先权日2002年6月11日
发明者W·克劳斯伯格, H·许勒 申请人:西门子公司