专利名称：基于环标识路由的弹性分组环多环互连传输方法
技术领域：
本发明涉及一种在多个弹性分组环(Resilient Packet Ring，RPR)相切连接构成的网络中实现环间分组相互传输的方法，属于通信与信息系统类网络传输技术领域。
背景技术：
弹性分组环是一种城域网络的技术，目的在于采用一种全新的分组承载技术以优化环型拓扑上数据包的传输，它吸收了千兆以太网的经济性和SDH的可靠性，采用互逆双光纤传输环的拓扑结构，两根光纤外环顺时钟方向而内环逆时钟方向可以同时传送数据或控制分组，因此网络的带宽利用率有所提高。另外还采用空间重利用、自动保护倒换、自动拓扑发现、业务分级别服务以及带宽资源动态分配等新技术来提高环网的资源利用率。
《IEEE Standards 802.17 Part 17Resilient packet ring(RPR)accessmethod and physical layer specifications》RPR技术标准于2004年9月由IEEE802.17WG制定，是一种面向纯环(单环)网络传输，专为优化数据包传输而提出的新的MAC层协议。其应用仅局限在单环，无法实现跨环业务的端到端带宽共享、公平机制、QoS和保护功能。当环上节点增多时，纯环的结构将不利于带宽利用率的提高。因此，2004年10月IEEE802.17 WG又出台了《IEEE Standards802.17a Media Access Control(MAC)Bridges Amendment 1Bridging of IEEE802.17》对之前给出的MAC层协议给予补充，通过MAC层的桥接技术，将RPR数据桥接到其他RPR网络甚至其他IEEE 802系列的网络中，通过IEEE 802.1d生成树协议来实现数据帧的跨环传输。但由于此类桥接方案是通过在环网间以泛洪广播的方式进行寻址，每个节点都需要复制数据帧，这对网络将造成很大的负载，也将阻碍空间重利用技术优势的充分发挥。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种基于环标识路由的弹性分组环多环互连传输方法，该方法通过用多个小规模的RPR子环相切连接，覆盖原先大规模的RPR环构成的多环RPR网络，来减小RPR纯环网络的规模，解决RPR纯环的平均分配带宽随节点数量增多而下降的问题，同时能够有效扩充RPR网络节点的总体数量，将RPR的应用向广域网和接入网推进。
技术方案本发明提出一种基于环标识路由的多环RPR环间传输方法，给多环网络中的每个子环分配一个确定的环标识号；在兼容和支持标准RPR分组格式的条件下，对部分字段给予扩展定义，构成的跨环传输帧格式，仅通过第一个比特就可明确区分环内和环外分组，并可根据从源节点到目的节点需要跨过的子环的标识号，方便地实现数据的跨环传输，解决了多环RPR网络环间的二层寻址问题。
本发明规定多环RPR网络中的子环之间通过相切互连，每个子环环内允许接入的节点总数比标准RPR的255个节点缩减一半，从而可以利用原标准帧中定义的8比特“TTL”字段的最高比特作为分组是否跨环传输的指示。同时定义多环互连网络中位于相切点上的节点为交叉连接节点，负责跨环帧的处理，实现跨环寻址和传输。其它节点为标准节点，负责RPR标准帧的处理，完成子环内标准RPR的传输和控制。对于每个节点来讲，检测经过的分组的首比特即可判断该分组是否需要跨环传输。若需要跨环传输，各标准节点可以不再对该分组作任何处理，直接直通发送。这样，在减小环内各标准节点负荷的同时，也能够提高分组的跨环传输性能。本发明通过扩展定义的“跨环控制”字段，利用倒序排列分组到达目的节点过程中需要经过的各个子环的环标识号，对环间传输的各个分组的路由给予描述，以较少的开销实现了分组在多个RPR环间的传输。
本发明实现的关键技术如下(1)规定多环RPR网络中的子环之间通过相切互连。每个RPR子环分配一个不同的环标识号。考虑网络规模的合理性，本发明取环标识为一字节，允许相切互连的子环数为255。本发明的方法同样适用于多字节环标识的网络。
(2)多环RPR网络中传输的分组有两类子环内传输的分组(以下简称环内分组)和跨环传输的分组(以下简称跨环分组)；分组传输时以规定的格式(帧)出现；对跨环分组在RPR标准帧基础上进行兼容扩展定义，取其第一个比特作为跨环传输指示XI。XI＝‘0’，该帧为标准帧，用于子环内部传输；XI＝‘1’，表明该帧为扩展的跨环帧，用于跨环传输。
(3)对跨环传输的扩展帧，在首部CRC之前插入长度可变的若干字节，作为扩展定义的“跨环控制”字段。并将分组当前所在子环中的交叉连接节点总数写入“TTL”字段，防止错误帧在子环内形成死循环。只有交叉连接节点才处理跨环帧，因此将“跨环控制”字段插入RPR标准帧首部，以保持RPR寻址部分置于首部，与负荷无关的特点。这样在传输过程中，各节点仅需处理首部，重新计算首部的CRC，而不会涉及后面的负荷部分，因此可以明显缩短处理时间。
(4)“跨环控制”字段(见附图4)第一个字节存放“跨环级数”，指明分组由当前所在子环到达目的节点所在子环需要跨过的子环个数，代表其网络生存时间。“跨环控制”字段第二个字节开始为长度动态变化的环标识寻址路由，倒序排放分组到达目的节点过程中需要经过的各个子环的环标识号。倒序的目的是为了便于逐级剥离已通过的子环的标识号，当分组到达目的节点所在子环时，扩展帧的跨环控制部分将全部被剥离，分组恢复为RPR标准帧格式。
在上述基础上，实现一个分组的跨环传输的具体步骤如下第一步节点收到一个分组，首先根据该分组的帧格式判断其是否为跨环分组，即判断该分组的第一个比特是否为“1”。是“1”，且节点为交叉连接节点，则转入第二步；节点为标准节点，则不作处理，直接转发。不是“1”，且节点为交叉连接节点，则不作处理，直接转发；节点为标准节点，则按照标准RPR方法处理，完成传输过程。
第二步判断分组的首部CRC是否正确，若不正确则丢弃该分组；若正确，进一步判断“TTL”值是否为“0”，若为“0”亦丢弃该分组；不为“0”，继续判断分组的“跨环级数”是否为“0”，若为“0”亦丢弃该分组，不为“0”，转入第三步。
第三步判断当前寻址路由的环标识号(首部CRC前面一个字节)是否与本节点连接的下一个子环的标识号相同。若不相同，将“TTL”值减一，重新计算分组的首部CRC，在分组原传输的子环中按原传输方向转发分组；若相同，则转入第四步。
第四步剥离当前寻址路由的环标识号(删除该字节)，同时将“跨环级数”减一，并判断结果是否为“0”。若不为“0”，将下一个子环中的交叉连接节点总数写入“TTL”字段，转入第五步；若为“0”，则删除“跨环控制”字段，并由下一子环内的标准拓扑状态数据库查得“TTL”值，填入分组的第一个字节，同时将分组首比特置“0”，使其转变成RPR标准帧格式，然后转入第五步。
第五步重新计算分组的首部CRC，将分组送入与原传输子环相切的那一个子环，继续传输。如果分组的格式已成为RPR标准帧，则根据其首部的目的MAC地址，即可很方便地完成传输。
图1是一个6子环相切互连成的多环RPR网络。
图2(a)是标准RPR“环控制”字段，图2(b)是本发明提出的“环控制”字段。
图3是扩展定义的RPR跨环传输帧格式。
图4是对环标识寻址的RPR跨环传输帧格式首部的描述。
图5是对环标识寻址的RPR跨环传输过程中“跨环控制”字段变化情况的描述。
具体实施例方式
图1是一个6子环相切互连成的多环RPR网络。每个子环有一个环标识号，如图中的子环1、2、......、6；同时连接两个子环的节点为交叉连接节点，如图中的节点A、B、C、D和E；其它节点为标准RPR节点。
图2(a)是标准RPR“环控制”字段，图2(b)是本发明提出的“环控制”字段，两者的区别在“TTL”字段，标准的是8比特，本发明则用了其中7比特，最高1比特扩展定义为跨环指示XI，且当XI＝1时，该字段为跨环帧当前子环内生存时间，其数值为子环内的交叉连接节点总数。
图3是扩展定义的RPR跨环传输帧格式，其中环控制的最高比特为“1”，且在首部CRC之前插入长度可变的若干字节，作为“跨环控制”字段。将“跨环控制”字段插入首部，可以保持RPR寻址部分置于首部，与负荷无关的特点。这样在传输过程中，各节点仅需处理首部，重新计算首部的CRC，而不会涉及后面的负荷部分，因此可以明显缩短处理时间。
图4是对环标识寻址的RPR跨环传输帧格式首部的描述，给出当分组由子环5中的节点6传输到子环4中的节点5时，跨环传输帧格式首部的具体形式。
图5是对环标识寻址的RPR跨环传输过程中“跨环控制”字段变化情况的描述，给出当分组由子环5中的节点6传输到子环4中的节点5时，“跨环控制”字段的具体变化过程。
本发明规定一个多环RPR网络是由多个相切互连的子环构成，如图1所示。每个RPR环上的节点均有标准节点和交叉连接节点之分。标准节点可以实现数据帧的上环、下环、转发、丢弃，而交叉连接节点不产生数据帧，只完成数据帧的转发和丢弃操作。交叉连接节点可以包括两个MAC模块，分属于两个相切的子环，背对背相接，以便在节点内部实现数据的交换。在多环网络自动拓扑发现的过程中，每个交叉连接节点的两个MAC模块分别先完成各自所属环内标准RPR的拓扑发现，产生环内的标准拓扑状态数据库，然后参与跨环自动拓扑发现。跨环自动拓扑发现机制主要是为了帮助建立在多环环间传输的环标识路由。在此过程中，交叉连接节点中的两个MAC模块分别记录各自所属环方向上的所有能够触及到的网络部分的拓扑状态，并实现相互之间的信息共享，以较少的开销实现网络全局的拓扑信息搜集。
本发明将RPR环网单环的规模进行压缩，每个RPR子环中的节点数目不超过128个，因此原标准帧中定义的8比特“TTL”字段的最高比特，也即整个分组的最高比特总是‘0’，可硬件默认按照‘0’执行。本发明则利用该比特作为分组是否跨环传输的指示XI(XI＝‘0’表示该帧无需跨环传输，XI＝‘1’则表示该帧的目的节点不在本环)，对环内和跨环传输的分组在每个分组的首比特给予明确的区分。从而对于每个节点来讲，其上经过的每个分组的首比特即指明该分组的目的节点是否在环内，若该比特为‘1’，各普通节点可以不再对该分组作任何处理，直接直通发送，这样，在减小环内各普通节点负荷的同时，也能够提高分组的传输性能。而对于其他寻址相关信息，则在标准RPR帧的“首部CRC”字段前插入若干字节，定义为“跨环控制”字段给予描述。显然，由于扩展的跨环帧在首比特即有指示，普通节点只需简单转发，只有交叉连接节点才处理“跨环控制”字段。因此，环间传输的分组在帧格式上保持了与RPR标准帧的兼容性。
图2(a)和(b)所示分别给出标准RPR“环控制”字段和本文提出的“环控制”字段的定义。两者的区别在“TTL”字段，标准的是8比特，本发明则用了其中7比特，最高1比特扩展定义为跨环指示XI，且当XI＝1时，该字段为跨环帧子环内生存时间，其数值为子环内的交叉连接节点总数。每经过一个交叉连接节点，跨环帧子环内生存时间减一。当收到的跨环帧“TTL”字段为零时，即予以丢弃，从而避免了错误帧在子环内形成“死循环”。
本发明采用一个8bit字段描述环的标识号，这样的定义能够实现255个RPR环互连(“0”标识号保留，作为交叉连接节点的一端无相切环指示)。跨环传输数据的路由采用源节点MAC地址、途中跨过各环的环标识号、目的节点的所在环标识号以及目的节点MAC地址来描述，有关该路由的描述在“跨环控制”字段给出。基于环标识寻址的RPR跨环传输分组中“跨环控制”字段定义如下首字节作为“跨环级数”指示，用来描述该帧从当前环传送到目标环需要跨过的环的级数。其后m字节的“环标识路由”字段用来描述该帧从源节点所在环依次按照倒序排列向目的节点所在环传输需经过的所有环的环标识号(如图3所示)。这样，跨环帧在进入一个新的环之后，即将跨环级数减1，当跨环级数减为0，仍未到达其目的节点，即认为该帧为无效帧，作丢弃处理。
每当跨环帧进入一个新的子环时，入口的交叉连接节点应该取下其首部字段，重新产生首部字段，其中更新的字段是“环控制”、“跨环级数”、“环标识路由”以及“首部CRC”字段。可以看出，将“跨环控制”字段加在首部CRC之前，更新首部字段只需要重新计算首部CRC，而不需要处理其后的有效负荷，因而大大减轻了各节点的处理负荷，更加有利于提高环网的传输性能。
例如，在图1所述的6个子环相切互连构成的多环RPR网络中，某分组需要从子环5中的节点6传送至子环4中的节点5，其分组的帧格式首部如图4所示。其中，XI＝1，TTL＝2，按十六进制的格式，目的MAC地址为00-10-A4-97-A8-DE，源MAC地址为00-10-A4-96-A8-AF；其环标识路由为(子环5)→(子环1)→(子环2)→(子环4)，亦即整个分组需要跨过3个环，故“跨环级数＝3，该分组传输过程中的“跨环控制”字段的变化如图5所示。当该分组在子环5中时，“跨环级数”为3，由“跨环级数”字段向后偏移3，得到该分组的下一个目标环的环标识号为‘1’。而该分组在子环5中的路由为(节点6)→(节点5)→(节点4)。当分组到达节点5时，由于是交叉连接节点，它将处理分组首部。首先将TTL减一，然后找到下一个目标环的环标识号，与自己连接的相切环标识号比较，结果不相同，于是转到节点4。节点4同样先将TTL减一，然后找到下一个目标环的环标识号，与自己连接的相切环标识号比较，结果相同，于是将分组转到子环1中继续传输。如果分组的下一个目标环的环标识号出错，节点4的比较结果也不相同，该分组就继续在子环5中传输，经过节点3、2、1、6，这些节点都是标准节点，不处理跨环分组，于是分组回到节点5。节点5发现TTL值已经为“0”，于是丢弃该分组，避免了其在子环中无限循环下去。如果分组在子环5中的路由选择的是(节点6)→(节点1)→(节点2)→(节点3)→(节点4)，由于节点6、1、2、3都是标准节点，不处理跨环分组，于是分组很快到达节点4。因此通过子环5中任意一个节点均可确定该分组应该从节点4出环。
分组在节点4出环前，还要将分组首部的“跨环级数”减一，并删除环标识号1，然后转交给子环1的节点1。子环1的节点1与子环5的节点4是处于同一个交叉连接节点的两个背靠背连接的MAC。当该分组转到子环1节点1之后，它仅需要将子环1的交叉连接节点总数2写入“TTL”字段，并且确定分组在子环1中的转发路由(内环或外环)，在本例中两边的路径相等，因而会根据带宽的利用情况确定转发方向。于是分组可以被转发到子环1的节点4中处理，这时“跨环级数”为2，偏移2得到该分组的下一个目标环标识号为2。如此下去，该分组即可到达目标节点所在子环4。在子环4的节点3，置XI＝0，清空“跨环控制”字段，同时根据目的MAC地址，确定RI＝0，TTL＝1，分组在帧格式上与标准RPR完全相同，最终被顺利传送至目的节点。
权利要求
1.一种基于环标识路由的弹性分组环多环互连传输方法，其特征在于该方法如下1.)规定多环RPR网络中的子环之间通过相切互连，每个RPR子环分配一个不同的环标识号；考虑网络规模的合理性，取环标识为一字节，允许相切互连的子环数为255，2.)多环RPR网络中传输的分组有两类子环内传输的分组和跨环传输的分组；分组传输时以规定的格式-帧出现；对跨环分组在RPR标准帧基础上进行兼容扩展定义，取其第一个比特作为跨环传输指示XI，XI＝‘0’，该帧为标准帧，用于传输环内分组；XI＝‘1’，该帧为扩展的跨环帧，用于传输跨环分组，3.)对跨环帧，在首部CRC之前插入长度可变的若干字节，作为扩展定义的“跨环控制”字段，并将分组当前所在子环中的交叉连接节点总数写入“TTL”字段，防止错误帧在子环内形成死循环；只有交叉连接节点才处理跨环帧，将“跨环控制”字段插入RPR跨环帧首部，以保持RPR寻址部分置于首部，与负荷无关的特点；这样在传输过程中，各节点仅需处理首部，重新计算首部的CRC，以缩短处理时间，4.)“跨环控制”字段第一个字节存放“跨环级数”，指明分组由当前所在子环到达目的节点所在子环需要跨过的子环个数，代表其网络生存时间；“跨环控制”字段第二个字节开始为长度动态变化的环标识路由，倒序排放分组到达目的节点过程中需要经过的各个子环的环标识号；倒序的目的是为了便于逐级剥离已通过的子环的标识号，当分组到达目的节点所在子环时，扩展帧的跨环控制部分将全部被剥离，分组恢复为RPR标准帧格式。
2.根据权利要求1所述的基于环标识路由的弹性分组环多环互连传输方法，其特征在于实现一个分组的跨环传输的具体步骤如下第一步节点收到一个分组，首先判断该分组是否为跨环分组，即根据分组的帧格式判断该分组的第一个比特是否为“1”；是“1”，且节点为交叉连接节点，则转入第二步，节点为标准节点，则不作处理，直接转发；不是“1”，且节点为交叉连接节点，则不作处理，直接转发，节点为标准节点，则按照标准RPR方法处理，完成传输过程；第二步判断分组的首部CRC是否正确，若不正确则丢弃该分组；若正确，进一步判断“TTL”值是否为“0”，若为“0”亦丢弃该分组；不为“0”，进一步判断分组的“跨环级数”是否为“0”，若为“0”亦丢弃该分组，不为“0”，转入第三步；第三步判断当前寻址路由的环标识号，即首部CRC前面一个字节是否与本节点连接的下一个子环的标识号相同，若不相同，将“TTL”值减一，重新计算分组的首部CRC，在分组原传输的子环中按原传输方向转发分组；若相同，则转入第四步；第四步剥离当前寻址路由的环标识号，即删除该字节，同时将“跨环级数”减一，并判断结果是否为“0”；若不为“0”，将下一个子环中的交叉连接节点总数写入“TTL”字段，转入第五步；若为“0”，则删除“跨环控制”字段，并由下一子环内的标准拓扑状态数据库查得“TTL”值，填入分组的第一个字节，同时将分组首比特置“0”，使其转变成RPR标准帧格式，然后转入第五步；第五步重新计算分组的首部CRC，将分组送入与原传输子环相切的由本节点连接的下一个子环，继续传输；如果分组已成为RPR标准帧，则根据其首部的目的MAC地址，即可很方便地完成传输。
全文摘要
基于环标识路由的弹性分组环多环互连传输方法涉及一种在多个弹性分组环(Resilient Packet Ring，RPR)相切连接构成的网络中实现环间分组相互传输的方法，该方法具体如下1.规定多环RPR网络中的子环之间通过相切互连，每个RPR子环分配一个不同的环标识号；2.多环RPR网络中传输的分组有两类子环内传输的分组和跨环传输的分组；3.对跨环帧，在首部CRC之前插入长度可变的若干字节，作为扩展定义的“跨环控制”字段，并将分组当前所在子环中的交叉连接节点总数写入“TTL”字段，4.“跨环控制”字段第一个字节存放“跨环级数”，指明分组由当前所在子环到达目的节点所在子环需要跨过的子环个数，代表其网络生存时间。
文档编号H04L12/56GK101013991SQ20071001992
公开日2007年8月8日 申请日期2007年2月2日 优先权日2007年2月2日
发明者徐钊, 张 林, 吴建新, 刘辉 申请人:中国矿业大学