专利名称：实现廉价冗余网络阵列的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种增加通讯交换技术网络带宽，并且使其具备容错处理能力的网络终端设备及其利用该设备增加带宽的方法。
背景技术：
在现行的网络环境中，多链路整合增加网络带宽的实现方案通常是采用类似于ISDN的一号多通道技术或者MLPPP技术。
ISDN主要有两种类型基本速率(BRI)和基群速率(PRI)。电信局向普通用户提供的均为BRI接口，采用原有的双绞线，速率可达144Kbps。BRIISDN可在一对双绞线上提供两个B通道(每个64K)和一个D通道(16K)，D通道用于传输信令，B通道则用于传输话音、数据等。一路电话只占用一个B通道，因此，可同时进行多种业务或对话。PRI接口速率为2.048Mb/s，用于需要传输大量数据的应用。然而ISDN是基于电话线网络的技术，而且目前接入端也不支持多条ISDN链路捆绑接入。
MLPPP是指将多个PPP链路捆绑使用，PPP协议允许在一条PPP链路上进行多种网络通信，即在一条PPP链路上传输多种NCP报文，这就是PPP的多链路功能。然而MLPPP工作在链路层，需要接入端设备的支持。然而像ISDN、ADSL、CDMA、GPRS等常用的PPP链路，目前接入端都未开通多链路整合(即MLPPP)支持服务。
另外在以太网中，增加带宽的方法还有堆叠交换机，堆叠交换机是通过集线器的背板连接起来的，它的主要目的是增加端口密度，它是一种建立在芯片级上的连接，优点是不会产生瓶颈的问题。而堆叠交换机堆叠后并不是背板带宽增大了，而是两台交换机之间的传输速率提高了。另外堆叠交换机的成本昂贵而且对设备体积都比较大，不适宜在便携式设备采用，而且，堆叠交换机虽然工作在数据链路层，但其的端口是独立管理的，端口间并没有堆叠以增加带宽的功能，故简单使用堆叠交换机并连若干条物理网络链路，从单一业务的角度上来说并没有增加带宽。
从目前的网络状况和接入端提供的技术支持看来，如果想要做多链路整合以增加带宽是有局限性的。
因此我们希望提出一种无须接入端支持的多链路整合的方法。无须接入端支持的多链路整合，就是通过一种工作于应用层(OSI的第七层)的通讯协议使通讯双方能够利用多条不相干的物理链路带来的额外带宽传输数据，以达到拓展带宽的目的。我们把实现无须接入端支持的多链路整合方法的设备称为廉价冗余网络阵列(英文全称Redundent Array of Inexpensive Network，以下简称为RAIN)。RAIN设备通过增加若干条并行传输链路传输数据的方式来实现带宽扩容， 网络节点间通过RAIN协议(Redundent Array of Inexpensive Network Protocol，以下简称RAINP)合理使用的传输链路带来的额外带宽。如果不包括单条物理网络自身的容错特性的话，多条物理链路分开连接是无法提供容错功能的。而RAIN设备将容错机制建立在每条物理网络链路的硬件容错功能之上的，提供了更高的安全性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、无须接入端支持的通讯网络多链路整合就能够增加额外网络带宽，增强网络的容错能力，提高网络运行速度和安全性的廉价冗余网络阵列系统设备及利用该设备实现增加带宽的方法。
上述第一个目的采用以下实施例所表达的的技术方案即可以实现本技术方案包括至少一个数据的发送方网络接点和一个数据的接收方网络、网络链路、廉价冗余网络阵列设备以及用于他们之间通讯的传输网络。该网络链路可以是PPP链路。
上面所说的廉价冗余网络阵列设备的技术方案也采用一个实施例进行描述，它包括2/4/8个PPP物理链路输入输出端口，这些端口作为数据的输入输出端口在设备内部逻辑上按矩阵方式排列和管理，并给其编号曝露给用户以便外部管理；该端口管理包括实现PPP数据链路级协议；一个处理分支，它处理与廉价冗余网络阵列通讯协议相关的功能，包括封装和解封装，以及多链路的管理、QOS、容错和加密；多链路管理的的首要目的是管理多条链路，并为用户实现一个虚链路，使其可以像使用一条网络链路一样来使用多条物理网络链路，而不用关心多链路的管理就可以独享堆叠后带来的额外带宽。
处理分支中QOS功能是RAIN可以通过把较小的、对时延敏感的数据帧与较大的数据帧的子包交织起来按照预定的带宽策略为不同的业务数据分配带宽，实现QOS。
处理分支中加密功能是在加密过程中加密位数是一个很重要的参数，它直接关系到解密的难易程度，RAIN设备提供可配置的加密位数实现不同级别的加密申请。
一个堆叠分支，它是利用堆叠的方法将多条PPP网络链路连接，并管理各条链路的数据交换，负责对堆叠层数据进行封装和解封装，堆叠分支首先判断数据的目标端口是否为本地端口，对于目标端口未被判定为本地端口的数据帧，无须作当前芯片是否为堆叠链路末端的判断，直接将数据帧快速转发到下一个堆叠端口。上面所说的堆叠分支可以由堆叠模块或者堆叠电缆组成。
一个交换部分，它提供多条数据通路，每个通道具有两个共享存储器；输入的数据包被存储在输入共享存储器中，输出的数据包被存储在输出共享存储器中。
数据包中保存着各种链路的相关数据-隧道分配表，这个分配表为在网络传输时RAIN处理部分决定传输使用的通路提供依据；隧道分配表中保存着被分配使用其通道的子网的标志信息、被分配使用其通道的协议的标志信息、本链路的备份链路等内容；隧道分配表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由RAIN系统动态维护。
数据包中还保存着各种业务的相关数据-带宽分配表，该表中保存着被分配使用带宽的业务的标志信息、被分配使用带宽的协议信息、以及紧急情况下的优先级别；带宽分配表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由RAIN系统动态维护。RAIN设备能够根据带宽的变化情况自动学习和修改业务通讯的能力，在需要时自动判断业务占用的带宽比例。
一个廉价冗余网络阵列通讯协议；它是一种用来管理网络链路和带宽的协议，包括链路管理和网络协议，用于处理数据包大小限制，QOS优先级管理及带宽协商，以及探测发现链路功能正常或链路终止；RAINP为在RAIN设备上传输数据包提供了一个标准方法。
RAIN设备不关心数据链路层的特性，其本质是适合多种类型的PPP链路或其他网络构建类型的，RAINP是面向应用层的协议，其下面的其他OSI工作层的工作状态及机制不受其影响。RAINP为使用冗余网络阵列的网络节点与INTERNET上的其他网络节点之间的IP流量传输提供一种封装协议。RAINP可以看作一种用来管理网络链路和带宽的协议，它位于OSI模式中的第五层即应用层，但为了兼容不支持RAINP的主机，可以将RAINP的封装寄生在OSI第三层网络层协议的选项字节中。多链路整合后，为了保证未安装RAINP的网络节点收到数据包后仍然可以正常本地网络节点通讯，通过交换分支封装的数据包的网络层首部的源IP都是多链路中的某一条链路的IP(即相同的IP)，使其它未安装RAINP的网络节点也能够与这个RAIN设备进行通讯。若远端网络节点已安装RAINP，则可以通过RAINP首部中所有被标识为多链路的链路IP管理窗口进行通讯和流量控制。
廉价冗余网络阵列设备处理部分工作完成后，通过交换部分将数据包送到其输出存储器，输出端口在数据包被发送到输出链路之前对数据包存储，并实现调度算法以支持优先级、重发等请求。
上面所说的廉价冗余网络阵列通讯协议的结构如下(参看图1)
其最高位在左边，记为0bit；最低位在右边，记为31bit；每行为4个字节的32bit值。
以网络字节的顺序进行传输；0-8bit是标志号，标志号统一设为0xFF；长度表示数据包长度，指的是协议首部与数据包所占的字节数之和，包括自身字节数；版本表示RAINP的版本号，目前版本号是1；保留位从24bit到31bit共8个bit。第24bitCON为控制位，如为1表示要求用户数据传输采用无序帧。第25bitPRI为优先级，表示数据包的处理顺序程度，0为普通数据包，1为优先处理数据包。第26bitENC为加密申请，表示数据包是否经过加密，0为未加密，1为加密。第27-31bitRES为保留位；源地址占四个字节。用来记录真实的发包链路的IP；包号表示对每个数据帧进行计数，包号是无符号数，包号到达255后又从0开始使用；子包号表示对一个数据帧被拆分的次数进行计数，子包号是无符号数，单个数据帧最多能被拆分成255个；校验16位帧校验序列(FCS)字段用来做差错检测。
以上所说的封装包括两种不同的数据帧封装方式，一种是工作在应用层(OSI的第七层)的协议首部和数据部分的封装，另外一种是寄生在网络层(OSI的第三层的)使用IP协议冗余字节来封装协议首部和数据部分；上面所说的容错包括自动选路和用户自定义备份链路两种方式，在工作中RAIN部分对链路的工作能力、在线状态进行探测，如果发现某个PPP链路损坏或者工作能力急剧下降时，自动根据当时的网络及链路状态选择一条链路来继承原损坏链路的带宽分配策略和隧道管理的方式；而用户自定义备份链路是指系统管理员在设备使用前配置一条固定的链路做为备份链路来完成当某条PPP链路损坏时代替其工作的方式。
上述第二个目的的实现可以采用下述的方法，该方法包括以下的步骤003(参看图4)003a)、设备启动，开始工作；003b)、对RAIN设备510进行初始化，并从存储器中读入各项配置参数，包括初始化带宽分配表、隧道分配表以及其他包括加密控制、PPP链路初始化参数等信息；003c)、判断RAIN堆叠的设备是否被配置为自动连接，如果“是”，则转到步骤003d)，否则转到步骤003e)；003d)、尝试连接网络，阻塞等待数据IO。启动链路检测流程004；003e)、等待手动连接PPP链路的制动开关的信号。如果等到，则转到003d)；003f)、003d)如果发现输出存贮器中有数据，则启动RAINP封闭流程006，执行完毕RAINP封装流程后转到步骤003g)；003g)、启动堆叠转发流程007；003h)、003d)如果发现输入存贮器中有数据，则转到步骤003i)；003i)、解封装；分析协议；003j)、如果数据包不支持RAINP，则转到步骤003k)，否则启动RAINP分析流程005，执行RAINP分析流程完毕后转到步骤003k)；003k)、转发数据包给应用层。
上面所说的链路管理和容错检测流程分为以下几个步骤004(参看图5)004a)、启动链路检测流程；004b)、监视带宽及链路工作能力，如果发现某普通网络链路503的带宽急剧下降，并在一段时间内不能恢复或者某普通网络链路503的工作能力急剧下降，则转到004c)；
004c)、报警，并设置这个普通网络链路503的状态为故障；004d)设置中管理员已有设定备份链路X？如果“是”，则使用备份链路X替换该故障链路并转到步骤004f)；否则转到步骤004e)；004e)、自动根据链路运行情况计算出最优替换链路X，并使用备份链路X替换该故障链路；004f)、断开故障链路，以便用户可以拔下该链路进行维护；004g)、更新隧道分配表以及带宽分配表；004h)、监视普通网络链路运行状态如果发现某普通网络链路503处于开路则转到步骤004i)；否则继续本步骤，监视该普通网络链路503的运行状态；004i)、尝试重新连接该PPP链路503；并自动选择一个运行状态良好的链路暂时替换这个链路的工作；更新带宽分配表和隧道分配表。如果重连成功，则计数器清零，并转到步骤004h)；否则转到步骤004j)；004j)、计数器加1，如果计数器达到预定尝试次数MAX，则转到步骤004c)，否则转到步骤004i)。
所说的分析数据流程分为以下几个步骤005(参看图6)005a)、启动RAINP分析流程；005b)、分析数据包531的RAINP首部，如是是加密包，则转到步骤005c)；005c)、解密数据包，转到步骤005d)；005d)、记录RAINP首部的相关信息，更新带宽分配表；005e)、分析数据包531的RAINP首部，如果该数据包531是子包532，并且不是最后一个包，则转到步骤005f)，如果是最后一个包，则转到005h)；005f)、存储到缓冲区，继续等待，并启动计时；005g)、数据缓冲区中的数据超时等待，更新数据错误状态，转到步骤005h)；
005h)、返回完整数据包或者出错结果送给上层。
上面所说的封装流程分为以下几个步骤006(参看图7)006a)、启动RAINP封装流程；006b)、分析数据的目标地址和业务类型，如果配置中发往该目标地址或该数据的业务类型标志表明该业务数据被指定为需要加密？“是”，则转到步骤006c)，“否”，则转到步骤006d)；006c)、数据包加密，转到步骤006d)；006d)、配置中RAINP是否寄生于IP首部的选项字段？“是”，则转到006f)，“否”，则转到006e)；006e)、装RAINP协议首部封装于OSI网络数据包的应用层；转到步骤006g)；006f)、在OSI的网络层商务部选项字段封装RAINP首部；转到步骤006g)；006g)、该数据包的目标地址或所使用的协议类型已被指定链路传输？“是”，则转到006h，“否”，则记录该链路号X，并转到步骤006i)；006h)、为该数据包分配一个合理的传输链路X，并转到步骤006i)；006i)、判断该数据包业务类型或使用的协议类型的优先级为紧急？“是”，则到转到006j)，“否”，则转到006k)；006j)、计算数据将被插入到发送队列的位置N，N＝优先队列的末尾M，并且M＝M+1；转到步骤006k)；006k)、将数据插入到已被确定的X链路的发送队列位置N；上面所说的堆叠转发流程分为以下几个步骤007(参看图8)007a)、启动堆叠交换分支；007b)、收到数据包；007c)、分析转发端口是否为本地址端口？如果“是”，转到007d)，“否”则转到007e)；007d)、通过该端口连接的普通网络链路503转发数据包；007e)、将原始数据包转发到堆叠口。
本发明的有益效果是1、本发明提供了一种可以高效地叠加带宽及管理链路，使网络获得额外的吞吐量的设备和方法，它无须接入端或路由设备支持，将多条物理网络链路用堆叠的原理连接起来，使其作为逻辑上的一条物理网络链路来使用，通过通讯协议和管理逻辑达到带宽叠加以及链路统一管理的目的。
2、RAIN的具体实现可以靠硬件也可以靠软件，因为RAIN的设计目的是针对PPP物理网络链路的带宽及服务受限于接入端支持，故RAIN一般是在PPP物理网络链路上实现的。RAIN的核心是基于OSI应用层通讯和管理的协议，通过在应用层(为了与现行网络协议的兼容也可利用OSI的网络层的选项字节来封装数据包)对数据包的封装和解封装，实现对一个网络带宽堆叠设备上的多个链路的管理和数据传输。
3、使用这个方法堆叠起来的物理网络链路还可以做到统一网管，即对堆叠后的多条物理网络链路的管理与对单独一条网络链路的管理一样方便，使上层业务系统或产品看来RAIN设备似乎只是一条网络链路在工作，而无须为分配网络带宽或者链路的管理来担忧。RAIN堆叠带宽的工作流程不仅达到在应用节点上实现堆叠加速的目的，也可以方便用户管理网络链路，具备高效的容错能力，使数据网络不中断。
4、本发明的设备和方法能够在协议的基础上适用不同业务需求增加异常处理以及认证、加密、QOS，实用性强，可靠性高，成本低廉适于芯片实现。
图1是本发明廉价冗余网络阵列协议的构成示意图；图2是本发明廉价冗余网络阵列系统设备的示意图；图3是图2中的RAIN设备结构示意图；图4是本发明实现廉价冗余网络阵列的方法之实施例的工作流程示意图；图5是图4中的链路管理流程示意图；图6是图4中的分析流程示意图；图7是图4中的封装流程示意图；图8是图4中的堆叠转发流程示意图；图9是本发明的一个实施例中的发送方和接收方之间的数据通讯示意图。
具体实施例方式
实施例1，参看图2。图2示出了一个示例性实施例的网络通信系统001。网络通信系统001包括但不限于至少两个表示为发送方网络节点501和接收方网络节点502，它们通过各种网络链路与世界上的任何网络设备以不同的形式相互连接，包括但不限于PPP链路、RAIN设备、网桥、交换机、路由器等等，以及包括上述各项中至少一个的组合。网络通信系统001可以用于各种通信协议，包括但不限于IPX/SPX、TCP/IP、X.25、AppleTalk、PPP，、SLIP、PLIP等，以及包括上述各项中至少一个的组合。每个发送方网络节点501和/或接收方网络节点502可以是通用计算机，且包括驻留在存储器中并在发送方网络节点501和接收方网络节点502上执行的操作系统软件和任何其他各种应用程序。本领域的技术人员应该理解，网络通信系统001可以在具有不同体系结构的主机系统通过诸如WAN、LAN或其他联网体系结构的适当手段通信，普通网络链路503可以是各种方式的物理连接设备、光纤、无线通信设备等。这里尽管只示出了一个发送方网络节点501和接收方网络节点502，但应该理解，可以使用任意数量的发送方网络节点501和接收方网络节点502以便实现所描述实施例的优点。在一个实施例中，接收方使用了RAIN设备510，承载了RAINP协议，该通信协议允许接收方网络节点502在没有接入端设备支持的条件下整合多条网络链路，以增加与网络通信相关的带宽。应该理解，发送方网络节点501使用了普通网络链路设备510以及接收方网络节点502使用了RAIN设备510意在指出网络链路设备的通用性，在发送方网络节点501和接收方网络节点502之间可以使用任何可作为网络通信链路连接的物理设备，包括但不限于RAIN设备510，如果发送方网络节点501和接收方网络节点502都需要做链路整合，则双方都可以使用RAIN设备510进行连接。
在一个示例性实施例中，发送方网络节点501通过普通网络链路设备503与传输网络505建立了通信线路，同样接收方网络节点502通过RAIN设备510与传输网络505建立了通信线路，传输网络505可以由若干个数据线路端接设备(DCE)组成。为了在发送方网络节点501与接收方网络节点502之间进行有效的数据通讯，传输网络505与普通网络链路设备503(或RAIN设备510)必须完成包括帧同步、流量控制、错误控制、寻址、在链路上同时传输控制和数据信息、连接管理等功能。可以理解，这里描述的网络通信系统001是一个应用中的物理网络系统，RAIN设备完成的功能是为其提供更高质量应用服务的系统功能设备。
实施例2，再参看图9。图9示出了一个示例性实施例中的发送方和接收方之间的数据通讯流程。发送方网络节点501通过网络通信系统001与接收方网络节点502建立了一条通信线路，发送方网络节点501在确信接收方网络节点502的地址和端口的基础上与接收方网络节点502通过标准的网络协议建立了一条虚拟的通信通路。在这个通路中，可以承载用各种协议封装的数据包531(或将数据包531分拆后的多包数据包532)。通过RAIN设备网络链路510，实现了由于多链路整合带来的额外带宽，并对数据包531或者数据包532实现加密功能，根据数据包531或者数据包532的应用类型分类，按需分配带宽，能够实现数据包的后发先至(QOS)。因此，应该理解，在某些情况下，可以在处理通信数据包531和用户应用521的处理之间建立一种平衡，在一种情况中，该平衡可能优化通信带宽和链路性能；而在其它情况下，它可能优化用户应用521的处理。
实施例3，参看图3。本实施例是在上述实施例的基础上，进一步描述了廉价冗余网络阵列设备510的一个具体实施方式
002，即廉价冗余网络阵列设备包括上层用户应用521与RAIN系统设备中的廉价冗余网络阵列设备510逻辑上连接，计算机技术人员应该理解，承载上层用户应用521的计算机设备可以通过设备物理接口完成与RAIN系统设备中的廉价冗余网络阵列设备510物理连接，然后通过运行在计算机设备上的操作系统的设备驱动接口与运行在RAIN系统设备中的RAIN设备510的核心程序完成逻辑连接。用户应用通过这个逻辑接口就可以与RAIN系统设备中的RAIN设备510进行通讯，并达到为应用增加带宽的目的。RAIN设备510内部有一个堆叠接口514，通过这个堆叠接口就可以完成与下一个堆叠设备之间的堆叠转发流程008。在本实施例中，提供了两个输入输出端口513，这两个输入输出端口可以连接两个PPP链路503。在本实施例中，RAIN设备内部提供了RAIN处理分支511和交换部分512。RAIN处理分支511完成了内部工作流程003和内部链路管理流程004。
另外，在以上发明内容部分已通过一些实施例描述了本发明的设备和方法的具体内容，本发明请求保护的范围包括上述实施例，但并不限于上述实施例所公开的内容。
应该理解，这里所使用的术语“数据”/“数据包”意在指通过网络通信系统001发送的任何通信数据，包括但不限于点对点的数据消息、组播及广播数据包、音视频和文件传输数据包或流等。
在本文中使用的术语和英文缩写定义如下ISDNIntegreted Service Digtal Network，中文全称是综合业务数码网络，它是以综合数字电话网为基础发展而成的，能够提供端到端的数字连接。
PPPPPP是为了在同等单元之间传输数据包而设计的，这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。PPP封装提供了不同网络层协议同时通过统一链路的多路技术。详见RFC1661。
MLPPPMultilink PPP，MLPPP中文全意是多链路点对点协议，它弥补了PPP一次只能处理一个物理链接的局限。利用MLPPP，可以合并多条PPP链到一个逻辑数据管道中；MLPPP能支持多路电话线路的绑定和ISDN线路的绑定。但需要局端设备的支持。详见RFC1990和RFC1717。
ADSL非对称数字用户线路(Asymmetric Digital SubscriberLine)的缩写，有时也作非对称数字用户环路(Asymmetric DigitalSubscriber Loop)。它是一种在电话铜缆上进行较高速率数据传输的方法，是DSL技术的一种形式。
CDMACDMA是码分多址的英文缩写(Code Division MuitipleAccess)，它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
权利要求
1.一种廉价冗余网络阵列系统设备，其特征是包括至少一个数据的发送方网络接点和一个数据的接收方网络、网络链路、廉价冗余网络阵列设备以及用于他们之间通讯的传输网络。
2.根据权利要求1所述的廉价冗余网络阵列系统设备，其特征是所说的廉价冗余网络阵列设备包括2/4/8个PPP物理链路输入输出端口，这些端口作为数据的输入输出端口在设备内部逻辑上按矩阵方式排列和管理，并给其编号曝露给用户以便外部管理；该端口管理包括实现PPP数据链路级协议；一个处理分支，它处理与廉价冗余网络阵列通讯协议相关的功能，包括封装和解封装，以及多链路的管理、QOS、容错和加密；一个堆叠分支，它是利用堆叠的方法将多条PPP网络链路连接，并管理各条链路的数据交换，负责对堆叠层数据进行分析和快速转发；一个交换部分，它提供多条数据通路，每个通道具有两个共享存储器；输入的数据包被存储在输入共享存储器中，输出的数据包被存储在输出共享存储器中；数据包中保存着各种链路的相关数据-隧道分配表，这个分配表为在网络传输时RAIN处理部分决定传输使用的通路提供依据；隧道分配表中保存着被分配使用其通道的子网的标志信息、被分配使用其通道的协议的标志信息、本链路的备份链路等内容；数据包中还保存着各种业务的相关数据-带宽分配表，该表中保存着被分配使用带宽的业务的标志信息、被分配使用带宽的协议信息、以及紧急情况下的优先级别；一个廉价冗余网络阵列通讯协议；它是一种用来管理网络链路和带宽的协议，包括链路管理和网络协议，用于处理数据包大小限制，QOS优先级管理及带宽协商，以及探测发现链路功能正常或链路终止；廉价冗余网络阵列设备处理部分工作完成后，通过交换部分将数据包送到其输出存储器，输出端口在数据包被发送到输出链路之前对数据包存储，并实现调度算法以支持优先级、重发等请求。
3.根据权利要求2所述的廉价冗余网络阵列系统设备，其特征在于所说的堆叠分支是由堆叠模块或者堆叠电缆组成的。
4.根据权利要求3所述的廉价冗余网络阵列系统设备，其特征在于所说的廉价冗余网络阵列通讯协议的结构如下其最高位在左边，记为0bit；最低位在右边，记为31bit；每行为4个字节的32bit值。以网络字节的顺序进行传输；0-8bit是标志号，标志号统一设为0xFF；长度表示数据包长度，指的是协议首部与数据包所占的字节数之和，包括自身字节数；版本表示RAINP的版本号，目前版本号是1；保留位从24bit到31bit共8个bit。第24bitCON为控制位，如为1表示要求用户数据传输采用无序帧。第25bitPRI为优先级，表示数据包的处理顺序程度，0为普通数据包，1为优先处理数据包。第26bitENC为加密申请，表示数据包是否经过加密，0为未加密，1为加密。第27-31bitRES为保留位；源地址占四个字节。用来记录真实的发包链路的IP；包号表示对每个数据帧进行计数，包号是无符号数，包号到达255后又从0开始使用；子包号表示对一个数据帧被拆分的次数进行计数，子包号是无符号数，单个数据帧最多能被拆分成255个；校验16位帧校验序列(FCS)字段用来做差错检测。
5.根据权利要求4所述的廉价冗余网络阵列系统设备，其特征在于所说的封装包括两种不同的数据帧封装方式，一种是工作在应用层(OSI的第七层)的协议首部和数据部分的封装，另外一种是寄生在网络层(OSI的第三层的)使用IP协议冗余字节来封装协议首部和数据部分；所说的容错包括自动选路和用户自定义备份链路两种方式，在工作中RAIN部分对链路的工作能力、在线状态进行探测，如果发现某个PPP链路损坏或者工作能力急剧下降时，自动根据当时的网络及链路状态选择一条链路来继承原损坏链路的带宽分配策略和隧道管理的方式；而用户自定义备份链路是指系统管理员在设备使用前配置一条固定的链路做为备份链路来完成当某条PPP链路损坏时代替其工作的方式。
6.一种实现廉价冗余网络阵列的方法，其特征是包括以下的步骤003a)、设备启动，开始工作；003b)、对RAIN设备510进行初始化，并从存储器中读入各项配置参数，包括初始化带宽分配表、隧道分配表以及其他包括加密控制、PPP链路初始化参数等信息；003c)、判断RAIN堆叠的设备是否被配置为自动连接，如果“是”，则转到步骤003d)，否则转到步骤003e)；003d)、尝试连接网络，阻塞等待数据IO。启动链路检测流程004；003e)、等待手动连接PPP链路的制动开关的信号。如果等到，则转到003d)；003f)、003d)如果发现输出存贮器中有数据，则启动RAINP封闭流程006，执行完毕RAINP封装流程后转到步骤003g)；003g)、启动堆叠转发流程007；003h)、003d)如果发现输入存贮器中有数据，则转到步骤003i)；003i)、解封装；分析协议；003j)、如果数据包不支持RAINP，则转到步骤003k)，否则启动RAINP分析流程005，执行RAINP分析流程完毕后转到步骤003k)；003k)、转发数据包给应用层。
7.根据权利要求6所述的实现廉价冗余网络阵列的方法，其特征是所说的链路容错检测流程分为以下几个步骤004a)、启动链路检测流程；004b)、监视带宽及链路工作能力，如果发现某普通网络链路503的带宽急剧下降，并在一段时间内不能恢复或者某普通网络链路503的工作能力急剧下降，则转到004c)；004c)、报警，并设置这个普通网络链路503的状态为故障；004d)设置中管理员已有设定备份链路X？如果“是”，则使用备份链路X替换该故障链路并转到步骤004f)；否则转到步骤004e)；004e)、自动根据链路运行情况计算出最优替换链路X，并使用备份链路X替换该故障链路；004f)、断开故障链路，以便用户可以拔下该链路进行维护；004g)、更新隧道分配表以及带宽分配表；004h)、监视网络链路运行状态如果发现某普通网络链路503处于开路则转到步骤004i)；否则继续本步骤，监视该普通网络链路503的运行状态；004i)、尝试重新连接该PPP链路503；并自动选择一个运行状态良好的链路暂时替换这个链路的工作；更新带宽分配表和隧道分配表。如果重连成功，则计数器清零，并转到步骤004h)；否则转到步骤004j)；004j)、计数器加1，如果计数器达到预定尝试次数MAX，则转到步骤004c)，否则转到步骤004i)。
8.根据权利要求6所述的实现廉价冗余网络阵列的方法，其特征是所说的分析数据流程分为以下几个步骤005a)、启动RAINP分析流程；005b)、分析数据包531的RAINP首部，如是是加密包，则转到步骤005c)；005c)、解密数据包，转到步骤005d)；005d)、记录RAINP首部的相关信息，更新带宽分配表；005e)、分析数据包531的RAINP首部，如果该数据包531是子包532，并且不是最后一个包，则转到步骤005f)，如果是最后一个包，则转到005h)；005f)、存储到缓冲区，继续等待，并启动计时；005g)、数据缓冲区中的数据超时等待，更新数据错误状态，转到步骤005h)；005h)、返回完整数据包或者出错结果送给上层。
9.据权利要求6所述的实现廉价冗余网络阵列的方法，其特征是所说的封装流程分为以下几个步骤006a)、启动RAINP封装流程；006b)、分析数据的目标地址和业务类型，如果配置中发往该目标地址或该数据的业务类型标志表明该业务数据被指定为需要加密？“是”，则转到步骤006c)，“否”，则转到步骤006d)；006c)、数据包加密，转到步骤006d)；006d)、配置中RAINP是否寄生于IP首部的选项字段？“是”，则转到006f)，“否”，则转到006e)；006e)、装RAINP协议首部封装于OSI网络数据包的应用层；转到步骤006g)；006f)、在OSI的网络层商务部选项字段封装RAINP首部；转到步骤006g)；006g)、该数据包的目标地址或所使用的协议类型已被指定链路传输？“是”，则转到006h，“否”，则记录该链路号X，并转到步骤006i)；006h)、为该数据包分配一个合理的传输链路X，并转到步骤006i)；006i)、判断该数据包业务类型或使用的协议类型的优先级为紧急？“是”，则到转到006j)，“否”，则转到006k)；006j)、计算数据将被插入到发送队列的位置N，N＝优先队列的末尾M，并且M＝M+1；转到步骤006k)；006k)、将数据插入到已被确定的X链路的发送队列位置N。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的实现廉价冗余网络阵列的方法，其特征是所说的堆叠流程分为以下几个步骤007a)、启动堆叠交换分支；007b)、收到数据包；007c)、分析转发端口是否为本地址端口？如果“是”，转到007d)，“否”则转到007e)；007d)、通过该端口连接的普通网络链路503转发数据包；007e)、将原始数据包转发到堆叠口。
全文摘要
本发明公开了一种廉价冗余网络阵列系统设备及实现廉价冗余网络阵列的方法，其中系统设备包括至少一个数据的发送方网络接点和一个数据的接收方网络、网络链路、RAIN设备以及用于他们之间通讯的传输网络。RAIN设备包括2/4/8个PPP物理链路输入输出端口，处理分支，堆叠分支，交换部分和廉价冗余网络阵列通讯协议。方法部分公开了实现增加带宽的具体步骤。它可以适用于各种网络中，无须接入端支持，而能高效地叠加带宽以及管理链路，并且具备高效容错能力。根据本发明能够在协议的基础上适用不同业务需求增加异常处理以及认证、加密、QOS，实用性强，可靠性高，成本低廉。
文档编号H04L29/06GK101083779SQ200710074519
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者张建平, 胡抗震 申请人:深圳市智林机电技术有限公司