Ip传输复接器及ip传输复接、解复接的方法
【专利摘要】本发明公开了一种IP传输复接器及一种IP传输复接、解复接的方法。IP传输复接器，包括了成对使用且结构相同的IP传输复接器A及IP传输复接器B，用于完成信道双向传输时各子网数据的复接及解复接过程；IP传输复接、解复接的方法，通过修改IP报文实现网络隔离的复分接。通过本发明，基于IP传输复接器的以太网复用方式数据传输的流向是固定的，不需要再进行人为配置，线路中的数据包由端口号区分，从实现机理上不允许接入网口之间进行通信，实现了不同端口连接的网络之间的隔离，保证信息的及时、可靠、安全传输，最终达到信息传输的实时订单式传输控制。
【专利说明】IP传输复接器及IP传输复接、解复接的方法
【技术领域】
[0001]本发明通信【技术领域】，涉及多个子网接入信道的数据复用传输技术。
【背景技术】
[0002]以太网汇接设备由于涉及多网络接入，从安全角度出发，各个接入子网络之间不能互连互通，必须进行隔离，子网信息隔离传输的关键是在于对通信数据的控制。目前，以太网数据复用有以下几种方式:
[0003]1、在传输层交换机上通过划分VLAN，进行子网隔离。具体方法是将接入η个子网划分为η个VLAN。
[0004]但是使用传输层交换机人工划分VLAN进行隔离存在一定的安全隐患。因为VLAN既然是人为划分的，就是可以改变的，就有可能在使用者不知情的情况下，VLAN被改变，如果再人为地设定一个镜像口后果将会更加严重。
[0005]2、通过采用类似于帧中继类同步数据传输设备。
[0006]但是同步传输设备端口为并口，速率受限，无法实现9Mbps以上的数据传输。
【发明内容】
[0007]针对目前数据复用技术存在安全隐患及网络复杂度高的情况，本发明设计了一种IP传输复接器，使信息流程固定，保证信息的及时、可靠、安全传输，实现信息传输的实时订单式传输控制。
[0008]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0009]一种IP传输复接器，包含结构相同、成对使用、对应设置于信道两端的IP传输复接器A及IP传输复接器B，数据可在IP传输复接器A及IP传输复接器B之间进行双向传输；所述IP传输复接器A包含若干子网接入的端口，每个端口都有一个不同的端口编号；所述IP传输复接器B包含有与IP传输复接器A个数相同且编号相同的子网接入的端口 ；其中，当数据从IP传输复接器A传输到IP传输复接器B时，
[0010]IP传输复接器A，用于接收各接入子网的数据并将数据按照端口进行数据包的复接，复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，完成复接后将数据包发送至信道中进行传输；
[0011 ] IP传输复接器B，用于接收从信道传过来的数据包并进行数据包的解复接，然后按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给其对应编号的子网接入端口 ；
[0012]当数据从IP传输复接器B传输到IP传输复接器A时，上述IP传输复接器A和IP传输复接器B的作用对调；
[0013]所述IP传输复接器A及IP传输复接器B与信道之间通过网口连接，实现了数据的快速传输。
[0014]作为优选，上述在进行数据包的复接时，通过修改IP报文，使复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，以此实现复接及解复接的网络隔离。[0015]进一步地，通过在IP报文中增加复接类型字段和复接控制字段的方式修改IP报文，所述复接控制字段的内容中包含端口号信息，在IP报文中增加复接类型字段和复接控制字段的方式通过现有技术实现。即在OSI系统传输层处理数据，不破坏原有MAC帧的格式，也完全保留了原有IP报文的内容，处理复杂度较低，而且这个过程中，信道中数据帧增加端口号信息，开销较少。当上述复接类型字段定义为0X8100时，可获得较强的兼容性强。
[0016]更进一步地，所述复接控制字段为自定义，除必须包含端口号信息外，是否包含其他例如是否分段，分段时是第一段还是最后一段，以及对信息的纠错编码等信息自定。若是包含纠错编码信息，则所述对信息的纠错编码采用扩展汉明码。
[0017]作为优选，上述IP传输复接器A和IP传输复接器B的结构，均主要包括背板单元、指示灯单元、以太网接口单元、主控单元、电源单元；其中，
[0018]以太网接口单元，包含所述不同编号的子网接入端口和连接信道侧设备的中继端口，当该传输复接器作为复接端时，所述子网接入端口用于接收以太网子网数据，再将数据发送到主控单元，所述中继端口用于将主控单元复接过后的数据包发送到信道中；当该传输复接器作为解复接端时，所述中继接口用于接收从信道传过来的数据包，再将数据包发送到主控单元，所述子网接入端口用于将主控单元解复接后的数据发送给以太网子网；
[0019]主控单元，用于接收以太网接口单元发送过来的数据，并对数据进行缓存、调度及流量控制，完成数据的复接或解复接后将数据发回以太网接口单元；
[0020]电源单元，用于提供电能给IP传输复接器；
[0021]背板单元，所述主控单元和以太网接口单元分别插入背板单元相应位置，主控单元和以太网接口单元之间通过背板单元的PCI总线相连；
[0022]指示灯单元，用于设备工作状态显示。
[0023]进一步，上述以太网接口单元上每一个子网接入端口都有独立的接口变压器、独立的输入输出缓存，每一个子网接入端口与主控单元之间的传输线路，数据发送与接收均使用各自不同的线路，同时每一个子网接入端口除了有独立的编号外，还有独立的中断号。
[0024]IP传输复接器的实现原理为，IP传输复接器A (或IP传输复接器B)接收数据，按照端口号进行数据包的复接，复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息字段，完成复接后将数据包发送至信道中进行传输，IP传输复接器B (或IP传输复接器A)将从信道传来的数据包进行接收，并将接收到的数据包直接按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给其对应编号的子网接入端口，由此完成IP传输复接器的传输复接与解复接。
[0025]本发明的另一目的是，提供一种IP传输复接与解复接的方法，本方法包括以下步骤:
[0026]接收各接入子网的数据；
[0027]将数据按照端口号进行数据包的复接，即使复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息字段，完成复接后将数据包发送至信道中进行传输；
[0028]接收从信道传输过来的数据包并进行数据包的解复接，然后按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给其对应编号的子网接入端口。
[0029]作为优选，上述在进行数据包的复接时，通过修改IP报文，使复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，以此实现复接及解复接的网络隔离。
[0030]进一步地，通过在IP报文中增加复接类型字段和复接控制字段的方式修改IP报文，所述复接控制字段的内容中包含端口号信息，在IP报文中增加复接类型字段和复接控制字段的方式通过现有技术实现。即在OSI系统传输层处理数据，不破坏原有MAC帧的格式，也完全保留了原有IP报文的内容，处理复杂度较低，而且这个过程中，信道中数据帧增加端口号信息，开销较少。当上述复接类型字段定义为0X8100时，可获得较强的兼容性强。
[0031]更进一步地，所述复接控制字段为自定义，除必须包含端口号信息外，是否包含其他例如是否分段，分段时是第一段还是最后一段，以及对信息的纠错编码等信息自定。若是包含纠错编码信息，则所述对信息的纠错编码采用扩展汉明码。
[0032]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0033]基于IP传输复接器的以太网复用方式数据传输的流向是固定的，不需要再进行人为配置，线路中的数据包由端口号区分，从实现机理上不允许接入网口之间进行通信，实现了不同端口连接的网络之间的隔离。具有以下突出的有益特点:
[0034](I)数据流向固定，用户子网在物理层实现隔离，用户子网之间不需要再进行人为配置连接，大大降低了操作的复杂度，也避免了人为配置容易出错的风险；
[0035](2)在OSI系统传输层处理数据，不破坏原有MAC帧的格式，也完全保留了原有IP报文的内容，降低了处理复杂度；
[0036](3)信道中数据帧增加端口号信息，开销较少；
[0037](4)通过本发明的设计，可达到通过采用类似于帧中继类同步数据传输设备传输数据同样的准确性，而且，本发明的设备可通过网口连接信道，突破了同步传输设备因为自身实现原理上的局限而导致的端口只能为并口而带来的速率受限不超过9Mbps的问题，使得数据传输可根据需要大大提升，甚至达到IOOMbps以上，实现了数据的快速传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0039]图1示出了本发明IP传输复接器工作模式及连接示意图。
[0040]图2示出了本发明IP传输复接器A和B的主要硬件结构。
[0041]图3示出了根据本发明的方法进行数据复接后的以太网信号的基本帧结构。
[0042]图4示出了根据本发明的方法在IP报文中增加的复接类型字段和复接控制字段的一个例子。
【具体实施方式】
[0043]下面将描述本发明的具体实施例。
[0044]附带地，在本【技术领域】内的公共或公知技术被应用到本发明的一部分中，而在本发明的说明书中没有特别地说明或描述。
[0045]而且，下面描述的实施例只是本发明的实施例而已，而本发明并不受限于这些实施例。
[0046]图1为IP传输复接器工作模式，IP传输复接器包括IP传输复接器A和IP传输复接器B，IP传输复接器在应用中必须成对配套使用，IP传输复接器A和IP传输复接器B通过网口连接信道，完成信道双向通信的数据复接及解复接的过程，实现几个接入的以太网子网的业务数据共用信道时隔离传输，作为优选，IP传输复接器A和IP传输复接器B与信道之间，可设置两个网口，用于备份。
[0047]图2示出了 IP传输复接器A和B的主要硬件结构。主要包括背板单元、指示灯单元、以太网接口单元、主控单元、电源单元，其中，
[0048]以太网接口单元，包含所述不同编号的子网接入端口和连接信道侧设备的中继端口，当该传输复接器作为复接端时，所述子网接入端口用于接收以太网子网数据，再将数据发送到主控单元，所述中继端口用于将主控单元复接过后的数据包发送到信道中；当该传输复接器作为解复接端时，所述中继接口用于接收从信道传过来的数据包，再将数据包发送到主控单元，所述子网接入端口用于将主控单元解复接后的数据发送给以太网子网；
[0049]主控单元，用于接收以太网接口单元发送过来的数据，并对数据进行缓存、调度及流量控制，完成数据的复接或解复接后将数据发回以太网接口单元；
[0050]电源单元，用于提供电能；
[0051]背板单元，所述主控单元和以太网接口单元分别插入背板单元相应位置，主控单元和以太网接口单元之间通过背板单元的PCI总线相连；
[0052]指示灯单元，用于设备状态显示。
[0053]如上的IP传输复接器A和B的结构，优先采用CPCI架构。
[0054]为确保接入各子网之间的隔离性良好，以太网接口单元上每一个子网接入端口都有独立的接口变压器，独立的输入输出缓存，从硬件设计上不存在以太网子网接入端口有共享的资源；
[0055]进一步地，以太网接口单元上每一个子网接入端口与主控单元之间拥有4根传输线路，其中2根线用于数据发送，2根线用于数据接收，使数据发送、数据接收有各自的线路，不存在同一以太网子网接入端口收发数据共享资源的情况；同时每一个子网接入端口除了有独立的编号外，还有独立的中断号，实现主控单元对每一路以太网子网接入端口的独立操作。
[0056]工作原理为:IP传输复接器A (或IP传输复接器B)通过其以太网口单元在用户侧接口即各子网接入端口接收数据，然后将数据通过背板单元的PCI数据总线传输给主控单元，主控单元对接收到的数据按照端口进行数据包的复接，使得复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，完成复接后将IP报文发送至信道中进行传输，IP传输复接器B (或IP传输复接器A)将从信道传来的数据包通过其以太网口单元进行接收，并利用其主控单元将接收到的IP报文直接按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给以太网口单元上对应编号的子网接入端口，由此完成IP传输复接器的传输复接与解复接。
[0057]简单地说，IP传输复接器的以太网接口单元接收由以太网数据，数据进入主控单元进行缓存、调度及流量控制。主控单元进行数据处理中，已知的现有技术被用于本发明的通信处理中，另外，对复接和解复接进行了改进，使得复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息字段，具体地，该改进是这样实现的:
[0058]IP传输复接器复接和解复接的方法是通过修改IP报文实现网络隔离的复分接，使修改后的IP报文既携带端口号信息，又能符合IP报文标准结构，。本实施案例中通过增加复接类型字段和复接控制字段，并在复接控制字段的内容包含端口号信息来实现。图3示出了根据本发明的方法进行数据的复接后的以太网信号的基本帧结构。
[0059]因为修改后的IP报文的报文长会增加4字节，对于长度在最大值的IP报文长度有可能超出许可的范围，有可能将IP报文分段，因此要对增加的字段进行合理的定义，作为优选，增加字段要包含以下信息:
[0060](I)复接类型，定义为0X8100 ；
[0061](2)复接控制为自定义，包含端口号，是否分段，分段时是第一段还是最后一段，以及对?目息的纠错编码等彳目息。
[0062]如图4示出了根据本发明的方法在IP报文中增加的复接类型字段和复接控制字段的一个例子
[0063]为了避免信道受到干扰后，复分接控制字段被更改，数字信号传输会有误码，I会变成0，从而造成控制字段错误，例如001变为010，则I 口变为2 口，数据会送到2端口，而造成接收数据被错发到其他端口，在复分接控制字段中加入纠错编码。在设计中，对2个字节的复接控制字段分别进行纠错编码，每个字节的前4个bit为有效信息位，后4个bit为纠错编码。
[0064]本实施案例中，复接控制字段的纠错编码采用扩展汉明码实现。汉明码是一种线性分组码，(7，4)汉明码的信息位为4位，监督位为3位，码距为3，因此(7，4)汉明码可以纠正单比特差错，当一个码字出现2位错误时，就会发生错误的纠正动作。扩展汉明码是对汉明码的整体再进行奇偶校验来实现纠、检错功能。扩展汉明码的纠、检错能力提高到纠正I位错误或同时检测2位错误。
[0065]扩展汉明码的实现原理是将(7，4)汉明码通过加一个总体的奇偶校验位后扩展为(8，4)码，而第8位则是对前7位的偶校验。解码器接收的码字包含4个信息位、3个监督位和I个奇偶校验位； 通过对接收到监督位和校验位进行计算分析，从而判断是否有误。
[0066]纠错编码能够对每Sbit数据实现Ibit误码纠错和2bit误码检错。对于系统误码率为1X10-5的传输系统，加入纠错编码可以保证复分接器不会因为复接控制字段的误码而将数据包转发给其它用户接口。
[0067]在前面的实施例中的IP传输复接器是通过硬件和软件相结合的方法实现。其硬件并不仅限于本实施例中所述的结构形式，本领域内技术人员应该理解取决于本发明的设计需求和其他因素的各种改进、组合、替代组合和替换都在本附加权利要求及其等价物范围之内。
【权利要求】
1.一种IP传输复接器，其特征在于，包含结构相同、成对使用、对应设置于信道两端的IP传输复接器A及IP传输复接器B，数据可在IP传输复接器A及IP传输复接器B之间进行双向传输；所述IP传输复接器A包含若干子网接入的端口，每个端口都有一个不同的端口编号；所述IP传输复接器B包含有与IP传输复接器A个数相同且编号相同的子网接入的端口 ；其中，当数据从IP传输复接器A传输到IP传输复接器B时， IP传输复接器A，用于接收各接入子网的数据并将数据按照端口进行数据包的复接，复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，完成复接后将数据包发送至信道中进行传输; IP传输复接器B，用于接收从信道传过来的数据包并进行数据包的解复接，然后按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给其对应编号的子网接入端口 ； 当数据从IP传输复接器B传输到IP传输复接器A时，上述IP传输复接器A和IP传输复接器B的作用对调； 所述IP传输复接器A及IP传输复接器B与信道之间通过网口连接。
2.根据权利要求1所述的IP传输复接器，其特征在于:在进行数据包的复接时，通过修改IP报文，使复接 后的IP报文携带着数据源的端口号信息。
3.根据权利要求2所述的IP传输复接器，其特征在于，通过在IP报文中增加复接类型字段和复接控制字段的方式修改IP报文，所述复接控制字段的内容中包含端口号信息。
4.根据权利要求3所述的IP传输复接器，其特征在于，所述复接控制字段除包含端口号信息外，还包含对信息的纠错编码，其中，所述纠错编码采用扩展汉明码实现。
5.根据权利要求1所述的IP传输复接器，其特征在于，所述IP传输复接器A和IP传输复接器B，均主要包括背板单元、指示灯单元、以太网接口单元、主控单元、电源单元；其中， 以太网接口单元，包含所述不同编号的子网接入端口和连接信道侧设备的中继端口，当该传输复接器作为复接端时，所述子网接入端口用于接收以太网子网数据，再将数据发送到主控单元，所述中继端口用于将主控单元复接过后的数据包发送到信道中；当该传输复接器作为解复接端时，所述中继接口用于接收从信道传过来的数据包，再将数据包发送到主控单元，所述子网接入端口用于将主控单元解复接后的数据发送给以太网子网； 主控单元，用于接收以太网接口单元发送过来的数据，并对数据进行缓存、调度及流量控制，完成数据的复接或解复接后将数据发回以太网接口单元； 电源单元，用于提供电能； 背板单元，所述主控单元和以太网接口单元分别插入背板单元相应位置，主控单元和以太网接口单元之间通过背板单元的PCI总线相连； 指示灯单元，用于设备状态显示。
6.根据权利要求5所述的IP传输复接器，其特征在于，所述以太网接口单元上每一个子网接入端口都有独立的接口变压器、独立的输入输出缓存，所述以太网接口单元上每一个子网接入端口与主控单元之间的传输线路，数据发送与接收均使用各自不同的线路，同时每一个子网接入端口除了有独立的编号外，还有独立的中断号。
7.—种IP传输复接、解复接的方法，其特征在于，包括如下步骤: 接收各接入子网的数据； 将数据按照端口进行数据包的复接，复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息，完成复接后将数据包发送至信道中进行传输； 接收从信道传输过来的数据包并进行数据包的解复接，然后按照IP报文携带的端口号信息将数据分发给其对应编号的子网接入端口。
8.根据权利要求7所述的IP传输复接、解复接的方法，其特征在于，在进行数据包的复接时，通过修改IP报文，使复接后的IP报文携带着数据源的端口号信息。
9.根据权利要求8所述的IP传输复接、解复接的方法，其特征在于，通过在IP报文中增加复接类型字段和复 接控制字段的方式修改IP报文，所述复接控制字段的内容中包含端口号信息。
10.根据权利要求9所述的IP传输复接、解复接的方法，其特征在于，所述复接控制字段除包含端口号信息外，还包含对信息的纠错编码，其中，所述纠错编码采用扩展汉明码实现。
【文档编号】H04L12/893GK103957170SQ201410089149
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】胡湘江, 席震东, 李康, 黄昆, 陈雪军, 丛波 申请人:中国人民解放军63680部队