专利名称：Ip电信网数据帧封装方法
技术领域：
本发明涉及数据交换网络，特别涉及网络链路层帧封装方法。
技术背景目前，电信网技术正处在一个发展的转型时期，为了真正适应话音、数据、视频等多种业务有效的传送，电信网技术经过了 ISDN、 ATM等技术探索。随着IP技术的高速发展，人们认识到下一代电信 网发展的方向应该充分借鉴IP网技术，应该是IP技术和电信网技术 的有机融合，于是提出了IP电信网概念。IP电信网是一种新型电信 网络，其主要思想是在数据网技术基础上，在网络内部，通过有序化 地址和静态化路由表，省去复杂的动态路由协议，简化核心节点设备 的复杂度，提高传输效率，通过增强网络管理功能，增强网络的管理 性和运维性。在网络边缘，通过边缘关口设备和地址转换设备进行地 址转换，把现有外网网络(如IP网等)有效接入网内。参见中国发 明专利公开说明书发明名称IP电信网系统及其实现方法；公开号 CN 1578238A;
公开日2005年2月9曰。要使这种新型IP电信网能够适应不同的线路，在链路层达到可 靠、高效和便于设备实现，同时又具有良好的可扩展性，便于实现对 各种数据包的承载和处理，目前现有的各种帧结构(如HDLC、 FR、 以太等)都不能实现这些功能。 发明内容本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术不能适应IP电 信网数据封装的缺点，提供一种新的帧结构以及利用这个帧结构来实 现IP电信网的链路层功能。本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，IP电信网数据 帧封装方法，所述数据帧由定长的帧头字段，不定长信息字段以及定 长的帧校验字段三部分组成；其特征在于，包括以下步骤a. 在所述帧头字段中设置标识字段和类型字段；b. 以所述标识字段定义帧的传播形式；C.以所述类型字段定义帧的信息类型；具体的是，所述步骤b中，帧的传播形式分为单播、组播和广播; 进一步的是，所述步骤c中，信息类型分为测试帧类型、链路控 制协议帧类型和信息协议类型；更进一步的是，所述测试帧类型包括线路测试帧和线路测试响应帧；更进一步的是，所述链路控制协议帧类型包括可靠链路控制协议 帧和精简链路控制协议控制帧；更进一步的是，所述信息协议类型包括压縮/安全协议帧、连接 型网络协议帧和无连接型网络协议帧。本发明的有益效果是，能够适应不同的线路，在链路层达到可靠、 高效和便于设备实现的目的，同时又具有良好的可扩展性，便于实现 对各种数据包的承载和处理；能够在各种点对点物理信道上方便、高 效地实现链路层的传送功能；能够方便高效可靠地完成链路控制功能 和上层各类分组的传送。
图1是链路层帧格式示意2是可靠链路控制协议帧结构示意图；图3是精简链路控制协议保活命令控制帧结构示意图；图4是线路测试帧结构示意图。
具体实施方式
本发明是为了解决链路协议处理上多功能性、高效性、高灵活性 和高扩展性问题，使得通过硬件能够方便地实现它们。本发明的帧结 构上设置了一个标识字段，通过这个字段，这个帧就可以方便地在IP 电信网中，在点对点线路上实现单播、组播和广播功能。这个功能能 够避免单播方式在处理一点对多点业务时的多次重复动作，提高组播 和广播业务的处理效率。本发明的帧结构上设置了一个类型字段，通过这个字段支持线路 测试功能、链路控制功能、以及各种协议包的识别功能。在线路测试 功能方面既支持线路状态测试，又支持线路质量测试功能。在链路控 制功能方面，针对不同传输质量的物理线路特性，既支持具有收发序
号机制和重发纠错功能的可靠链路控制协议功能，又支持传输高效的 精简链路控制协议功能。本发明的帧结构由定长的帧头字段、不定长信息字段、以及定长 的帧校验字段三部分组成，如图1所示。其中，帧头由以下字段组成-定长的标识字段；定长的类型字段。帧头中的标识字段标识本帧是点到点的单播帧、还是点到多点组 播帧和广播帧。标识字段的设立使网络中节点设备能够便于在点对点 类型的物理信道上对各类业务如单播、组播和广播分别进行处理。标识字段可以用2个字节表示，定义如下全0:单播全l:广播其它组播，其值为组播组号帧头中的类型字段，标识不定长度的帧的载荷信息类型，包括测 试帧类型、链路控制协议帧类型、信息协议类型。线路测试帧类型可 以是线路测试帧和线路测试响应帧；线路测试主要是指以单帧测试为 特点的线路状态测试和以一组连续帧为特点的线路质量测试。链路控 制协议帧类型可以是简单链路控制协议帧和可靠链路控制协议控制 帧。信息协议类型包括压縮/安全协议，以及网络层协议。对于网络 层协议又细分为连接型网络协议，无连接型网络协议，或其它网络协 议。类型字段可以用1个字节，采用如下定义 0x00:可靠链路控制协议 0x01:线路测试帧 0x02:线路测试向应帧 0x03 0x07保留0x08 0x0F:精简链路控制协议控制帧 0xl0 0xlF:精简链路控制协议下压缩/安全协议 0x20 0x3F:保留0x40 0x5F:精简链路控制协议下连接型网络协议 0x60 0x7F:精简链路控制协议下无连接型网络协议 0x80 0xFF:保留可靠链路控制协议帧由类型字段值仅采用"0x00"标识。可靠链 路控制协议的控制帧类型和信息协议类型由载荷信息字段进一步标识。精简链路控制协议控制帧由类型字段值0x08 0x0F标识。可以 定义8种协议控制帧。压縮/安全协议，标识信息字段是何种压縮格式或何种安全协议。 0xl0 0xlF可以定义16种不同压縮算法或安全协议，它们工作于精 简链路控制协议下。连接型网络协议由类型值0x40 0x5F标识。它们分别标识这些 协议的命令和数据，它们工作于精简链路控制协议下。无连接型网络协议由类型值0x60 0x7F标识。它们分别标识这 些协议在64、 96和128字节网络地址长度下的数据分组、控制分组 和管理分组。其它保留为将来扩展使用。不论是可靠链路协议还是精简链路协议，每个帧都必须进行FCS (帧校验)进行错误检测，FCS码用2个字节表示。对于FCS错帧，本发明的帧结构提供一套"线路测试"机制，设备维护人员可以 通过设备监控命令或网管命令来完成线路状态测试和线路质量测试功能。本发明的帧结构对于传输质量较好的线路，可以采用精简链路控 制协议。精简链路控制协议提供一套"保活"(Keep alive)机制来监 测维护链路状态。没有序号监测和错帧重发，最大限度地简化链路控 制开销，便于硬件实现，具有很高的帧传输效率。本发明的帧结构在 精简链路控制协议下，通过帧头部分来识别三层信息协议类型，能够 直接在链路层实现上层分组或压縮/安全包的传送。通过固化(固定 长度)各种分组类型格式，降低硬件实现难度和实现成本。本发明的帧结构在可靠链路控制协议下，通过实现帧差错控制和 纠错功能，能够实现链路层上的可靠传输。可靠链路控制协议的帧结 构如图2所示，可靠链路控制协议帧由类型字段值等于"OxOO"标识。
可靠链路控制协议的控制帧类型和信息协议类型由信息字段进一步 标识， 一般信息字段包括两部分信息头(C)和信息部分(I); C 部分有7种类型的信息头，分为6种控制帧(包括控制命令帧和响应 帧)信息头和1种信息帧信息头，具体定义如下I帧表示当前帧为可靠链路控制协议的信息帧类型，其中具体 信息协议类型可在信息部分(I)的第1个字节表示(在图中没有进 行说明)；RR帧表示可以接收下一个信息的控制帧； RNR帧表示暂不能接收下一个信息帧的控制帧； REJ帧表示拒绝接收当前信息帧的控制帧； SABM帧表示请求和对方建立链路连接的控制帧； DISC帧表示拆除当前链路的控制帧； UA帧表示确认控制帧。其中NS表示当前发送序号，NR表示接收序号，S表示当前帧 的状态，即要求响应或不要求响应。可靠链路协议的主要功能和工作原理如下所述，主要分为以下功能阶段链路建立当设备加电后，发送SABM帧请求和对方建立链路连接。当接 收到UA帧或SABM帧时，链路建立。当发送方发送SABM帧后， 一定时间内没有收到UA或SABM帧时，要重发SABM，直至收到 UA或SABM。数据传送链路建立后，任何一方都可以发送带收发序号的信息帧。收发序 号在0 7之间连续变化，每发送一个信息帧，发送序号NS加1;每 接收一个信息帧，接收序号NR加1。当接收方接收到一个信息帧后， 要发送一个RR、 RNR或REJ帧进行确认，分别标识可以接收下一个 信息帧、暂不能接收下一个信息帧或拒绝接收当前信息帧，或者发送 一个信息帧进行捎带确实。错误纠正发送方发送信息帧后， 一定时间内没有收到确认帧，则认为该帧
可能由于线路误码等原因已丢失，这时需要通过重发该信息帧来纠正 这个错误。另外，在非逐帧确认工作时，当接收到发送序号出错的信息帧时，通过拒收帧REJ，也可以要求发送方重发REJ指定的信息帧，以纠正丢帧的错误。 链路拆除任何一方可以通过DISC帧拆除该链路。链路拆除功能通过在网 管命令控制下完成。发送方发送DISC命令后， 一定时间内没有收到 UA响应或DISC命令，要重发DISC帧，直至收到UA或DISC帧为 止，或重发DISC帧有限次后，链路拆除完成。可靠链路协议通过序号机制和重发机制，能够纠正线路错误，使 帧能够在传输质量不好的线路上进行可靠的传送。本发明的精简链路控制协议没有链路建立过程，也没有收发序号 控制机制和帧重发机制。精简链路控制协议的工作原理如下设备加电运行后，要立即发送，并且以后要定期发送帧结构如图 3所示的"保活"(keep alive)帧，保活帧类型用"0x08"表示。设备接收到"保活"帧后，就认为链路是可用的。这时可以发送 图1中信息类型字段为信息协议类型标识的任何信息帧，如压縮/安 全协议、连接型网络协议和无连接型网络协议等分组。设备在一定时间内没有接收到"保活"帧，则认为该链路目前已 不可用。此时，要停止所有信息帧的发送，直至重新接收到对方的"保 活"帧为止。精简链路控制协议下的控制帧类型还包括基于不同信息协议的 控制帧，其帧结构在这里不再进行说明。本发明的线路测试功能，无论设备工作在可靠链路控制协议或者 是精简链路控制协议下都可以采用。线路测试功能可以在命令控制下 发送一条信息类型为"0x01"、序号为0的线路状态测试命令帧或者 是一组信息类型为"0x01"、序号为非0 (序号连续)的线路质量测 试命令帧，设备接收到线路测试命令帧后，要立即返回仅更改了信息 类型字段(信息类型为"0x02")的线路测试响应帧，帧结构如图4 所示。发送命令方通过检査接收到的响应帧来判断此时线路状态和传
本发明的帧结构与具体定界成帧技术无关，可以采用标志(Flag) 定界成帧技术(如HDLC、 AHDLC的成帧技术)、头同步长度定界 成帧技术(如GFP、 ATM的成帧技术)、以及前导码长度定界成帧技 术(如Ethernet成帧技术)等任何定界成帧技术。图1 图4所示的 帧结构省略了定界成帧技术的相关标志字段，特此说明。
本发明的帧结构适合于任何点对点物理信道。本发明的帧结构具 有良好的与承载信息无关性，能够承载任何上层协议。关于本实施方式中，关于各个字段中的定义的值，仅仅是实施例， 并不构成对本发明的限制。
权利要求
1. IP电信网数据帧封装方法，所述数据帧由定长的帧头字段， 不定长信息字段以及定长的帧校验字段三部分组成；其特征在于，包 括以下步骤a. 在所述帧头字段中设置标识字段和类型字段；b. 以所述标识字段定义帧的传播形式； C.以所述类型字段定义帧的信息类型。
2. 根据权利要求1所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述步骤b中，帧的传播形式分为单播、组播和广播。
3. 根据权利要求1或2所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在于，所述步骤c中，信息类型分为测试帧类型、链路控制协议帧类型和信息协议类型。
4. 根据权利要求3所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述测试帧类型包括线路测试帧和线路测试响应帧。
5. 根据权利要求3所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述链路控制协议帧类型包括可靠链路控制协议帧和精简链路控 制协议控制帧。
6. 根据权利要求5所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述精简链路控制协议控制帧包括链路保活控制帧。
7. 根据权利要求5所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述可靠链路控制协议帧的控制帧类型和信息协议类型由信息字 段进一步标识。
8. 根据权利要求3所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述信息协议类型是指工作于精简链路控制协议时的协议帧类型。
9. 根据权利要求8所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征在 于，所述信息协议类型包括压縮/安全协议帧、连接型网络协议帧和 无连接型网络协议帧。
10. 根据权利要求3所述的IP电信网数据帧封装方法，其特征 在于，所述信息协议类型包括压縮/安全协议帧、连接型网络协议帧 和无连接型网络协议帧。
全文摘要
本发明涉及数据交换网络，特别涉及网络链路层帧封装方法。本发明针对现有技术不能适应IP电信网数据封装的缺点，提供一种新的帧结构以及利用这个帧结构来实现IP电信网的链路层功能。本发明采用的技术方案是，IP电信网数据帧封装方法，包括以下步骤a.在所述帧头字段中设置标识字段和类型字段；b.以所述标识字段定义帧的传播形式；c.以所述类型字段定义帧的信息类型；本发明的有益效果是，能够适应不同的线路，在链路层达到可靠、高效和便于设备实现的目的。具有良好的可扩展性，便于实现对各种数据包的承载和处理。能够在各种点对点物理信道上实现链路层的传送功能，完成链路控制功能和上层各类分组的传送。
文档编号H04L1/16GK101123481SQ20071009098
公开日2008年2月13日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年8月10日
发明者陈一山 申请人:成都迈普产业集团有限公司