专利名称：利用向量网升级ip网的方法及其数据传送的方法
技术领域：
本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种利用向量网升级IP网的方法及其数据传送的方法。
背景技术：
当今，基于IP的Internet遇到了设计之初没有预料到的许多问题，比如地址资源匮乏，路由表规模大，扩展性不好；网络安全漏洞多，可信任度不高；网络服务质量控制能力弱，不能保证QoS ；转发设备复杂；缺乏有效的管理机制与控制手段；移动接入等问题。虽然IP网在很多技术上也进行了完善，但是不能根本上解决Internet存在的问题，因此单纯的IP网已不能完全适合下一代网络的发展。为了构建下一代网络，Internet的体系结构需要有一种根本性的改变。面对现有网络的主要挑战，多年来许多国家持续投入大量的人力和财力进行下一代网络的研究，积极解决现有网络的重要理论难题和技术挑战，努力开展下一代网络技术创新。国外具有代表性的研究包括美国新一代互联网研究计划FIND和GENI，欧盟新一代互联网研究计划FIRE等。向量网(Vector Network, VN)便是在下一代网络如火如荼的发展背景下应运而生的。向量网基于中国发明专利《一种向量网络地址编码方法》(授权号 ZL200610089302. 6)和中国发明专利申请公开说明书《向量数据通信网上建立向量连接的方法》(授权号ZL200710064804. 8)，集电信网、ATM网、IP网、帧中继、MPLS等技术的优点， 提出“向量连接”和“向量交换”的概念，提出以“身份标识”为主导的五标识体系，并且从信息网络的社会属性出发，以向量网络地址为基础，建立了一套具有分形特征的数据通信网技术体系。它具有简单、无限可扩充性、内在可信、支持QoS，以及自组织、分布式，全面支持移动和多播等特点。与IP网和ATM相比，向量网具有相对比较好的技术优势。由于目前全球范围之内的绝大部分网络基础设施和网络应用都是基于IP技术的，而下一代网络还没有得到大规模部署，人们不可能在很短时间内放弃已经很成熟的现有网络而直接用一种新的网络来代替IP网，所以无论从学术界还是产业界的角度，要彻底抛弃IP网而采用完全新的网络面临很大的挑战。一种可行的平滑过度的机制就是采用新的先进的网络技术来升级现有的IP网，从而能低成本的解决现有网络的一些问题，使得现有的IP网向下一代网络平滑演进。目前，对IP网升级的主要方案包括已经部署的多协议标记交换 (Multi-Protocol Label Switching，MPLS)、正在研究的主机标识协议(Host Identifier Protocol, HIP)和位置标识 / 身份标识分离协议(Locator Identifier Separation Protocol, LISP)等。然而，这些IP网升级方案都有各自的问题。MPLS技术在QoS标签分配信令、解决 VC合并、传输分类业务等许多方面还存在相当大的难点，需要进一步完善；另外，用MPLS技术来升级IP网络，需要将IP网中的所有骨干路由器升级为标签交换路由器，而且需要添加额外的标签边缘路由器，代价显然比较大。HIP的缺点包括HIP不支持组播；需要大量部署RVS以解决主机移动问题，如果利用现有的DNS，需增强动态更新的处理能力；HIP主机之间的通信需要对数据包进行加密和解密，增加了 CPU的额外负担；HIP的主机标志采用扁平结构，不具备合理的商业模型；采用HIP技术对现有IP网络进行升级，需要对所有主机的 TCP/IP协议栈进行修改，部署难度较大，且对Internet影响较大。LISP也存在一些问题， 例如LISP的实现依赖隧道技术，需要在入口隧道路由器处采用查询映射，查询延迟会导致路由器丢弃或者缓存大量分组，容易遭受攻击；边界路由器需要维护流量状态，由此而产生的可靠性和扩展性问题有待解决。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无需对子网内部的节点和主机协议栈进行修改，也无需升级、添加路由器，进而能够大大降低升级成本的利用向量网升级IP网的方法及其数据传送的方法。本发明又一目的在于，提供一种能够降低域间路由复杂程度，缩短域间路由的收敛时间，从而进一步提高网络性能的利用向量网升级IP网的方法及其数据传送的方法。本发明再一目的在于，提供一种能够将子网单独封装，满足分形特征，实现网络可扩展性的利用向量网升级IP网的方法及其数据传送的方法。为了达到上述目的，本发明的采用如下的技术方案一种利用向量网升级IP网的方法，包括以下步骤根据地理位置将整个IP网划分为多个对等组，每个对等组包括至少一个节点；将对等组中与其他对等组内节点直接连接的节点定义为边界设备；每个对等组的边界设备将该对等组升级为相应的向量网等效交换机，每个对等组分别对应一个向量网等效交换机，向量网等效交换机之间组成向量网；数据在对等组内部采用IP网数据传送方式传送，在对等组之间采用向量交换方式通过向量网等效交换机传送。所述的利用向量网升级IP网的方法，每个节点唯一属于一个对等组。所述的利用向量网升级IP网的方法，将对等组升级为一个向量网等效交换机的方法包括在每个对等组的各边界设备上运行向量网协议；根据对等组边界设备之间的连接关系设定向量网等效交换机之间的连接关系。所述的利用向量网升级IP网的方法，向量网协议包括向量网数据交换协议和向量网呼叫寻由协议。所述的利用向量网升级IP网的方法，为每个向量网等效交换机分别定义端口号， 并根据所述向量网等效交换机的端口号与其对应的对等组的边界设备的IP地址关系，为每个对等组建立端口 -IP地址表，并将每个对等组的端口 -IP地址表存储于本对等组的边界设备中。所述的利用向量网升级IP网的方法，利用向量网的拓扑关系，计算各对等组到其他对等组的向量地址，分别建立对等组-向量地址表，并将每个对等组-向量地址表存储于本对等组的边界设备中，其中，所述向量地址的每个分量地址依次代表数据包从信源到信宿所经过的向量网等效交换机的出端口号。所述方法升级后的网络中进行数据传送的方法，信源发出的数据传送到信宿包括以下步骤Sl 信源所在对等组的边界设备根据信源和信宿所在的对等组得到IP数据包从信源到信宿的向量地址；S2 信源发出的IP数据包被传送至信源所在对等组的出边界设备，并由所述出边界设备封装成向量包发送给下一个向量网等效交换机，根据所述的下一个向量网等效交换机对应的对等组，从而确定所述对等组的入边界设备；S3 所述入边界设备将向量包封装为本对等组的IP数据包，在本对等组内传送， 直至本对等组的出边界设备；S4 所述步骤S3中的出边界设备删除本对等组的IP包头，得到向量包，采用向量交换方式通过向量网等效交换机发送给下一个向量网等效交换机，根据所述的下一个向量网等效交换机对应的对等组，从而确定所述对等组的入边界设备；S5 重复步骤S3-S4，直至向量包到达信宿所在对等组的入边界设备；S6 信宿所在对等组的入边界设备删除向量地址，恢复为信源发出的IP数据包， 并转发给信宿。所述的数据传送的方法，步骤Sl中，通过洪泛、层次路由的方法获得IP数据包从信源到信宿的向量地址，或者，根据信源和信宿地址所在的对等组，查找对等组_向量地址表，获得IP数据包从信源到信宿的向量地址。所述的数据传送的方法，步骤S2中的出边界设备封装成向量包包括以下步骤出边界设备将删除第一分量地址后的向量地址作为前缀，连同信源发出的IP数据包一起封装为向量包，经向量网发送给与本对等组出边界设备直接连接的下一个对等组的入边界设备。所述的数据传送的方法，步骤S3包括以下步骤所述入边界设备分离出当前向量地址的第一分量地址后，以此为依据查找本对等组的端口 -IP地址表，确定本对等组的出边界设备；所述入边界设备将本对等组的IP包头作为前缀，连同删除当前向量地址的第一分量地址后的向量包封装为本对等组的IP数据包，发送至本对等组的出边界设备。本发明的有益效果在于(1)本发明根据网络中节点的不同网络功能和特性，提出了通过升级边界设备从而达到升级整个网络的方案。对于整个网络而言，主机节点的数量大大超过边界设备的数量，因此，本发明只对边界设备进行升级，而子网内部的节点和主机协议栈不做任何修改， 可以大大降低升级成本。(2)本发明分析向量网的特性，从中提取出用于升级IP网的技术，包括分形、面向对象和等效交换机技术。可以提高网络的融合性、扩展性和适应性，可以使升级网络便于实现，也可以使升级后的IP网在高层表现为向量网，具备向量网的优点，使升级后的网络更好的满足用户的需求。(3)本发明使用了具有向量交换特征的传送面升级方案，采用向量交换技术代替对等组间的IP转发方法，使得升级后的网络在高层表现为向量网，保留了向量网保证Q0S的优点，可以有效保证大规模网络的性能。(4)本发明利用向量网中等效交换机技术对各个IP子网封装为一个个单独的对象，使得封装后的对象都满足分形特征，从而可以简洁有效地相互通信，实现可扩展性。(5)本发明在IP网络对等组之间采用向量交换，实现简单的转发操作，使域间路由的实现复杂度降低，并能够在很大程度上缩短域间路由的收敛时间，从而进一步提高网络性能。
图1是本发明的IP网物理连接示意图。图2是本发明的对等组划分示意图。图3是本发明图IIP网的控制面分层架构示意图。图4是本发明的数据包经各对等组转发过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。参见图1所示，为IP网物理连接示意图。IP网的节点包括IP终端设备和IP路由器，IP终端设备就是普通IP用户终端，在图中分别以A、B、C表示，作为数据包的发起点和终止点；IP路由器负责拓扑收集和提供寻由服务，同时负责对到达的数据包进行转发。本发明提供一种利用向量网升级IP网的方法，包括以下步骤Sll 根据地理位置将整个IP网划分为多个对等组，每个对等组包括至少一个节点ο在步骤Sll中，按照地理位置将IP网划分成若干个对等组，划分时将地理位置相邻的节点分为一个对等组，每个对等组满足以下要求(1)每一个节点都被划分到一个对等组，即没有不属于某个对等组的节点；(2)每一个节点只属于唯一一个对等组；(3)对等组内部的任意两个节点之间有直接和/或间接链路相连；(4)同一对等组内的任意两个节点之间在本对等组内进行通信。对等组的划分还要考虑到对等组中节点数量，如果节点数量较多，则要求该对等组内设备存储信息的容量较大，由此会带来较大的查表延时，所以一般将对等组划分为一个较适宜的大小。本实施例以IP子网为单位划分对等组(但不限于此划分方式)，将每个IP子网或者由多个IP子网聚合而成的一个更大的IP子网划分为一个对等组，采用这种划分方式，每个对等组中的IP终端设备具有相同的IP地址前缀。参见图2所示，为本发明对等组划分示意图。依据IP子网为单位，将图1中的IP 网划分为5个对等组，每一个对等组都由一个逻辑节点表示，该逻辑节点即向量网等效交换机。本实施例中逻辑节点的标识采用该对等组对应IP子网的网络地址。对等组1的逻辑节点用192. 168. 122. 0标识；对等组2的逻辑节点用212. 202. 144. 0标识；对等组3的逻辑节点用219. 242. 122. 0标识；对等组4的逻辑节点用59. 64. 15. 0标识；对等组5的逻辑节点用211. 221. 123. 0标识。
将一个大的IP网划分成若干个对等组后，为了利用向量网升级IP网，需要在对等组边界设置边界设备，将对等组中与其他对等组内节点直接连接的节点设置为对等组边界设备。S12 将对等组中与其他对等组内节点直接连接的节点定义为边界设备。S13 每个对等组的边界设备将该对等组升级为相应的向量网等效交换机，每个对等组分别对应一个向量网等效交换机，向量网等效交换机之间组成向量网。由于升级后的IP网在对等组内是普通的IP网，在对等组间表现的是向量网的特性，因此边界设备既需要执行普通IP网的协议，同时也要运行边界设备特有的协议，也就是说升级后的网络具备两层架构，底层表现的是普通IP网，高层表现的是向量网。如果网络规模很大，也可以考虑建立多个层次，只有最底层是IP网，其它层次都表现为向量网。将IP网划分为若干对等组后，使得升级IP网更加容易实施。经过划分后的每个对等组内是普通的IP网，运行现有的IP网协议，可以依靠适当轻载维持局部的QoS，容易管理。每个对等组又被升级为一个向量网等效交换机，从整体上看，升级后的网络是由等效交换机组成的向量网，在对等组间表现的是向量网的特性，可以实施向量网的QoS机制，能够简单有效的保证QoS。参见图3所示，为图IIP网的控制面分层架构示意图。本实施例以两层架构为例， 将图1的IP网划分为高层的向量网和底层的对等组，通过对等组1-5的边界设备建立起网络分层架构(控制面分层架构的建立过程不在本发明讨论范围之内)，将每个对等组分别升级为向量网等效交换机，升级后的网络从整体上看是等效交换机组成的向量网。对等组 1具有一个边界设备，用192. 168. 122. 1标识，对等组1升级为向量网等效交换机a ；对等组2具有三个边界设备，分别用212. 202. 144. 1,212. 202. 144. 2和212. 202. 144. 3标识，对等组2升级为向量网等效交换机b ；对等组3具有两个边界设备，分别用219. 242. 122. 1和 219. 242. 122. 2标识，对等组3升级为向量网等效交换机c ；对等组4具有三个边界设备，分别用59. 64. 15. 1,59. 64. 15. 2和59. 64. 15. 3标识，对等组4升级为向量网等效交换机d ；对等组5具有一个边界设备，用211. 221. 123. 1标识，对等组5升级为向量网等效交换机e。分别为每个向量网等效交换机的端口定义端口号，并根据每个向量网等效交换机的端口号与相应对等组边界设备的IP地址关系，为每个对等组建立端口 -IP地址表，并将每个对等组的端口 -IP地址表存储于本对等组的边界设备中。每个对等组的边界设备至少对应一个向量网等效交换机的端口。本实施例中对等组1中边界设备存储的“端口 -IP地址表”如表1所示。
权利要求
1.一种利用向量网升级IP网的方法，其特征在于包括以下步骤根据地理位置将整个IP网划分为多个对等组，每个对等组包括至少一个节点；将对等组中与其他对等组内节点直接连接的节点定义为边界设备；每个对等组的边界设备将该对等组升级为相应的向量网等效交换机，每个对等组分别对应一个向量网等效交换机，向量网等效交换机之间组成向量网；数据在对等组内部采用IP网数据传送方式传送，在对等组之间采用向量交换方式通过向量网等效交换机传送。
2.根据权利要求1所述的利用向量网升级IP网的方法，其特征在于，每个节点唯一属于一个对等组。
3.根据权利要求1所述的利用向量网升级IP网的方法，其特征在于，将对等组升级为一个向量网等效交换机的方法包括在每个对等组的各边界设备上运行向量网协议；根据对等组边界设备之间的连接关系设定向量网等效交换机之间的连接关系。
4.根据权利要求3所述的利用向量网升级IP网的方法，其特征在于，向量网协议包括向量网数据交换协议和向量网呼叫寻由协议。
5.根据权利要求4所述的利用向量网升级IP网的方法，其特征在于，为每个向量网等效交换机分别定义端口号，并根据所述向量网等效交换机的端口号与其对应的对等组的边界设备的IP地址关系，为每个对等组建立端口 -IP地址表，并将每个对等组的端口 -IP地址表存储于本对等组的边界设备中。
6.根据权利要求5所述的利用向量网升级IP网的方法，其特征在于，利用向量网的拓扑关系，计算各对等组到其他对等组的向量地址，分别建立对等组_向量地址表，并将每个对等组-向量地址表存储于本对等组的边界设备中，其中，所述向量地址的每个分量地址依次代表数据包从信源到信宿所经过的向量网等效交换机的出端口号。
7.一种在利用权利要求6所述方法升级后的网络中进行数据传送的方法，其特征在于，信源发出的数据传送到信宿包括以下步骤51信源所在对等组的边界设备根据信源和信宿所在的对等组得到IP数据包从信源到信宿的向量地址；52信源发出的IP数据包被传送至信源所在对等组的出边界设备，并由所述出边界设备封装成向量包发送给下一个向量网等效交换机，根据所述的下一个向量网等效交换机对应的对等组，从而确定所述对等组的入边界设备；53所述入边界设备将向量包封装为本对等组的IP数据包，在本对等组内传送，直至本对等组的出边界设备；54所述步骤S3中的出边界设备删除本对等组的IP包头，得到向量包，采用向量交换方式通过向量网等效交换机发送给下一个向量网等效交换机，根据所述的下一个向量网等效交换机对应的对等组，从而确定所述对等组的入边界设备；55重复步骤S3-S4，直至向量包到达信宿所在对等组的入边界设备；56信宿所在对等组的入边界设备删除向量地址，恢复为信源发出的IP数据包，并转发给信宿。
8.根据权利要求7所述的数据传送的方法，其特征在于，步骤Sl中，通过洪泛、层次路由的方法获得IP数据包从信源到信宿的向量地址，或者，根据信源和信宿地址所在的对等组，查找对等组-向量地址表，获得IP数据包从信源到信宿的向量地址。
9.根据权利要求7所述的数据传送的方法，其特征在于，步骤S2中的出边界设备封装成向量包包括以下步骤出边界设备将删除第一分量地址后的向量地址作为前缀，连同信源发出的IP数据包一起封装为向量包，经向量网发送给与本对等组出边界设备直接连接的下一个对等组的入边界设备。
10.根据权利要求7所述的数据传送的方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤所述入边界设备分离出当前向量地址的第一分量地址后，以此为依据查找本对等组的端口 -IP地址表，确定本对等组的出边界设备；所述入边界设备将本对等组的IP包头作为前缀，连同删除当前向量地址的第一分量地址后的向量包封装为本对等组的IP数据包，发送至本对等组的出边界设备。
全文摘要
一种利用向量网升级IP网的方法，根据地理位置将整个IP网划分为多个对等组；在对等组边界设置边界设备，对等组通过所述边界设备直接或间接连接；每个对等组的边界设备将该对等组升级为相应的向量网等效交换机，每个对等组分别对应一个向量网等效交换机，向量网等效交换机之间组成向量网；本发明还提供一种在利用上述方法升级后的网络中进行数据传送的方法，数据包在对等组内部采用IP网数据传送方式传送，在对等组之间采用向量交换方式通过向量网等效交换机传送。本发明提供的技术，为IP网的升级改造提供了一种低成本高效率的方案。
文档编号H04L12/56GK102223249SQ201110155590
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者梁满贵, 王哲, 蒋忠元, 赵阿群, 郭东超 申请人:北京交通大学