CN1311673C - 传送多协议标签交换协议数据单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在一种低层协议上传送高层协议数据单元的方法，公开了一种传送多协议标签交换协议数据单元的方法，使得MPLS网络业务的传输效率、资源利用率、网络性能均得到提高。这种传送多协议标签交换协议数据单元的方法包含以下步骤：A将待发送的多协议标签交换协议数据单元填充到通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中；B将通用成帧规程数据帧通过传输网络传输到目的节点；C在目的节点从通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中取出多协议标签交换协议数据单元。

Description

传送多协议标签交换协议数据单元的方法

技术领域

本发明涉及在一种低层协议上传送高层协议数据单元的方法，特别涉及在通用成帧规程协议基础上传送多协议标签交换协议数据单元的方法。

背景技术

多协议标签交换(Multi-protocol Label Switch，简称“MPLS”)是国际互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force，简称“IETF”)的标准协议。MPLS是基于标签的互联网协议(internet Protocol，简称“IP”)路由选择方法，它属于第三层交换技术，引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径(Label Switch Path，简称“LSP”)完成，它将原本在IP网络的第三层的包交换转换成第二层的交换。

图1示出了MPLS网络结构。MPLS网络101由核心部分的标签交换路由器104(Label Switch Router，简称“LSR”)、边缘部分的标签边缘路由器103(Label Edge Router，简称“LER”)组成。其中LER 103用于分析IP包头，执行第三层网络功能，决定相应的传送级别和LSP，它与外部网络102相连接的，从外部网络102接收外部分组交换数据包105；LSR104用于建立LSP，执行标签交换机制和服务质量保证(Quality of Service，简称“QoS”)，转发MPLS网络10l内部的分组数据包106，它由控制单元和交换单元组成，它处在网络内部，与LER 103和其他LSR 104相连。

MPLS的标签交换工作流程如下：最初由标签分发协议(LabelDistribution Protocol，简称“LDP”)和传统路由协议，比如开发最短路优先协议(Open Shortest Path First，简称“OSPF”)等，在LSR中建立路由表和标签映射表；在网络运行中，首先在MPLS核心网入口处的LER接收外部网络的IP包，完成第三层网络功能，并给IP包加上标签；接着该数据包在LSP中传输，此时LSR不再对分组进行第三层处理，只是根据分组上的标签通过交换单元进行转发，最终达到网络另一端即出口处的LER；最后在MPLS出口处的LER将分组申的标签去掉后按照相应外部网络协议继续进行转发。

由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，因此可支持多种的物理层和数据链路层技术。目前实现了在帧中继(Frame Relay，简称“FR”)、异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称“ATM”)和点到点协议(Point-to-PointProtocol，简称“PPP”)链路以及国际电气电子工程师协会(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，简称“IEEE”)802.3协议的局域网上使用MPLS的业务。采用MPLS技术的网络对于IP业务的转发，简化的层与层之间的路由转发过程，加快MPLS交换速度，提高网络效率，同时能满足不同等级业务的传送，所以说MPLS既有交换机的高速度与流量控制能力，又具备了路由器灵活的功能和服务质量保证机制。

通用成帧规程(General Framing Procedure，简称“GFP”)是国际电信联盟电信标准部(The International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector，简称“ITU-T”)G.7041/Y.1303建议中描述的一种新的成帧协议。GFP在高速数据通信通道上，既可用于固定长度数据包的传递，也可用于可变长度数据包的传递，因为GFP沿用了异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称“ATM”)采用的基于帧头错误校验(Header Error Check，简称“HEC”)进行帧定界的机制。GFP开拓了调制解调器点到点传输的能力，将输入数据流按照顺序排列发送，从而极大的简化了数据链路层的同步和数据帧的分界定位操作。它不像基于高级数据链路控制(High-level Data Link Control，简称“HDLC”)成帧协议所采用的定界机制，即使用报头标志、逃逸字节“7D”、“7E”等，GFP不需要对协议数据单元(Protocol Data Unit，简称“PDU”)进行特定的线路编码，从而减少了对处理它的逻辑电路的要求。GFP可为客户层指派服务质量(Quality of Service，简称“QoS”)管理功能，从而减少了管理开销，这一点比ATM要好。这种较低的执行复杂性使得GFP特别适合高速传输链路，比如同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，简称“SDH”/同步光纤网络(Synchronous Optical Network，简称“SONET”)的点对点协议(Point-to-Point Protocol，简称“PPP”)链路、光传输网络(Optical TransporlNetwork，简称“OTN”)、甚至能够在裸光纤上应用。对于高速数据传输环境，许多传统解决方案，如ATM、帧中继(Frame Relay，简称“FR”)PPP/HDLC、PPP-over-SDH/SONET  (简称“POS”)，并不能适应网络业务发展的需求，而GFP则成为最被看好的替代方案。

图2(a)示出了GFP与网络上下层的关系。从图中可以看出GFP与高层客户数据和GFP与低层传输通道的关系。将GFP分成上下两层，上面一层与客户PDU相关，称为GFP客户定义方面，用于处理客户数据的封装管理，下面一层与客户PDU无关，称为GFP通用方面，用于通道发送接收及控制。

GFP的净负荷开销可以执行多重传送模式在同一个传输通道中进行。一种模式，对应于帧映射的GFP(Frame-Mapped GFP，简称“GFP-F”)最适合包交换环境，此时的资源管理交给资源原始数据客户。这就是用于原始IP、PPP和以太网业务的传送模式。第二种模式，对应于透明GFP(Transparent GFP，简称“GFP-T”)，主要是用于对于时延比较敏感的电路仿真类型的应用，其目的就是在适配层上进行有效的传送。这就是用于光通道(Fibre Channel，简称“FC”)，企业系统连接(Enterprise SystemsConnection，简称“ESCON”)和光纤连接(Fibre Connection，简称“FICON”)业务的传送模型。

目前IP业务等分组交换业务主要是封装后放在FR、PPP/HDLC、POS或ATM中，再跨越基于时分复用(Time Division Multiplexing，简称“TDM”)的核心网络传送的。目前，虽然大多数边缘路由器，特别是在城域和广域网核心的接口逐渐采用STM-16/OC-48c和STM-64/OC-192c SDH/SONET接口，但大多数FR和PPP接口依然工作在DS1，DS3或OC-3c速率上或者以更低的速率传送。以太网和存贮区域网络(Storage Area Networking，简称“SAN”)协议，诸如：FC、ESCON和FICON依然还是按照传统的传输方案，通过供应商独有的专有协议放在公网上传输。而GFP正是采用具有QoS且基于现有标准的机制，通过TDM网络传送以太网/SAN业务，适应了改善数据中心和SAN互连性的要求和基于以太网的虚拟专网以及通过802.1Q/P得到QoS功能的要求不断增加。

根据前述，图2(b)示出了GFP在网络结构中的位置。其中网络底层采用高数据率的光纤网络作为物理媒质，比如波分复用(Wave DivisionMultiplexing，简称“WDM”)、OTN等。然后是建构SONET或SDH网络。在SONET/SDH上可以架构传统的HDLC、ATM或GFP，这里ATM和GFP也可以在建在传输媒质上。传统的网络在HDLC之上建立以太网(Ethernet)等用来承载网络层的IP业务。也可直接在ATM上承载IP业务(IP Over ATM，简称“IPOA”)。然而在GFP上也可以采用以太网模式或者直接承载IP业务、FC、ESCON、FICON等SAN业务。

从上面的叙述中可以看出，目前网络架构采用的是在HDLC等传统数据链路层上承载诸如MPLS这样的分组交换网(Packet Switching Network，简称“PSN”)业务的方法。所以现有的MPLS的数据链路层一般采用HDLC/PPP、FR、ATM、Ethernet等，而在光传送网一般是采用HDLC/PPP的方式。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：数据业务用PPP/HDLC方式封装在光传送网上传送，显得比较复杂、效率低、不灵活，直接影响构建在其上的MPLS网络的性能。

造成这种情况的主要原因在于，目前的MPLS网络采用的传统数据链路层协议或封装方法不能完全满足MPLS网络的要求，也不能适应未来网络业务发展的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种传送多协议标签交换协议数据单元的方法，使得MPLS网络业务的传输效率、资源利用率、网络性能均得到提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种传送多协议标签交换协议数据单元的方法，包含以下步骤：

A将待发送的所述多协议标签交换协议数据单元直接填充到通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中；

B将所述通用成帧规程数据帧通过传输网络传输到目的节点；

C在所述目的节点从所述通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中取出所述多协议标签交换协议数据单元。

其中，所述步骤A还进一步包含以下子步骤：

将所述通用成帧规程数据帧的用户负荷标识符字段的值设置成表示本帧承载多协议标签交换协议数据单元的预定值。

所述表示本帧承载多协议标签交换协议数据单元的预定值为十六进制的0x07。

所述步骤C包含以下子步骤：

去除所述通用成帧规程数据帧的帧头，将所述通用成帧规程数据帧的净荷取出作为所述多协议标签交换协议数据单元。

还进一步包含以下步骤：在将所述多协议标签交换协议数据单元填充到所述负荷信息区字段中以前，对所述多协议标签交换协议数据单元进行编码或压缩；

在从所述负荷信息区字段取出所述多协议标签交换协议数据单元后，对所述多协议标签交换协议数据单元进行解码或解压缩。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于。采用GFP帧格式封装MPLS协议数据单元，同时定义GFP帧的UPI值用于指示该帧承载的是MPLS协议数据单元，并在光传送网上传输。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即采用GFP对MPLS协议数据单元封装，减小了封装开销和封装时延，增加了网络流通量，提高了QoS兼容性，降低了实现和执行的复杂度，提高了MPLS网络性能和服务质量。

附图说明

图1是MPLS网络结构示意图；

图2是GFP与网络上下层的关系及在网络架构中的位置示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的用于封装MPLS协议数据单元的GFP帧格式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明采用GFP协议封装MPLS协议数据单元，并在物理网络上传送，实现MPLS网络业务功能。这样使得MPLS网络结合了GFP的简单、高效、灵活的优点，其性能更加完善。

首先，本发明给出采用GFP协议封装MPLS协议数据单元的帧格式。

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于封装MPLS协议数据单元的GFP帧格式。

如图3(a)所示，GFP帧301按照发送顺序包含帧头302(Core header)和负荷区303(Payload area)两部分。其中帧头302长为32位，用于独立描述GFP帧而不依赖于高层协议数据单元的内容；而负荷区303长度可以是4到65535字节，用于承载高层协议数据单元及相关信息。

更具体的说，帧头302按照发送顺序又包含负荷长度指示(PayloadLength Indicator，简称“PLI”)和帧头错误校验(Core Header Error Check，简称“cHEC”)两个区域。其中PLI长为16位，用于指示负荷区303的字节数；cHEC长为16位，用于检测帧头302部分的数据完整性，采用的是16位的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，简称“CRC”)检测方法

负荷区303按照发送顺序包含负荷头(Payload Header，简称“PH”)304、负荷信息区(Payload Information Area)、负荷帧校验序列(Frame-CheckSequence，简称“FCS”)三部分。其中负荷头304长度可以为4到64个字节，用于支持高层客户数据的数据链路管理规程；负荷信息区和负荷FCS总共长度不能超过65536个字节，其中负荷信息区为被封装的高层客户数据，负荷FCS是可选的，长度为4字节，用于对负荷信息区进行32位的CRC校验。

负荷头304按照发送顺序又包含负荷类型(Payload Type)305、类型HEC(Type HEC，简称“tHEC”)、头扩展区(Extension Header)、扩展HEC(Extension HEC，简称“eHEC”)。其中负荷类型305，长为16位、用于指示GFP帧的负荷信息区的内容和格式；tHEC长为16位，用于检测负荷类型305的数据完整性，可以实现单位纠错和双位检错的功能；头扩展区是可选的，长度可以为0到60个字节，用于支持数据链路技术规范的头信息，比如虚连接标识符、源/目的地址、端口号、服务等级；eHEC同样是可选的，即为对于头扩展区的16位的CRC校验编码。

负荷类型305包含4个部分，按照发送顺序分别为负荷类型标识符(Payload Type Identifier，简称“PTI”)、负荷帧校验序列指示(Payload FCSIndicator，简称“PFI”)、头扩展标识符(Extension Header Identifier，简称“EXI”)和用户负荷标识符(User Payload Identifier，简称“UPI”)其中3位长的PTI用于标识GFP客户帧的类型，PTI取二进制的(000)时为客户数据帧，PTI取二进制的(100)时为客户管理帧；1位长的PFI指示负荷FCS是否存在；4位长的EXI标识头扩展中扩展帧头的类型；8位长的UPI用于指示在GFP帧的负荷信息区中承载负荷的类型。当PTI取二进制的(000)时，即传输的是客户数据帧时，已经定义了以下几种负荷类型：帧映射模式的以太网、帧映射模式的PPP、透明模式的FC、透明模式的FICON透明模式的ESCON、透明模式的千兆以太网、帧映射模式的基于SDH的多址协议(multiple access protocol over SDH，简称“MAPOS”)。其中UPI的取值空间保留的以下值(十六进制)：Ox00和OxFF不可获得、0x07为将来保留、0x09到0xEF为将来标准化保留、0xF0到OxFE为知识产权保留。

下面结合图3(b)详细描述在本发明的一个实施例中将MPLS协议数据单元封装在上述GFP中的方法。将MPLS协议数据单元直接填充为GFP数据帧中的负荷信息区部分。用于封装MPLS协议数据单元的GFP帧按照发送顺序包含以下部分：负荷长度指示、帧头错误校验、负荷头、负荷信息区即MPLS协议数据单元、负荷FCS。其中MPLS协议数据单元按照发送顺序包含MPLS标签和MPLS负荷两部分。经过这样封装以后的GFP帧即可承载MPLS协议数据单元。熟悉本领域的技术人员可以理解，这里MPIS协议数据单元也可以以其他方式填充于GFP帧当中，比如经过编码、压缩之后填充，也可以实现GFP帧对于MPLS协议数据单元的封装，而不影响本发明的实质和范围。

在本发明的一个实施例中，将封装MPLS协议数据单元的GFP帧的UPI定义为值0x07，用于指示该帧承载的是MPLS协议数据单元。熟悉本发明的技术人员可以理解，这里也可以定义GFP帧的UPI值为任意可行值，用于指示该GFP帧承载的是MPLS协议数据单元，而不影响本发明的实质和范围。

在本发明的一个实施例中，在光传送网上传输MPLS业务的方法，包含以下步骤：

首先，对将待传输的MPLS协议数据单元字节封装在GFP帧当中，封装方法可以是将MPLS协议数据单元填充于GFP帧的负荷信息区中，并对GFP帧的其他字段进行赋值；

接着，将GFP帧的UPI字段定义为预定的值，用于指示该帧承载的是MPLS协议数据单元，这里预定的值可以取0x07，也可以为其他可行值；

此后，将封装后的GFP帧在光传送网上传输到目的节点。GFP帧在传播过程中，各个中间节点可以根据UPI字段定义的值识别该帧中承载的是MPLS协议数据单元，便于进行正确的处理。

最后，在目的节点从GFP帧的信息字段取出MPLS协议数据单元。这里是一个解封装的过程，该过程是上述封装过程的逆过程，将GFP帧头去掉，将净荷取出。需要说明的是，以前MPLS只定义了两种承载MPLS的链路层技术——以太网MAC和PPP协议。现在我们增加了GFP作为一种选择，使MPLS能够高效地在SDH/SONET上传送。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，包含以下步骤：

A将待发送的所述多协议标签交换协议数据单元直接填充到通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中；

B将所述通用成帧规程数据帧通过传输网络传输到目的节点；

C在所述目的节点从所述通用成帧规程数据帧的负荷信息区字段中取出所述多协议标签交换协议数据单元。

2.根据权利要求1所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，所述步骤A还进一步包含以下子步骤：

将所述通用成帧规程数据帧的用户负荷标识符字段的值设置成表示本帧承载多协议标签交换协议数据单元的预定值。

3.根据权利要求2所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，所述表示本帧承载多协议标签交换协议数据单元的预定值为十六进制的0x07。

4.根据权利要求1所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，所述步骤C包含以下子步骤：

去除所述通用成帧规程数据帧的帧头，将所述通用成帧规程数据帧的净荷取出作为所述多协议标签交换协议数据单元。

5.根据权利要求1所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，还进一步包含以下步骤：

在将所述多协议标签交换协议数据单元填充到所述负荷信息区字段中以前，对所述多协议标签交换协议数据单元进行编码或压缩；

在从所述负荷信息区字段取出所述多协议标签交换协议数据单元后，对所述多协议标签交换协议数据单元进行解码或解压缩。

6.根据权利要求1所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，所述通用成帧规程在国际电信联盟电信标准部建议G.7041/Y.1303中定义。

7.根据权利要求1所述的传送多协议标签交换协议数据单元的方法，其特征在于，所述传输网络是光传送网。

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