專(zhuān)利名稱(chēng)：一種定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，尤其是涉及用于交換機(jī)內(nèi)部的信元適配方法。
定長(zhǎng)分組交換是指分組長(zhǎng)度固定的分組交換方法，尤其適合于快速處理。長(zhǎng)度固定的分組稱(chēng)為信元。定長(zhǎng)分組交換過(guò)程可分為兩個(gè)過(guò)程適配過(guò)程和交換過(guò)程。其中，適配過(guò)程可再分為匯聚過(guò)程和分段與重組過(guò)程。在匯聚過(guò)程中，發(fā)送方根據(jù)匯聚協(xié)議，形成匯聚信息，所述匯聚信息內(nèi)容包含幀長(zhǎng)、幀校驗(yàn)信息，然后將匯聚信息與IP數(shù)據(jù)包結(jié)合，并加入填充字節(jié)，使最后得到的匯聚層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(CS-PDU)的幀長(zhǎng)為4字節(jié)的整數(shù)倍；接收方則根據(jù)匯聚信息，將IP數(shù)據(jù)包從CS-PDU中提取出來(lái)。在分段與重組過(guò)程中，發(fā)送方將CS-PDU分段成若干定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊，并將他們放到有相同信元頭標(biāo)記的信元中；同時(shí)為了交換后接收方能正確地將這些定長(zhǎng)的單位重新組合成幀，有時(shí)還要將與分段相關(guān)的一些信息也和CS-PDU放到一起傳送給接收方，所述分段信息用于指示該信元所攜帶的數(shù)據(jù)在CS-PDU中的位置，至少要能指示該信元是否包含CS-PDU的結(jié)束或開(kāi)始字段；接收方接收到各段數(shù)據(jù)后根據(jù)信元頭標(biāo)識(shí)和分段信息將他們重組為幀。
在現(xiàn)有技術(shù)中，定長(zhǎng)分組交換通常是采用異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)的適配方法。ATM也是一種基于信元的交換和復(fù)用技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)綜合與高速傳送的目標(biāo)，被國(guó)際電信聯(lián)盟-電信組織(ITU-T)選為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(BISDN)中的轉(zhuǎn)移模式。ATM傳送信息的基本載體是ATM信元，ATM信元是定長(zhǎng)的，只有53字節(jié)，分為信頭和凈荷兩部分，信頭為5字節(jié)，凈荷為48字節(jié)。根據(jù)ITU-T的建議I.321，BISDN協(xié)議參考模型分成三個(gè)功能層物理層、ATM層和ATM適配層(AAL)。ITU-T根據(jù)各種業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，將業(yè)務(wù)分成4類(lèi)，并相應(yīng)地定義了AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。
AAL5分成兩個(gè)子層匯聚子層(CS)和分段與重組子層(SAR)，CS又分成兩個(gè)子層公用子層(CPCS)和業(yè)務(wù)特定子層(SSCS)。
AAL5的CPCS-PDU的格式如下--------------------------------------------|IP凈荷 | PAD | CPCS-UU | CPI | LEN | CRC |--------------------------------------------|<---------幀尾------------>|PAD(0-47Byte)填充節(jié)，保證CPCS-PDU長(zhǎng)度為4字節(jié)(Byte)的整數(shù)倍；CPCS-UU(1Byte)CPCS-用戶(hù)至用戶(hù)，主要用來(lái)識(shí)別和區(qū)別不同用戶(hù)；CPI(1Byte)公共標(biāo)識(shí)符，用于指示所使用的CPCS規(guī)程，固定為00000000；LEN(2Byte)IP凈荷長(zhǎng)度；CRC(4Byte)CPCS-PDU的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。
ATM適配方法的不足之處在于，在一個(gè)信元中，不能連續(xù)封裝不同的CS-PDU，因此，當(dāng)IP數(shù)據(jù)包長(zhǎng)略小于信元長(zhǎng)度的整數(shù)倍時(shí)，需要加大量的填充而使封裝效率下降，帶寬利用率劇降。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，44Byte長(zhǎng)度的IP數(shù)據(jù)包在Internet流量中占30％，如果將44Byte長(zhǎng)度的IP數(shù)據(jù)包適配到AAL5上，則需要另加44Byte的填充和8Byte AAL5幀尾，這樣帶寬利用率在50％以下。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種可以有效地減少適配封裝所造成的開(kāi)銷(xiāo)，提高帶寬利用率的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，包括數(shù)據(jù)匯聚過(guò)程，數(shù)據(jù)分段過(guò)程，數(shù)據(jù)交換過(guò)程和數(shù)據(jù)重組過(guò)程，其特征在于所述數(shù)據(jù)分段過(guò)程進(jìn)一步包括如下步驟(1)將本匯聚層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(CS-PDU)按信元可分配凈荷長(zhǎng)度分段，依次分配至信元；(2)判斷本次CS-PDU分段得到的最后一個(gè)信元的凈荷是否全部被使用，如果不是，則進(jìn)入步驟(3)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(3)判斷距離上一次分段操作的時(shí)間間隔是否已超過(guò)設(shè)定值，如果不是，則進(jìn)入步驟(4)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(4)利用該信元的剩余凈荷部分放置下一個(gè)CS-PDU的內(nèi)容，返回步驟(1)；(5)在該信元中不再放置其他的CS-PDU的內(nèi)容，本次分段操作結(jié)束，進(jìn)行下一個(gè)CS-PDU的分段操作，并返回步驟(1)。
根據(jù)本發(fā)明的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于在重組過(guò)程中，為了能正確識(shí)別放在同一個(gè)信元內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)CS-PDU，采用了“對(duì)同一信元內(nèi)的不同幀之間進(jìn)行定界”的方法，即，在信元中使用一個(gè)域來(lái)指示這個(gè)信元內(nèi)各個(gè)CS-PDU間的分界線(xiàn)。所述重組過(guò)程包括以下步驟a、根據(jù)所述信元的信息域中的信息找到CS-PDU的起始位置；b、依次將信元中的該CS-PDU分段數(shù)據(jù)取出重組；c、當(dāng)完成了一個(gè)CS-PDU的重組后，檢查該信息域，判斷對(duì)應(yīng)這個(gè)CS-PDU的一組信元中的最后一個(gè)信元是否進(jìn)行了“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”的操作，如果是，則根據(jù)該信息域的指示，在那個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b，如果不是，則在下一個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b。
根據(jù)本發(fā)明的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述的匯聚過(guò)程包括形成具有IP凈荷、填充節(jié)以及幀尾信息的CS-PDU，以支持分段過(guò)程中的“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”。
根據(jù)本發(fā)明的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述分段過(guò)程中，是通過(guò)帶有信元頭標(biāo)識(shí)符、凈荷類(lèi)型標(biāo)識(shí)符和凈荷長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)符的信元來(lái)承載CS-PDU的，以實(shí)現(xiàn)“對(duì)同一信元內(nèi)的不同幀之間進(jìn)行定界”。
實(shí)施本發(fā)明的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，通過(guò)“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”的方案，使得在同一個(gè)信元內(nèi)可以連續(xù)放置多個(gè)CS-PDU，減少了適配封裝所造成的開(kāi)銷(xiāo)，從而很好地解決定長(zhǎng)分組交換中存在的帶寬浪費(fèi)問(wèn)題，提高了帶寬利用率。
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法是在AAL5基礎(chǔ)上的改進(jìn)，包括數(shù)據(jù)匯聚過(guò)程，數(shù)據(jù)分段過(guò)程，數(shù)據(jù)交換過(guò)程和數(shù)據(jù)重組過(guò)程。
在匯聚過(guò)程中，CPCS-PDU包括IP凈荷、填充節(jié)(PAD)和幀尾，其格式如下-----------------------| IP凈荷 | PAD | 幀尾 |-----------------------其中PAD為0-3Byte，用以保證CPCS-PDU長(zhǎng)度為4字節(jié)的整數(shù)倍，PAD內(nèi)容不做規(guī)定。
AAL5的CPCS-PDU的幀尾原有8Byte，由于是系統(tǒng)內(nèi)部的交換，誤碼率很低，并且芯片之間都有奇偶校驗(yàn)，因此，可以去掉幀尾中的CPCS-UU、CPI和CRC，而采用簡(jiǎn)化的幀尾包括幀凈荷長(zhǎng)度標(biāo)志符(LEN)、下一幀是否在本信元結(jié)束標(biāo)志符(NEXT)和下一幀結(jié)束位置指示符(NEPTR)。
幀尾的字節(jié)數(shù)可以根據(jù)需要而使用，一般在2字節(jié)至4字節(jié)之間。當(dāng)使用2字節(jié)幀尾時(shí)，可以采用如下的格式
LEN幀凈荷長(zhǎng)度標(biāo)志符(單位為Byte)；
NEXT下一幀是否在本信元結(jié)束標(biāo)志符，為0表示這個(gè)信元中的下一幀還未結(jié)束，為1表示這個(gè)信元中還有另外一個(gè)完整的幀；NEPTR下一幀結(jié)束位置指示符，包括AAL幀尾，單位為長(zhǎng)字(4Byte)；如果NEPTR＝0表示信元中的下一幀還未結(jié)束，如果NEPTR＝0×f表示信元中沒(méi)有更多的幀了。
由于限定了LEN為11個(gè)bit，NEPTR為4個(gè)bit，因此要求幀總長(zhǎng)不超過(guò)2K字節(jié)，信元凈荷不超過(guò)15個(gè)長(zhǎng)字(60字節(jié))。
當(dāng)使用4字節(jié)的幀尾時(shí)，可以采用如下格式
由于限定了LEN為16個(gè)bit，NEPTR為7個(gè)bit，因此要求幀總長(zhǎng)不超過(guò)64K字節(jié)，信元凈荷不超過(guò)127個(gè)長(zhǎng)字(508字節(jié))。
在分段過(guò)程中，采用了“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”的方法。如

圖1所示，分段過(guò)程包括以下步驟(1)將本匯聚層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(CS-PDU)按信元可分配凈荷長(zhǎng)度分段，依次分配至信元；(2)判斷本次CS-PDU分段得到的最后一個(gè)信元的凈荷是否全部被使用，如果不是，則進(jìn)入步驟(3)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(3)判斷距離上一次分段操作的時(shí)間間隔是否已超過(guò)設(shè)定值，如果不是，則進(jìn)入步驟(4)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(4)利用該信元的剩余凈荷部分放置下一個(gè)CS-PDU的內(nèi)容，返回步驟(1)；(5)在該信元中不再放置其他的CS-PDU的內(nèi)容，本次分段操作結(jié)束，進(jìn)行下一個(gè)CS-PDU的分段操作，并返回步驟(1)。
在數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，承載同一個(gè)CS-PDU中的所有信元都在一個(gè)順序信元流中傳輸。如果同一個(gè)發(fā)送端口多于一個(gè)CS-PDU使用具有相同信元頭標(biāo)識(shí)的信元進(jìn)行交換，要按不同的CS-PDU依次順序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
為了在重組過(guò)程中能正確識(shí)別放在同一個(gè)信元內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)CS-PDU，本發(fā)明采用了“對(duì)同一信元內(nèi)的不同幀之間進(jìn)行定界”的方法，以信息域的方式來(lái)指示信元內(nèi)各CS-PDU間的分界線(xiàn)，該信息域置于信元內(nèi)。信元可以采用如下格式
其中信元頭包括信元頭標(biāo)識(shí)符(TAG)、凈荷類(lèi)型標(biāo)識(shí)符(PTI)和凈荷長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)符(CEPTR)。與AAL5的幀定界方式相比，除了使用PTI，即用信元頭中的PTI＝0×1B表示幀的最后一個(gè)信元，PTI＝0×0B表示幀開(kāi)始或中間信元，另外，還增加了表示凈荷長(zhǎng)度的參數(shù)CEPTR，當(dāng)PTI＝0×1時(shí)，CEPTR指示CPCS域在信元中長(zhǎng)字?jǐn)?shù)。CEPTR和PTI合在一起構(gòu)成分段信息域。
信元頭除了TAG、CEPTR、PTI外還可以包含其他內(nèi)容。CEPTR取4bit至7bit，具體取決于使用的信元凈荷的大小，當(dāng)信元凈荷超過(guò)15個(gè)長(zhǎng)字時(shí)，應(yīng)該用7bit。
當(dāng)待傳輸數(shù)據(jù)不能填滿(mǎn)信元的全部?jī)艉蓵r(shí)，凈荷剩余部分填充任意數(shù)據(jù)。
例如設(shè)交換機(jī)使用的信元凈荷長(zhǎng)度為48字節(jié)，它的端口A在某一時(shí)刻收到了一個(gè)IP包IP1，隨后又接連收到4個(gè)IP包IP2～I(xiàn)P5。這5個(gè)包的長(zhǎng)度分別為60、33、30、60、30，并且都使用相同的信元頭TAG＝0×21。則這些包分段出來(lái)信元如下信元一
信元二
信元三
信元四
信元五
在重組過(guò)程中，接收方接收到各段數(shù)據(jù)后根據(jù)信元頭標(biāo)識(shí)和分段信息將他們重組為幀。重組過(guò)程包括如下步驟a、根據(jù)所述信元的信息域中的信息找到CS-PDU的起始位置；
b、依次將信元中的該CS-PDU分段數(shù)據(jù)取出重組；c、當(dāng)完成了一個(gè)CS-PDU的重組后，檢查該信息域，判斷對(duì)應(yīng)這個(gè)CS-PDU的一組信元中的最后一個(gè)信元是否進(jìn)行了“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”的操作，如果是，則根據(jù)該信息域的指示，在那個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b，如果不是，則在下一個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b。
本發(fā)明并不限于ATM信元，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部交換，還可以定義一些特殊的信元格式。如ATM端口控制器(APC)的UTOPIA-II接口可以通過(guò)軟件配置為擴(kuò)展信元模式。在擴(kuò)展信元模式下，每個(gè)信元64Byte，APC可以不再用VPI/VCI查表，而直接用LUX3作為虛信道(VC)表的索引，不再做信元頭切換，信元頭(GFC/VPI/VCI〕和UDF2可以通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鞯搅硗庖粋€(gè)端口。此時(shí)信元頭和UDF2域可以用來(lái)傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)凈荷，而原來(lái)的信元頭轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)UX3，這樣凈荷可以增加4Byte，由48Byte增加到52Byte。本發(fā)明可以很好地解決IP定長(zhǎng)交換存在著帶寬浪費(fèi)問(wèn)題。各種長(zhǎng)度的IP數(shù)據(jù)包在任何長(zhǎng)度的信元上的交換，使用本發(fā)明都可以達(dá)到盡可能高的帶寬利用率。同時(shí)該發(fā)明可用甚高速集成電路硬件描述語(yǔ)言(VHDL)描述，很容易在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)中實(shí)現(xiàn)，綜合出來(lái)的電路簡(jiǎn)單，也易于做在專(zhuān)用集成電路(ASIC)中。
權(quán)利要求
1.一種定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，包括數(shù)據(jù)匯聚過(guò)程，數(shù)據(jù)分段過(guò)程，數(shù)據(jù)交換過(guò)程和數(shù)據(jù)重組過(guò)程，其特征在于所述數(shù)據(jù)分段過(guò)程進(jìn)一步包括如下步驟(1)將本匯聚層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(CS-PDU)按信元可分配凈荷長(zhǎng)度分段，依次分配至信元；(2)判斷本次CS-PDU分段得到的最后一個(gè)信元的凈荷是否全部被使用，如果不是，則進(jìn)入步驟(3)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(3)判斷距離上一次分段操作的時(shí)間間隔是否已超過(guò)設(shè)定值，如果不是，則進(jìn)入步驟(4)；如果是，則進(jìn)入步驟(5)；(4)利用該信元的剩余凈荷部分放置下一個(gè)CS-PDU的內(nèi)容，返回步驟(1)；(5)在該信元中不再放置其他的CS-PDU的內(nèi)容，本次分段操作結(jié)束，進(jìn)行下一個(gè)CS-PDU的分段操作，并返回步驟(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述重組過(guò)程中，以信息域的方式來(lái)指示信元內(nèi)各CS-PDU間的分界線(xiàn)，該信息域置于信元內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于在所述數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，承載同一個(gè)CS-PDU中的所有信元都在一個(gè)順序信元流中傳輸。
4.如權(quán)利要求1或2所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于如果同一個(gè)發(fā)送端口多于一個(gè)CS-PDU使用具有相同信元頭標(biāo)識(shí)的信元進(jìn)行交換，要按不同的CS-PDU依次順序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
5.如權(quán)利要求2所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述重組過(guò)程包括如下步驟a、根據(jù)所述信元的信息域中的信息找到CS-PDU的起始位置；b、依次將信元中的該CS-PDU分段數(shù)據(jù)取出重組；c、當(dāng)完成了一個(gè)CS-PDU的重組后，檢查該信息域，判斷對(duì)應(yīng)這個(gè)CS-PDU的一組信元中的最后一個(gè)信元是否進(jìn)行了“以同一信元連續(xù)承載不同CS-PDU”的操作，如果是，則根據(jù)該信息域的指示，在那個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b，如果不是，則在下一個(gè)信元中找到下一個(gè)CS-PDU的起始位置，并返回步驟b。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述的匯聚過(guò)程包括形成具有IP凈荷、填充節(jié)以及幀尾信息的CS-PDU。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述幀尾信息包括幀凈荷長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)、下一幀是否在本信元結(jié)束標(biāo)識(shí)和下一幀結(jié)束位置指示信息，所述幀尾占用2-4字節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述分段過(guò)程中，是通過(guò)帶有信元頭標(biāo)識(shí)符(TAG)、凈荷類(lèi)型標(biāo)識(shí)符(PTI)和凈荷長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)符(CEPTR)的信元來(lái)承載CS-PDU的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法，其特征在于所述信元為異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)的擴(kuò)展信元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種定長(zhǎng)分組交換的信元適配方法,包括數(shù)據(jù)匯聚過(guò)程,數(shù)據(jù)分段過(guò)程,數(shù)據(jù)交換過(guò)程和數(shù)據(jù)重組過(guò)程,其特征在于,通過(guò)數(shù)據(jù)分段過(guò)程中“以同一信元連續(xù)承載不同CS－PDU”的技術(shù)方案,使得在同一個(gè)信元內(nèi)可以連續(xù)放置多個(gè)CS－PDU,減少了適配封裝所造成的開(kāi)銷(xiāo),從而很好地解決定長(zhǎng)分組交換中存在的帶寬浪費(fèi)問(wèn)題,提高了帶寬利用率。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1387347SQ01118920
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者張世發(fā), 劉毓, 陳武茂, 張奕, 張立武 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司