网络控制装置 本发明涉及一种互联网控制装置,尤其涉及一种让家庭中或是中小企业所有上网设备能共用一条传输线而连接到互联网的网络控制装置。
随着网络时代的来临,家庭组网、上网的需求日益增加。同时,上网设备也从单纯的电脑扩展到各种其他设备。
一般在家庭或是中小企业中,需要交换各电脑之间的数据。现行数据的交换方式是以局域网络(LAN;Local Area Network)的连接为主。局域网络泛指网络的架设在一范围较小的区域内,通常是在同一个办公区域或是一幢建筑物之内,或是一个公司组织的内部网络,都是属于局域网络的范围。通常网络连接的范围以100公尺为限,才称之为局域网络,其基本组成局域网络架构的元件包合下列几项:网络使用者端的个人电脑或工作站、传输的媒介例如同轴线路、网络接口卡、网络操作系统,常见的是Novell或是Windows NT,以及文件服务器(file server),常见的是高阶个人电脑或是工作站。
局域网络是目前办公室自动化的基础,常见的局域网络根据存取方式的不同,可分为三大类:
第一类是使用令牌作为存取依据的FDDI光纤网络与令牌环网络(ToltenRing),其特色为使用光纤作为传递的介质,并且它是一个环状网络。
第二类局域网络则是广为使用的载波检测多次存取/碰撞避免协议(CSMA/CD;Carrier Sense Multiple Access/Collisoon Avoidance)地以太网络,这个网络即是IEEE 802.3局域网络,依据速度的不同,而有10 Base-x、100 Base-x、1000 Base-x的不同,后面的x代表可支持的传输距离或是媒体,常见的传输媒体有双绞线(UTP、STP)、同轴电缆、光纤等。此类网络可以连接成区总线状、星状或是混合状的网络。
第三种则是具有需求优先权(demand priority)的网络,常见的是100 VG-AnyLAN,它可以达到100Mbps的传输速率,可以选择使用双绞线或是光纤线路传送。
现今的网络大都是星状拓扑结构。在一个星状拓扑结构的网络上,集线器(hub)扮演着连接或重新建立信号的机器,可放大模拟或者是数字信号。它的好处除了可以使线路品质提升之外,还可避免某一条线路断掉之后,会使得其后续的网络节点受到影响,因为集线器是连接网络缆线的装置,所以它是属于实体层的设备。
然而,单是局域网络是无法连接到互联网的。如今,在一般家庭或是中小企业中,大部分连接到互联网的方法是以电话线连接。通过电话线一般是需要调制解调器(Modem)来上网,它能将电脑的数字信号转换成模拟信号,我们可利用它连接电话线路,与远方的电脑沟通信息、传递数据,是一般家用电脑连接互联网的主要工具。
依照调制解调器所连接的设备来分,可分为拨接式调制解调器(dial-upmodem)、网络调制解调器(LAN modem)、ISDN调制解调器和有线电视调制解调器(cable modem)四大类。第一类是我们在市面上最常见到的机种,它必须要利用电信公司所提供的电话线,以拨号的方式与对方连线;第二类调制解调器最主要是作为网络对网络的连接,所以此类调制解调器具备桥接器的能力,而且它必须支持TCP/IP、Ethernet等协议;第三类调制解调器则必须通过ISDN和其它网络连接,其速率可以达144Kbps;第四类调制解调器则利用目前十分普及的有线电视(CATV)缆线,达到数十Mbps的上网速率。
随着网络时代的来临,家庭组网、上网的需求日益增加。同时,上网设备也从单纯的电脑扩展到各种其他设备,如通过无线的方式,使用者可使用网络数字板(WebPad;一种可访问Web的板状装置)来上网,比较灵活方便。同时,家庭拥有两台或多台电脑也越来越多。但上网的资源(上网线路)是有限的,如何合理、经济、有效地利用资源,成为了一个重要的课题。
而,组网、共享上网频宽对于一般家庭使用者而言,往往是有需求,但缺技术。另外,对于每个上网设备都配备一条电话线路,既不方便,也不经济。尤其在以太网络和无线网络的结合上还缺乏比较好的解决方案。
鉴于上述的发明背景,本发明提供给使用者快速的组和网络,方便地建立家庭或是中小企业局域网络,并使家庭或是中小企业所有的上网设备,包括电脑和其他的上网设备,共享一条电话线,不仅充分地利用了频宽,同时也能对所有上网设备进行集中的管理。
本发明的另一目的是方便、易用。通过简单,直观的网络设定,即可使用。本系统也提供了在以太网络和无线网络的结合上一种比较好的解决方案。
根据以上所述的目的,本发明提供了一种网络控制装置,用以将上网设备通过传输线与互联网连接。本发明的装置包含连接多个电脑的集线器,连接多个网络数字板的无线网络装置,用以将以太网路装置与无线网络装置连接以形成局域网络的桥接器,以及用以将局域网络连接到互联网的调制解调器。在本发明的装置中集线器可以使用10 Base-T以太网络控制器或是100 Base-T以太网络控制器,而无线网络装置则是使用PCMCIA卡。桥接器包含有中央处理器以及存储器,是以软件实现以太网络与无线网络的连接。在本装置中,局域网路与该调制解调器之间以网络地址翻译控制,其包含网络地址翻译地址转换对应表。另外,本发明的装置在应用层包含动态主机配置协议服务器来分配网络协议位址,简易网络管理协议代理程序来处理网络管理,以及网络伺服器来进行系统设定工作。
本发明的上述目的与优点,将以下列的实施例以及附示,做详细说明如下,其中:
图1是一种网络控制装置连接示意图;
图2是一种网络控制装置装置外观示意图;
图3是一种网络控制装置硬件架构示意图;
图4是一种网络控制装置软件层次结构图:
图5是一种网络控制装置软件数据流程简图;
图6是一种网络控制装置桥接程序流程图;
图7是网络地址翻译地址转换对应表;
图8是一种网络控制装置网络地址翻译程序流程图;
图9是网络地址翻译程序中区域对互联网的函数流程图。
下面将详细描述本发明的一些实施例。然而,除了详细描述外,本发明还可以广泛地在其他的实施例施行,且本发明的范围不受其限定,而以所附的权利要求书范围为准。
本发明涉及一种网络控制装置,是针对家庭使用者或是中小企业等多种上网设备的共享资源,集中管理而开发的一种产品。通过一种网络控制装置,使用者只需将电脑通过网线与之相连,便方便地建立了家庭或是中小企业局域网络,可进行各种网络相关的应用,网络游戏等。同时,网络数字板和局域网络中的电脑均可通过网络控制装置内建的调制解调器共享一条电话线路达到上网的目的。另外,一种网络控制装置用软件实现了桥接器(Bridge),局域网络中的电脑和网络数字板之间因而可以互传信息。
本发明的网络控制装置基本上包含有线网络装置,无线网络装置,对外连接装置,与桥接装置,其中,目前的有线网络是以以太网络(Ethernet)装置为主,然而其他的有线网络还有光纤网络,环令牌网络(token ring),以及其他种类的网络。以太多网络装置的部分,其功能类似传统的集线器(hub),主要是将个人电脑以以太网络连接。无线网络装置的部分,主要是让笔记型电脑或是网络数字板等装置与本发明的网络控制装置连接,其中连接的方式主要是以PCMCIA卡连接。对外连接装置,通常是一调制解调器,一般是以RJ1电话线连接到互联网。除了调制解调器以外,还可以使用综合服务数字网(ISDN)、非对称数字用户线路(ADSL;AsymmetricDigital Subscriber Line),或是电缆调制解调器(Cable Modem)等对外连接。桥接装置,主要是将上述的以太网络装置与无线网络装置连接起来,使得连接到本发明的网络控制装置上的任何装置可以相互传输数据资料以及上网。接下来针对本发明的网络控制装置,通过图1至图9的说明介绍一较佳实施例。
如图1所示,图1显示了一种网络控制装置10的示意图以及网络控制装置10与周边元件之间的联络关系图。网络控制装置10主要包含四个部分,以太网络装置10-1,无线网路装置10-2,对外连接装置10-3,与桥接装置10-4。在本实施例中,有四部个人电脑110-1,110-2,110-3,110-4,其编号从PC1,PC2,PC3,与PC4,分别连接到网络控制装置10的以太网络装置10-1。在本实施例中无线网络装置10-2是以PCMC1A卡实现,而一些无线的网络数字板112-1、网络数字板112-2,以及无线个人电脑114,是与无线网络装置10-2连接。在本实施例中,对外连接装置10-3是调制解调器,通过一条电话线102与互联网连接。桥接装置10-4,是将以太网络装置10-1、无线网络装置10-2与对外连接装置10-3连接在一起,使得四部个人电脑110-1、110-2、110-3、110-4与无线的网络数字板112-1,网络数字板112-2之间不但能交换数据,而且可以通过对外连接装置10-3连接上网。
如图2所示,图2为网络控制装置10的外观示意囿。网络控制装置10是由硬体结构组成,其外观如图示,具有电源插座12、RJ11电话线接头14、PCMCIA接头16、多个RJ45接头18以及一些发光二极管(LEDS)(未在图中显示)等组成。而在网络控制装置10里的硬体如图3所示,包括中央处理器(CPU)20、存储器(包含有SDRAM,FLASH,MROM,NVSRAM)22、内建调制解调器(on-Board Modem)25、一组具有4个端口的再生控制器(Repeater Controller)的10 Base-T以太网络控制器27(也可以是100 Base-T)、一个与PCMCIA接口16连接的缓冲区26以及一些发光二极管等组成。中央处理器20与存储器2222可以使用软件实现网络系统实体的功能,如后面将介绍的桥接器,或是应用层中的软件。对使用者而言,有三种接口:一个RJ11接口连接电话线14;四个RJ45接口连接网线18;一个PCMCIA接口接无线PCMCIA卡16,与网络数字板进行通讯。
接下来介绍网络控制装置在开放式系统接口(OSI;Open System Interface)中的软件层次结构图。如图4所示,最底下是硬体401,上面是驱动程序(driver)402和实时操作系统(RST0;Real time Operating System)核心403,在图中驱动程序402包含了调制解调器驱动程序402-1、乙大网络驱动程序402-2、PCMCIA驱动程序402-3、无线网络驱动程序402-4,以及点对点传输协议(PPP;Point-to-PointProtocol)驱动程序402-5。在数据链路层(Data-Link layer),需要用软件实现桥接器404,而在网络层(Network ayer)和传输层(Transport Layer)使用TCP/IP堆栈405,并实现网络地址翻译(NAT)。在应用层,有动态主机配置协议(DHCP;DynamicHost Configuration Protocol)服务器406-1来分配IP地址;简易网络管理协议(SNMP;Simple Network Management Protocol)代理程序(Agent)406-2来实现网络管理,网路服务器(Web Server)406-3来进行系统设定工作。在应用层中的软件,是在中央处理器以及存储器中完成。
网络控制装置主要实现的功能是以太网和无线网络对上网资源(电话线)的共享。在实现上是通过桥接器(Bridge)和网络地址翻译来实现。由桥接器在开放式系统互连第二层数据链路层实现以太网和无线网络的相互存取(Access);由网络地址翻译在开放式系统互连第三层网路层实现以太网和无线网络对互联网的存取。接下来,籍由图5介绍网络控制装置软件数据流程简图。
如图5所示,从互联网端开始,数据在网络501中是在实体503中链结502,而在实体503中的数据籍由电话线与调制解调器504连接,这样就到了本发明的网络控制装置。调制解调器504到1P封包506之间的传输协议是以点对点传输协议505连接。IP封包506经由802.3协议507与网络卡508连接。数据从调制解调器504出来与接收,是籍由网络地址翻译控制,这一段的流程详见图8和图9的描述。
如图5所示,从乙大网络端开始,数据在网络510中是在实体512中链结511,此时数据经由IEEE 802.3媒介可以传送到调制解调器504传送上网或是从网上取得数据或者是经由桥接器传送到无线网络。
如图5所示,从无线端开始,数据在网络520中是在实体522中链结521,然后经由无线的媒介传送的桥接器。桥接器主要的功能是封包530的传送,封包530经由网络卡531往以太网络或是调制解调器传送,或是经由应用程序(AP)532往无线网络传送。其传送的过程详见图6。
在网络控制装置中,桥接器的实现是在数据链路层,接口在以太网络和无线网络的驱动程序之上。具体使用媒介存取控制(MAC)地址表和转移进程来实现的。地址表分别记录以太网络端和无线网络端的媒介存取控制地址集。转移进程则根据驱动程序送上的封包对媒介存取控制地址进行判断。桥接器的主要目的是将以太网络与无线网络的连接,其流程图如图6所示,从开始601之后,从驱动程序得到一个封包602;然后根据封包的来源媒介存取控制地址更新媒介存取控制地址集603;接着,判断目的地址是否在来源媒介存取控制地址集中(不需转送)604,如果不是,则丢弃封包607并回到开始601;之后,将封包传至无线网络局驱动程序接口605;接着,判断封包目的地址是否在无线网络媒介存取控制地址集中606,如果不在无线网路媒介存取控制地址集中则回到开始601,如果封包目的地址不在无线网络媒介存取控制地址集中,则将封包同时送至开放式系统互连中的网络层608。
在网络控制装置中,网络地址翻译的实现是在网络层,接口在网络协议(IP;Internet Protoclo)写入和网络接收,是具体使用网络地址翻译地址表和转移进程来实现的。地址表分别记录内部网(包括已太网络和无线网络)和外部网(广域网络)的网络协议地址的对应关系。对应表结构见图7。转移进程则根据网络接收送上的封包对网络协议地址进行判断,其流程图如图8。
如图7所示,网络地址翻译地址转换对应表是多人共享同一互联网帐号的实现。其中外部地址701列记录的是外部的互联网上的网络协议地址,外部端口号702列记录的是其外部端口号。(80代表WWW,25代表SMTP,23代表Telnet,110代表P0P3),内部地址703列记录的是各个使用者的实际网络协议地址和端口号704。对外地址705记录了一种网络控制装置被分配到的一个网络协议地址。(即封包送出时实际使用的网络协议地址)。而这张对应表所表示的对应关系则能确保每个封包被正确地传输到每个使用者的电脑或网络数字板上。
如使用者有若干台电脑和网路数字板,网络协议地址分别为10.0.0.2至10.0.0.6。每个使用者要访问Web,收发电子邮件,或下载文件,则使用者的请求封包、数据封包、连接封包的网络协议头中的源地址会被改为一种网络控制装置被分配到的这个网络协议地址,同时这条连接的对应关系如外部地址701、外部端口号702、内部地址703、内部端口号704会被记录在网络地址翻译地址转换对应表中。这样当请求的数据传送回来的时候再根据对应关系将封包派送到各台使用者电脑和网络数字板,达到多人共用的目的。
图8是一种网络控制装置网络地址翻译程序流程图。如图所示。首先从开始801处从网络接收的接口得到一个封包。接着,判断是否为互联网协议第四版(IPV4)802,否则继续接收封包。接着。判断网络协议目的地址与来源是否在区域中803,如果是局域网,则不须转送并直接回到开始801。再接着判断来源地址是否在本地804,是则经过局域网络到互联网(loca2inet;LOCcal area net toInterNET)805(图9)处理后转向广域网络,如果来源地址是从广域网络(代表从调制解调器接收数据),传向经过互联网络到局域网络(inet2loc;InterNET to LOCalaera net)处理807后传向本地局域网络。
图9是网络地址翻译程序中局域网络到互联网函数流程图。如图所示,从开始901处,取封包的网络协议地址和端口号902;接着,判断网络地址翻译表是否已存在903,若无则新建网络地址翻译表905;根据外部地址、外部端口号、内部地址、内部端口号进行网络地址翻译表的登记904;然后结束906。
由上所述,本发明提供一种网络控制装置,籍由软件的模拟实现了开放系统互连的桥接器将以太网络与无线网路连接成局域网络,再通过网络地址翻译将局域网络连接到互联网上。如此提供使用者一种易于将以太网络和无线网络的结合、共享资源以及上网解决方案。如果使用者为家庭或小型办公室,有若干个电脑和一些无线上网设备,例如网络数字板,则使用者只需将电脑通过网线与网络控制装置连接,则方便架设局域网络。连接在网络控制装置上的电脑均可相互传输数据。而网络数字板也可通过PCMCIA卡与连在网络控制装置上的电脑相互传输数据。而且,只需一个互联网帐号和一条电话线,所有连接在网络控制装置上的电脑及网络数字板均可连上互联网。访问Web站点、收发电子邮件、下载软件等等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的申请专利范围;凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰,均应包含在所附权利要求书的范围内。