在ATM网络上传输ATM信元的方法 本发明涉及在ATM输入接口和ATM输出接口之间通过ATM网络传输异步传输模式(ATM)信元的方法。
在常规的ATM网络中，当一个信元到达ATM输入接口时，初始值被插入到头中的虚拟路径标识符(VPI)和虚拟信道标识符(VCI)字段中。VPI字段为ATM信元提供了粗层次的路由选择，VCI提供了细层次的路由选择。在ATM输入接口和ATM输出接口之间的每个交换节点处，读出VPI和/或VCI字段并利用包含在节点内的路由选择表根据这些字段中的一个或两者的值选择输出端口。在把信元转发到被选择的输出端口上之前，这些字段中的一个或两者的值被更新。在每个交换节点中，路由选择表和VPI和/或VCI字段的更新值部分被网络管理建立，部分在呼叫建立过程中被信令建立。所以，常规的ATM网络提供面向连接的服务。在面向连接的服务中，呼叫在呼叫开始时由信令建立且在呼叫结束时被清除。或者，路由选择表和更新值可以被建立来提供一永久连接。
如果希望在交换式ATM网络上传输数据，例如来自设有ATM卡的计算机的数据，必须在数据被传输之前建立呼叫。如果在呼叫过程中数据被连续地或多或少地传输，则常规ATM网络提供的面向连接地服务可以满足要求。然而，经常希望间歇地传输数据，在下一个信元组被传输之前，跟在一个信元组之后的是一个长时间的延迟。然而，对于每个信元组都建立和清除呼叫会带来负担开销。这样，常规的交换式ATM网络对于间歇性的数据传输不是优化的。
为了在ATM网络上提供无连接服务，已经提出加入一个服务器以提供无连接服务作为对ATM网络的叠加。然而，这种解决方案具有在输入接口和服务器之间仍然存在呼叫建立阶段的缺陷。
根据本发明的一个方面，提供了一种在ATM输入接口和ATM输出接口之间通过ATM网络以一种无连接方式从源节点向目标节点传输异步传输模式(ATM)信元的方法，所述源节点和目标节点每个都有一个网络地址，所述ATM信元包括一个头和一用户部分，所述网络包括互连节点(至少一些为交换节点)的网络，所述方法包括以下步骤：
在ATM输入接口，将ATM信元头中的一个字段设置为一个指示无连接传输的值并将源地址和目标地址插入到头中，源地址是源节点的网络地址，目标地址是目标节点的网络地址；且
在ATM输入接口和ATM输出接口之间的每个交换节点，通过读头中的所述字段确定此信元将以无连接方式被转发，读头中的目标地址，至少根据目标地址选择输出端口，并将此信元转发到被选择的输出端口上。
本发明提供这样一个优点，即不需要为特定接续节点和特定目标节点之间的每个ATM信元传输通过信令建立路由选择表。所以当信元成组传输时，没有对每个信元组建立呼叫的负担开销。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作ATM网络以在源节点和目标节点之间通过网络有选择地以无连接方式或面向连接的方式传输信元的方法，所述源节点和目标节点每个都有一个网络地址，每个ATM信元包括一个头和一用户部分，所述网络包括互连节点(至少一些为交换节点)的网络。
在以无连接方式在ATM输入接口和ATM输出接口之间通过网络传输ATM信元的情况下，所述方法包括以下步骤：
在ATM输入接口，将ATM信元头的一个字段设置为一个指示无连接传输的值并插入一个目标地址和一个源地址到头中，此源地址是源节点的网络地址，此目标地址是目标节点的网络地址；且
在ATM输入接口和ATM输出接口之间的每个交换节点，通过读头中的所述字段确定此信元将以无连接方式被转发，读头中的目标地址，至少根据目标地址选择输出端口，并将此信元转发到被选择的输出端口上；
在以面向连接的方式在ATM输入接口和ATM输出接口之间通过网络传输ATM信元的情况下，所述方法包括步骤：
在ATM输入接口，设置头中的虚拟路径标识符(VPI)和虚拟信道标识符(VCI)字段；且
在ATM输入接口和ATM输出接口之间的每个交换节点，读头中的VPI和/或VCI字段，根据VPI和/或VCI的值选择一个输出端口，更新VPI和/或VCI字段，并转发此信元到选择的输出端口上。
根据本发明的另外一个方面，提供了一种从一个源节点到至少一个目标节点传输异步传输模式(ATM)信元，以在ATM输入接口和ATM输出接口之间通过ATM网络以无连接方式提供多点播送服务的方法，上述网络包括互连节点(至少一些为交换节点)的网络，上述方法包括步骤：
在ATM输入接口，将头中的一个字段设置为一个指示无连接传输的值并插入一个源地址和一个目标地址到头中，此源地址是源节点的网络地址，此目标地址是多点播送服务的网络地址；且
在ATM输入接口和ATM输出接口之间的每个交换节点，通过读头中的所述字段确定此信元将以无连接方式被转发，读头中的目标地址，至少根据目标地址选择至少一个输出端口，并将此信元转发到至少一个被选择的输出端口上。
通过实例，参考附图本发明现在将被更详细地描述：
图1是常规的异步传输模式(ATM)网络的框图；
图2示出了基本ATM信元的结构；
图3示出了在用户和ATM网络接口之间的传输期间在基本ATM信元中使用的头部字段；
图4示出了在ATM网络内的节点之间的传输期间在基本ATM信元的头中使用的字段；
图5是体现本发明的ATM网络的框图；
图6是在图5中的网络的输入接口上对ATM信元执行的操作的流程图；
图7是表示在图5中的网络交换节点处对ATM信元执行的操作的流程图；
图8是用于在图5中的网络的互连网协议(IP)网关处形成ATM信元的操作序列流程图；
图9示出了当提供无连接服务时在图5中网络的ATM信元中使用的头部字段。
现在参考图1，示出了一个常规的ATM网络的框图。ATM网络包括部分互连的交换机10到18形式的交换节点的网络。在图1的网络中，交换机10,11,12,13,15,16,17和18也起接续交换机的作用。每一接续交换机被连接到一组把交换机连接到其他网络或直接连接到客户设备上的接入线路上。借助图示，图1示出了交换机17被一接入线路连接到计算机22上并被另一条接入线路连接到多路复用器24上。计算机22被提供一ATM卡以使其能以ATM信元的形式发送和接收数据。多路复用器24可以接收视频，数据和语音信号并将它们以多路复用的方式转换成ATM信元。类似于此，它可从交换机17接收ATM信元并将它们转换成视频，数据和声音信号。典型地，多路复用器24在ATM网络的一用户前提下被定位。
如本领域中的熟练者所知，当在ATM输入接口和ATM输出接口之间传输一ATM信元时，初始值被插入到头中的虚拟路径标识符(VPI)和虚似信道标识符(VCI)字段中。ATM输入或输出接口可以位于接续节点内，或在ATM网络之外，例如在计算机22或多路复用器24中。接下来，在每个交换节点处，VPI和/或VCI字段的值被读出，且一个值或这两个值和路由选择表一起被用于选择一输出端口。在ATM信元离开交换机之前，VPI和VCI字段的一个或两者的值根据包含于路由选择表中的数据被更新。VPI字段提供一粗层次的路由选择而VCI字段提供一细层次的路由选择。路由选择表部分由网络管理建立，部分在呼叫建立中被建立。主要地，但并非全部，虚拟路径路由选择表由网络管理建立，虚拟信道路由选择表在呼叫建立中由信令建立。
基本ATM信元的结构和头字段现在将被描述。
参考图2，一个基本的ATM信元包括一5个八位字节的头40和一48个八位字节的用户支付负荷部分42。信元头40被使用以在网络的交换机之间为信元寻路由，用户支付负荷部分42包含用户的数据且它被透明地在网络中运载且被无改变地发送到远端。
现在参考图3和4，示出了基本的常规ATM信元的头中的字段。图3示出了用于穿过用户网络接口传输ATM信元的字段，图4示出了用于在ATM网络内贯穿网络节点接口传输信元的字段。除了下面将描述的一个例外，两种情况下的字段是一样的。这些字段的意义在下面的表1中说明。
表1
GFC 一般流量控制
VPI 虚拟路径标识符
VCI 虚拟信道标识符
PT 支付负荷类型
CLP 信元丢失优先级
HEC 信头误码修正
一般流量控制(GFC)字段仅在用户网络接口出现。此字段被用于在共享同一接续交换机的多个终端之间仲裁使用。这个字段是4位长。
虚拟路径标识符(VPI)字段为ATM信元提供粗层次的路由选择。VPI的值每次当信元在提供虚拟路径交换的交换机处被交换时被改变。在用户网络接口处，VPI字段仅有八位。在网络的节点之间它增加到12位，因为当信元经由网络被传输时不需要一般流量控制位。
虚拟信道标识符(VCI)字段为ATM信元提供细层次的路由选择。头中的VCI值每次当信元在提供虚拟信道路由选择的交换机处被交换时被改变。VCI字段为16位长。
支付负荷类型(PT)字段被用于指示信元中数据的通用类型。此字段的典型用法是识别操作，管理和维护信元，拥塞条件和资源管理或多信元消息中的最后一个信元。此字段为三位长。
在ATM网络中存在着信元丢失的少许危险。信元丢失优先级(CLP)字段是一位长。当此位被置位时，它告诉网络此信元不很重要且当丢失必定发生时放弃它而采用另一信元。
信头误码检测(HEC)字段提供信元头的校验和。它可检查信元头中的位错误且有时可用来修正它们。此字段为八位长。
常规的交换式ATM网络，如图1示出的网络，不适合来传输间歇性的或突发性的数据。如果常规的交换式ATM网络被用来传输这种类型的数据，路由选择表在被要求传输数据之前的呼叫建立中被建立且此连接在需要数据传输的时间内被维持。这带来的缺点是在数据传输暂停期间要维持连接，这是很浪费的。由常规ATM网络提供的这种服务类型是面向连接的服务且这种服务类型一般不适合于传输突发的数据。突发数据的传输一般来说更适合于无连接的服务。在无连接服务中，没有呼叫建立过程，且路由选择表被路由选择协议或网络管理进程建立且不在呼叫建立阶段。
在提供无连接服务的几个协议，例如因特网协议(IP)中，头部包含一个指示所需服务类型的字段。预计每一种可能的服务类型在此字段中都有一相对应的值。服务类型的例子为低延迟，请求交换机为返回呼叫保留缓冲区空间，以及多点播送，其中一呼叫被寻路由到多于一个目的地。在ATM信元头中没有相对应的字段。服务类型在呼叫建立中或被网络管理建立。从而，如果一ATM网络通过适当网关从另一个根据无连接服务发送数据的网络接收数据，不可能基于每个信元提供另一网络所要求的服务类型。
参考图5，示出了一个本发明的ATM网络的实施例。从下面的描述中将变得很清楚，ATM网络能以面向连接的方式或无连接方式传输ATM信元。它也能提供各种服务类型如上面提及的服务和附加处理。
图5中网络的大致布局与图1中所示的类似。这样，图5中的网络包括部分互连的ATM交换机110到118形式的交换节点的网络。交换机110,111,113,115,117和118为接续交换机，接收来自于其他网络或直接来自于输入/输出线路120上的用户设备的数据。借助图示，示出交换机117连接到与图1中的计算机22大致类似的计算机122上，且也连接到与图1中的多路复用器24大致类似的多路复用器124上，。
交换机116被输入/输出线路连接到一IP网关131上且交换机112被线路132连接到IP网关133上。每个IP网关131和133可以向/从输入/输出线路134上的IP网络上接收/发送数据。
在操作中，当一个IP网关131或133对从IP网络接收的数据起着输入接续节点的作用时，它将此IP包分解成ATM信元。当这些网关中的一个作为输出接续节点时，它将ATM信元重新组装成IP包。
当图5所示的网络被用于在ATM输入接口和ATM输出接口之间以面向连接的方式传输ATM信元时，ATM信元以参考图1描述的常规方式通过网络被传输，且头的字段如图3中所示。然而，现在在常规的ATM之上提供附加处理，以确定此传输是否以面向连接的方式进行。当图5中示出的网络被用于在ATM输入接口和ATM输出接口之间以无连接的方式传输ATM信元时，传输方式和头中的字段这两者与常规的ATM网络中使用的传输方式和头中的字段不同。此不同现在将被描述。
现在参考图9，示出了当正在提供无连接服务时被用于图5网络中的ATM信元的头字段。这些字段的意义在下面的表2中说明。
表2
SA 源地址
OF 任选字段
DA 目标地址
PT 支付负荷类型
CLP 信元丢失优先级
HEC 信头误码检测
源地址(SA)字段指示源节点的网络地址。此源节点正常时将处在图5中示出的ATM网络的输入接口。例如，源节点可能是交换机113或计算机122或多路复用器124或IP网关131。
任选字段(OF)可以被置为一个指示需要特定服务或需要附加处理的值。可能被支持的服务实例是请求交换机为返回呼叫保留缓冲空间，请求低延迟或多点播送。每个可能的服务类型在任选字段中被赋与一个唯一的值。执行附加操作的要求也在任选字段中被赋与一唯一的值。附加处理的实例是智能网络操作，网络管理操作或路由选择操作。
当要求附加处理的信元在交换机处被接收时，该信元被传送到交换机的高层且它的支付负荷部分被检查以确定需要哪种附加处理。例如，如果需要智能网络操作，此交换机可以访问一远程数据库以从信元中的目标地址确定新的目标地址。此目标地址接下来被相应改变。
根据另一个实例，信元中支付负荷部分的一些位可以指明要求网络管理操作。当这样一个信元被传送到交换机的高层时，此交换机执行所需要的操作。
目标地址(DA)字段被用来指示目标节点的网络地址。此目标地址正常时将在输出接口处。当提供一多点播送服务时，此目标地址为多点播送服务的网络地址。
源地址、目标地址和任选字段排序及结构是网络域特性，此处一个域是共享这些字段的同样格式的节点的集合。
本发明不限制在使用图3和4示出的常规信元头和支付负荷结构和大小的ATM网络。这里，作为本实例，这些常规的信元头和支付负荷结构被使用，总共28位被分配给SA,DA和OF字段。理由是这是被常规的GFC,VPI和VCI字段所使用的位数。分配给SA,DA和OF字段的这些位可被任意选择，但它们在特定字段中必须是特定的。
在本实例中，SA和DA字段每个为12位长而OF字段为4位长。从而，图5中示出的网络域可支持4096个源地址，4096个目标地址和16个任选项。
网络外的源和目标地址在每次传输中第一个信元的支付负荷部分中可被附加说明。
支付负荷类型(PT)字段除预定义的值以外与在常规ATM信元头中使用的字段相同，在本实例中该预定义的值为″111″，用于指示此服务为无连接的。
CLP和HEC字段与常规ATM信元头中的这些字段相同。
当图5中示出的网络的用户希望在网络上使用无连接服务传输ATM信元时，它向接续交换机中的一个，例如交换机117指示要求一无连接服务并提供目标地址。如果一个特定的服务或附加处理被要求，它也作业指示。接续交换机接下来对它从用户接收到的每个ATM信元执行图6中示出的操作。这些操作现在将被描述。或者，如果输入接口在网络外的节点上，操作在那个节点上被执行。
在200步，PT字段被设置为值″111″以指示无连接服务。接着，在201步，插入目标地址且在202步插入源地址。最后，在203步，如果一个特定服务类型或附加处理被要求，PT字段被设置成相应的值。
图7示出了在输入接口和输出接口之间的每个交换机处对ATM信元执行的操作。这些操作现在将被描述。
在220步，此信元进入交换机。接着，在221步，交换机读取PT字段以确定是否一无连接服务被要求。如果未要求无连接服务，它执行常规ATM交换机执行的操作。这样，在222步，它读VPI和/或VCI字段。一些ATM交换机仅是虚拟路径交换机，一些仅是虚拟信道交换机而另一些既是虚拟路径交换机也是虚拟信道交换机。这样，被读取和被使用的这些字段将依赖交换机类型。接着，在223步，路由选择表和VPI和/或VCI字段的值一起被用于选择一输出端口。接着，在224步，VPI和/或VCI字段根据路由选择表中的数据被更新。最后，在225步，信元将在被选择的输出端口上离开交换机。
如果在221步发现一无连接服务被要求，下列操作被执行。
在230步，它读取头中的源和目标地址(SA和DA字段)。在231步，它读取OF字段以确定服务类型。在232步，它执行可能在任选字段中指定的操作，例如保留缓冲区空间或执行附加处理。
接着，在233步，它利用目标地址的值或源和目标地址两者的值以及路由选择表来选择输出端口。因此，当在网络上被传输时后面跟随着无连接ATM信元的路由可能依赖于源地址和目标地址。
最后，信元在225步离开交换机。
现在参考图8，示出了对从IP网关131和133中的一个接收的IP包执行的操作序列以形成每个ATM信元。
首先，在250步，一ATM信元通过分解IP包被形成。作为分解IP包的结果，源和目标地址，所要求的服务类型和对附加处理的任何请求被读取。
接着，在251步，PT字段被设置以指示要求一无连接服务。接下来，在252步和253步，目标地址和源地址被插入到头中。最后，在254步，如果合适，任选字段被设置以指示所要求的服务类型或指示要求附加处理。
图5中示出的网络可以是一公共广字段网络(WAN)或可以是一私人网络，例如局字段网络(LAN)。
源和目标节点的网络地址被网络管理建立。这些地址在它们无限期地被建立这一意义上是永久的。用于交换节点中的使信元按照无连接服务传输的路由选择表由网络管理而不是由信令建立。从而，即使在源节点通过网络传输ATM信元到一特定的目标节点的第一个位置，信元也在不执行信令操作的情况下被传输。