CN101043392A

CN101043392A - 一种WiMAX网络中转发IP报文的装置及基站设备

Info

Publication number: CN101043392A
Application number: CNA2006100605654A
Authority: CN
Inventors: 柯善风
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: CN100499549C

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种WiMAX网络中转发IP报文的装置及基站设备，所述装置内置于基站内，通过虚端口与用户站和上级网络设备连接通信，接收SMC通道上的IP报文，根据IP报文的MAC地址，将IP报文转发至所述MAC地址对应的虚端口。本发明采取在BS中进行二层转发的方式，对IP报文进行处理，降低了IP报文转发处理的实现复杂度，提高了报文转发效率，并降低了维护成本。

Description

一种WiMAX网络中转发IP报文的装置及基站设备

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及WiMAX网络中转发IP报文的装置及基站设备。

背景技术

按照IEEE 802.16-2004标准，在微波存取全球互通(WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX)网络中，用户站(SubscriberStation，SS)向基站(Base Station，BS)注册阶段会建立三条连接，分别为基本管理连接(Basic Management Connection，BMC)、主要管理连接(PrimaryManagement Connection，PMC)和辅助管理连接(Second ManagementConnection，SMC)。其中Basic Management Connection被BS和SS的媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)用来交换短的、实时性要求高的管理消息，Primary Management Connection用来交换长的、实时性要求低的管理消息，Second Management Connection则被用来传输非实时的，基于标准的网际协议(Internet Protocol，IP)报文，如动态主机配置协议(Dynamic HostConfiguration Protocol，DHCP)、简单网络管理协议(Simple Network ManagementProtocol，SNMP)或者简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol，TFTP)等。

针对目前的主流应用，通过SMC通道传输的IP报文主要有以下几种：

1.SNMP报文：用于SS以及SS下带的设备如综合接入设备(IntegratedAccess Device，IAD)的操作和维护；

2.TFTP报文：用于SS的配置文件加载；

3.DHCP报文：用于SS的地址分配；

4.绝对时刻(Time of Day，ToD)报文：用于SS的***时间同步，主要是指RFC(Request For Comments，请求评论)868或简单网络时间协议(SimpleNetwork Time Protocol，SNTP)/网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)；

5.Ping/追踪程序(Trace route)等报文：用于网络维护和故障定位；

6.其他报文，如地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)报文，SS作为上述IP报文的发送者和接收者，在逻辑上相当于主机设备，当跨子网发送IP报文时，有可能发送和接收ARP报文。

对于上述IP报文，目前在BS上有很多种不同的处理方法。一种方案是在BS上实现三层转发，BS作为路由器，一个SS相当于一台主机。除DHCP报文，BS不关心IP报文的类型，只根据报文中的目的IP地址转发。对于DHCP报文，在BS上需要实现DHCP Server(服务)/Relay(转发)功能。在这种方案中，BS需要支持路由功能，需要关心BS接入的SS及SS下带的设备是否在同一网段，如不在一个网段，还需要支持动态路由协议或者配置静态路由，要求BS具有很高的处理性能，而且***软件还须支持TCP/IP协议的各项功能，实现复杂。当SS或SS所在的经SMC通道维护的设备，如IAD等不在一个网段时，需要BS直接接口路由，这样一个SS占用一个三层接口，导致三层接口太多，路由表项太多，浪费***资源，提高BS的***处理成本。同时，由于需要路由管理功能以及必须支持的DHCP Server/Relay，使得用户维护复杂，提高了维护成本。

另一种方案是在BS上终结IP报文，BS提供两个相互独立的网络，一个是BS提供一个三层网络接口接入到上级网络中，以支持与SNMP Server、DHCPServer等的互通，另一个是BS提供一个内网，通过SMC通道和SS进行互通。对于内网上的IP报文有两种处理方法，一是BS将IP报文直接终结，不转发至外网。例如在BS上提供TFTP Server/ToD Server报文时，直接终结SMC上的TFTP Server/ToD Server报文。二是BS在内网和外网间提供Proxy(代理)/Relay(转发)功能。例如BS上提供DHCP Relay或SNMP Proxy功能，把内网发向外网的报文，或外网发向内网的报文先转发给BS的应用层处理模块，如DHCPProxy、SNMP Proxy或ARP Proxy等，由这些应用层处理模块对报文进行判断和处理后再转发至内网或外网。

在上述方案中，对于SMC上每一种报文，在BS上需要支持Proxy或Server功能，实现复杂，影响***性能。同时，经过Proxy处理后，导致报文处理时延加大，报文容易丢失。

如图1所示，在上述现有技术中，对于BS和SS之间的用户数据报文，可以直接在用户面(User Plane)转发，对于SS的上行IP报文，需要通过SMC通道由用户面的802.16物理层(PHY)、媒体接入控制层(802.16 MAC)转发至控制面(Control Plane)，然后由控制面通过用户面的局域网交换机(LanSwitch，LSW)转发至上级网络设备。在用户面上，由于有硬件加速等技术，报文处理和报文转发速度较快，而在控制面上，一般受中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)性能、编译技术、并行处理任务等影响，IP报文的转发效率较低，而且复杂度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转发IP报文的装置，旨在解决现有技术在BS转发IP报文时存在的实现复杂，转发效率低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种转发IP报文的基站设备。

本发明是这样实现的，一种WiMAX网络中转发IP报文的装置，其特征在于，所述装置内置于基站内，通过虚端口与用户站和上级网络设备连接通信，接收SMC通道上的IP报文，根据IP报文的MAC地址，将IP报文转发至所述MAC地址对应的虚端口。

所述装置包括：

地址管理模块，用于建立和维护MAC地址与SMC通道号之间的映射关系信息；

报文转发模块，用于接收SMC通道上的IP报文，根据IP报文的目的MAC地址查询地址管理模块，获取所述目的MAC地址对应的SMC通道号，将所述IP报文转发至所述SMC通道号对应的虚端口；以及

接入控制模块，用于根据报文接入控制规则从报文转发模块中捕获的IP报文，将IP报文发送至应用管理模块、将IP报文丢弃或者复制。

所述地址管理模块包括：

虚端口及MAC地址学习模块，用于根据从虚端口上接收的IP报文的源MAC地址，建立SMC通道号与MAC地址的映射关系信息；

MAC地址及IP地址学习模块，用于根据IP报文的源IP地址和源MAC地址，建立IP地址与MAC地址的映射关系信息；以及

地址更新模块，用于根据用户站的注册或去注册信息，更新所述SMC通道号与MAC地址以及IP地址与MAC地址的映射关系信息。

所述装置内置于基站的控制面内，或者用户面的局域网交换机内。

所述虚端口包括连接用户站的SMC通道虚端口，以及连接维护网口的带外通道虚端口或者连接业务网口的带内通道虚端口。

一种WiMAX网络中转发IP报文的基站设备，与用户站及上级网络设备连接，对SMC通道上的IP报文进行转发处理，包括位于控制面的应用管理模块，以及位于用户面的局域网交换机，所述基站设备进一步包括：

SMC层二交换机，通过虚端口与用户站和上级网络设备连接通信，接收SMC通道上的IP报文，根据IP报文的MAC地址，将IP报文转发至所述MAC地址对应的虚端口。

所述SMC层二交换机包括：

所述地址管理模块包括：

所述SMC层二交换机内置于基站的控制面内，或者用户面的局域网交换机内。

所述虚端口包括与连接用户站的SMC通道虚端口，以及连接维护网口的带外通道虚端口或者连接业务网口的带内通道虚端口。

本发明采取在BS中进行二层转发的方式，对IP报文进行处理，降低了IP报文转发处理的实现复杂度，提高了报文转发效率，并降低了维护成本。

附图说明

图1是现有技术中对IP报文的转发处理示意图；

图2是本发明中第一实施例中，内置有SMC层二交换机的BS的结构图；

图3是本发明中SMC层二交换机的结构图；

图4是本发明中第二实施例中，内置有SMC层二交换机的BS的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明通过在BS的控制面或者用户面中内置一个虚拟的SMC层二交换机(SMC L2 Switch)，利用该SMC层二交换机对IP报文进行二层转发，降低IP报文的处理复杂度，提高转发效率。

在本发明中，在没有特殊需求的情况下，例如BS中没有内置TFTP Server或者DHCP Server等，BS仅完成IP报文到上级网络设备的二层转发。此时，BS对于不关心报文的类型和报文的IP地址，只关注报文的MAC地址，根据MAC地址进行学习，依赖报文中的目的MAC地址进行转发。

在本发明的第一实施例中，SMC层二交换机内置于控制面中，如图2所示。SMC层二交换机对外提供三种虚端口，一个SMC通道对应一个SMC通道虚端口(L2 Virtual Port)，即一个BS可以接入多少个SS，SMC层二交换机上就有多少个SMC通道虚端口。由于SS的注册和去注册是动态的，因此SMC通道虚端口可以动态增删。

当BS支持带内维护方式，CPU通过带内通道，即经过BS内的LSW和业务网口，如快速以太网(FE)和千兆以太网(GE)与上级网络设备互通时，CPU和LSW之间通过SMC层二交换机提供的一个带内通道虚端口连接通信。

当BS支持带外维护方式，CPU通过维护网口和上级网络设备互通时，在CPU和带外维护网口之间通过SMC层二交换机提供的一个的带外通道虚端口连接。

SMC层二交换机根据TCP/IP协议栈(TCP/IP Protocol Stack)或者各应用管理模块(Application Modules)配置的报文接入控制规则，或者用户定制的报文接入控制规则捕获经对应的SMC虚通道端口上传的802.16 MAC层的上行IP报文，转发给LSW，或者将LSW发来的下行IP报文经对应的SMC虚通道端口发送给802.16 MAC层，进而转发给SS。

图3示出了本发明提供的SMC层二交换机100的结构，接入控制模块101根据上层应用管理模块，如TCP/IP协议栈(TCP/IP Protocol Stack)以及DHCPServer/Relay、SNMP Proxy等应用模块(Application Modules)或用户配置的报文接入控制规则，对IP报文进行接入控制，以便报文转发模块103根据报文接入控制规则对IP报文进行相应的接入控制处理。对于从SMC通道虚端口上接收的IP报文，接入控制模块101查找地址管理模块102保存的地址映射表或接入控制列表(Access Control List，ACL)，将IP报文转发到相应的目的虚端口或应用管理模块中，或者根据报文接入控制规则丢弃或者复制某些IP报文。

报文接入控制规则可以针对报文的类型，也可以针对报文中的某段连续4～128个字节的值，还可以针对具体的SS。通过报文接入控制规则的配置，可以指定从SMC通道上接收到的报文发送到哪一个上行通道上(如带内通道或带外维护通道)、是否要发送到TCP/IP协议栈、是否要发给其他的应用管理模块或者可以指定对从网络侧接收到的哪些报文丢弃或进行优先转发。通过对IP报文进行接入控制，在BS上可以选择支持DHCP Server/Relay、SNMP Proxy等功能，例如对于SMC上所有的IP报文，当BS仅捕获其中的SNMP报文，且支持SNMP Proxy时，SNMP Proxy可以向SMC层二交换机定制捕获SNMP报文的ACL规则。

地址管理模块102建立和维护MAC地址与SMC通道号之间的映射关系信息。虚端口及MAC地址学习模块1021根据各个虚端口上接收的报文，记录报文的源MAC地址，以及源MAC地址与SMC通道号的映射对应关系，生成报文转发表，该表的示例结构如下：

序号	SMC通道号	源MAC地址
序号	SMC通道号	源MAC地址	1	20	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x1
2	20	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x2	1	20	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x1
2	20	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x2	3	25	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x3
……	……	……	3	25	xx-xx-xx-xx-xx-xx-xx-x3

当报文转发模块103转发SMC通道间的IP报文，或者SMC通道和上行控制数据带内通道/上行控制数据带外通道间的IP报文时，根据目的MAC地址查找该表，如果查找不成功，则丢弃该报文。

在特殊情况下，如果需要支持不同的SS组成一个二层互通的虚拟局域网(Virtual Local Area Network，VLAN)时，可以将互通的SS SMC划分到一个VLAN内，使得不同的SS在VLAN内可以互通。相应地，可以对“虚端口+MAC地址”学习表进行扩充，改成“VLAN+虚端口+MAC地址”方式对报文进行转发。

对于没有目的MAC地址的报文，如ARP报文，地址管理模块102还需要支持“MAC地址+IP地址”学习功能。由于没有目的MAC地址，根据上述报文规则，该ARP报文将被丢弃，导致ARP报文无法在BS中透传。为了解决这个问题，报文转发模块103捕获到ARP请求报文后，MAC地址及IP地址学习模块1022根据ARP请求报文中的源IP地址和源MAC地址，以及源IP地址和源MAC地址与SMC通道号的映射对应关系，生成“IP地址+MAC地址”映射表。对于ARP报文等没有目的MAC地址的报文，报文转发模块103均先根据目的IP地址从“IP地址+MAC地址”的映射表查找目的MAC地址，再从“虚端口+MAC地址”映射表中查找虚端口，然后利用查找到的虚端口发送ARP报文。对于经过两次查找没有成功的报文，可以直接丢弃。避免ARP报文在BS上向所有SS广播，从而避免BS进行大量的报文复制而影响***性能，并且避免了空口上的ARP报文广播导致的拥塞，节省了空口带宽。

作为本发明的另外一个实施例，对于“MAC地址+IP地址”的学习功能也可以在BS上通过支持DHCP Relay功能来实现。DHCP Relay模块在SMC层二交换机上设置ACL规则，捕获DHCP请求报文和DHCP响应报文，根据报文中的SS的MAC地址和IP地址，建立一个“IP地址+MAC地址”的映射表。每次刷新映射表时，将映射表发到SMC层二交换机上，可以与ARP学习达到同等效果。

由于SS的注册或去注册是动态的，以及SS上支持带IAD等设备的维护通道也可能通过SMC通道转发，这些设备可能在SS在线时接入或离开，因此“虚端口+MAC地址”映射表和“IP地址+MAC地址”映射表都存在老化问题。为了防止这个问题，地址更新模块1023在SS去注册或不在线删除SMC层二交换机上的虚端口时，根据虚端口找到“虚端口+MAC地址”表中对应记录并删除对应的MAC地址，同时从“虚端口+MAC地址”表删除的记录中的MAC地址，同时查找“IP地址+MAC地址”表，找到有此MAC地址的表项并删除该MAC地址对应的IP地址。

在本发明的第二实施例中，如图4所示，可以将SMC层二交换机置于用户面的LSW内。在这种情况下，SMC上的IP报文不经过控制面报文处理，在用户面上也不经过802.16 MAC层的相关处理，直接发给LSW(与用户数据报文共用)，LSW支持接入控制和“虚端口+MAC地址”学习功能，只有对于ARP报文等广播报文才发给控制面处理。在本实施例下，SMC层二交换机的内部结构、端口与第一实施例类似，详细内容不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种WiMAX网络中转发IP报文的装置，其特征在于，所述装置内置于基站内，通过虚端口与用户站和上级网络设备连接通信，接收SMC通道上的IP报文，根据IP报文的MAC地址，将IP报文转发至所述MAC地址对应的虚端口。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括：

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述地址管理模块包括：

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置内置于基站的控制面内，或者用户面的局域网交换机内。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述虚端口包括连接用户站的SMC通道虚端口，以及连接维护网口的带外通道虚端口或者连接业务网口的带内通道虚端口。

6、一种WiMAX网络中转发IP报文的基站设备，与用户站及上级网络设备连接，对SMC通道上的IP报文进行转发处理，包括位于控制面的应用管理模块，以及位于用户面的局域网交换机，其特征在于，所述基站设备进一步包括：

7、如权利要求6所述的基站设备，其特征在于，所述SMC层二交换机包括：

8、如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，所述地址管理模块包括：

9、如权利要求6所述的基站设备，其特征在于，所述SMC层二交换机内置于基站的控制面内，或者用户面的局域网交换机内。

10、如权利要求6所述的基站设备，其特征在于，所述虚端口包括与连接用户站的SMC通道虚端口，以及连接维护网口的带外通道虚端口或者连接业务网口的带内通道虚端口。