CN1092230A - 局域网与广域骨干网互连的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种互连大大分开的局域网(LAN)的系统，借 助于广域网(WAN)利用网络层设施建立通过广域 网的连接和在WAN网接入点产生连接表入口，这 些入口允许随后的数据帧通过广域网传送而不用这 种网络级的操作。具体地讲，各种LAN网组合为以 地址冠字代表的搜索组，LAN网始发的连接请求可 被广播并可响应，以便建立数据路径连接。这个系统 具有现有技术的路由选择器的连接灵活性，同时具有 现有技术的桥接器的低开销。

Description

本发明涉及数字通信网，具体地讲涉及用广域网（WAN）进行局域网（LAN）的有效互连。

将多个用户数字设施与“局域网”互连是众所周知的，即，位于一个限定的地理区域中并用于互连单个商业用户或学术团体的用户的一个数字广播传输系统。这种局域网LAN具有各种不同的结构并采用很多不同的传输协议。以太网（EFHERNET）和令牌环网是目前可用的两种主要的局域网类型。这些局域网（LAN）使用各种类型的数字分组，各种信令协议和各种检错及纠错方案，以保证局域网的用户之间的数字流的精确传输。由于LAN技术对传输距离的限制，LAN网在地域范围上限制很严，典型地限制在一个大学的校园或商业地点。LAN的这种特性是公知的，这里不再进一步叙述。

将这种局域网互连在一起以便允许不同LAN的用户互相通信已变得更加重要了。根据被互连的LAN的类型，已经有两种一般为LAN直接互连的类型。这两种互连技术称为路由选择器和桥接。一般地讲，路由选择器用于经过任意的距离互连不同的LAN的结构（例如，以太网连到令牌环网），而桥接用于本地互连类似的LAN结构（例如，令牌环网到令牌环网）。使用开放系统互连（OSI）模型（“信息处理系统-开放系统互连-基本参考模型”，ISO国际标准7498，1984年10月15日第一版），路由选择器工作在该模型的层3（网络层），而桥接工作在层2（数据链路层，或更精确地讲，媒体存取控制（MAC）层）。具体地讲，在层3的路由选择器终止本地数据链路层协议并利用网络层地址和数据帧重构经过WAN互连进行通信。这种路由选择器可找到使用的层3结构包括公知的系统，如TCP/IP网间协议（具有TCP/IP原理的网间互连，协议和结构，Comer，Prentice-Hall，1989），OS13（“中间系统到中间系统使用的域内路由选择协议连同提供无连接方式网络业务的协议”，ISO8473，ISO/DIS10589，1990）和SNA（“系统网络结构-格式和协议参考手册”，IBM文件SC30-3112，1980）。

另一方面，在层2的桥接器利用从源LAN本身来的目的地MAC地址，因此通过相似的LAN媒介之间的互连直接通信而无需重构帧。即，由于在互连的两侧的LAN使用相同的协议，在公共LAN接口该帧无需变换，但是很少经过从源LAN到目的地LAN的互连传送而无大的变换。

最近，跨越大的地理区域包括全国和国际覆盖范围的广域网已可用于在具有非常高传输速率的用户之间的、符合或者甚至超过目前的LAN距离的长距离上传送数字数据流。这种广域网（WAN）具有它们自己的传输、信令和差错处理设施，这些处理设施一般与任何局域网的处理设施不相符。为了允许用户在不同的LAN上直接互相通信，利用WAN骨干网透明地互连两个或多个上述的LAN已成为一个重大的问题。这种互连的困难主要是各个LAN使用的协议不同、WAN本身的不同协议和各个LAN协议所采用的很不相同的寻址方案的结果。

在地理上分开的用户之间数字数据分组传输的不同协议的这种扩大已要求在各个互连系统（LAN和WAN）之间的路由选择器类型接口。但是这种路由选择器的设计和维护很昂贵，另外，为了在每个网络接口进行要求的所有高层会话，要求昂贵的和耗时的开销。这个开销严重地影响这种系统的通过量并大大地增加通过应用日益广泛的广域网互连局域网的费用。

根据本发明的示例性实施例，通过广域网在局域网之间互连所要求的开销通过使用互连信令的高层（OSI层3）交互作用而减少了，但是经过广域网的实际数据传输使用低层（OSI层2）交互作用。具体地讲，如果分开很远的LAN使用兼容的MAC协议，则经过完全基于无重大变换的MAC层信息的WAN骨干网在它们之间交换数据分组。另一方面，呼叫建立和其它控制消息必须在各个协议的网络层进行分析，以便利用WAN查号业务来定位远端通信伙伴，以保证在源和目的地LAN的MAC协议之间的充分的兼容性，和建立跨越WAN的合适的连接来服务进行通信的LAN站。一般地讲，本发明针对与低级数据转发组合的高层信令的使用。

具体地讲，用于从源LAN到WAN的连接请求在源接入节点进行分析，这是使用在OSI网络层3的资源来确定的目的地LAN的位置和MAC协议。如果该目的地可通过WAN查号业务定位且如果这些协议相符（希望互相通信的LAN之间很相似），则通过WAN到连接在目的地LAN的WAN接入节点计算连接。在确信通过WAN的最佳连接之后，源接入节点和目的地接入节点在WAN连接的两端产生连接表入口，它可用于将源LAN数据帧变换为适用于经过WAN连接进行分组传输的一个形式，相反地，将接收的分组变换为适合于传送到本地LAN的一个形式。这些连接表入口是对称的，以致于数据帧可在两方向进行交换。该连接表可在OSI数据链路层2被引用（invoked），大大地减少经过WAN传送数据帧所包含的开销。

使用本发明的“高信令级，低数据交换级”范例，保持了源和目的地LAN之间的路由选择器的互连形式的所有灵活性，而同时得到桥接互连形式的全部简单性和速度。经过WAN互连LAN的这个方法优化使用所有的WAN资源以提供简单和快速的互连。

应该注意，显然本发明将根据利用广域网（WAN）互连局域网（LAN）进行叙述，但是高信令级、低数据交换级的方法也适合于利用“大城市区通信网（MAN）互连LAN，以及利用WAN互连MAN。当然，本发明可叙述为保存任何相对的广域网资源的技术，该广域网用于互连两个更本地化的网络。

通过考虑结合附图的下面的详细叙述可以完全理解本发明，其中：

图1表示用于互连两个局域网的广域网的一般方框图，在该网络中可使用本发明的互连系统;

图2表示广域网接入节点的一般方框图，根据本发明该接入节点可用于将图1的局域网与广域网接口;

图3表示分层的通信结构的开放系统互连（OSI）参考手册的示意方框图，示出了用于局域网互连方法的桥接器和路由选择器之间的差别;

图4表示根据本发明要求处理控制帧的OSI层级的一般方框图;

图5表示根据本发明要求处理数据帧的OSI层级的一般方框图;

图6表示典型的局域网数据帧的示意图，根据本发明利用广域网，该数据帧可在地理上分开的局域网之间传送;

图7是根据本发明响应从连接的局域网来的帧的到达，在广域网的图1的接入节点中发生的过程的流程图;

图8是根据本发明响应从广域网的一个远端接入节点来的响应的到达，在图1的接入节点中发生的过程的流程图;

图9是根据本发明在远端接入体（access    agent）接收到数据帧时，在图1的接入体发生的过程的流程图;和

图10表示使用本发明的高级控制和低级数据交换原理，在两个类似的局域网之间建立“Net    BIOS”连接所必须的消息交换的示意时间行图。

为了便于读者理解，使用相同的参考号表示各图共同的单元。

在进行本发明的叙述之前，将叙述互连局域网（LAN）的现有技术的机理。目前可用的主要LAN网是令牌环网，以IBM公司的令牌环网和光纤数字数据互连（FDDI）系统为代表，和以以太网为代表的骨干交换总线系统。由于信号传输范围，时延失真和其它的数字传输限制，这些LAN网在地理范围上受限制。因此互连这些LAN网使不同LAN网的用户能互相直接通信已变得越来越重要了。试图使用中继器来扩展LAN网可工作的区域受到与传输设施有关的固有时延失真的限制，与所传输的信号的持续时间相比该传输设施具有大的传播时延。

目前可用于互相LAN网的设备是MAC（媒体存取控制）数据链路层的桥接器和网络层的路由选择器。MAC桥接器提供完全由MAC标题的内容确定的具有帧转发的非常快的、高通过量的数据路由。MAC标题中的目的地地址位于一个平的、未结构的地址空间中，使它很难将该地址空间划分为适合于网络管理、路由选择和带宽控制的段。更重要地是，通过在整个网络中广播一个连接建立请求消息，LAN网开始一个连接，导致在大的网络上广播业务量的迅速增长，并中断必须响应这种连接请求消息的端站。在LAN网上的这种广播信令过程称为“发现过程”过程，随着LAN网总数的增长，“发现过程”可能耗费可用带宽的显著部分，并且可能影响该网络，通常称为“广播风暴”，它严重地限制该网络的传输能力。

MAC桥接器具有简单的优点，因为每个分组使用相同的地址格式而不考虑网络层协议，因为分组无分解地传送，允许容易决定（传送或不传送），并由于这些优点而便宜。另一方面，桥接器必须检查所有的分组以确定更可能导致过负荷的路由，一般不容许该网络中的环路（多路径），不允许传输冗余或负荷分开，因此禁止通过某些型式的“生成树”算法的冗余连接。最后，由于桥接器不包含确定传送的合适性的资源，它必须传送所有的广播。

另一方面，路由选择器工作在支持协议的网络层并使用网络层地址（逻辑地址）传送分组。这种逻辑地址一般是自然分层的，很容易支持网络划分并允许分组流控制以及业务量管理。只有到本地路由选择器的分组地址需要检查，减少由广播风暴引起的业务量过负荷的可能性。另一方面，路由选择器比桥接器更复杂和难于设计。对于每个分组，网络标题必须进行检查并解码以得到它的目的地地址，要求定制每个不同的协议，要求一个路由表将逻辑地址翻译为子网的地址，因此更加昂贵。此外，这种高级的每个分组处理严重地限制路由选择器的通过量能力。

在相同的设备中封装一个桥接器和一个路由选择器已越来越普通了，称为“brouter”（桥接路由选择器），但是每个子设备与另一个子设备独立地工作。如果brouter知道网络层协议，则使用路由选择器部分，否则使用桥接器。

大量的广域网（WAN）可用于互连大大地分开的用户。这种WAN网使用多个交换节点，在交换节点根据分组标题中的路由信息，分组被发送到下一个节点。根据负荷、设施能力和连接的特殊需要预先计算路由。目前最重要的问题之一是有效地使用新的WAN网互连大量的现有LAN网。本发明是针对于这个问题的解决方案。

图1中表示广域网（WAN）10被用于互连两个局域网（LAN）11和12的一般方框图，其中本发明的互连系统可找到用途。为了实现这些互连，在LAN网11与12和WAN网10之间的接口处使用多个WAN接入节点，包括接入节点13和14。接入节点13和14提供从所接的LAN网11和12接收控制和数据帧以及在LAN网11和12之间进行互连所需的所有控制功能的机理。

图2中表示图1的WAN网接入节点13和14的一个节点的更详细的方框图。图2的WAN网接入节点15包括一个LAN网接入体16，用于与在图2左边接入的局域网直接接口;查号业务单元22，用于将网络层产体的逻辑地址翻译为一个合适的目的地WAN网接入节点的WAN网地址和目的地MAC地址，它可用于将数据分组实际地发送到目的地LAN网;和传送业务单元23，它提供封装用于在图1的WAN网10传输的LAN网的帧所需的业务。图1的WAN网接入节点15的构成部分可用专用电路实现，但是在优选的实施例中是以软件实现的，该软件可由大等级的通用计算机执行。

具体地讲，传输业务单元23满足由其用户提出的通信要求，以便最佳地符合用户对基础传输设施的业务要求的质量。单元23的主要功能包括选择最佳路由和保持希望的业务参数质量。这些业务的用户是LAN网接入体，如接入体16，它是由合适的WAN网地址识别的。一般地讲，传输业务单元23提供低等待时间、通过广域网的高带宽单信道广播和多信道广播连接，包括实时业务，带宽保留和传输用户组之间的多信道广播，传输用户组可以动态地产生并由组地址识别。

查号业务单元22提供将网络层实体的地址动态地变换为对等接入体的WAN网传输地址所要求的分布过程，该网络层实体是在连接到互连的LAN网的站中，通过对等接入体可进行与各个站的通信，和将网络层实体的地址动态地变换为各个实体驻留的LAN网的站的适当的目的地MAC地址的分布过程。查号业务单元22依靠本地LAN网接入体以合适的地址冠字的形式寄存必要的寻址信息，该地址冠字如由在LAN网执行的外部协议所采用的，因此指明了由这种冠字得到的网络层地址识别的站的能达到性。如果LAN网协议将网络层与结构地址结合，则接入体通过动态地参与本地协议或询问本地结构知道这些提供的冠字。如果LAN网协议使用一个平的、未结构的寻址方案，连接到WAN网的LAN网被任意地和管理地划分为选择的组，该选择的组被指配本地协议不知道的虚地址冠字，但是由该接入体用于定位目的地，如在上面叙述的结构地址的情况。在LAN网接入体请求时，查号业务单元22执行在LAN网接入体组中的地址分辨，该接入体支持一个特定的协议并具有前面寄存的特定的地址冠字。（见W.Doernger等人的文章“在骨干网中有效的、实时地址分辨”，IBM研究报告RZ2357，1992年7月）。

LAN网接入体16构成WAN网与被连接的外部LAN网之间的连接点。接入体16的主要目的是在外部LAN网协议与在用于取得透明的LAN网间连接的骨干WAN网可用的协议之间进行中介。LAN网接入体16包括一个协议部件18，它与LAN网来的控制帧交互作用以便建立、拆掉和其它控制到远端LAN网的连接。接入体16的中继部分18在MAC层级与LAN网来的数据帧交互作用以便通过WAN网10传送这种数据帧。连接表19被产生并增加以提供控制每个有效对的源和目的地MAC地址的分开的WAN网连接所需的信息。具有地讲，连接表19保持将MAC地址对（在MAC层分组标题中找到的源和目的地MAC地址）变换为WAN网连接的入口，该WAN网连接是前面建立的用于在由这些MAC地址识别的两个LAN网站之间中继MAC帧。连接表19中的入口包括不知道的网络层信息。

连接部件21要求传输业务单元23建立和管理用于中继协议部件18所要求的LAN网数据帧的合适的WAN网连接。分开图2所示的控制和数据帧只是根据MAC层标题中的信息。最典型地，控制帧由区别于LAN网广播或组地址的MAC帧组成的，而点对点MAC帧当做明码数据帧对待。在每个情况下，提供某种机制区别控制和数据帧。

协议部件18知道本地LAN网协议格式和语义并用于在这种本地LAN网协议之间进行变换，知道它的广播信号过程及由LAN网接入体16的其它部件和由WAN网部件提供的业务。这样，本地协议特别是不知道广域网的平衡。例如，在LAN网协议开始搜索过程时，如果出现，协议体18就利用查号业务单元22寄存包含在各个协议帧（即地址冠字）中的本地源的可达到信息，并开始搜索本地不能得到的资源。相反地，查号业务单元22调用在适当的接入节点中的协议部件18，以便搜索本地LAN网中的特定目的地LAN网的站的位置。这种搜索的结果由WAN网接入体存储在连接到协议部件18的地址超高速缓冲存储器24中，用于加快未来搜索过程的处理。即，地址超高速缓冲存储器24存储网络层实体的网络层地址连同支持信息，该网络层实体驻留在接到本地及远端LAN网的站中。对于本地连接的实例，支持信息是各个MAC地址。对于在远端LAN网的LAN网的站中的实体，支持信息是这些实体可以达到的WAN网接入体的WAN网传输地址。换句话说，地址超高速缓冲存储器24包含经过WAN网查号业务单元22和LAN网搜索所得到的信息。

当从协议部件18请求时，连接部件20建立新的WAN网连接，强制本地政策抑制关于现有连接的再用并在连接表19中产生入口，中继部件20使用连接表19进行MAC层数据中继，正如下面叙述的。这种连接表入口将MAC层寻址信息（典型地MAC源和目的地地址对）变换为在LAN网接入体之间的相应的WAN网连接，通过LAN网接入体源和目的地LAN网站被互连。连接部件20还适合于改变带宽要求和执行连接和连接表19的入口的无用信息的收集。

LAN网接入体16的中继部件21在本地LAN和骨干WAN网之间执行数据分组的传送。主要依据在接收的LAN网数据帧中的MAC层寻址信息，连接部件21利用由协议部件18建立的、在连接表19中的一个入口来封装MAC层的帧并通过前面定义的WAN网连接传送该数据帧。

本发明使用图2的接入体结构来提供“高级信令、低级交换”方案，用于通过骨干WAN网互连LAN网。一般地讲，LAN网接入体监视本地LAN广播搜索过程并从网络层信令信息中提取相关的地址信息。为此，得出一个合适的地址冠字，然后将它提供给查号业务单元22以引导寻找信源的定位过程，因此在WAN骨干网中的信令开销减到最小。在请求的资源被定位时，则选择在源LAN网的真正的一个LAN网接入体和在目的地LAN网的一个接入体，以支持在LAN网端站之间交换的顺序的点对点LAN网帧的中继。所选的LAN网接入体在它们之间建立具有合适的带宽保证和业务特性的WAN网传输连接。然后LAN网接入体执行可靠的消息交换（如在这些接入体之间建立的长期的WAN网连接以执行这种控制交换）以传送要求在它们的连接表中建立该要求入口所要求的所有信息。这些连接表入口将源的MAC地址和目的地LAN网站的MAC地址对变换为一个相应的WAN网连接。在骨干WAN网中通过这个WAN连接，在这两个LAN网的站之间的任何随后的点至点业务量被封装和发送。即由每一个LAN网接入体接收的任何点对点LAN网帧在所选择的WAN网连接中传送到其它的LAN网接入体，依次将该帧传送到本地LAN网，以便传递到目的地LAN网端站。

图3表示传统的开放系统互连（OSI）参考模型的示意图，该模型在“信息处理系统开放系统互连基本参考模型”，ISO国际标准7498，第一版，1984年10月15日中公开了。在图3中可看到，在分组通信网的源节点的两个不同用户之间的通信和在该相同的网络的目的地节点包含使用多个七层的协议。七层的每一层与其它层隔离，但是符合允许每一层与相邻层通信的接口标准。这个分层的方法允许各层的实现是灵活的，而在同时提供相同的标准功能并保证层间通信可发生。这样，考虑内层协议，源节点用户和目的地节点用户之间的通信通过在OSI模型的七层之间的通信成为可能。

称为物理层并以方框37和45表示的底层提供在两个用户系统之间的实际媒介的实际连接。这种实际连接是在两个系统之间的实际媒介上根据任何公知的传输协议利用电的或光信号传输进行的。这些物理层传输协议规定信号脉冲形状、脉冲重复率、脉冲幅度等等。下一个较高的层，数据链路控制（DLC）层，以方框36和44表示，它控制在该网络中的节点之间的原始数据的传送。DLC层协议包括链路识别、同步、纠错、分组长度、成帧等等。大多数网络中，基本的通信差错被检测并在数据链路控制层利用数据重传输或差错恢复的逻辑数据操作进行校正。

在数据链路控制层上面的下一个更高的协议层称为网络层，在图3中以方框35和43表示。网络层是通信网络节点或子节点的最高层，意味着高于这层的所有的层在端至端的基础上通信，而网络层（和低于网络层的所有的层）控制网络节点之间的通信。网络层协议控制通过该网络的信息的路由选择，分组寻址，网络初始化，分组交换，以及信息的分段和编格式。网络层功能可用国际通信标准实现，该通信标准规定公共分组交换网和通信系统之间的接口。两个这样的标准规定了执行所有的网络层功能的分组交换协议，它们是：在ISO/DIS10598中规定的“连同提供无连接方式网络业务的协议使用的端系统到中间系统路由选择交换协议（ISO8473）”，1988年，和ISO/DIS10589，“连同提供无连接方式网络业务的协议使用的中间系统到中间系统域间路由选择协议（ISO8473），1990年。当然，其它的网络层的实现是可能的，但是这里不再叙述或进一步涉及。

网络层上面的下一个更高的协议层称为传送层，在图3中以方框34和42表示。传送层34和42控制透明的数据传送，端至端控制，多路复用，数据变换等等。例如数据传递到传送层可以意味含着可靠的数据接收或者可以意味着仅仅最大努力传递该数据。当然，根据用户的意愿可以选择可靠性的等级和传递方案。例如，最高可靠性等级意味着该数据将以可靠的方法传送和在较低层出现的所有差错都将在或在低于传送层校正。较低可靠性等级意味着最大努力去传递该数据，删除差错的数据或简单地传递数据而不管差错。

传送层上面的更高的协议层称为对话层，在图3中以方框33和41表示。对话层协议将从传送层接收的多条信息分组为与给定逻辑层活动有关的多分组的组，给定逻辑层活动称为对话。对话可存在于网络中任何地点的任何两个实体之间。当然，在任何给定的时间，网络中的单个节点可包含到很多其它节点的多个对话，而且很多对话可在相同的网络链路上进行多路复用。对话层提供到一个给定逻辑活动的端至端数据的协调传递，而不受从其它逻辑活动来的数据的干扰，即使在相同系统的相同层也是如此。

在对话层上面的更高的协议层称为表示层，在图3中以方框32和40表示。表示层协议将对话层与应用层接口，以适合于应用层使用的格式将数据提供给应用层，无须兼顾对话层功能的完整性。表示层提供数据翻译，格式和码翻译。最高层，应用层在图3中以方框31和38表示，它提供到用户应用和到最高通信层上面的系统管理功能的接口。

在图3的OSI分层协议中，MAC层桥接器工作在图3的方框36和44表示的数据链路层。正是这个低协议层级使得桥接互连如此有效。应该注意，图3的相邻层之间的每个交互作用要求层协议之间信息的翻译。另一方面，路由选择器工作在图3的方框35和43表示的网络层。由于这个较高（更抽象）的协议级，路由选择器比桥接器更灵活，但是是较慢的、更复杂、更难于产生和维持，而且效率更低。根据本发明，只有从LAN网来的连接起始帧是在OSI标准的网络层进行处理，而所有的数据帧是在数据链路层处理的。是这个差别在本发明的文章中称为“高级信令，低级交换”。结合图4和5可更好懂得这个概念。

在图4中示出了根据本发明示意的表示要求控制帧处理的处理情况。在图4中，方块50相应于源LAN网中的协议级，方块53相应于目的地LAN网中的协议级，而方框52相应于分别与方块50和53接口的WAN网接入节点中的协议级。方块51和52的每一方块被分为三层，分别相应于图3的物理层（OS1），数据链路层（OS2）和网络层（OS3）。如在图4中所建议的，本发明的系统中控制帧的处理在源LAN    A网的网络层（OS3）中开始，控制帧请求消息被发射并通过LAN    A的数据链路层（OS2），LAN    A的物理层（OS1）向下流动，并且跨过实际媒介54到广域网的接入节点51（WAN    AN-1）。控制帧请求消息必须向上流动通过物理层OS1和数据链路层OS2到节点51的网络层OS3，在那里控制帧请求消息可被翻译。这个请求消息处理包括调用如结合图2所概述的查号业务，并通过WAN网发射资源排队消息。然后排队消息必须通过数据链路层OS2和物理层OS1向下流回到实际的WAN网中间节点媒介55。

在通过骨干WAN网之后，排队消息必须从WAN网中间节点实际媒介56传递到目的地WAN网接入节点52（WAN    AN-2），接入节点52与目的地WAN网接口。而且在WAN网接入节点52，排队消息必须向上流动通过物理层OS1和数据链路层OS2到网络层OS3进行处理。然后本地排队消息在这层（OS3）进行格式化并向下流动通过数据链路层OS2和物理层OS1到达LAN    B的实际媒介57。在LAN    B，排队消息通过物理层OS1和数据链路层OS2向上流回到LAN    B的网络层OS3。使用本地查号资源，目的地端站被识别而且目的地识别消息由目的地LAN    B的网络层OS3发射。这个目的地识别消息再跟踪图4中的相同路径以完成源和目的地接入体之间的连接的起动。

在图5中表示根据本发明进行的数据帧处理的类似OSI图。在图5的LAN    A方块50′的网络层OS3始发的数据帧通过方块50′的数据链路层OS2和物理层OS1到达实际媒介54′。但是在WAN网接入体51′，数据帧只是通过物理层OS1到OS2的MAC层。使用在接入体51′中的连接表，数据帧直接通过WAN传送而不必调用网络层OS3。正是传送数据帧不要OS3处理的能力达到显著地增加本发明的互连系统的效率。数据帧最终传递到LAN    B方块53′并向上流动通过物理层OS1和数据链层OS2到达LAN    B的网络层OS3，在这里该数据帧可由用户端站使用。

如前指出的，WAN网接入节点监视连接的LAN网以检测数据并控制帧，以便进行可能的处理或通过广域网传递。这处数据帧的一个格式在图6中示出。图6的数据帧包括定时字段或前置码60，它由接收机用于同步接收机时钟，因此允许数据帧的剩余字段的识别。字段61包括目的地站的MAC（媒体存取控制）地址。字段62是源站的MAC地址。在适当的时候字段63包含另外的MAC层路由选择信息。字段64包含在目的地使用的业务接入点（SAP），而字段65包含源地点的SAP。这些业务接入点是在源和目的地节点的数据链路层和网络层之间适当的接口点的识别。最后，数据字段66包括从源到目的地被传递的实际数据。当在本发明的系统中使用时，它是源和目的地MAC地址61和62对，它识别通过结合图2和4讨论的广域网用于移去数据帧的WAN网的连接。

在图7-9的流程图和图10的消息流程图中公开了本发明实施的一个特别的示例。在图7中表示在从连接的LAN网收到本地帧时，在本广域网接入体中进行的过程的流程图。在方框70开始，进入判定方框71，检查该帧以便确定接收的帧是控制（搜索）帧还是数据帧，如果接收的帧是搜索帧，进入判定方框72，确定在搜索帧中使用的协议对这个接入体是否已知。如果不知道，则该帧简单地桥接（在方框73中）到广域网（如果已经安装了这种功能）。否则可向本地LAN网返回一个连接拒绝消息。

如果接收的搜索帧的协议是已知的，如由判定方框72确定的那样，则进入方框74以产生用于识别目的地的搜索请求并发送搜索请求消息到广域网。当然，这个搜索请求包括识别接入体组的冠字，它将识别目的地地址。在图7中的虚线代表在源LAN网的WAN网接入体（虚线的上面和左边）和在目的地LAN网的WAN网接入体（虚线的下面和右面）之间的分隔。搜索请求消息在相应于图7的方框81的方框中的多个远端接入体的每个接入体接收到。搜索请求被传送到判定方框86，确定是否要求搜索LAN网查号业务。如果是的话，进入方框87，执行LAN网搜索，其结果输入到远端接入体的地址超高速缓冲存储器24。如果没有要求LAN网搜索，如判定方框86所确定的，或者如果LAN网搜索已经执行了，则进入方框82，在远端接入体的地址超高速缓冲存储器搜索相应于这个搜索请求的输入。在判定方框83，确定是否与远端地址超高速缓冲存储器中的一个入口相符。如果是的话，本地（LAN    B）端站的MAC地址和远端接入体的WAN网传送地址返回到始发的接入体，如将结合图8所示的。如果在连接表中未找到目标端站，如判定方框83所确定的，则进入方框85，将否定响应返回到搜索的请求。方框85以虚线指明不需要返回否定响应，只需要肯定的响应执行搜索过程，根据将结合图8叙述的那样在源接入体的超时。

回到判定方框71，如果确定接收的帧不是搜索帧，而是数据帧，则进入判定方框75，以确定在数据帧的标题中MAC地址的源和目的地地址对是否在本地连接表中。如果地址对是在本地连接表中，则进入方框78，以检索连接表入口，并且是在方框79中，根据连接表的入口调整数据帧的格式和/或内容（封装数据帧）。在一些情况下，如果数据帧已经以可接受的格式，则可不要求这种调节。然后进入方框80，经过广域网发送该数据帧到识别的WAN网连接的远端的接入体。

应注意，显著不同的处理路径接在图7中用于搜索（控制）帧和数据帧。更重要的是，搜索帧处理要求与远端接入体双向交互作用，而数据帧处理只要求发送调节的数据帧。正是这个分歧产生了申请人的发明的许多优点。

在图8中表示在对这个接入体先前发送的搜索请求消息的响应收到后的过程流程图。在判定方框90它确定这样的响应是否已收到。如果未收到，进入判定方框91以确定超时期间是否已到期。如果没有到期，重新进入判定方框90以等待一个响应。如果在超时期间内没有收到响应，根据超时期间已到期的决定最终退出判定方框91。进入方框99，然后搜索请求被废弃并在方框100过程终止。这个超时过程保证源接入体不会在等待永远不会出现的响应时继续占用资源。然后源接入体可在本地LAN发送表明它没有接通的消息。如前所指出的，这个超时过程是对从图7的方框85来的响应的替代和补充。

如果收到对搜索请求消息的响应，如判定方框90所确定的，则进入方框92从搜索响应消息得到MAC层路由信息（如果有的话）。在方框93，这个信息用于计算在这个源接入体和远端目的地接入体之间分组的合适的广域网路由。这个路由可从拓扑和在该接入体存储的、当可用时随着在搜索响应消息中返回的路由信息增大的现有业务量信息进行计算。在方框105，使用WAN网的连接建立过程，建立实际的WAN连接。在方框106，这个WAN网连接用于交换在两个LAN网接入体之间的MAC层地址信息以建立新连接表入口。在方框94，这个连接的本地连接表以接收的信息进行更新。在图8中虚线以下的远端接入体，在方框96接收从源体来的连接，而在方框99，MAC信息与本地接入体进行交换，在方框97，这个信息用于更新在远端位置具有交换在接入体之间的数据帧所需的所有路由信息的连接表。图8的过程在方框98终止。

在图9中表示在具有合适的标题的数据分组在远端接入体收到时（在从结合图7叙述的本地接入体发送以后），在远端接入体进行的过程的流程图。在方框101，远端接入体收到数据分组，在方框102，如果需要的话，在数据帧的标题中的MAC地址被调节以适应本地LAN网的协议。进行这些调节所需的信息与结合图8叙述的由路由和目标地址消息先前装到远端连接表的信息非常相同。在图9中，在框103，本地LAN发送具有调节的标题地址的数据帧。图9的过程在方框104终止。当然，本地LAN网使用调节的MAC地址以保证合适的传递，即传递数据帧到预定的端站。

应该懂得，搜索请求和数据帧可在任何接入体从本地LAN网接收，当然可给每个LAN网提供多个接入体以保证搜索请求的立即服务。在单个地理位置的不同接入体可被指定处理不同的本地协议，当然，当新的协议由骨干WAN网服务时，新的LAN网协议可仅仅靠加上新的接入体来适应。

在图10中表示使用示意时间线和消息传输线实现本发明的特定例子，和表示使用WAN骨干网进行互连在不同的LAN网的LAN网用户站的事件链。在图10中，在顶部的方框代表相应于LAN网用户站（110和118）和WAN网接入体（111-113和115-117）的设备或软件。从方框110-118发出的垂直虚线代表时间沿向下方向增加的时间线。水平线和箭头120-146代表按垂直虚线时间线指明的顺序在方框110-118之间发送的消息。这些消息以箭头方向传递到相应于方框111-118的一个方框的时间线。如果箭头终止在“O”，则该消息由相应的方框接收。如果箭头终止在“X”，则该消息不由相应的方框进一步处理。具体地讲，方框110示意地代表在局域网A中的源用户站。方框111-113代表可接到LAN    A的WAN网接入体。方框115-117代表可接到LAN    B的WAN网接入体。最后，方框118代表在局域网B中的目的地用户站。

一般地讲，源接入体从一个连接的LAN网接收一个请求以便将在该LAN网的一个站接到在另一个远端LAN网的一个站。在请求中的远端站的地址被部分变换为一组连接的LAN网的全球唯一的地址冠字，一组连接的LAN网应被搜索以定位目的地站。使用查号业务单元22，消息在WAN网进行多信道广播到该组LAN接入体，使用地址冠字作为组选择器，该组LAN接入体将识别该地址冠字。在这组的每个远端LAN网的一个接入体使用本地LAN网搜索过程尝试定位适当的目的地用户站。一旦定位了，在成功的目的地接入体和源接入体之间建立连接以用于交换数据帧。然后两个接入体执行可靠的消息交换以在这两个接入体产生连接表入口，这两个接入体将合适的LAN网MAC层地址信息变换为前面建立的WAN网数据连接。从该连接的任一端来的随后的数据帧使用这些连接表入口利用骨干WAN网在LAN网的站之间传递这些数据帧。为了说明起见，该说明假设NetBIOS连接是在两上互连源路由LAN网之间建立的。该NetBIOS结构在IBM技术文件SC30-3383，1988年的“局域网-技术参考”中叙述。在这些过程中只有小的变化是需要利用对于其它LAN网络结构和协议的这些过程。

图10的顺序向下的时间线，一个搜索消息从LAN    A网中的用户110发送并分别经过箭头120，121和122传递到WAN网接入体111，112和113。在该NetBIOS的例子中，这个搜索消息是名字询问帧，它包括NetBIOS源地址和NetBIOS目的地地址并且被广播到在LAN    A的所有站。名字询问帧还包括用于NetBIOS名字业务协议的一个相关器值，和目的地Net    BIOS名字根据前面引用的NetBIOS的文章，目的地址NetBIOS名字如NCB呼叫命令的呼叫名字中的用户所规定的。WAN网接入体111-113监视LAN    A以检测名字询问帧。名字询问帧传递到接入体111-113的协议部件（图2的部件18），它在地址超高速缓冲存储器24（图2）中建立本地NetBIOS源的合适的超高速缓冲存储器入口（如还没有存在的话）。使用任何合适的协议，选择一个而且仅仅一个连接的接入体（图10中的112）来处理搜索和废弃名字询问帧的其它本地接入体（111和113），但是知道进行中的搜索过程。所有的接入体（111-113）都起动超时计时器以限制搜索过程的持续时间。

选择的接入体112的协议部件18发回一个调查名字询问的消息123到源站110，识别选择的接入体112并从起始站请求一个名字识别响应124-126。如果可得到的话，名字识别响应124-126可包括通过本地LAN    A的附加的优化路由信息。在名字询问消息123的零对话数表示这个消息只是用于定位目的，以及表示没有连接建立是预定的。源站110响应广播名字识别消息124-126，该消息也由非选择的接入体111和113接收。这些接入体通知它们收到的MAC层路由信息的选择接入体112，然后可用于端至端路由（127，128）以后的优化。这种本地路由优化是任选的，而且不要求取得本发明的主要益处。非选择的接入体124和126也接收名字识别消息124和126并废弃它。

指定的接入体112请求查号业务以定位由后面接有NetBIOS目的地站地址的预定的冠字（VNETID）识别的目的地资源。VNETID冠字识别LAN网接入体组，LAN网接入体组共有相同的NetBIOS特性并且能通过WAN骨干网互连。进一步假定在描述消息流之前，连接到任何这样LAN网的每个LAN网接入体已经寄存了具有查号业务的VNETID冠字。假定这个目的地地址不与任何本地站超高速缓冲存储器入口相符，查号业务（图2的22）将被称为“寻找”（FIND）的WAN网搜索帧129，130，131（图10）分配到先前作为VNETID冠字组的组成部分寄存的所有接入体。“寻找”搜索消息使用在WAN网上可用的并在传送业务23（图2）实现的标准多信道广播在骨干WAN网上进行分配。

除了其它之外，远端接入体115-117接收“寻找”消息并在远端资源的地址超高速缓冲存储器中建立超高速缓冲存储器的入口。另外，使用一个合适的选择协议，选择一个接入体（115）进行搜索。非选择的接入体（116，117）废弃“寻找”消息，但是知道进行中的过程。选择的接入体115在LAN    B上发送名字询问消息132，LAN    B从目的地用户站请求名字已识别响应，这个名字已识别消息经过箭头133，134和135传递到每个接入体115，116和117，如果这种入口已不存在，则超高速缓冲存储器入口在它们各自的地址超高速缓冲存储器中产生。

所有的收到寻找消息129-131的远端接入体115-117发送一个找到消息136-138给指定的本地接入体112。找到消息136-138包括始发远端接入体的WAN网传送地址和目的地站的MAC（媒体存取控制）地址，如果存在的话还包括其它的MAC层路由信息。因此根据一些所希望的标准指定的本地接入体112可在可用的数据路径之间选择。使用一些合适的算法，指定接入体112还可选择另一个本地接入体（例如接入体111）和另一个远端接入体（例如接入体117），它们一起提供在源与目的地LAN网用户站之间的最佳数据路径。最后选择的本地接入体经过选择请求消息139被告知并且经过建立连接消息信号交换140告知选择的远端接入体117。最后选择的接入体111和117一起称为数据路径接入体。可靠的连接表更新消息信号交换141同步连接表中必要的入口，供随后的数据帧使用，例如MAC层标题信息。

当数据路经已由上述过程建立时，源数据路径接入体111发送一个选择响应消息142到前面指定的本地接入体112，以证实选择请求消息139被成功地处理了而且这时接入体112可废弃有关这个请求的信息。然后源数据路径接入体111的协议部件18（图2）使用从远端端站118提供的参数发回一个名字已识别消息143到源用户站，从而完成了端至端连接的建立。NetBIOS连接的所有随后的数据交换144-146都作为点至点LAN网帧被发送，使用连接表19的入口，在WAN网利用中继部件20这些LAN网的帧完全被封装。这些随后的交换包括对话初始化和对话确认帧以及实际的连接数据。

指出以下情况是重要的：用于分配查号搜索的LAN网冠字组可从用户构成的地址中动态地采用或者经过在WAN网的各个接入体的查号业务部件中的适当的寄存信息中管理地确定。即，具有相同LAN网协议的LAN网接入体和地址冠字构成以特定冠字表示的多信道广播WAN网组。在骨干WAN网的管理中这种管理组的格式和分离要求的开销很少。

本发明的系统能够用现有的路由选择器通过具有相同等级可用的连接性的WAN网互连LAN网的站，同时，提供稳态数据路径，它只要求类似MAC层的桥接器工作在从附接的LAN网接收的数据帧。

本领域的技术人员还应该清楚，在不脱离本发明的教导下，本领域技术人员可提出本发明的进一步的实施例。

Claims (10)

1、通过单个广域数据通信网互连多个局域数据通信网协议的一种互连系统，所述的互连系统其特征在于包括：

在所述广域网中的装置，用于从所述局域网的起始局域网接收信令帧并预定给所述局域网的目的地局域网；

响应所述信令帧接收装置的网络层装置，用于确定所述目的地局域网是否具有与在所述起始局域网的传输协议兼容的相同传输协议；

响应所述确定装置的装置装置用于产生数据帧调节装置，数据帧调节装置用于调节从一个所述的局域通信网来的数据帧，允许通过所述广域网传输；和

响应所述调节装置的数据链路层装置，用于在所述的广域网传送调节的数据帧。

2、根据权利要求1的互连系统，其特征在于包括：

使用地址冠字的装置，用于相关具有兼容的局域网协议的局域网地址。

3、根据权利要求1的互连系统，其特征在于所述的调节装置包括：

在具有所述广域网的一个所述局域网的每个接口的连接表，用于调节所述数据帧。

4、根据权利要求1的互连系统，其特征在于包括：

查号业务装置，用于寄存对接到所述广域网的局域网互连的支持。

5、根据权利要求1的互连系统，其特征在于包括：

用于处理从所述局域网来的信令帧的协议部件，和

用于处理从所述局域网来的数据帧的中继部件。

6、利用单个广域数据通信网互连多个局域数据通信网协议的一种方法，所述的方法的特征在于：

从所述局域网的一个起始局域网接收信令帧，并预定用于所述局域网的目的地局域网，

确定所述目的地局域网是否具有与所述起始局域网的传输协议兼容的相同的传输协议，

产生一个数据帧调节装置，用于调节从所述局域通信网的一个局域通信网来的数据帧，使其通过所述广域网传输，和

使用所述帧调节装置，通过所述广域网传输调节的数据帧。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于包括步骤：使用地址冠字用于相关具有兼容的局域网协议的局域网地址。

8、根据权利要求6的方法，其特征在于所述的调节步骤包括以下步骤：

在具有所述广域网的一个所述局域网的每个接口产生连接表，和

调节具有所述连接表的所述数据帧。

9、根据权利要求6的方法，其特征在于包括步骤：

在查号业务部件中寄存对连接到所述广域网的局域网的互连的支持，和

在所述的产生数据帧调节装置的步骤中使用所述查号业务部件。

10、根据权利要求6的方法，其特征在于包括步骤：

利用在所述广域网的网络层级中的协议部件处理从所述局域网来的信令帧，和

利用在所述广域网的数据链层中的中继部件处理从所述局域网来的数据帧。

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