局域网复用装置制造方法
局域网复用装置制造方法
【专利摘要】局域网复用装置的控制装置利用包含分组网络地址的分组报头对从局域网以及无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并进行发送给所述分组网络的处理，并且，进行将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方的处理，其中，所述分组网络地址至少包含复用识别符和MAC地址。
【专利说明】局域网复用装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及局域网复用装置。
【背景技术】
[0002] 以太网（Ethernet)(注册商标）是局域网（Local Area Network :机构内通信网） 规格之一。以太网（注册商标）是由网线连接的局域网，被用于个人计算机（PC)或服务器、 网络设备的连接。最近，多被用于使游戏机或电视那样的家电设备与网络连接。
[0003] 此外，最近，Wi-Fi (注册商标）那样的无线局域网（wireless LAN)不仅用于PC 或PDA (Personal Digital Assistant:个人数字助理），也多用于便携电话或智能手机、便 携游戏机那样的各种电子设备的网络连接。
[0004] 这样，基于以太网（注册商标）以及无线局域网的协议是支持作为0SI(0pen Systems Interconnection :开放系统互连）参考模型中的第2层次（Layer 2)的数据链路 层的协议。
[0005] 图1A是以太网（注册商标）的帧的格式说明图，图1B是IEEE802. 3帧的格式说明 图。图 1C是 ffiEE802. 3+802. 2(LLC)帧的格式说明图，图 1D 是 IEEE802. 3+802. 2(LLC+SNAP) 帧的格式说明图。这样，作为对以太网（注册商标）或IEEE802. 3的帧格式进行扩展后的 结果，具有包含图1C和图1D所示的帧格式在内的几种变形。不过，全部帧格式之间共通的 是，使用MAC(Media Access Control :介质访问控制）地址作为发送源以及目的地的地址。
[0006] 以下，在本说明书中，将使用图1A?图1D所示的那样的帧的Layer 2的网络称作 "局域网"或"有线局域网"，将在局域网中使用的帧称作"MAC帧"。
[0007] 另一方面，无线局域网也具有与MAC帧的格式相同的帧格式。图1E是作为无线局 域网的局域网规格的IEEE802. 11的帧格式的说明图。图1E所示的格式具有4个地址区域。 各地址区域中保存的值根据网络结构中的有线局域网与无线局域网之间的组合而变动。以 下，将无线局域网的帧称作"无线局域网帧"。
[0008] 图2是使有线区间与无线区间连接的情况下的IEEE802. 11报头的地址区域指定 的说明图。在图2中，在无线局域网终端与接入点（AP)之间设置有无线区间，AP与网络连 接，形成有线区间。
[0009] 在从无线区间向有线区间（无线局域网终端一AP)发送帧的情况下，如图2的例 子所示，在帧的IEEE802. 11报头中的第1地址区域（Addressl)中，设定有BSSID(Basic Service Set Identifier:基本服务集标识符）。BSSID是IEEE802.il中的网络识别符之 一，相当于AP的MAC地址。在第2地址区域（Addre SS2)中，设定有无线局域网终端的MAC 地址作为发送源MAC地址（MAC-SA)。在第3地址区域（Address3)中，设定有帧的目的地的 MAC地址作为目的地MAC地址（MAC-DA)。在第4地址区域（Address4)中没有设定地址。
[0010] 另一方面，在从有线区间向无线区间（AP-无线局域网终端）发送帧的情况下，在 帧的IEEE802. 11报头中的第1地址区域中，设定有MAC-DA (无线局域网终端的MAC地址）， 在第2地址区域中，设定有BSSID (AP的MAC地址）。在第3地址区域中，设定有MAC-SA。在 第4地址区域中没有设定地址。如图2所示，在无线局域网中，也使用MAC地址来作为发送 源以及目的地的地址。
[0011] 然而，作为当前广泛普及的网络而存在互联网。互联网是采用IPdnternet Protocol :互联网协议）来作为0SI参考模型中的第3层次（Layer 3)、即网络层的协议的 网络。在IP协议中，有从最初使用的IPv4和为了解决IPv4地址的枯竭问题而开发出的 IPv6。
[0012] 互联网有时被解读为"网络的网络"。其表示使"Layer 2网络相互连接的Layer 3网络"。Layer2的网络与Layer3的网络是不同的网络。
[0013] IP协议原本是为互联网开发的协议。但是，最近，被挪用到不在Layer3 (L3)级别 上与互联网连接的私有网络或企业网络（内联网）等。此外，IP协议甚至还被用于家庭内 部网络。在本说明书中，将使用IP协议的网络称作"IP网络"。上述有线局域网以及无线 局域网通常在以互联网为代表的IP网络中使用。在有线局域网中传输的IP分组以MAC帧 (IEEE802. 3的帧）进行封装，在无线局域网中传输的IP分组以无线局域网帧（IEEE802. 11 的帧）进行封装。
[0014] 作为与局域网相关的技术，存在被称作虚拟局域网（Virtual LAN :IEEE802. 1Q) 的扩展技术。虚拟局域网被用于在物理网络上构筑出逻辑网络。例如，在按规定的管理单 位对物理地共享的网络进行划分、并按每一管理单位来进行管理时使用虚拟局域网。或者， 虚拟局域网被用于在同一物理网络上复用（容纳）使用了 IPv4私有地址的多个IP网络。
[0015] 图3A是IEEE802. 1Q的帧格式的说明图。IEEE802. 1Q的帧格式是通过在以太网 (注册商标）帧中追加虚拟局域网标签区域（TAG :32比特）而形成的。使用虚拟局域网标 签区域中的虚拟局域网标识符区域（VID : 12比特），最大可识别4094个虚拟局域网。
[0016] 以往，虚拟局域网被用于将局域网划分为多个管理单位来进行运用。此后被用于 广域局域网服务，该广域局域网服务用于在多个分点中的局域网之间提供连接。广域局域 网服务的主要利用者是具有多个分点和企业内部网络的企业，在企业内部网络中，通常使 用私有地址。因此，即使是在不同企业中使用相同的IP地址的环境，通过按每一企业内部 网络来分配不同的虚拟局域网（VID)，也能够逻辑地区分开企业内部网络。
[0017] 最近，推进虚拟局域网在数据中心或云服务的基础设施构筑中的应用。尤其是，在 进行针对利用者网络（例如，企业系统）的托管时，与广域局域网服务同样地，有时会在不 同的企业中使用相同的IP地址。在该情况下，享受到能够通过虚拟局域网技术来逻辑地划 分网络（根据VID来识别利用者（网络））的优点。
[0018] 现有技术文献 [0019] 专利文献
[0020] 专利文献1 :国际公开第2001/099354号公报
【发明内容】
[0021] 发明要解决的问题
[0022] 但是，在上述现有技术中，存在以下问题。即，IEEE802. 1Q格式中的VID为12比 特。因此，即使假定对1个利用者（例如，企业）分配1个VID，最大利用者数也是4096。如 果对1个利用者分配两个VID，则最大利用者数为2048,在对1个利用者分配3个VID的情 况下，最大利用者数为1365。这样，对1个利用者分配的VID的数量越多，则最大利用者数 越少。上述4096这样的数字在实现大规模数据中心服务时很难说是足够的数字。
[0023] 另一方面，存在被称作"双重标签"、"三重标签"的技术。双重标签是由 IEEE802. lad规定的、也被称作"Q in Q"的技术。图3B示出了在IEEE802. 1Q帧格式中应 用双重标签的情况下的帧格式。如图3B所示，该格式具有两个虚拟局域网标签区域（TAG)， 在各TAG中可以设定不同的VID。在"三重标签"等情况下，在帧格式中设置有3个虚拟局 域网标签区域。根据双重标签技术，VID数为4096X4096 = 1677万。此外，如果使用三重 标签技术，则VID数为4096X4096X4096、约6千亿。
[0024] 但是，双重标签技术或三重标签那样的多重标签技术具有以下这样的问题。
[0025] (1)以太网（注册商标）那样的802. 3局域网原本设想为作为小规模机构内通信 网使用。因此，没有准备设想大规模运用的管理以及故障排除手段。因此，在运用管理上， 不容易大规模化。
[0026] (2)在802. 3局域网中，多使用广播，因此在形成环形拓扑时，存在产生广播风暴 的问题。因此，802. 3局域网不能扩大网络规模。在假设通过应用多重标签技术来扩大网络 规模时，广播风暴那样的故障有可能大规模地传播，从而不能使故障局部化。
[0027] (3)随着网络规模的增大，广播业务（traffic)的传播有可能使无用的业务所占的 比例升高。
[0028] (4)由于网络的层次化，对其它层次的运用管理也必须层次化，产生不能从某层次 进行不同层次的调查等这样的运用上的问题。
[0029] (5)由于标签，数据长度（有效内容（payload)长度）变小，不能进行其学习。
[0030] (6)不能对无线局域网进行标签，因此，对混合有有线局域网和无线局域网的环境 存在限制。
[0031] (7)要求构成网络的设备分别支持IEEE802. 1Q以及多重标签技术，因此，网络构 筑所需要的成本增大，经济地上难以实现。
[0032] 本发明的一个方式，目的在于提供一种能够高效地在分组网络上复用局域网以及 无线局域网中的至少一方的技术。
[0033] 用于解决问题的手段
[0034] 本发明的一个方式是一种局域网复用装置，其与局域网以及无线局域网中的至少 一方连接，并与分组网络连接，该局域网复用装置包含：
[0035] 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网的至少一方连接，并与分组 网络连接；以及
[0036] 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网 以及无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且，进 行如下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该 MAC帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址 至少包含复用识别符和MAC地址。
[0037] 发明效果
[0038] 本发明的一个方式，提供能够高效地在分组网络上复用局域网以及无线局域网中 的至少一方的技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1A是以太网（注册商标）的帧格式的说明图。
[0040] 图1B是IEEE802. 3的帧格式的说明图。
[0041] 图1C是IEEE802. 3+802. 2(LLC)的帧格式的说明图。
[0042] 图 1D 是 IEEE802. 3+802. 2 (LLC+SNAP)的帧格式的说明图。
[0043] 图1E是IEEE802. 11的帧格式的说明图。
[0044] 图2是用于说明无线-有线连接的情况下的IEEE802. 11报头的地址区域指定的 图。
[0045] 图3A是IEEE802. 1Q的帧格式的说明图。
[0046] 图3B是在IEEE802. 1Q中应用双重标签的情况下的帧格式的说明图。
[0047] 图4A是MAC帧的封装的说明图。
[0048] 图4B是示出在进行封装时使用的分组报头中的地址区域的格式的图。
[0049] 图5A中示出在图4A所示的格式中应用IPv6报头作为分组报头的例子。
[0050] 图5B中示出在图4B所示的格式中应用IPv6报头作为分组报头的例子。
[0051] 图6中示出使用了应用了 IPv6分组的局域网复用装置的网络系统的结构例。
[0052] 图7是用于说明在图6所示的网络系统中使用不同的复用识别符的情况下的动作 的图。
[0053] 图8中示意性地示出图6或图7所示的局域网复用装置具有的功能的图。
[0054] 图9中示意性地示出承担图8所示的封装功能的处理。
[0055] 图10中示出CPU的封装功能的其它方式。
[0056] 图11中示出局域网复用装置的硬件结构例。
【具体实施方式】
[0057] 以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。实施方式的结构仅是示例，本发 明不限于实施方式的结构。
[0058] <帧格式>
[0059] 首先，对在本发明的实施方式的局域网复用装置中应用的帧格式进行说明。图4A 是MAC帧的封装的说明图，图4B是示出在进行封装时使用的分组报头中的地址区域的格式 的图。如图4A所示，MAC帧是通过赋予分组报头来进行封装的。
[0060] MAC帧是图1A?图1D所示的那样的以太网（注册商标）帧或IEEE802. 3帧（包 含扩展帧）。在图4A中，例示了以太网（注册商标）帧。如图4B所示，分组报头的地址区 域包含前缀区域、复用识别符区域和MAC地址区域。复用识别符区域和MAC地址区域的顺 序也可以不同。此外，也可以采用如下结构：分组报头进一步包含保存与复用识别符区域以 及MAC地址区域不同的信息的区域。
[0061] 前缀区域中设定的前缀是根据地址空间的上层的信息而预先决定的值。复用识别 符区域中设定的复用识别符用于识别逻辑空间（在物理网络上构筑的多个逻辑网络）的识 别符，相当于虚拟局域网中的VID(VLAN-ID :虚拟局域网ID)。
[0062] 在MAC地址区域中，例如设定有与封装后的MAC帧的MAC地址（例如，MAC-DA)相 同的值。关于MAC地址的值，可以在封装时通过复制MAC帧的MAC地址（MAC)来生成。
[0063] 图5A以及图5B示出在图4A以及图4B所示的格式中应用IPv6报头作为分组报 头的例子。IPv6报头的比特长度为128比特，MAC地址区域的比特长度为48比特。在该情 况下，前缀的比特长度为（128-n-48)比特。
[0064] 此外，也可以采用在分组报头的地址区域中的MAC地址区域中不仅复制MAC-DA而 且复制MAC-SA的结构。在该情况下，MAC-DA被复制到分组报头中的MAC-DA用MAC地址区 域中，MAC-SA被复制到分组报头中的MAC-SA用MAC地址区域中。进而，在分组报头为IPv6 的情况下，MAC地址区域的比特长度为96(48*2)比特，前缀的比特长度为（32-n)比特。
[0065] <网络系统的结构例>
[0066] 图6示出了使用应用了上述IPv6分组的局域网复用装置的网络系统的结构例。在 图6所示的例中，对复用识别符相同的情况进行说明。在图6中，局域网复用装置10连接 分组网络N和节点。在图6所示的例中，例示了：经由通信线路与节点A连接的局域网复用 装置10 (10A);经由通信线路与节点B连接的局域网复用装置10 (10B);以及经由通信线路 与包含节点C以及节点C1在内的多个节点连接的局域网复用装置10 (10C)。与分组网络N 连接的局域网复用装置10的数量可以适当设定。
[0067] 分组网络N是IPv6网络。局域网复用装置10A、10B、10C经由分组网络N相互连 接。节点例如是主机（终端装置）、中继装置（路由器或交换机）。此外，局域网复用装置10 可以与单个或多个节点连接。节点A具有MAC地址"MAC-A"，节点B具有MAC地址"MAC-B"， 节点C具有MAC地址"MAC-C"，节点C1具有MAC地址"MAC-C1 "。
[0068] 各局域网复用装置10A、10B、10C向分组网络N广播与作为自身的下属而连接的节 点对应的地址。作为用于广播的路由交换协议（路由协议），例如可以应用与IPv6对应的 RIP (Routing Information Protocol:路由信息协议）、0SPF (Open Shortest Path First: 开放最短路径优先）、IS-IS (Intermediate System-Intermediate System :中间系统-中 间系统）、BGP (Border Gateway Protocol :边界网关协议）中的任意一个。当然，也可以通 过静态设定来对各局域网复用装置10设定地址。
[0069] 在使用IPv6作为分组协议的情况下，连接有节点A的局域网复用装置10A以"前 缀+复用识别符+MAC-A"的IPv6地址为路径进行广播。同样，连接有节点B的局域网复用 装置10B对"前缀+复用识别符+MAC-B"的IPv6地址进行广播。连接有节点C以及节点C1 的局域网复用装置10C以与至少包含"前缀+复用识别符+MAC-C"的IPv6地址和"前缀+ 复用识别符+MAC-C1"的地址的节点对应的IPv6地址为路径进行广播。
[0070] 各局域网复用装置10A、10B、10C将所广播的IPv6地址和接收到该地址的端口的 信息关连起来进行存储，由此，对在分组的传输处理（中继处理）中使用的路径信息进行存 储。
[0071] 对在图6所示的网络系统中，从节点A向节点B的通信中的动作进行说明。节点 A为了向节点B发送数据，生成包含数据的MAC帧。MAC帧的目的地MAC地址（MAC-DA)为 节点B的MAC地址"MAC-B"，发送源MAC地址（MAC-SA)为节点A的MAC地址"MAC-A"。
[0072] 从节点A发送来的MAC帧到达局域网复用装置10A。局域网复用装置10A生成与 接收到的MAC帧（MAC-DA)对应的目的地IPv6地址（IP-DA)、发送源IPv6地址（IP-SA)，并 利用包含这些IP地址的IPv6分组对MAC帧进行封装。此时，根据MAC帧的MAC-DA的值 (MAC-B)，设定从局域网复用装置10B广播的地址"前缀+复用识别符+MAC-B"作为IP-DA。 关于IP-SA，可以将与MAC-SA (MAC-A)对应的地址"前缀+复用识别符+MAC-A"设定为 IP-SA。局域网复用装置10A将封装后的MAC帧（IPv6分组）发送给分组网络N。
[0073] 在分组网络N中，IPv6分组根据IP路由的标准（按照IP-DA "前缀+复用识别符 +MAC-B"）而被传输给与节点B连接的局域网复用装置10B。
[0074] 接收到IPv6分组的局域网复用装置10B对IPv6分组进行解封，由此，从IPv6分 组中提取原本的MAC帧，并发送给节点B。由此，来自节点A的MAC帧（数据）到达作为目 的地的节点B。在从节点B向节点A发送数据的情况下，执行与上述动作相反的动作。
[0075] 图7是用于说明在图6所示的网络系统中使用了不同的复用识别符的情况下的动 作的图。在图7中，示出了两个由虚线围着的区域，各区域形成为1个逻辑网络。具体而言， 节点A和节点B属于由复用识别符"1"进行识别的逻辑网络，节点D、节点C以及节点C1属 于由复用识别符" 2 "进行识别的逻辑网络。
[0076] 基本上，复用识别符是对局域网复用装置10具有的网络接口设定的。即，通过设 定复用识别符，来指定与网络接口连接的节点所属的逻辑网络。尤其是，能够不以接口为单 位而以装置为单位来指定节点所属的逻辑网络。
[0077] 在图7所示的例中，节点A在IPv6地址空间中，由地址"前缀+复用识别符（= 1) +MAC-A"表示。节点B在IPv6地址空间中，由地址"前缀+复用识别符（=1)+MAC-B" 表示。另一方面，节点C由地址"前缀+复用识别符（=2)+MAC-C"表示。节点C1由地址 "前缀+复用识别符（=2)+MAC-Cl"表示。进而，节点D由地址"前缀+复用识别符（= 2) +MAC-D"表示。这些地址可以按照与使用图6的说明相同的方法，设定在各局域网复用装 置10中。
[0078] 通过与在图6中说明的传输动作相同的动作来执行节点A与节点B之间的数据发 送以及节点D、节点C以及节点C1中的两点间的数据通信。此时，与复用识别符的不同无关 地，经由同一网络N(IPv6网络）来执行分组的传输。即，即使在复用识别符不同的情况下， 也可以使用1个IPv6网络。这样，能够在IPv6网络上构筑出多个逻辑局域网。换言之，能 够在1个物理网络上构筑出多个逻辑局域网。
[0079] 在网络N上能够构筑出的逻辑网络的数量取决于分配给复用识别符的比特数η。 例如，在应用IPv6的情况下，复用识别符为16比特（η = 16)的情况下，能够分配的逻辑网 络的最大数为65536,前缀长为64比特。此外，在复用识别符为32比特（η = 32)的情况 下，能够分配的逻辑网络的最大数为约43亿，前缀长为48比特。43亿这样的数字事实上被 认为逻辑网络能够构筑的数量是无限制。
[0080] <局域网复用装置的结构例>
[0081] 图8是示意性地示出图6或图7所示的局域网复用装置10具有的功能的图，并与 网络结构一并示出。局域网复用装置10包含容纳局域网的1个以上的桥接功能11和与分 组网络（例如，IPv6)连接的路由功能13。桥接功能11与路由功能13例如通过按每一桥 接功能（局域网接口）设置的封装功能12进行连接。
[0082] 封装功能12生成将MAC帧封装后的IPv6分组。封装功能12保存（存储）复用 识别符（复用ID)。在封装时，复用识别符被用于生成IPv6地址（IP-DA、IP-SA)。
[0083] 桥接功能11参照从局域网接收到的MAC帧中的MAC地址（MAC-DA、MAC-SA)，根据 需要（例如，能够判断为MAC-DA和MAC-SA属于不同的局域网时）将MAC帧发送给封装功 能12。此外，桥接功能11将从封装功能12接收的MAC帧输出到与MAC-DA对应的局域网。
[0084] 桥接功能11不仅可以是与局域网对应的桥接功能，而且可以是与无线局域网对 应的桥接功能。对应无线局域网的桥接功能进行无线区间与有线区间之间的帧转换（无线 局域网帧（IEEE802. 11帧）一一MAC帧（以太网（注册商标）帧等））。
[0085] 路由功能13具有将IP-DA和输出端口对应起来的路由表，并从与从路由器20或 复用功能12接收的IP分组（IPv6分组）的IP-DA对应的端口送出IP分组。
[0086] 图9中示意性地示出承担图8所示的封装功能12的处理。封装功能12包含前缀 以及复用识别符的保存部121、IPv6地址生成处理122、MAC地址提取处理123、IPv6报头 追加处理124、IPv6报头删除处理125。
[0087] 保存部121将前缀以及复用识别符与MAC地址对应起来进行存储（保存）。关于 保存部121中存储的前缀以及复用识别符，可以设为静态地存储，也可以设为保存所广播 的IPv6地址。
[0088] 在MAC地址提取处理123中，从由桥接功能11输入的MAC帧中提取MAC地址 (MAC-DA、MAC-SA)。在IPv6地址生成处理122中，从保存部121中取得与通过MAC地址提 取处理123提取的MAC地址对应的前缀以及复用识别符。接下来，根据所取得的前缀以及 复用识别符和上述MAC地址（MAC-DA、MAC-SA)，生成IPv6地址（IP-DA、IP-SA)。
[0089] 在IPv6报头追加处理124中，生成包含由IPv6地址生成处理122生成的IPv6地 址（IP-DA、IP-SA)的IPv6报头，并赋予到MAC帧中，由此生成IPv6分组。所生成的IPv6 分组被输入到路由功能13。
[0090] 另一方面，从路由功能13输出的IPv6分组，通过IPv6报头删除处理125被删除 IPv6报头，由此，执行解封，输出MAC帧。
[0091] 图10示出了 CPU 51的封装功能12的其它方式。在图10所示的方式中，封装功 能12除了进行图9所示的保存部121以及各处理122?125之外，还进行IPv6地址提取 处理126、复用识别符分离处理127以及比较处理128。S卩，在IPv6地址提取处理126中， 从来自路由功能13的IPv6分组中提取IPv6地址（IP-DA)。
[0092] 在复用识别符分离处理127中，从IP-DA中分离出复用识别符。在比较处理128 中，对分离出的复用识别符和保存部121中存储的复用识别符进行比较。在比较的结果是 分离出的复用识别符与保存部121中存储的复用识别符均不一致的情况下，向IPv6报头删 除处理125发送废弃指示。在IPv6报头删除处理125中，废弃与废弃指示对应的IPv6分 组。与此相对，在分离出的复用识别符与保存部121中存储的复用识别符中的某一个一致 的情况下，在IPv6报头删除处理125中，对匹配的IPv6分组执行通常的解封处理。通过这 样的处理，能够废弃因误送而到达的IPv6分组。
[0093] 图11示出了能够实现图8?图10所示的功能以及处理的局域网复用装置10的硬 件结构例。在图11中，局域网复用装置10具有经由总线B相互连接的CPU 51、存储器（存 储装置：存储设备）52、存储器（存储装置：存储设备）53以及多个网络接口卡（NIC) 54。
[0094] NIC 54是通信接口的一例，其经由通信线路，与局域网和分组网络（IP网络）连 接。与局域网连接的NIC 54具有用于实现图8所示的桥接功能11的电气/电子电路，来 进行MAC帧的收发。在局域网复用装置10与无线局域网终端进行无线通信的情况下，设置 有用于收发无线局域网帧的无线局域网用的NIC 54。与IP网络连接的NIC 54具有用于实 现图8所示的路由功能13的电气/电子电路和存储器。
[0095] 存储器52包含：存储由CPU 51执行的程序或在执行程序时使用的数据的非易失 性区域（例如，ROM (Read Only Memory:只读存储器）闪速存储器、EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory:电可擦除可编程只读存储器））；以及作为 CPU 51的作业区域来使用的易失性区域（例如，RAM (Random Access Memory :随机存取存 储器））。
[0096] 存储器53作为用于进行分组或帧的生成、地址提取、报头追加、报头删除那样的、 针对IP分组或MAC帧的处理的作业区域、或作为暂时存储IP分组或MAC帧的缓冲区区域 来使用。CPU 51是处理器（微处理器）的一例，其通过执行存储器52中存储的程序，发挥 图8所示的封装功能12,进行图9或图10中示出的各种处理。处理器包含DSP(Digital Signal Processor :数字信号处理器）。图9或图10所示的保存部121例如在存储器52的 非易失性区域中形成。
[0097] 在图6或图7所示的节点A经由局域网复用装置10A、10B向节点B发送数据（进 行通信）的情况下的局域网复用装置10A、10B的处理如下所示。
[0098] 从节点A发送来的MAC帧到达局域网复用装置10。即，具有MAC报头31的MAC帧 30 (图8)被与节点A连接的NIC 54接收，并被保存在存储器53中。这样，CPU 51作为封 装功能12而发挥功能，由此，进行MAC地址取出处理123、IPv6地址生成处理122、IPv6报 头追加处理，在存储器53中生成具有以节点B为目的地的IP报头41的IPv6分组40 (图 8)。IPv6分组40被传输到与分组网络（IPv6网络）连接的NIC 54,并被传输到IPv6网络。
[0099] IPv6网络内的路由器20按照IPv6分组40的IP-DA，将IPv6分组40传输到局域 网复用装置10B。在局域网复用装置10B中，IPv6分组40被与IPv6网络连接的NIC 54接 收，并被保存在存储器53中。局域网复用装置10B的CPU 51在作为图9所示的封装功能 12而发挥作用的情况下，执行IPv6删除处理125,由此，从IPv6分组40中得到MAC帧30。 然后，MAC帧30经由与节点B连接的NIC 54而被发送给节点B。
[0100] 与此相对，局域网复用装置10B的CPU 51在作为图9所示的封装功能12而发挥 作用的情况下，进行IPv6地址取出处理126、复用识别符分离处理127、比较处理128,以IP 报头41中的复用识别符与保存部121中保存的复用识别符一致为条件，进行IPv6报头删 除处理125。
[0101] 不过，也可以是，不使局域网复用装置10B的CPU 51进行上述处理126?128,而 使从节点B接收到以节点A为目的地的IPv6分组的局域网复用装置10的CPU 51执行处 理 126 ?128。
[0102] 此外，在上述实施方式中，作为控制装置的一例，对于应用CPU 51的情况进 行了说明。关于由CPU 51执行的处理121?128,也可以通过由专用或通用的硬件 (例如，1C、LSI、ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路）、 PLD(Programmable Logic Device:可编程逻辑器件，例如，FPGA(Field Programmable Gate Array :现场可编程门阵列））或它们的组合）形成的控制装置来实现。
[0103] <实施方式的作用效果>
[0104] 如上所述，根据应用了实施方式的局域网复用装置10以及局域网复用装置10的 网络系统，能够发挥以下的效果或优点。
[0105] (1)在使用了 IPv6分组的骨干网的范围内，能够使用ping等、在IP网络通常使用 管理方法或故障排除方法，在运用管理上容易大规模化。
[0106] (2)即使在IPv6网络中存在环形拓扑，由于通过IP路由协议进行路径选择，因此 抑止了广播风暴的产生。
[0107] (3)由于没有进行层次化，因而不存在与层次化相伴的运用管理上的问题。
[0108] (4)由于不进行标签而与IP网络进行映射，因此能够灵活地应对路径最大传输单 元发现（Path MTU Discovery)导致的分组长度的学习或片段化导致的应对等。
[0109] (5)能够混合有线局域网和无线局域网。
[0110] (6)不需要通过对应了 IEEE802. 1Q或对应了双重标签、三重标签的装置来使网络 设备统一。在骨干网中，由于可以使用通常的路由器或L3交换机那样的IP设备，因而能够 进行抑制了导入成本的经济的构筑。
[0111] 可举出如下进一步效果。
[0112] < 1 >通常，IP网络能够构筑广域且大规模的网络，因而能够进行更大范围的展 开。
[0113] < 2 >在某复用识别符中收纳无标签的MAC帧、在另外的复用识别符中收纳具有 标签的MAC帧等、即使在不同的帧中也能够进行复用。
[0114] < 3 >当然，由于能够对复用识别符赋予较大的空间，因而能够大致无限制地在 分组网络上复用局域网或无线局域网。根据这些效果，认为对数据网络的健康发展具有重 大贡献。
[0115] 此外，上面已记述过，可以在分组报头的MAC地址区域中保存MAC-DA以及MAC-SA。 在该情况下，MAC地址区域的比特数为96比特，因此，复用识别符可采用的值的数量（最大 复用数）有可能减少。即便复用数减少，与应用虚拟局域网中的标签技术的情况相比，也可 享受上述⑴?（6)的效果。
[0116] 此外，对于应用MAC-DA来作为构成上述实施方式中的IPv6地址的MAC地址的例 子进行了说明。根据该方式，能够通过MAC帧中的MAC-DA的复制来执行IPv6地址生成。 因此，保存部121 (存储器52)不需要一定存储MAC地址。不过，如上所述，保存部121 (存 储器52)也可以直接存储作为所广播的路由信息的IPv6地址，通过从保存部121中读出与 MAC-DA对应的IPv6地址来生成IPv6地址。但是，构成IPv6地址的MAC地址例如只要是唯 一识别具有MAC-DA的节点（MAC帧的目的地）的识别符即可。
[0117] 此外，在本实施方式中对MAC帧进行了说明，但也可以在MAC帧以外，对无线局域 网帧进行封装/解封。
[0118] 以上说明的本实施方式的网络系统优选应用于大规模化的广域局域网服务或数 据中心中的实施。
[0119] 标号说明
[0120] A?D、C1节点（终端）
[0121] N分组网络（IP网络）
[0122] 10局域网复用装置
[0123] 51 CPU
[0124] 52、53 存储器
[0125] 54网络接口卡（网络接口）
【权利要求】
1. 一种局域网复用装置，其与局域网以及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网 络连接，该局域网复用装置包含： 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网 络连接；以及 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及 无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且进行如 下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC 帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址至 少包含复用识别符和MAC地址。
2. 根据权利要求1所述的局域网复用装置，其中， 所述分组为IPv6分组，所述分组网络为IPv6网络。
3. 根据权利要求1或2所述的局域网复用装置，其中， 所述MAC地址是所述MAC帧的目的地MAC地址， 所述局域网复用装置还包含存储装置，该存储装置存储与所述目的地MAC地址对应的 复用识别符。
4. 根据权利要求1?3中的任意一项所述的局域网复用装置，其中， 所述分组网络地址包含前缀、复用识别符以及MAC地址。
5. -种网络系统，其包含多个局域网复用装置，所述多个局域网复用装置与局域网以 及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网络连接，其中， 所述多个局域网复用装置分别包含： 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网的至少一方连接，并与分组网络 连接；以及 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及 无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且进行如 下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC 帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址至 少包含复用识别符和MAC地址。
6. -种通过局域网复用装置实现的局域网之间的MAC帧传输方法，其中， 所述局域网复用装置包含至少1个网络接口，所述网络接口与局域网以及无线局域网 中的至少一方连接，并与分组网络连接，所述局域网复用装置中具有的控制装置进行如下 处理： 利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及无线局域网中的至少一方接 收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，其中，所述分组网络地址至少包含复用识 别符和MAC地址；以及 将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC帧的 目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方。
【文档编号】H04L12/46GK104221332SQ201280071967
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】松平直树 申请人:富士通株式会社
【专利摘要】局域网复用装置的控制装置利用包含分组网络地址的分组报头对从局域网以及无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并进行发送给所述分组网络的处理，并且，进行将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方的处理，其中，所述分组网络地址至少包含复用识别符和MAC地址。
【专利说明】局域网复用装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及局域网复用装置。
【背景技术】
[0002] 以太网（Ethernet)(注册商标）是局域网（Local Area Network :机构内通信网） 规格之一。以太网（注册商标）是由网线连接的局域网，被用于个人计算机（PC)或服务器、 网络设备的连接。最近，多被用于使游戏机或电视那样的家电设备与网络连接。
[0003] 此外，最近，Wi-Fi (注册商标）那样的无线局域网（wireless LAN)不仅用于PC 或PDA (Personal Digital Assistant:个人数字助理），也多用于便携电话或智能手机、便 携游戏机那样的各种电子设备的网络连接。
[0004] 这样，基于以太网（注册商标）以及无线局域网的协议是支持作为0SI(0pen Systems Interconnection :开放系统互连）参考模型中的第2层次（Layer 2)的数据链路 层的协议。
[0005] 图1A是以太网（注册商标）的帧的格式说明图，图1B是IEEE802. 3帧的格式说明 图。图 1C是 ffiEE802. 3+802. 2(LLC)帧的格式说明图，图 1D 是 IEEE802. 3+802. 2(LLC+SNAP) 帧的格式说明图。这样，作为对以太网（注册商标）或IEEE802. 3的帧格式进行扩展后的 结果，具有包含图1C和图1D所示的帧格式在内的几种变形。不过，全部帧格式之间共通的 是，使用MAC(Media Access Control :介质访问控制）地址作为发送源以及目的地的地址。
[0006] 以下，在本说明书中，将使用图1A?图1D所示的那样的帧的Layer 2的网络称作 "局域网"或"有线局域网"，将在局域网中使用的帧称作"MAC帧"。
[0007] 另一方面，无线局域网也具有与MAC帧的格式相同的帧格式。图1E是作为无线局 域网的局域网规格的IEEE802. 11的帧格式的说明图。图1E所示的格式具有4个地址区域。 各地址区域中保存的值根据网络结构中的有线局域网与无线局域网之间的组合而变动。以 下，将无线局域网的帧称作"无线局域网帧"。
[0008] 图2是使有线区间与无线区间连接的情况下的IEEE802. 11报头的地址区域指定 的说明图。在图2中，在无线局域网终端与接入点（AP)之间设置有无线区间，AP与网络连 接，形成有线区间。
[0009] 在从无线区间向有线区间（无线局域网终端一AP)发送帧的情况下，如图2的例 子所示，在帧的IEEE802. 11报头中的第1地址区域（Addressl)中，设定有BSSID(Basic Service Set Identifier:基本服务集标识符）。BSSID是IEEE802.il中的网络识别符之 一，相当于AP的MAC地址。在第2地址区域（Addre SS2)中，设定有无线局域网终端的MAC 地址作为发送源MAC地址（MAC-SA)。在第3地址区域（Address3)中，设定有帧的目的地的 MAC地址作为目的地MAC地址（MAC-DA)。在第4地址区域（Address4)中没有设定地址。
[0010] 另一方面，在从有线区间向无线区间（AP-无线局域网终端）发送帧的情况下，在 帧的IEEE802. 11报头中的第1地址区域中，设定有MAC-DA (无线局域网终端的MAC地址）， 在第2地址区域中，设定有BSSID (AP的MAC地址）。在第3地址区域中，设定有MAC-SA。在 第4地址区域中没有设定地址。如图2所示，在无线局域网中，也使用MAC地址来作为发送 源以及目的地的地址。
[0011] 然而，作为当前广泛普及的网络而存在互联网。互联网是采用IPdnternet Protocol :互联网协议）来作为0SI参考模型中的第3层次（Layer 3)、即网络层的协议的 网络。在IP协议中，有从最初使用的IPv4和为了解决IPv4地址的枯竭问题而开发出的 IPv6。
[0012] 互联网有时被解读为"网络的网络"。其表示使"Layer 2网络相互连接的Layer 3网络"。Layer2的网络与Layer3的网络是不同的网络。
[0013] IP协议原本是为互联网开发的协议。但是，最近，被挪用到不在Layer3 (L3)级别 上与互联网连接的私有网络或企业网络（内联网）等。此外，IP协议甚至还被用于家庭内 部网络。在本说明书中，将使用IP协议的网络称作"IP网络"。上述有线局域网以及无线 局域网通常在以互联网为代表的IP网络中使用。在有线局域网中传输的IP分组以MAC帧 (IEEE802. 3的帧）进行封装，在无线局域网中传输的IP分组以无线局域网帧（IEEE802. 11 的帧）进行封装。
[0014] 作为与局域网相关的技术，存在被称作虚拟局域网（Virtual LAN :IEEE802. 1Q) 的扩展技术。虚拟局域网被用于在物理网络上构筑出逻辑网络。例如，在按规定的管理单 位对物理地共享的网络进行划分、并按每一管理单位来进行管理时使用虚拟局域网。或者， 虚拟局域网被用于在同一物理网络上复用（容纳）使用了 IPv4私有地址的多个IP网络。
[0015] 图3A是IEEE802. 1Q的帧格式的说明图。IEEE802. 1Q的帧格式是通过在以太网 (注册商标）帧中追加虚拟局域网标签区域（TAG :32比特）而形成的。使用虚拟局域网标 签区域中的虚拟局域网标识符区域（VID : 12比特），最大可识别4094个虚拟局域网。
[0016] 以往，虚拟局域网被用于将局域网划分为多个管理单位来进行运用。此后被用于 广域局域网服务，该广域局域网服务用于在多个分点中的局域网之间提供连接。广域局域 网服务的主要利用者是具有多个分点和企业内部网络的企业，在企业内部网络中，通常使 用私有地址。因此，即使是在不同企业中使用相同的IP地址的环境，通过按每一企业内部 网络来分配不同的虚拟局域网（VID)，也能够逻辑地区分开企业内部网络。
[0017] 最近，推进虚拟局域网在数据中心或云服务的基础设施构筑中的应用。尤其是，在 进行针对利用者网络（例如，企业系统）的托管时，与广域局域网服务同样地，有时会在不 同的企业中使用相同的IP地址。在该情况下，享受到能够通过虚拟局域网技术来逻辑地划 分网络（根据VID来识别利用者（网络））的优点。
[0018] 现有技术文献 [0019] 专利文献
[0020] 专利文献1 :国际公开第2001/099354号公报
【发明内容】
[0021] 发明要解决的问题
[0022] 但是，在上述现有技术中，存在以下问题。即，IEEE802. 1Q格式中的VID为12比 特。因此，即使假定对1个利用者（例如，企业）分配1个VID，最大利用者数也是4096。如 果对1个利用者分配两个VID，则最大利用者数为2048,在对1个利用者分配3个VID的情 况下，最大利用者数为1365。这样，对1个利用者分配的VID的数量越多，则最大利用者数 越少。上述4096这样的数字在实现大规模数据中心服务时很难说是足够的数字。
[0023] 另一方面，存在被称作"双重标签"、"三重标签"的技术。双重标签是由 IEEE802. lad规定的、也被称作"Q in Q"的技术。图3B示出了在IEEE802. 1Q帧格式中应 用双重标签的情况下的帧格式。如图3B所示，该格式具有两个虚拟局域网标签区域（TAG)， 在各TAG中可以设定不同的VID。在"三重标签"等情况下，在帧格式中设置有3个虚拟局 域网标签区域。根据双重标签技术，VID数为4096X4096 = 1677万。此外，如果使用三重 标签技术，则VID数为4096X4096X4096、约6千亿。
[0024] 但是，双重标签技术或三重标签那样的多重标签技术具有以下这样的问题。
[0025] (1)以太网（注册商标）那样的802. 3局域网原本设想为作为小规模机构内通信 网使用。因此，没有准备设想大规模运用的管理以及故障排除手段。因此，在运用管理上， 不容易大规模化。
[0026] (2)在802. 3局域网中，多使用广播，因此在形成环形拓扑时，存在产生广播风暴 的问题。因此，802. 3局域网不能扩大网络规模。在假设通过应用多重标签技术来扩大网络 规模时，广播风暴那样的故障有可能大规模地传播，从而不能使故障局部化。
[0027] (3)随着网络规模的增大，广播业务（traffic)的传播有可能使无用的业务所占的 比例升高。
[0028] (4)由于网络的层次化，对其它层次的运用管理也必须层次化，产生不能从某层次 进行不同层次的调查等这样的运用上的问题。
[0029] (5)由于标签，数据长度（有效内容（payload)长度）变小，不能进行其学习。
[0030] (6)不能对无线局域网进行标签，因此，对混合有有线局域网和无线局域网的环境 存在限制。
[0031] (7)要求构成网络的设备分别支持IEEE802. 1Q以及多重标签技术，因此，网络构 筑所需要的成本增大，经济地上难以实现。
[0032] 本发明的一个方式，目的在于提供一种能够高效地在分组网络上复用局域网以及 无线局域网中的至少一方的技术。
[0033] 用于解决问题的手段
[0034] 本发明的一个方式是一种局域网复用装置，其与局域网以及无线局域网中的至少 一方连接，并与分组网络连接，该局域网复用装置包含：
[0035] 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网的至少一方连接，并与分组 网络连接；以及
[0036] 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网 以及无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且，进 行如下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该 MAC帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址 至少包含复用识别符和MAC地址。
[0037] 发明效果
[0038] 本发明的一个方式，提供能够高效地在分组网络上复用局域网以及无线局域网中 的至少一方的技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1A是以太网（注册商标）的帧格式的说明图。
[0040] 图1B是IEEE802. 3的帧格式的说明图。
[0041] 图1C是IEEE802. 3+802. 2(LLC)的帧格式的说明图。
[0042] 图 1D 是 IEEE802. 3+802. 2 (LLC+SNAP)的帧格式的说明图。
[0043] 图1E是IEEE802. 11的帧格式的说明图。
[0044] 图2是用于说明无线-有线连接的情况下的IEEE802. 11报头的地址区域指定的 图。
[0045] 图3A是IEEE802. 1Q的帧格式的说明图。
[0046] 图3B是在IEEE802. 1Q中应用双重标签的情况下的帧格式的说明图。
[0047] 图4A是MAC帧的封装的说明图。
[0048] 图4B是示出在进行封装时使用的分组报头中的地址区域的格式的图。
[0049] 图5A中示出在图4A所示的格式中应用IPv6报头作为分组报头的例子。
[0050] 图5B中示出在图4B所示的格式中应用IPv6报头作为分组报头的例子。
[0051] 图6中示出使用了应用了 IPv6分组的局域网复用装置的网络系统的结构例。
[0052] 图7是用于说明在图6所示的网络系统中使用不同的复用识别符的情况下的动作 的图。
[0053] 图8中示意性地示出图6或图7所示的局域网复用装置具有的功能的图。
[0054] 图9中示意性地示出承担图8所示的封装功能的处理。
[0055] 图10中示出CPU的封装功能的其它方式。
[0056] 图11中示出局域网复用装置的硬件结构例。
【具体实施方式】
[0057] 以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。实施方式的结构仅是示例，本发 明不限于实施方式的结构。
[0058] <帧格式>
[0059] 首先，对在本发明的实施方式的局域网复用装置中应用的帧格式进行说明。图4A 是MAC帧的封装的说明图，图4B是示出在进行封装时使用的分组报头中的地址区域的格式 的图。如图4A所示，MAC帧是通过赋予分组报头来进行封装的。
[0060] MAC帧是图1A?图1D所示的那样的以太网（注册商标）帧或IEEE802. 3帧（包 含扩展帧）。在图4A中，例示了以太网（注册商标）帧。如图4B所示，分组报头的地址区 域包含前缀区域、复用识别符区域和MAC地址区域。复用识别符区域和MAC地址区域的顺 序也可以不同。此外，也可以采用如下结构：分组报头进一步包含保存与复用识别符区域以 及MAC地址区域不同的信息的区域。
[0061] 前缀区域中设定的前缀是根据地址空间的上层的信息而预先决定的值。复用识别 符区域中设定的复用识别符用于识别逻辑空间（在物理网络上构筑的多个逻辑网络）的识 别符，相当于虚拟局域网中的VID(VLAN-ID :虚拟局域网ID)。
[0062] 在MAC地址区域中，例如设定有与封装后的MAC帧的MAC地址（例如，MAC-DA)相 同的值。关于MAC地址的值，可以在封装时通过复制MAC帧的MAC地址（MAC)来生成。
[0063] 图5A以及图5B示出在图4A以及图4B所示的格式中应用IPv6报头作为分组报 头的例子。IPv6报头的比特长度为128比特，MAC地址区域的比特长度为48比特。在该情 况下，前缀的比特长度为（128-n-48)比特。
[0064] 此外，也可以采用在分组报头的地址区域中的MAC地址区域中不仅复制MAC-DA而 且复制MAC-SA的结构。在该情况下，MAC-DA被复制到分组报头中的MAC-DA用MAC地址区 域中，MAC-SA被复制到分组报头中的MAC-SA用MAC地址区域中。进而，在分组报头为IPv6 的情况下，MAC地址区域的比特长度为96(48*2)比特，前缀的比特长度为（32-n)比特。
[0065] <网络系统的结构例>
[0066] 图6示出了使用应用了上述IPv6分组的局域网复用装置的网络系统的结构例。在 图6所示的例中，对复用识别符相同的情况进行说明。在图6中，局域网复用装置10连接 分组网络N和节点。在图6所示的例中，例示了：经由通信线路与节点A连接的局域网复用 装置10 (10A);经由通信线路与节点B连接的局域网复用装置10 (10B);以及经由通信线路 与包含节点C以及节点C1在内的多个节点连接的局域网复用装置10 (10C)。与分组网络N 连接的局域网复用装置10的数量可以适当设定。
[0067] 分组网络N是IPv6网络。局域网复用装置10A、10B、10C经由分组网络N相互连 接。节点例如是主机（终端装置）、中继装置（路由器或交换机）。此外，局域网复用装置10 可以与单个或多个节点连接。节点A具有MAC地址"MAC-A"，节点B具有MAC地址"MAC-B"， 节点C具有MAC地址"MAC-C"，节点C1具有MAC地址"MAC-C1 "。
[0068] 各局域网复用装置10A、10B、10C向分组网络N广播与作为自身的下属而连接的节 点对应的地址。作为用于广播的路由交换协议（路由协议），例如可以应用与IPv6对应的 RIP (Routing Information Protocol:路由信息协议）、0SPF (Open Shortest Path First: 开放最短路径优先）、IS-IS (Intermediate System-Intermediate System :中间系统-中 间系统）、BGP (Border Gateway Protocol :边界网关协议）中的任意一个。当然，也可以通 过静态设定来对各局域网复用装置10设定地址。
[0069] 在使用IPv6作为分组协议的情况下，连接有节点A的局域网复用装置10A以"前 缀+复用识别符+MAC-A"的IPv6地址为路径进行广播。同样，连接有节点B的局域网复用 装置10B对"前缀+复用识别符+MAC-B"的IPv6地址进行广播。连接有节点C以及节点C1 的局域网复用装置10C以与至少包含"前缀+复用识别符+MAC-C"的IPv6地址和"前缀+ 复用识别符+MAC-C1"的地址的节点对应的IPv6地址为路径进行广播。
[0070] 各局域网复用装置10A、10B、10C将所广播的IPv6地址和接收到该地址的端口的 信息关连起来进行存储，由此，对在分组的传输处理（中继处理）中使用的路径信息进行存 储。
[0071] 对在图6所示的网络系统中，从节点A向节点B的通信中的动作进行说明。节点 A为了向节点B发送数据，生成包含数据的MAC帧。MAC帧的目的地MAC地址（MAC-DA)为 节点B的MAC地址"MAC-B"，发送源MAC地址（MAC-SA)为节点A的MAC地址"MAC-A"。
[0072] 从节点A发送来的MAC帧到达局域网复用装置10A。局域网复用装置10A生成与 接收到的MAC帧（MAC-DA)对应的目的地IPv6地址（IP-DA)、发送源IPv6地址（IP-SA)，并 利用包含这些IP地址的IPv6分组对MAC帧进行封装。此时，根据MAC帧的MAC-DA的值 (MAC-B)，设定从局域网复用装置10B广播的地址"前缀+复用识别符+MAC-B"作为IP-DA。 关于IP-SA，可以将与MAC-SA (MAC-A)对应的地址"前缀+复用识别符+MAC-A"设定为 IP-SA。局域网复用装置10A将封装后的MAC帧（IPv6分组）发送给分组网络N。
[0073] 在分组网络N中，IPv6分组根据IP路由的标准（按照IP-DA "前缀+复用识别符 +MAC-B"）而被传输给与节点B连接的局域网复用装置10B。
[0074] 接收到IPv6分组的局域网复用装置10B对IPv6分组进行解封，由此，从IPv6分 组中提取原本的MAC帧，并发送给节点B。由此，来自节点A的MAC帧（数据）到达作为目 的地的节点B。在从节点B向节点A发送数据的情况下，执行与上述动作相反的动作。
[0075] 图7是用于说明在图6所示的网络系统中使用了不同的复用识别符的情况下的动 作的图。在图7中，示出了两个由虚线围着的区域，各区域形成为1个逻辑网络。具体而言， 节点A和节点B属于由复用识别符"1"进行识别的逻辑网络，节点D、节点C以及节点C1属 于由复用识别符" 2 "进行识别的逻辑网络。
[0076] 基本上，复用识别符是对局域网复用装置10具有的网络接口设定的。即，通过设 定复用识别符，来指定与网络接口连接的节点所属的逻辑网络。尤其是，能够不以接口为单 位而以装置为单位来指定节点所属的逻辑网络。
[0077] 在图7所示的例中，节点A在IPv6地址空间中，由地址"前缀+复用识别符（= 1) +MAC-A"表示。节点B在IPv6地址空间中，由地址"前缀+复用识别符（=1)+MAC-B" 表示。另一方面，节点C由地址"前缀+复用识别符（=2)+MAC-C"表示。节点C1由地址 "前缀+复用识别符（=2)+MAC-Cl"表示。进而，节点D由地址"前缀+复用识别符（= 2) +MAC-D"表示。这些地址可以按照与使用图6的说明相同的方法，设定在各局域网复用装 置10中。
[0078] 通过与在图6中说明的传输动作相同的动作来执行节点A与节点B之间的数据发 送以及节点D、节点C以及节点C1中的两点间的数据通信。此时，与复用识别符的不同无关 地，经由同一网络N(IPv6网络）来执行分组的传输。即，即使在复用识别符不同的情况下， 也可以使用1个IPv6网络。这样，能够在IPv6网络上构筑出多个逻辑局域网。换言之，能 够在1个物理网络上构筑出多个逻辑局域网。
[0079] 在网络N上能够构筑出的逻辑网络的数量取决于分配给复用识别符的比特数η。 例如，在应用IPv6的情况下，复用识别符为16比特（η = 16)的情况下，能够分配的逻辑网 络的最大数为65536,前缀长为64比特。此外，在复用识别符为32比特（η = 32)的情况 下，能够分配的逻辑网络的最大数为约43亿，前缀长为48比特。43亿这样的数字事实上被 认为逻辑网络能够构筑的数量是无限制。
[0080] <局域网复用装置的结构例>
[0081] 图8是示意性地示出图6或图7所示的局域网复用装置10具有的功能的图，并与 网络结构一并示出。局域网复用装置10包含容纳局域网的1个以上的桥接功能11和与分 组网络（例如，IPv6)连接的路由功能13。桥接功能11与路由功能13例如通过按每一桥 接功能（局域网接口）设置的封装功能12进行连接。
[0082] 封装功能12生成将MAC帧封装后的IPv6分组。封装功能12保存（存储）复用 识别符（复用ID)。在封装时，复用识别符被用于生成IPv6地址（IP-DA、IP-SA)。
[0083] 桥接功能11参照从局域网接收到的MAC帧中的MAC地址（MAC-DA、MAC-SA)，根据 需要（例如，能够判断为MAC-DA和MAC-SA属于不同的局域网时）将MAC帧发送给封装功 能12。此外，桥接功能11将从封装功能12接收的MAC帧输出到与MAC-DA对应的局域网。
[0084] 桥接功能11不仅可以是与局域网对应的桥接功能，而且可以是与无线局域网对 应的桥接功能。对应无线局域网的桥接功能进行无线区间与有线区间之间的帧转换（无线 局域网帧（IEEE802. 11帧）一一MAC帧（以太网（注册商标）帧等））。
[0085] 路由功能13具有将IP-DA和输出端口对应起来的路由表，并从与从路由器20或 复用功能12接收的IP分组（IPv6分组）的IP-DA对应的端口送出IP分组。
[0086] 图9中示意性地示出承担图8所示的封装功能12的处理。封装功能12包含前缀 以及复用识别符的保存部121、IPv6地址生成处理122、MAC地址提取处理123、IPv6报头 追加处理124、IPv6报头删除处理125。
[0087] 保存部121将前缀以及复用识别符与MAC地址对应起来进行存储（保存）。关于 保存部121中存储的前缀以及复用识别符，可以设为静态地存储，也可以设为保存所广播 的IPv6地址。
[0088] 在MAC地址提取处理123中，从由桥接功能11输入的MAC帧中提取MAC地址 (MAC-DA、MAC-SA)。在IPv6地址生成处理122中，从保存部121中取得与通过MAC地址提 取处理123提取的MAC地址对应的前缀以及复用识别符。接下来，根据所取得的前缀以及 复用识别符和上述MAC地址（MAC-DA、MAC-SA)，生成IPv6地址（IP-DA、IP-SA)。
[0089] 在IPv6报头追加处理124中，生成包含由IPv6地址生成处理122生成的IPv6地 址（IP-DA、IP-SA)的IPv6报头，并赋予到MAC帧中，由此生成IPv6分组。所生成的IPv6 分组被输入到路由功能13。
[0090] 另一方面，从路由功能13输出的IPv6分组，通过IPv6报头删除处理125被删除 IPv6报头，由此，执行解封，输出MAC帧。
[0091] 图10示出了 CPU 51的封装功能12的其它方式。在图10所示的方式中，封装功 能12除了进行图9所示的保存部121以及各处理122?125之外，还进行IPv6地址提取 处理126、复用识别符分离处理127以及比较处理128。S卩，在IPv6地址提取处理126中， 从来自路由功能13的IPv6分组中提取IPv6地址（IP-DA)。
[0092] 在复用识别符分离处理127中，从IP-DA中分离出复用识别符。在比较处理128 中，对分离出的复用识别符和保存部121中存储的复用识别符进行比较。在比较的结果是 分离出的复用识别符与保存部121中存储的复用识别符均不一致的情况下，向IPv6报头删 除处理125发送废弃指示。在IPv6报头删除处理125中，废弃与废弃指示对应的IPv6分 组。与此相对，在分离出的复用识别符与保存部121中存储的复用识别符中的某一个一致 的情况下，在IPv6报头删除处理125中，对匹配的IPv6分组执行通常的解封处理。通过这 样的处理，能够废弃因误送而到达的IPv6分组。
[0093] 图11示出了能够实现图8?图10所示的功能以及处理的局域网复用装置10的硬 件结构例。在图11中，局域网复用装置10具有经由总线B相互连接的CPU 51、存储器（存 储装置：存储设备）52、存储器（存储装置：存储设备）53以及多个网络接口卡（NIC) 54。
[0094] NIC 54是通信接口的一例，其经由通信线路，与局域网和分组网络（IP网络）连 接。与局域网连接的NIC 54具有用于实现图8所示的桥接功能11的电气/电子电路，来 进行MAC帧的收发。在局域网复用装置10与无线局域网终端进行无线通信的情况下，设置 有用于收发无线局域网帧的无线局域网用的NIC 54。与IP网络连接的NIC 54具有用于实 现图8所示的路由功能13的电气/电子电路和存储器。
[0095] 存储器52包含：存储由CPU 51执行的程序或在执行程序时使用的数据的非易失 性区域（例如，ROM (Read Only Memory:只读存储器）闪速存储器、EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory:电可擦除可编程只读存储器））；以及作为 CPU 51的作业区域来使用的易失性区域（例如，RAM (Random Access Memory :随机存取存 储器））。
[0096] 存储器53作为用于进行分组或帧的生成、地址提取、报头追加、报头删除那样的、 针对IP分组或MAC帧的处理的作业区域、或作为暂时存储IP分组或MAC帧的缓冲区区域 来使用。CPU 51是处理器（微处理器）的一例，其通过执行存储器52中存储的程序，发挥 图8所示的封装功能12,进行图9或图10中示出的各种处理。处理器包含DSP(Digital Signal Processor :数字信号处理器）。图9或图10所示的保存部121例如在存储器52的 非易失性区域中形成。
[0097] 在图6或图7所示的节点A经由局域网复用装置10A、10B向节点B发送数据（进 行通信）的情况下的局域网复用装置10A、10B的处理如下所示。
[0098] 从节点A发送来的MAC帧到达局域网复用装置10。即，具有MAC报头31的MAC帧 30 (图8)被与节点A连接的NIC 54接收，并被保存在存储器53中。这样，CPU 51作为封 装功能12而发挥功能，由此，进行MAC地址取出处理123、IPv6地址生成处理122、IPv6报 头追加处理，在存储器53中生成具有以节点B为目的地的IP报头41的IPv6分组40 (图 8)。IPv6分组40被传输到与分组网络（IPv6网络）连接的NIC 54,并被传输到IPv6网络。
[0099] IPv6网络内的路由器20按照IPv6分组40的IP-DA，将IPv6分组40传输到局域 网复用装置10B。在局域网复用装置10B中，IPv6分组40被与IPv6网络连接的NIC 54接 收，并被保存在存储器53中。局域网复用装置10B的CPU 51在作为图9所示的封装功能 12而发挥作用的情况下，执行IPv6删除处理125,由此，从IPv6分组40中得到MAC帧30。 然后，MAC帧30经由与节点B连接的NIC 54而被发送给节点B。
[0100] 与此相对，局域网复用装置10B的CPU 51在作为图9所示的封装功能12而发挥 作用的情况下，进行IPv6地址取出处理126、复用识别符分离处理127、比较处理128,以IP 报头41中的复用识别符与保存部121中保存的复用识别符一致为条件，进行IPv6报头删 除处理125。
[0101] 不过，也可以是，不使局域网复用装置10B的CPU 51进行上述处理126?128,而 使从节点B接收到以节点A为目的地的IPv6分组的局域网复用装置10的CPU 51执行处 理 126 ?128。
[0102] 此外，在上述实施方式中，作为控制装置的一例，对于应用CPU 51的情况进 行了说明。关于由CPU 51执行的处理121?128,也可以通过由专用或通用的硬件 (例如，1C、LSI、ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路）、 PLD(Programmable Logic Device:可编程逻辑器件，例如，FPGA(Field Programmable Gate Array :现场可编程门阵列））或它们的组合）形成的控制装置来实现。
[0103] <实施方式的作用效果>
[0104] 如上所述，根据应用了实施方式的局域网复用装置10以及局域网复用装置10的 网络系统，能够发挥以下的效果或优点。
[0105] (1)在使用了 IPv6分组的骨干网的范围内，能够使用ping等、在IP网络通常使用 管理方法或故障排除方法，在运用管理上容易大规模化。
[0106] (2)即使在IPv6网络中存在环形拓扑，由于通过IP路由协议进行路径选择，因此 抑止了广播风暴的产生。
[0107] (3)由于没有进行层次化，因而不存在与层次化相伴的运用管理上的问题。
[0108] (4)由于不进行标签而与IP网络进行映射，因此能够灵活地应对路径最大传输单 元发现（Path MTU Discovery)导致的分组长度的学习或片段化导致的应对等。
[0109] (5)能够混合有线局域网和无线局域网。
[0110] (6)不需要通过对应了 IEEE802. 1Q或对应了双重标签、三重标签的装置来使网络 设备统一。在骨干网中，由于可以使用通常的路由器或L3交换机那样的IP设备，因而能够 进行抑制了导入成本的经济的构筑。
[0111] 可举出如下进一步效果。
[0112] < 1 >通常，IP网络能够构筑广域且大规模的网络，因而能够进行更大范围的展 开。
[0113] < 2 >在某复用识别符中收纳无标签的MAC帧、在另外的复用识别符中收纳具有 标签的MAC帧等、即使在不同的帧中也能够进行复用。
[0114] < 3 >当然，由于能够对复用识别符赋予较大的空间，因而能够大致无限制地在 分组网络上复用局域网或无线局域网。根据这些效果，认为对数据网络的健康发展具有重 大贡献。
[0115] 此外，上面已记述过，可以在分组报头的MAC地址区域中保存MAC-DA以及MAC-SA。 在该情况下，MAC地址区域的比特数为96比特，因此，复用识别符可采用的值的数量（最大 复用数）有可能减少。即便复用数减少，与应用虚拟局域网中的标签技术的情况相比，也可 享受上述⑴?（6)的效果。
[0116] 此外，对于应用MAC-DA来作为构成上述实施方式中的IPv6地址的MAC地址的例 子进行了说明。根据该方式，能够通过MAC帧中的MAC-DA的复制来执行IPv6地址生成。 因此，保存部121 (存储器52)不需要一定存储MAC地址。不过，如上所述，保存部121 (存 储器52)也可以直接存储作为所广播的路由信息的IPv6地址，通过从保存部121中读出与 MAC-DA对应的IPv6地址来生成IPv6地址。但是，构成IPv6地址的MAC地址例如只要是唯 一识别具有MAC-DA的节点（MAC帧的目的地）的识别符即可。
[0117] 此外，在本实施方式中对MAC帧进行了说明，但也可以在MAC帧以外，对无线局域 网帧进行封装/解封。
[0118] 以上说明的本实施方式的网络系统优选应用于大规模化的广域局域网服务或数 据中心中的实施。
[0119] 标号说明
[0120] A?D、C1节点（终端）
[0121] N分组网络（IP网络）
[0122] 10局域网复用装置
[0123] 51 CPU
[0124] 52、53 存储器
[0125] 54网络接口卡（网络接口）
【权利要求】
1. 一种局域网复用装置，其与局域网以及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网 络连接，该局域网复用装置包含： 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网 络连接；以及 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及 无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且进行如 下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC 帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址至 少包含复用识别符和MAC地址。
2. 根据权利要求1所述的局域网复用装置，其中， 所述分组为IPv6分组，所述分组网络为IPv6网络。
3. 根据权利要求1或2所述的局域网复用装置，其中， 所述MAC地址是所述MAC帧的目的地MAC地址， 所述局域网复用装置还包含存储装置，该存储装置存储与所述目的地MAC地址对应的 复用识别符。
4. 根据权利要求1?3中的任意一项所述的局域网复用装置，其中， 所述分组网络地址包含前缀、复用识别符以及MAC地址。
5. -种网络系统，其包含多个局域网复用装置，所述多个局域网复用装置与局域网以 及无线局域网中的至少一方连接，并与分组网络连接，其中， 所述多个局域网复用装置分别包含： 至少1个网络接口，其与所述局域网以及无线局域网的至少一方连接，并与分组网络 连接；以及 控制装置，其进行如下处理：利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及 无线局域网中的至少一方接收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，并且进行如 下处理：将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC 帧的目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方，其中，所述分组网络地址至 少包含复用识别符和MAC地址。
6. -种通过局域网复用装置实现的局域网之间的MAC帧传输方法，其中， 所述局域网复用装置包含至少1个网络接口，所述网络接口与局域网以及无线局域网 中的至少一方连接，并与分组网络连接，所述局域网复用装置中具有的控制装置进行如下 处理： 利用包含分组网络地址的分组报头对从所述局域网以及无线局域网中的至少一方接 收到的MAC帧进行封装，并发送给所述分组网络，其中，所述分组网络地址至少包含复用识 别符和MAC地址；以及 将通过对从所述分组网络接收到的分组进行解封而得到的MAC帧发送给与该MAC帧的 目的地对应的所述局域网以及无线局域网中的至少一方。
【文档编号】H04L12/46GK104221332SQ201280071967
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】松平直树 申请人:富士通株式会社
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