[发明专利]在物理介质上直接传输IP数据包的网络

说明书

一、技术领域

本发明涉及计算机应用技术以及计算机信息网络的结构、传输方式、设备，具体地说，是一种在物理介质上直接传输IP数据包的网络。

二、背景技术

随着因特网的迅速普及和应用领域的逐步扩大，使得大多数局域网都已成为或将要成为因特网中的一员。众所周知，因特网是建立在TCP/IP协议基础上的网络，为了能够连入因特网，现在的计算机网络几乎都提供对TCP/IP协议的支持。不仅如此，可以进一步地预见将来的网络很可能是TCP/IP的一统天下。以下的说明就是基于“将来的网络将统一于TCP/IP”这样一种前提。

但是TCP/IP本身并未定义数据链路层和物理层，它可使用绝大多数通信子网已有的协议。具体对局域网来说，TCP/IP是建立在以太网802.3协议或令牌环网802.5协议之上的。例如，对于以太网基础上TCP/IP系统，其体系结构如图7所示。

以太网是在实际中应用最广泛的局域网，它几乎占据了局域网市场95％以上的份额。所以，以太网技术的变化将会对整个网络市场带来一些影响。

随着网络技术的发展，暴露出现有网络存在的一些问题：

2.1 以太网的不足之处

典型的以太网是一种基于总线的广播式网络，多个站点共享一个信道(即将许多站点连接到一根同轴电缆上)，并且采用了基带传输方式。发送信息时采用分布式的仲裁机制来解决冲突问题。如图8所示。

现在也有很多网络采用了集线器的集中式(星形)连接，但从本质上来说，它仍属于总线拓扑结构的广播式网络。以太网的上述工作方式基本上是受早期通信技术的影响而发展起来的，这种工作方式有以下两个不足之处。

2.1.1 物理地址问题

由于在广播式网络中一个站点发送的信息(帧)将被网络上所有其它的站点接收到。为了指明该信息帧是发送给谁的，以太网必须在信息帧中加上目的地址；同样，为了能使接收站向发送站发送响应，发出的信息帧中也要指明源站点地址。

地址字段的加入一方面使帧封装的开销增大，另一方面站点要对地址进行处理，也增加了帧的处理时间。

2.1.2 介质访问控制

多个站点共享一个信道就意味着冲突有可能发生。因此以太网要采取某种仲裁机制来使各个站点轮流使用信道，以避免多个站点同时发送所引起的冲突现象。在以太网中，这种机制称为载波检测多路访问/冲突避免(CSMA/CD)。冲突是共享信道的本质所决定，是不可避免的，它导致了以太网效率降低。通过分析可知，速率为10Mb/s以太网，当帧长度为256字节时其效率仅为60％左右。

2.2 TCP/IP的不足之处

在TCP/IP系统中，为了能够正常工作，用户需要在自己的计算机上设置一些TCP/IP参数，如IP地址、网关地址、DNS地址等，这会带来两个问题：其一是在计算机能够联网工作前，用户必须按要求设置好参数，然后重新启动机器使参数生效，这对普通用户来说是一个痛苦的过程。其改进目标应该能使用户的计算机不用任何设置即可工作，做到真正的即插即用。这对于家电上网是非常重要的。其二是用户既然可以自行设置IP地址，那么黑客就可以盗用合法用户的IP地址，伪装成合法用户来执行非法操作。

针对以上所述的现有技术部分存在的问题，本发明所涉及的网络技术对传统以太网进行一些改进，提出了一种在物理介质上直接传输IP数据包的新型网络结构。

三.发明内容

本发明采取的技术方案是：该网络中IP数据包在物理介质上直接传输，结点之间传输的帧只包含有帧定界、IP数据和CRC校验三个域；网络以IP交换设备为核心，连接各网络终端设备，网络终端设备与IP交换设备之间的数据传输采用点对点、全双工方式；在信道上无介质访问控制；网络支持即插即用功能；终端设备的网络地址参数不能由终端用户自已设定，而是由网络交换设备确定。

用于实现该网络的设备，其特点是，包括：

一个IP交换装置1，其具有若干个用于连接IP终端设备的下行端口和一个用于连接网络主干的上行端口，其内部结构主要包括网络接口、中央控制装置、交换引擎、高速地址缓冲以及操作系统软件；

至少一个以上IP交换装置2，其上行端口与IP交换装置1连接，并具有若干个用于连接IP终端设备3的下行端口，其内部结构同样包括网络接口、中央控制装置、交换引擎、高速地址缓存以及操作系统软件；

若干个IP终端设备3，用于和IP交换装置2的下行端口连接，自身无固定配置的IP地址，其IP地址必须向IP交换装置2申请或由IP交换装置2通告来确定；