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CN111386681B - 基于电缆调制解调器接口掩码的虚拟局域网映射 - Google Patents

基于电缆调制解调器接口掩码的虚拟局域网映射 Download PDF

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CN111386681B
CN111386681B CN201780097184.XA CN201780097184A CN111386681B CN 111386681 B CN111386681 B CN 111386681B CN 201780097184 A CN201780097184 A CN 201780097184A CN 111386681 B CN111386681 B CN 111386681B
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Abstract

一种在网络接口设备处执行为客户端设备分配服务流分类的方法，包括访问访问具有接口掩码的配置文件，并使接口掩码比特值与网络接口的至少一个端口相关。网络接口设备将客户端设备与网络接口设备的至少一个端口相关联，并且基于接口掩码比特值为网络接口设备从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类。然后，网络接口设备使用服务流分类与虚拟局域网映射设备通信。虚拟局域网映射设备将服务流映射到用于客户端设备的服务流的VLAN。

Description

基于电缆调制解调器接口掩码的虚拟局域网映射
技术领域
本原理涉及网络设置中的通信，具体地，它们涉及便于网关或电缆调制解调器的服务流的映射以允许虚拟局域网映射的方法。
背景技术
中国发起C-DOCSIS标准的使用，用于由电缆多系统运营商(MSO)和其他机构使用，以增强针对最后一英里电缆接入领域的DOCSIS标准。C-DOCSIS基于DOCSIS和Euro DOCSIS标准，并有少量修改而保持来自DOCSIS和Euro DOCSIS的射频接口定义原样，以适应某些高阶QAM调制类型。C-DOCSIS主要关注定义称为有线介质转换器(CMC)的前端设备在第2层规范中如何执行。与在第3层路由模式下工作的传统电缆调制解调器终端系统(CMTS)相比，CMC被简化为虚拟局域网络(VLAN)感知设备，以在来自电缆调制解调器(CM)或网关的服务流和以太网中的VLAN之间桥接数据分组(GW)。
典型地，CMC和电缆调制解调器或网关之间的通信被归类为与每个电缆调制解调器相关联的若干个服务流。例如，来自网关或电缆调制解调器的这种服务流包括数据服务流，VoIP服务流，IPTV服务流和主服务流。在电缆调制解调器中，可以通过各种分类规则分类数据分组，然后转到对应的服务流，同时将其他不能被分类的数据分组转到主服务流。所有服务流通过RF同轴电缆转发到CMC。CMC将这些分组转发到正确的VLAN，以维持IP连接。
CMC的主要功能是如何为来自电缆调制解调器的分组决定正确的VLAN。由于CMC的第2层模式和VLAN之间的隔离属性，必须将来自电缆调制解调器的分组映射到正确的VLAN，否则，分组将在网络中的某个位置丢失。
CMC设备的当前实现方式主要依赖于CMC中的动态主机配置协议(DHCP)中继，以拦截MSO中心办公室中的电缆调制解调器和DHCP服务器后面的IP设备(诸如，客户端设备)之间的DHCP协议通信。通常，DHCP客户端将通过DHCP选项60标识它们的设备类型，CMC中的DHCP中继功能将DHCP消息中继到DHCP服务器，DHCP服务器将根据选项60和配备的策略将不同IP子网中的IP地址分配给不同的DHCP客户端。IP地址分配之后，CMC可以根据本地配置将不同的IP子网映射到不同的VLAN。决定CMC中VLAN成员的另一方式是，根据本地配置，通过不同的DHCP选项60将DHCP消息直接映射到VLAN。
该通用实现方式也应用于部分执行第2层转发的传统CMTS。然而，当前的实现方式无法很好地适应CMTS/CMC第2层模式。第一个缺点是不能根据DOCSIS和Euro DOCSIS标准分类DHCP消息和ARP消息，因此所有这种分组都将落入主服务流，这意味着这些分组没有服务质量(QoS)保证。
第二个缺点是基于DHCP选项60的VLAN映射不能区分具有相同选项60的DHCP客户端与不同的电缆调制解调器或网关。在某些情况下，运营商可能需要不同的VLAN用于不同电缆调制解调器或网关后面的设备，即使它们承载相同的DHCP选项60值。
第三个缺点是在DHCP客户端获得IP地址并且电缆调制解调器或网关可以根据IP子网分类规则分类分组之后，运营商组织每个电缆调制解调器的正确的电缆调制解调器配置文件仍然是很大的操作和维护负担。确实是这样，因为IP子网对于CMC服务区域的不同组可能不同，这意味着电缆调制解调器配置文件不能由大量电缆调制解调器或网关共享。
第四个缺点是，如果电缆调制解调器后面的设备使用以太网上的点对点协议(PPPoE)而不是DHCP来获取IP配置，会发生什么？CMC中的DHCP中继不能处理这种情况，并且然后只能使用默认VLAN。即使PPPoE可以由默认VLAN服务，如果多个PPPoE客户端要求不同的VLAN，会发生什么？CMC无法满足这些要求。因此，寻求使用CMC或CMTS分配VLAN的不同途径。
发明内容
提供本发明内容从而以简化的形式介绍概念的选择，作为稍后呈现的更详细描述的序言。该发明内容既不旨在标识关键或必要特征，也不旨在描绘要求保护的主题的范围。
根据本公开的一方面，在网络接口设备处执行为客户端设备分配服务流分类的方法。该方法包括访问具有接口掩码的配置文件，并使接口掩码比特值与网络接口设备的端口相关。网络接口设备将客户端设备与端口之一相关联，并且基于接口掩码比特值为网络接口设备从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类。然后，网络接口设备使用服务流分类与虚拟局域网映射设备通信。
根据本公开的一方面，配置文件具有接口掩码，其包含与电缆调制解调器或网关内的局域网端口对应的多个比特值。在一个实施例中，接口掩码是电缆调制解调器接口掩码。电缆调制解调器接口掩码用于将客户端设备或网络接口设备的虚拟内部主机与网络接口设备的多个局域网端口中的至少一个相关联。客户端设备连接到外部局域网端口，并且虚拟内部主机是嵌入电缆调制解调器或网关内的逻辑虚拟接口。网络接口设备与虚拟局域网映射设备通信，该虚拟局域网映射设备是电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统之一。该通信使用网络接口设备到虚拟局域网映射设备的RF电缆接口，其中，虚拟局域网映射设备将分配的服务流分类映射到用于客户端设备的虚拟局域网中。网络接口设备的RF电缆接口是电缆调制解调器或网关的DOCSIS接口。虚拟局域网映射设备是电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统，并且客户端设备是膝上型计算机或个人计算机之一。
在本公开的另一方面，电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统将客户端设备的服务流分配给特定虚拟局域网，其中，客户端设备或电缆调制解调器或网关的内部主机实例使用分配的特定虚拟局域网与前端网络通信。为了将客户端设备的服务流分配给特定虚拟局域网，根据策略将管理员映射应用于电缆调制解调器或网关到特定虚拟局域网的服务流。客户端设备是膝上型计算机或个人计算机之一。
在本公开的另一方面，提供网络接口设备的装置描述。装置用于为客户端设备分配服务流分类。装置包括：局域网端口，连接到客户端设备；至少一个存储设备，其存储具有接口掩码的配置文件；以及处理器(508)，连接到存储设备，处理器访问接口掩码并使接口掩码比特值与局域网端口相关。处理器将客户端设备与局域网端口相关联，并基于接口掩码比特值为该装置从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类。装置的发送器/接收器使用服务流分类与虚拟局域网映射设备通信。
根据本公开的其他方面，存储设备存储具有接口掩码的配置文件，该接口掩码包含与电缆调制解调器或网关内的局域网端口对应的多个比特值。接口掩码是电缆调制解调器接口掩码。处理器将客户端设备或装置的虚拟内部主机与装置的多个局域网端口中的至少一个相关联。客户端设备连接到外部局域网端口，并且虚拟内部主机是嵌入电缆调制解调器或网关内的逻辑虚拟接口。发送器/接收器与电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统之一通信。
该装置的发送器/接收器使用装置的RF电缆接口与虚拟域网映射设备通信，其中，虚拟局域网映射设备将分配的服务流类映射到客户端设备的虚拟局域网中。装置的RF电缆接口是电缆调制解调器或网关的DOCSIS接口。虚拟局域网映射设备是电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统，并且客户端设备是膝上型计算机或个人计算机之一。
在本公开的其他方面，电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统接收客户端设备的服务流，并将客户端设备的服务流分配给特定虚拟局域网，其中，电缆调制解调器或网关的客户端设备然后使用分配的特定虚拟局域网与前端网络通信。电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统通过根据策略将服务流的管理员映射应用于特定虚拟局域网，来将客户端电缆调制解调器或网关的服务流分配给特定虚拟局域网。
本公开还包括具有指令的计算机程序产品，当该指令由计算机执行时，使得计算机执行本文描述的方法。本文还包括其中包含软件的非暂时性计算机可读介质，其具有指令，当该指令由处理器执行时使得处理器实现本文描述的方法。
从以下参考附图进行的例示性实施例的详细描述中，其他特征和优点将变得明显。附图用于例示本公开的概念的目的，并且不一定用于例示本公开的唯一可能的配置。除非另有说明，否则各种附图的特征可以组合使用。
附图说明
当结合附图阅读时，更好地理解前面的发明内容以及例示性实施例的以下详细描述，其关于本原理以示例的方式而不是以限制的方式被包含。在附图中，相似的数字表示相似的元素。
图1A是其中本公开的方面可以操作的前端环境的描绘；
图1B是其中本公开的方面可以操作的目的地端环境的描绘；
图2是其中本公开的方面可以操作的目的地端环境的另一描绘。
图3描绘根据本公开的方面的使用设备类型作为表征标准的方法的流程图。
图4描绘根据本公开的方面的方法的流程图。
图5是可以执行图4的方法的装置的框图。
图6是服务流分类编码示例。
图7是基于地址解析协议(ARP)的分类示例的第一示例；
图8是基于地址解析协议(ARP)的分类示例的第二示例；以及
图9是动态主机配置协议(DHCP)分类编码示例。
具体实施方式
在以下公开中，教导基于电缆调制解调器接口掩码(CMIM)的服务流分类机制，以便于CMTS/CMC中的VLAN映射，以解决上面描述的一个或多个缺点。在此公开的途径中，所有电缆调制解调器或网关可以共享相同的配置数据，只要它们具有相同的服务订阅即可。在整个本公开中，配置数据可以具有配置文件的实施例。配置数据的该共享可以减少运营商的操作负担。来自特定IP设备的任何分组(诸如，电缆调制解调器或网关后面的客户端设备)可以不断地分类为特定的服务流，因此可以保证同轴电缆中的QoS，包括DHCP/ARP或PPPoE连接分组。用于VLAN映射的本新颖配置和技术不需要依靠DHCP中继功能。这样，可以使用其他IP获取技术，诸如利用PPPoE和多个PPPoE客户端。运营商可以自行决定将VLAN分配给每个IP设备。
在各种例示性实施例的以下描述中，参考附图，附图形成其一部分并且通过例示的方式示出如何实践各种实施例。要理解，在不脱离本原理的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构和功能上的修改。
图1A和1B描绘系统100，用于使用用于第2层转发模式的VLAN映射设备(诸如CMC)沿DOCSIS网络路径分配VLAN。图1A是前端VLAN分配路径，并且图1B是目的端VLAN分配路径。将不同的VLAN分配给电缆调制解调器或网关后面的每个客户端设备。图1A描绘三种服务，因特网105，VoIP 110和IP TV115。宽带远程访问服务器(BRAS)120(也称为宽带网络网关(BNG))是将服务分发给下游用户的前端设备。BRAS 120连接到光线路终端(OLT)130，用于将前端通信的光线路分配到下游用户。图1A的框125描绘BRAS 120和OLT 130之间的通信线路122上的业务。
图1B描绘在图1A的系统100的分发端处的装备。光网络单元(ONU)135从图1A的OLT130接收光信号。ONU 135也称为光网络终端(ONT)。ONU 135经由通信线路137接收并且分发通信至VLAN映射设备145。在本公开中，VLAN映射设备145此后将被称为CMC145。本领域技术人员将认识到VLAN映射设备145可以用其他术语来称呼，但一般被定义为具有用于多个网关或电缆调制解调器的VLAN映射功能。在利用CMTS的架构中，CMTS也可以满足VLAN映射设备的需要。
图1B的框140描绘ONU 135与CMC 145之间的通信线路137上的基于VLAN的业务。CMC145与网关1(或电缆调制解调器1)160和网关2(或电缆调制解调器2)165通信。即使在下文中称为电缆调制解调器，项目160或165可以是电缆调制解调器或网关。电缆调制解调器或网关设备160和165在本文中也称为网络接口设备。每个电缆调制解调器或网关与各自的用户通信。图1B的框150描绘在CMC 145和电缆调制解调器或网关160之间的通信线路147上的业务。图1B的框155描绘了在CMC 145与电缆调制解调器或网关165之间的通信线路149上的业务。业务线路147和149可以是按照DOCSIS标准的RF电缆通信线路。
如图1B所示，从电缆调制解调器或网关160和165二者生成4个不同的服务流请求。每个电缆调制解调器或网关160、165具有数据服务流，因特网协议语音(VoIP)服务流，因特网协议电视(IPTV)服务流和主服务流，分别在业务框150和155中示出。如业务框140所示，来自电缆调制解调器或网关160的四个服务流分别映射到数据VLAN，VoIP VLAN，IPTV VLAN和默认VLAN，而来自电缆调制解调器或网关165的四个服务流分别映射到CMC 145中的VLAN中。然后标记VLAN的以太网帧转发到ONU 135。ONU135将VLAN映射的帧传送到OLT 130。
图2是图1B的扩展，以示出连接到网关或电缆调制解调器160和网关或电缆调制解调器165的电缆介质转换器(CMC)145。每个电缆调制解调器以三个客户端设备示出。电缆调制解调器或网关160分别具有客户端设备A，B和C，205、210和215。电缆调制解调器或网关或电缆调制解调器165具有不同组的客户端设备。它们分别是客户端设备D、E和F，220、225和230。
根据图1A和1B，清楚的是，如果来自电缆调制解调器或网关后面的每个IP设备(诸如，客户端设备)的分组被正确且完全分类为每个唯一服务流，则对于CMC执行服务流到VLAN映射变得明确，以将共享共同特征的分组的组转发到相同VLAN。然而，映射依靠电缆调制解调器上发生的正确进行的服务流分类。在本公开中，使用CMC根据每个服务流和VLAN之间的映射关系为每个IP设备(诸如，客户端设备)分配VLAN成员，提出基于CMIM的上游服务流分类方法来帮助这种映射。
根据关于CMC功能的C-DOCSIS规范，CMC是第2层设备，以在朝向电缆调制解调器的DOCSIS RF接口和朝向核心网络的VLAN感知以太网接口之间桥接。在第2层VLAN交换机/网桥环境中，每个IP设备(诸如，客户端设备)位于特定的VLAN中，并且来自和到此IP设备的所有业务必须在此VLAN中。IP设备可以通过PPPoE或DHCP或静态配置获得其IP配置。没有在不需要IP路由器的帮助的情况下第2层的不同VLAN之间可能的直接通信。因此，在CMC环境中，一旦将一个IP设备分配到一个VLAN中，则无论其使用何种协议，该IP设备的所有分组都必须位于分配的VLAN中。
CMC需要将所有分组从电缆调制解调器后面的一个特定IP设备映射到特定VLAN，并使该关联对于所有进一步的通信保持一致。通过将来自IP设备的所有分组分类到电缆调制解调器中的某个唯一服务流，可以满足此约束。来自此IP设备的所有分组在到达CMC的唯一服务流中传送。CMC可以将此服务流映射到目标VLAN。
根据DOCSIS或Euro DOCSIS标准的电缆调制解调器或网关中的常规服务流分类方法不能将来自一个IP设备的所有分组分类为一个唯一服务流。例如，来自不同IP设备的DHCP和地址解析协议(ARP)分组不能通过IP分组分类规则或以太网LLC分组分类规则被分类为不同的服务流。
在DOCSIS 3.0标准中引入电缆调制解调器接口掩码(CMIM)，以表示与电缆调制解调器连接的接口，接口可以是外部LAN侧接口或嵌入在电缆调制解调器中的逻辑接口。CMIM可以是16比特或32比特长，每个比特表示一个物理或逻辑接口。它主要用于多播和L2VPN场景，并且在标准中分配一些标准接口索引(比特位置)。然而，CMIM还没有在CMC环境中使用，并且大多数接口索引对特定供应商实现方式开放。当前，关于如何定义那些开放接口掩码以及如何使用它们没有达成共识。并且如果一个嵌入式实体(eSafe)(诸如，嵌入式路由器(eRouter))具有与嵌入式电缆调制解调器连接的多个IP接口，则如何表示每个IP接口没有明确的规范。
根据DOCSIS标准，CMIM的值是编码的比特图，比特位置K表示电缆调制解调器(CM)接口索引值K。比特位置0是最高有效八位元(octet)的最高有效比特。定义或保留了以下接口索引：
比特0(0x80):CM的IP堆栈
比特1(0x40):主CPE接口
比特2(0x20):RF接口
比特3,4:保留
比特5...15(0x07 FF):其他CPE端口
比特16-31,嵌入式逻辑接口。当前定义的接口包括:
比特16(0x00 00 80):PacketCable-eMTA
比特17(0x00 00 40):eSTB-IP
比特18(0x00 00 20):保留
比特19…31(0x00 00 1F FF):其他eSAFE接口
在本公开中，IP接口是附接到电缆调制解调器或网关中的电缆调制解调器功能的接口，并且可以是物理或逻辑的，如图3例示。一个IP设备(诸如，客户端设备)可以具有一个或多个IP接口，每个IP接口具有对应的CMIM值。根据CMIM定义，0x07FF用于表示任何外部物理接口，并且0x00001FFF用于表示任何内部逻辑接口。使用本公开的方面，定义以下CMIM值以表示电缆调制解调器或网关的各种接口。
Figure BDA0002506745990000081
Figure BDA0002506745990000091
图3描绘具有到CMC 145的RF电缆接口147的电缆调制解调器或网关160的示例，其中电缆调制解调器功能在网关160内。这种电缆调制解调器或网关实现方式可以具有连接到物理LAN端口(诸如，端口166)的外部IP设备(诸如，客户端设备205、210和215)和来自嵌入式eRouter 163的多个逻辑IP设备连接(诸如，163的IP1，IP2)。尽管描绘了电缆调制解调器或网关160，公开的原理应用于多个电缆调制解调器或网关，诸如160和165二者，如图2所示。所有这些IP接口在嵌入式电缆调制解调器(eCM)162中分别被视为唯一IP设备。对接口进行CMIM索引编排(对接口掩码进行索引编排)，作为加载到嵌入式电缆调制解调器162中的配置文件的一部分。从图3的示例可以看出，客户端设备205通常具有一个LAN端口接口。然后从电缆调制解调器的视角来标识接口，如下表解释。
接口 CMIM 服务类型
LAN接口4 0x0080 0000 IPTV
eRouter WAN IP接口1 0x0000 1000 VoIP
eRouter WAN IP接口2 0x0000 0800 因特网
下面给出用于这种分类的电缆调制解调器配置文件的示例部分，其呈现在电缆调制解调器或网关内部发生的基于CMIM的分类：
Figure BDA0002506745990000101
电缆调制解调器160或165配备有电缆调制解调器配置文件。可以使用配备服务器(未示出)以将电缆调制解调器配置文件存储在电缆调制解调器的存储器中来完成该配备。然后可以访问电缆调制解调器配置文件以供使用。电缆调制解调器配置文件(在本文中简称为配置文件)可以借助CMIM索引(在本文中称为是配置文件的一部分的索引掩码)将来自每个IP设备的所有分组分类为对应的服务流。可以将配置文件加载并存储在电缆调制解调器或嵌入式电缆调制解调器中，诸如在图3中的项目162中，用于由电缆调制解调器稍后访问。电缆调制解调器160后面的每个IP设备(诸如，客户端设备205、210和215)具有唯一服务流，以将所有分组从该IP设备传送到CMC145。并且，所有电缆调制解调器(160和165二者等)可以共享相同的配置文件，只要它们具有相同的服务订阅级别。并且，随着电缆调制解调器配置文件中的服务流分类，存在与可以被定义的每个服务流相关联的QoS参数。相应地，可以为每个不同的服务流或IP设备维护QoS保证。因此，例如，对于每个具有到电缆调制解调器的LAN端口接口的客户端设备205、210和215，当由电缆调制解调器映射为单独的服务流时，它们可以具有不同的QoS事务。
注意，在电缆调制解调器处，固有地与特定CMIM相关联的任何客户端设备或内部主机实例被分类为其特定的服务流。因此，电缆调制解调器的每个客户端设备或内部主机实例与其特定服务流中的CMC或CMTS通信。在由CMC或CMTS分配VLAN之后，无论通信业务是什么，VLAN分配对于源自相同客户端设备的所有分组是持久的。
利用电缆调制解调器或网关处的CMIM，然后在CMC或CMTS侧，系统管理员现在可以轻松地自行决定VLAN分配策略。VLAN分配策略非常灵活。管理员可以为相同的服务类型选择相同的VLAN，或者出于更多的安全性或性能考虑选择不同的VLAN。VLAN分配可以在不需要电缆调制解调器或网关侧的修改负担的情况下自由改变。也就是，因为CMC或CMTS中的VLAN重新映射，电缆调制解调器或网关的配置文件不经受改变。每个电缆调制解调器或网关中的配置文件独立于CMC或CMTS中的VLAN分配。下表是VLAN分配的示例。
CM 服务流 VLAN
cm1 IPTV Vlan100
cm1 VoIP Vlan200
cm1 因特网 Vlan1000
cm2 IPTV Vlan100
cm2 VoIP Vlan200
cm2 因特网 Vlan1001
另外，由于CMC是执行桥接或交换的第2层设备，当它将上游分组转发到正确的VLAN时，它将维护下表中例示的MAC地址学习表。
VLAN MAC地址 CM 服务流
Vlan100 aa:aa:aa:aa:aa:aa cm1 IPTV
Vlan200 bb:bb:bb:bb:bb:bb cm2 VoIP
由于第2层VLAN转发的对称性质，下游返回分组将在相同上游VLAN中，当CMC接收到下游分组时，可以通过在MAC地址学习表中进行查找而利用相关联的服务流处理来确定朝向电缆调制解调器的正确返回路径。
图4描绘使用电缆调制解调器的配置文件中的接口掩码(诸如，CMIM)以将来自连接至电缆调制解调器的客户端设备的事务分类为服务流的示例流程图400。然后，可以使用服务流来标识VLAN，以建立与前端的通信，从而为客户端设备获得改进的服务质量。在步骤405，由电缆调制解调器访问配置文件，诸如电缆调制解调器配置文件。配置文件具有接口掩码(诸如，CMIM)，其具有表示电缆调制解调器的物理或虚拟端口(诸如，局域网端口)的比特位置。在电缆调制解调器上，接口掩码索引值(比特位置值)与电缆调制解调器连接的每个接口相关，接口可以是外部LAN侧接口或嵌入电缆调制解调器内的逻辑虚拟接口。一旦配置并安装，具有接口掩码的配置文件不需要被改变，并且可以根据需要被访问以利用服务流分类客户端设备事务。
在步骤410，在电缆调制解调器处进行外部客户端设备(家庭客户端设备)，诸如个人计算机，膝上型计算机等或WiFi连接的设备和电缆调制解调器的端口之间的关联。该端口可以是外部LAN侧接口或者嵌入电缆调制解调器内的逻辑虚拟接口，其具有接口掩码中的对应索引值。这具有这样的动作：根据它们附接到哪个电缆调制解调器接口，将家庭客户端设备或虚拟内部主机实例与特定物理LAN接口或内部嵌入式接口相关联。
在步骤415，电缆调制解调器基于电缆调制解调器接口掩码和客户端设备已经与接口掩码值相关联，分配(生成)客户端设备的服务流分类。因此，在电缆调制解调器处，使用可由配备服务器提供的配置文件，指示电缆调制解调器基于配置文件内的接口掩码进行客户端设备的服务流分类。因此，通过使用接口掩码和客户端设备与接口掩码的相关联，与电缆调制解调器的客户端设备事务被分类为服务流。如上面解释，该分类对于VLAN映射设备(诸如，CMC)将VLAN分配给客户端设备的服务流很有用。
在电缆调制解调器处，与特定接口掩码(诸如，CMIM)相关联的任何客户端设备或内部主机实例固有地被分类为其特定服务流。所以，在步骤420，支持电缆调制解调器的每个客户端设备或内部主机实例能够使用客户端设备的特定服务流与VLAN映射设备(诸如，CMC)通信。
在步骤425，在VLAN映射设备，诸如，电缆介质转换器(CMC)中，根据其自己的策略进行每个电缆调制解调器的每个服务流到特定虚拟LAN(VLAN)的映射。一般地，CMC的管理员能够指定VLAN映射规则，以利用为客户端设备生成的服务流分类，为来自电缆调制解调器的服务流分配VLAN。相应地，在步骤430，电缆调制解调器的客户端设备或内部主机实例然后能够在其分配的VLAN内与前端通信以访问网络资源。无论通信业务如何，VLAN对于源自相同客户端设备的所有分组是持久的。注意，任何一个客户端设备可能具有一个以上的服务流，并且因此可能具有一个以上的VLAN和对应QoS。因此，按照服务流分类和VLAN分配，可以体验基于QoS的事务，用于与网络资源的客户端设备通信。这些客户端设备QoS通信通过由电缆调制解调器提供的服务流分类来启用。相应地，当前讨论的图4的新颖方法为连接到电缆调制解调器的客户端设备提供增强的性能。相应地，方法400表示相对于现有技术对于电缆调制解调器和它们支持的客户端设备在性能和能力上的改进。
图5是执行图4的技术的装置(诸如，电缆调制解调器或网关)的示例实施例。图5的装置可以是专用机器，或者执行其他任务的较大机器的一部分。因此，如本领域技术人员容易理解，图5的装置可以是电缆调制解调器或网关等。作为以下描述的参考，装置将被称为电缆调制解调器，诸如图2和3中的设备项目160。
图5的电缆调制解调器160包括提供与执行VLAN映射的网络接口设备(诸如，图2的CMC 145)的连接的发送器/接收器接口502。接口502连接到允许访问的总线接口504。如本领域技术人员熟知，其他非总线实现方式也是可能的。总线524上存在存储设备506，存储设备506可以用于任何通用存储，诸如，检索或请求的数据以及网络管理数据，参数和程序。如之前描述，存储设备506还可以用作具有电缆调制解调器接口掩码(CMIM)的配置文件的存储。存储设备506还可以用作设备/设备简档信息的磁盘或固态存储。主程序或实用程序以及其他程序在控制器/处理器508的控制下。
该控制器/处理器508可以是执行数据获取，用户界面控制和资源管理的任务的单个处理器或多个处理器。控制器/处理器508可以执行图4中描述的方法。控制存储器510可以为控制器/处理器508提供程序指令和配置控制。在一个实施例中，可以与存储器506结合或作为存储器506的替代，而将具有电缆调制解调器接口掩码(CMIM)的配置文件存储在控制存储器510中。状态指示器是用户界面518，并且允许用户，系统所有者或系统管理员查看装置160的状态。这种指示器可以包括显示器，LED，打印机界面或数据记录界面。输入/输出(I/O)接口516允许电缆调制解调器160连接到个人计算机或可以用于配置和控制电缆调制解调器功能的其他设备。这种功能可以包括电缆调制解调器功能和特征的编程，执行，控制和监视。I/O接口516可以是诸如以太网接口之类的硬线接口，或者可以在操作上被RF接口替代，使得电缆调制解调器160可以经由诸如IEEE 802.11之类的协议驱动接口与PC通信。可能经由I/O接口516的其他接口是交互式接口，其可以包括使用显示设备，键盘，鼠标，光笔等。
电缆调制解调器装置160具有局域网(LAN)端口接口512，其允许LAN端口访问外部客户端设备以及从外部客户端设备访问，诸如如图3所示。如本领域技术人员可以认识到，LAN端口接口512，总线接口504，存储设备506和控制器/处理器508可以被认为是嵌入式电缆调制解调器。这是类似于图3所示的实施例的一个实施例。然而，即使没有组件的嵌入式电缆调制解调器分类实施例，图5的配置仍然是具有本公开的创新的特征的电缆调制解调器或网关的一个实施例。
LAN端口接口512用于将电缆调制解调器160连接至具有诸如以太网接口之类的接口的外部设备，并连接至LAN端口166等。嵌入式路由器163用于将业务定向到多个LAN端口，诸如端口164和167。根据本公开的方面，电缆调制解调器160的每个LAN端口可以通过控制器/处理器508被分配或表征为与电缆调制解调器接口掩码(CMIM)相称的服务流。
图5的电缆调制解调器160的控制器/处理器508被配置为提供图4的方法的步骤的处理服务。例如，控制器处理器可以提供指令控制以监视和控制网络接口502，I/O接口516和518状态指示器和显示器，LAN端口接口512和路由器163。控制器/处理器508能够访问存储在存储设备506或控制存储器510中的电缆调制解调器配置文件的CMIM以执行服务流分类。由于来自连接到LAN端口的客户端设备的事务通过根据CMIM的服务流特征化，那么发送器/接收器502能够将分类和事务传递到VLAN映射设备145上，以使得事务被分配VLAN地址，以建立事务的服务质量(QoS)。控制器处理器508控制接口以进行创新操作。
除了上文描述的服务流分类之外，下文呈现没有定义在DOCSIS或EuroDOCSIS标准中的附加新服务流分类规则。呈现这些使得来自不同因特网协议(IP)子网或针对不同IP子网的地址解析协议(ARP)消息可以根据某个DHCP选项的不同呈现状态或者不同值被分类为不同服务流以及动态主机配置协议(DHCP)分组。
DOCSIS或EuroDOCSIS标准指定每个供应商定义他们自己的分类规则的机制。下文提出在供应商特定的扩展框架下的额外服务流分类规则，其尽可能保持互操作性并且在ARP分组和DHCP分组之间根据常规ARP/IP/LLC首标信息之外的它们的协议相关有效负载内容被进一步分类。
电缆调制解调器配置文件中的配置项目被组织为类型-长度-值(TLV)编码的列表，TLV代表由类型字段，长度字段和值字段组成的三元组组合。“类型”和“长度”字段二者本身为1字节的长度。值字段具有取决于内容的变化长度，并且可以用另一子TLV或子TLV的列表的编码填充。只要值字段不超过长度限制，该分层级的封装可以继续。整个配置文件最终是树状的布局，如图6所示。
图6是服务流分类编码示例。供应商特定服务流分类规则使用上游分组分类代码22或下游分组分类代码23或上游丢弃分组分类代码60下的子TLV类型代码43。该供应商特定分类的值也是各种子TLV编码的组合。供应商特定分类的第一子TLV必须是具有类型代码8和长度3字节的供应商标识TLV，值字段包含由三字节供应商特定组织唯一标识符(OUI)指定的供应商标识。该供应商标识可以提供为0x001095，即由Technicolor拥有，但是任何OUI可以适当地被使用。
下文提出的分类规则由依次在顶级TLV代码22、23或60下的供应商特定编码43下的多个新分类TLV编码组成。下表总结在TLV 22/23/60下的TLV 43下的sub-TLV编码和其用于该供应商特定分类操作的简要说明，所有多八位元均按网络字节顺序，这意味着包含最高有效比特的八位元被首先在线路上传输。
Figure BDA0002506745990000151
Figure BDA0002506745990000161
可以有存在于相同或不同TLV 43下的电缆调制解调器配置文件中的本发明中提出的多个分类规则。相同TLV 43下的分类规则之间的关系是逻辑AND，这意味着必须满足所有分类规则。根据一个TLV 43定义，用于ARP分类的子TLV 111、112、113、114不能与用于DHCP分组分类的子TLV 115至120共存。
ARP协议被设计为将第3层IP地址解析为其对应的第2层以太网MAC地址。在ARP分组中，存在指示发送者IP地址的4字节字段和指示应该解析的目标IP地址的4字节字段。子TLV 111、112、113和114特定于ARP分组分类。
子TLV 111定义要验证的ARP分组中的发送者IP地址。它具有4字节的固定长度，作为IPv4地址符号。字段的值指定IP地址的匹配值。如果(发送者-ip AND网络掩码)＝(TLV-111AND网络掩码)，则具有发送者IP地址“发送者-ip”的ARP分组与该参数匹配，其中“网络掩码”是在子TLV 112中定义的参数。如果省略该参数，则不要求比较ARP分组的发送者IP。
子TLV 112定义要用于ARP分组的发送者IP地址比较的网络掩码。字段的值指定IP地址的掩码值。如果省略该参数，则默认网络掩码是255.255.255.255。
Sub-TLV 113定义要验证的ARP分组中的目标IP地址。字段的值指定IP地址的匹配值。如果(目标-ip AND网络掩码)＝(TLV-113AND网络掩码)，则具有目标IP地址“目标-ip”的ARP分组与该参数匹配，其中“网络掩码”是子TLV 114中定义的参数。如果省略该参数，则不要求比较ARP分组的目标IP。
子TLV 114定义用于ARP分组的目标IP地址比较的网络掩码。字段的值指定IP地址的掩码值。如果省略该参数，则默认网络掩码是255.255.255.255。
图7是ARP分类编码示例1。图7中所示的示例定义上游分类规则，以匹配具有落入IP子网10.1.1.1/255.255.255.0的发送IP地址的任何ARP分组。
图8是ARP分类编码示例2。图8所示的示例定义上游分类规则，以匹配具有落入IP子网20.1.1.1/255.255.255.0的目标IP地址的任何ARP分组。
DHCP是基于用户数据报协议(UDP)的协议，用于客户端从DHCP服务器获取IP地址和其他配置数据，诸如网络时间协议(NTP)服务器或域名服务器(DNS)信息。DHCP服务器可以基于从客户端传送的各种信息和本地管理策略分配不同的IP配置数据到客户端。来自DHCP客户端的信息主要由各种类型的DHCP选项承载。DHCP选项也是由选项代码，长度和值字段组成的TLV三元结构。
这里定义TLV 43下的子TLV 115、116和117，用于分组分类的DHCP选项比较。因为DHCP选项60、77和124广泛用于客户端标识它们的供应商类别，用户类别或供应商标识的供应商类别，对于简化原因，我们还定义子TLV 118、119和120来简化这3个流行的DHCP选项的分类定义。
子TLV 115定义在DHCP分组中要检查的DHCP选项代码。它的长度与1字节的DHCP选项代码定义的长度匹配。该字段的值是DHCP选项的代码号。如果分类规则用于DHCP分组分类操作，则该子TLV不能缺失。
子TLV 116定义子TLV 115中指定的DHCP选项的详细值。值的长度是变化的，并由值的内容决定。值可以是目标DHCP选项的完整或部分，它取决于子TLV117。并且与子TLV117结合，它们定义各种比较标准，以验证DHCP数据分组是否匹配该分类规则。子TLV 117定义子TLV 115和116中指定的DHCP选项的匹配动作。其长度是1字节，其值具有指定的含义。
值0x00意味着检查在DHCP分组中是否存在由子TLV 115指定的DHCP选项，如果存在，则DHCP分组符合该分类规则。这也是默认值。该值也使子TLV 116不相关。值0x01与值0x00相反。这强制不存在特定DHCP选项。这也使子TLV 116不相关。值0x02意味着只要在子TLV 116中指定的值是DHCP分组中DHCP选项值的子字符串，DHCP分组就满足该分类。值0x03是值0x02的限制版本，为了匹配该分类规则，在子TLV 116中指定的值必须是DHCP分组中DHCP选项值的前缀。值0x04也是值0x02的限制版本，为了匹配该分类规则，子TLV 116中指定的值必须是DHCP分组中DHCP选项值的后缀。值0x05定义准确匹配操作。为了匹配该分类规则，子TLV 116中指定的值必须与DHCP分组中的DHCP选项值完全相同。子TLV 117的其他值被保留。
图9是DHCP分类编码示例。如图9所示，示例编码定义上游分类规则，以匹配从客户端到服务器的DHCP请求消息分组，其中存在DHCP选项60且其值与字符串“technicolor”准确匹配。这里指定子TLV 118、119和120，以分别简化DHCP选项60、77、124的共用DHCP选项匹配操作。可以将它们中的每一个与子TLV 117一起指定，以通过DHCP分组的选项值和匹配标准来分类DHCP分组。
本文描述的实现方式可以例如以方法或过程，装置或硬件和软件的组合来实现。即使仅在单一形式的实现方式的上下文中讨论(例如，仅作为方法讨论)，讨论的特征的实现方式也可以以其他形式实现。例如，可以经由硬件装置，硬件和软件装置来完成实现方式。装置可以例如以适当的硬件，软件和固件来实现。该方法可以在例如诸如处理器的装置中实现，该装置指代任何处理设备，包括例如计算机，微处理器，集成电路或可编程逻辑设备。上文公开的方法和装置的任何和所有功能或结构特征可以在单个实施例中组合。替代地，特征也可以在单独的实施例中组合，根据本文的说明书和权利要求书，每个具有更少的特征。
另外，可以通过由处理器执行的指令来实现方法，并且可以将这种指令存储在处理器或非暂时性计算机可读介质或计算机程序产品，诸如，例如，集成电路，软件载体，或其他存储设备上，诸如，例如硬盘，光盘(“CD”或“DVD”)，随机存取存储器(“RAM”)，只读存储器(“ROM”)或任何其他磁性，光学或固态介质。指令可以形成有形地体现在非暂时性计算机可读介质上的应用程序，诸如，上面列出的或本领域技术人员已知的任何介质。因此存储的指令对于执行硬件和软件的要素以执行本文描述的方法的步骤是有用的。

Claims (25)

1.一种在网络中在网络接口设备处执行的方法，该方法包括：
访问表示接口掩码的配置数据，并使接口掩码的数据值与网络接口设备的一个或多个外部物理接口端口和逻辑内部接口端口相关；
将客户端设备与网络接口设备的一个或多个外部物理接口端口和逻辑内部接口端口之一相关联；
基于接口掩码的数据值为网络接口设备从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类；和
使用服务流分类与网络中的虚拟局域网映射设备通信，其中，网络接口设备和虚拟局域网映射设备是网络中的不同设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，访问表示接口掩码的配置数据包括：访问具有接口掩码的配置文件，所述接口掩码包含与电缆调制解调器或网关内的局域网端口对应的多个比特值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接口掩码是电缆调制解调器接口掩码。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将客户端设备相关联包括将客户端设备或虚拟内部主机与网络接口设备的多个局域网端口的至少一个相关联。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，客户端设备连接到外部局域网端口，并且虚拟内部主机是嵌入在电缆调制解调器或网关内的逻辑虚拟接口。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，与虚拟局域网映射设备通信包括与电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统之一通信。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，与虚拟局域网映射设备通信包括使用网络接口设备的RF电缆接口与虚拟局域网映射设备通信，其中，虚拟局域网映射设备将分配的服务流分类映射到客户端设备的虚拟局域网中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，网络接口设备的RF电缆接口是电缆调制解调器或网关的DOCSIS接口。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，虚拟局域网映射设备是电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统，并且客户端设备是膝上型计算机或个人计算机之一。
10.根据权利要求1所述的方法，还被配置为用于在电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统中分配客户端设备的服务流到特定的虚拟局域网，其中，客户端设备或电缆调制解调器或网关的内部主机实例使用所分配的特定的虚拟局域网与前端网络通信。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将客户端设备的服务流分配给特定的虚拟局域网包括：根据策略将电缆调制解调器或网关的服务流的管理员映射应用于特定的虚拟局域网。
12.一种网络接口设备，包括至少一个处理器，被配置为执行：
访问表示接口掩码的配置数据，并使接口掩码的数据值与网络接口设备的一个或多个外部物理接口端口和逻辑内部接口端口相关；
将客户端设备与网络接口设备的一个或多个外部物理接口端口和逻辑内部接口端口之一相关联；
基于该数据值为网络接口设备从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类；和
使用服务流分类与虚拟局域网映射设备通信，其中，网络接口设备和虚拟局域网映射设备是网络中的不同设备。
13.根据权利要求12所述的网络接口设备，其中，网络接口设备包括电缆调制解调器或网关。
14.一种包含软件的非暂时性计算机可读介质，该软件包括指令，当指令由处理器执行时，使得处理器实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.一种在网络中的装置，所述装置包括：
局域网端口，连接到客户端设备；
存储设备，存储具有接口掩码的配置文件；
处理器，连接到存储设备，处理器访问接口掩码并将接口掩码比特值与局域网端口相关；
其中，处理器，将客户端设备与局域网端口相关联，处理器基于接口掩码比特值为该装置从客户端设备接收的访问请求分配服务流分类；和
发送器/接收器，使用服务流分类与虚拟局域网映射设备通信；
其中，局域网端口包括装置的一个或多个外部物理接口端口和逻辑内部接口端口，并且其中，网络接口设备和虚拟局域网映射设备是网络中的不同设备。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述存储设备存储具有接口掩码的配置文件，接口掩码包含与电缆调制解调器或网关内的局域网端口对应的多个比特值。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，接口掩码是电缆调制解调器接口掩码。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，处理器将该装置的客户端设备或虚拟内部主机与该装置的多个局域网端口的至少一个相关联。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，虚拟内部主机与嵌入在电缆调制解调器或网关内的逻辑内部接口端口相关联。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述发送器/接收器与电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统之一通信。
21.根据权利要求15所述的装置，其中，发送器/接收器使用该装置的RF电缆接口与虚拟局域网映射设备通信，其中，虚拟局域网映射设备将分配的服务流分类映射到客户端设备的虚拟局域网中。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，该装置的RF电缆接口是电缆调制解调器或网关的DOCSIS接口。
23.根据权利要求15所述的装置，其中，虚拟局域网映射设备是电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统，并且客户端设备是膝上型计算机或个人计算机之一。
24.根据权利要求15所述的装置，还配置有电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统，其接收客户端设备的服务流并且将客户端设备的服务流分配到特定的虚拟局域网，其中，电缆调制解调器或网关的客户端设备然后使用所分配的特定的虚拟局域网与前端网络通信。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述电缆介质转换器或电缆调制解调器终端系统通过根据策略将服务流的管理员映射应用于特定的虚拟局域网，而将客户端电缆调制解调器或网关的服务流分配给特定的虚拟局域网。
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