CN100450077C - 一种在网络中路由转发的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在网络中路由转发的方法，该方法包括：根据网络中的节点设备特性及节点设备支持的隧道技术建立逻辑承载网；网络中的承载控制实体为用户业务在逻辑承载网中指定传输路径，并将所指定的路径信息通知给该路径的起始端边缘节点；该边缘节点将所述路径信息压入业务流数据包，并根据所述路径信息转发该业务流数据包，直至该路径另一端的边缘节点。由于该用户的路径信息是根据所需经过的每个节点设备的特性分配，所以每个节点设备都将满足其转发业务流的需求。这种根据网络设备实际情况灵活采用隧道技术，对网络要求较小，避免对设备支持多层MPLS标签的强制性要求，而且简化承载控制层分配资源的复杂度，利于网络的稳定和维护方便性。

Description

一种在网络中路由转发的方法

技术领域

本发明涉及路由技术，特别是指一种在网络中路由转发的方法。

背景技术

随着因特网(Internet)规模的不断扩大，各种各样的网络服务争相涌现，先进的多媒体***也层出不穷。由于实时业务对网络传输时延、延时抖动等特性较为敏感，当网络上有突发性高的文件传输(FTP)或者含有图像文件的超文本传输(HTTP)等业务时，实时业务就会受到很大影响；另外，由于多媒体业务将占用大量的带宽，所以也将使得现有网络中需要得到保证的关键业务难以得到可靠的传输。于是，为保证关键业务得到可靠的传输，各种服务质量(QoS，Quality of Service)技术便应运而生。互联网工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)已经提出了很多服务模型和机制，以满足QoS的需求。目前业界比较认可的是在网络的接入或边缘使用综合业务(Int-Serv，Integrated Service)模型，在网络的核心使用区分业务(Diff-serv，Differentiated Service)模型。

Diff-serv模型仅通过设定优先等级的措施来保障QoS，该模型虽然有线路利用率高的特点，但具体的效果难以预测。因此，业界为骨干网的Diff-Serv模型引入了一个独立的承载控制层，建立了一套专门的Diff-Serv QoS信令机制，并为Diff-Serv网络专门建立了一个资源管理层，管理网络的拓扑资源，这种资源管理Diff-Serv方式被称为有独立承载控制层的Diff-Serv模型。图1为该模型的示意图，其中，101为业务服务器，属于业务控制层，可实现软交换等功能，如呼叫代理(CA)；102为承载网资源管理器，属于承载控制层；103为边缘路由器(ER，Edge Router)，104为核心路由器，103和104都属于承载网络。在这种模型中，承载网资源管理器负责配置管理规则和网络拓扑，为客户的业务带宽申请分配资源。每个管理域的承载网资源管理器之间通过信令传递客户的业务带宽申请请求和结果，以及各承载网资源管理器为业务申请分配的路径信息等。当承载控制层处理用户的业务带宽申请时，将确定用户业务的路径，承载网资源管理器会通知ER按照指定的路径转发业务流。承载网如何根据承载控制层确定的路径实现用户业务流按指定路由转发，目前业界主要是利用MPLS技术，使用资源预留方式沿着承载控制层指定的业务流路径建立LSP，使用RSVP-TE或CR-LDP的显式路由机制建立端到端的LSP。

现有MPLS承载网路由的方法是这样实现的：在基础网络上利用MPLS技术建立由LSP组成的逻辑承载网；承载控制层为用户业务流在这个MPLS逻辑承载网上分配路径，通知边缘路由器该路径所经过的所有LSP的标签栈，在业务流起始端，即边缘路由器位置，一次将承载控制层所指定的业务流LSP路径对应的标签栈压入业务流包中；边缘路由器按照该标签栈中最上层的标签信息转发业务流包，并且业务流包每经过一个转接路由器，业务流的路径标签栈减少一层。这样承载网的业务流就可以按照承载控制层指定的路径转发。

但是，上述路由方法要求承载网的边缘路由器和转接路由器支持MPLS以及多层MPLS标签，这对于很多运营商的现有承载网络要求太高，运营商需要将较多的节点升级为支持MPLS的设备，尤其这些设备需要支持多层标签栈，对于不同厂家的设备的互通存在较大的问题，不利于该方案的实施。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在网络中路由转发的方法，使在网络规模较大时，也不需要升级节点设备即可实现这种源路由技术。

为了达到上述目的，本发明提供了一种在网络中路由转发的方法，该方法包含：

a.根据网络中的节点设备特性及节点设备支持的隧道技术建立逻辑承载网；

b.网络中的承载控制实体为用户业务在逻辑承载网中指定传输路径，并将所指定的路径信息通知给该路径的起始端边缘节点；

c.该边缘节点将所述路径信息压入业务流数据包，并根据所述路径信息转发该业务流数据包，直至该路径另一端的边缘节点。

步骤b中所述传输路径为LSP、GRE、L2TPv3和IPSec中一种或几种的组合。

步骤c中是以分层的形式将所述路径信息压入业务流数据包的。

步骤c中所述业务流数据包是根据最上层的路径信息转发的，并且每经过一个转接节点，业务流的路径信息减少一层。

该方法进一步包括：在承载网络的支持LSP的路由器中设置倒数第二跳弹出功能；

所述业务流的路径信息减少一层是传输路径中的LSP的倒数第二个节点将最上层的LSP路径信息弹出实现的。

所述业务流的路径信息减少一层是传输路径中的LSP的最后一个节点将最上层的LSP路径信息弹出实现的。

步骤b中所述路径信息中的LSP信息为全局标签或/和或端口局部标签。

当路径信息中部分标签采用局部标签时，该方法还包括：在承载网络对应的转接节点中预先设置局部标签和转发信息的映射关系，

则当该转接节点收到上一节点转发的业务流数据包后，根据当前路径信息中最上层的局部标签从自身对应的映射关系中获取转发信息，然后再根据转发信息转发业务流数据包的。

本发明利用了MPLS LSP/GRE混合隧道技术建立LSP组成的逻辑承载网，在承载控制层为用户业务流在这个逻辑承载网上分配了路径后，将这个路径所经过的所有隧道的混合隧道路径信息通知给边缘路由器，在业务流起始端，一次把承载控制层所指定的业务流隧道路径信息附加到业务流包中，从而实现源路由来保证业务流的QoS。由于该用户的路径信息是根据所需经过的每个节点设备的特性分配，所以每个节点设备都将满足其转发业务流的需求。这种混合隧道根据网络中的设备实际情况灵活采用LSP隧道和GRE隧道，对于网络的要求较小，避免了对设备支持多层MPLS标签的强制性要求，对于网络的互联互通提出了切实可行易于实施的方案。而且，本发明的配置一个相对静态的隧道化的逻辑承载网简化了网络设计，有利于简化承载控制层分配资源的复杂度，有利于网络的稳定和维护方便性，并能与Internet业务流分开维护和设计。

附图说明

图1为目前有独立承载控制层的网络模型示意图；

图2为采用MPLS LSP/GRE混合隧道建立的业务承载逻辑网络；

图3为一个逻辑承载网络中的业务路径示意图；

图4为未配置标签倒数第二跳弹出功能且LSP使用全局标签栈的路由示意图；

图5为图4所示的路由方法的流程示意图；

图6为配置了倒数第二跳弹出功能且LSP使用全局标签栈的路由示意图；

图7为转接路由器为使用接口局部标签的LSPb在其他接口配置的标签交叉连接项示意图；

图8为未配置标签倒数第二跳弹出功能且LSP使用局部标签的路由示意图；

图9为配置了倒数第二跳弹出功能且LSP使用局部标签的路由示意。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明的方法是：承载网结合多种隧道技术建立逻辑承载网，承载控制层根据网络设备节点特性，即支持隧道的种类，为用户分配路径资源，该路径可以包括多种隧道类型。承载控制层为用户业务流在这个逻辑承载网上分配了由多种类型的隧道串联组成的路径后，将该路径信息通知边缘路由器，并在业务流起始端，即边缘路由器位置，一次将承载控制层所指定的业务流转发路径对应的分层形式的路由信息封装到业务流数据包中。在转发该用户的业务流时，对于支持静态配置的LSP功能和普通MPLS转发功能的节点设备，则只需要根据外层标签转发，如果不支持MPLS功能，则根据路径信息中与该网络段对应的GRE隧道头进行转发，业务流所到达的每个中间转接的路由器，都根据最外层的路由信息转发业务流数据包，而且每经过一个转接路由器，业务流的路径信息就减少一层。这里，多种隧道技术可以包括MPLS、GRE隧道、L2TPv3、IPSec隧道技术等。

下面举具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本实施例是以分别支持MPLS技术、GRE隧道技术的节点设备的网络中为例来说明本发明的技术方案。

为了实现这种基于MPLS标签和GRE隧道的源路由技术来保证业务的服务质量，要求在IP基础网络上为需要服务质量保障的实时业务规划配置出一个逻辑上的业务承载网络。

图2为采用MPLS LSP/GRE混合隧道建立的业务承载逻辑网络。参见图2所示，这个业务承载网络由边缘节点、中间转接节点以及节点之间的逻辑连接组成。其中，业务承载网的边缘节点就是指边缘路由器(E)，可以在每个IP网资源管理区域内选取的一些核心路由器作为中间转接节点，即转接节点路由器(R)。而且，对于支持MPLS的网络段采用LSP隧道，对于不支持MPLS的网络段采用GRE隧道，并使用“MPLS in GRE”技术实现不同种隧道“粘接”。这些边缘节点/中间转接节点及LSP隧道/GRE隧道就构成了业务流的逻辑承载网，也称之为隧道化的逻辑承载网。

在上述逻辑承载网络中，承载控制层为用户业务申请选择承载路径，并将所选择的路径信息通知承载网络的边缘路由器。所选择的路径可能包括一个或多个标签栈以及一个或多个GRE隧道。当该用户的业务流进入边缘路由器时，边缘路由器根据承载控制层分配的路径信息转发业务流。进一步说，边缘路由器收到用户的业务流后，按照承载控制层命令将该业务流转发路径对应的层次化路径信息压入业务流数据包中；业务流数据包每经过一个转接路由器，其路径信息就减少一层，即弹出MPLS标签或者“去封装”一段GRE隧道。因此，对中间的转接路由器而言，只需要支持与该转接路由器对应的网络段的MPLS转发功能或GRE隧道功能，即可完成预先配置的源路由转发。

图3示意出一个逻辑承载网络中的业务路径。在图3中，E1和E2分别是两个边缘路由器，他们之间有一些核心路由器。有一个用户业务是从E1到E2的业务流。承载控制层为该业务流分配的承载路径为：边缘路由器E1-LSPa-＞转接路由器RA-LSPb-＞转接路由器RB-GRE隧道GREc-＞转接路由器RC-LSPd-＞边缘路由器E2。

该路径所经过的各个转接路由器中与LSP对应的标签可能是设置为全局标签，也可能是设置为局部标签，对于接口局部标签的LSP，需要在业务流的起始端转接路由器上的各个可能的入接口上配置相应的标签交叉连接项。承载控制层在选路后，需要为路径中所经过的使用接口局部标签的LSP，根据路径信息选择转接路由器入接口标签交叉连接项所指定的标签。逻辑承载网络中的路由器可能配置有倒数第二跳弹出功能，也可能没有配置该功能，如果配置有该功能，则某条LSP的倒数第二跳路由器会将该LSP的栈顶标签弹出。而为方便维护，推荐逻辑承载网的LSP尽量使用全局标签。同时，为了保证服务质量，推荐不使用倒数第二跳弹出。

以下根据使用标签倒数第二跳弹出和/或LSP全局标签栈的情况分别说明本发明的路由方法。

第一种情况：未使用标签倒数第二跳弹出且LSP使用全局标签栈。

参见图4所示，LSPa在E1的全局标签为La，LSPb在RA的全局标签为Lb，LSPd在RC的全局标签为Ld，GREc在RB上终结LSPb，并配置GRE隧道的”delivery header”中源地址和目的地址，源地址是指RB中建立GREc隧道的接口地址Pb，目的地址是指RC中建立GREc隧道的接口地址Pc，以便RB进行GREc隧道的封装。这样，承载控制层确定按路径LSPa-)LSPb-)GREc-)LSPd转发的路径信息就是La/Lb/PbPc/Ld，该路径信息包含两个MPLS标签栈和一个隧道地址对。其中，一个标签栈由La/Lb组成，La是栈顶，Lb是栈底，另一个标签栈由Ld单层标签组成，隧道地址对由Pb和Pc组成。

参见图5所示，本实施例转发业务流的过程是这样的：

步骤501：业务流包到达边缘路由器E1，E1按照承载控制层的命令，把这种业务流打上路径标识La/Lb/PbPc/Ld。然后，E1将这个业务流数据包沿着LSPa发出。LSPa中间会经过一些路由器，这些路由器仅仅根据最顶层的标签进行转发，可能对最顶层标签进行标签交换。

步骤502：业务流包的MPLS包沿着LSPa到达转接路由器RA，RA在作第一个标签栈顶层标签处理时，由于LSPa终止于RA，RA将第一个标签栈顶层标签弹出，根据第一个标签栈底层标签Lb转发。之后，RA将该业务流数据包沿着LSPb转发。

步骤503：业务流包到达RB，弹出标签Lb；RB根据隧道地址对PbPc封装业务流包，即根据隧道地址对构造IP头，其中IP头中的协议类型为“47”(表示数据为GRE隧道数据)，并根据RFC 1701和RFC 2784构造GRE头，将包含MPLS标签Ld的GRE隧道数据透传到RC。

步骤504：业务流包到达路由器RC后，先进行GRE隧道GREc的去封装，再根据标签Ld转发。这样，业务流数据包在RC又将沿着LSPd转发，LSPd中间可能经过一些路由器，这些路由器可能进行标签交换。这样业务流会沿着LSPd到达目的地边缘路由器E2。

步骤505：E2收到业务流包后，由于LSPd终止于E2，将把标签弹出，恢复出了业务流的IP包。

第二种情况：业务流路径中经过的一些LSP的倒数第二跳路由器配置了倒数第二跳弹出(PHP)，且使用全局标签。

图6所示的是LSPa配置了倒数第二跳弹出的转发过程。此时，转发过程与第一种情况相同，不同的是第一种情况是LSP终止的路由器将最上层的标签弹出，而第二种情况是LSP终止的前一个路由器将最上层的标签弹出了，而最后一个路由器不需要再弹出标签。

第三种情况：路径中部分LSP分配的标签是局限于路由器接口，即局部标签，而且转接路由器没有配置倒数第二跳弹出功能。

再参见图3所示，LSPb在RA发出于某接口X2，其接口标签分配为Lb，LSPd在RC发出于某接口X4，其接口标签分配为Ld。在这种情况下，由于一些LSP的标签限定于接口，承载控制层不能简单地把各段LSP的接口局部标签通知给边缘路由器，这样当带有局部标签的数据包到达相应的路由器时，可能引起路由器的处理错误，因此需要进行如下所述的特殊处理。

因此，为可以通过MPLS标准转发过程将从其他接口进来的MPLS包转发到下一段指定的使用了接口局部标签的LSP，需要为转接路由器设置各个接口的输入标记映射表(ILM)，具体方法如下：为每个使用接口局部标签的LSP，在其他各个可能的业务入接口的输入标记映射表(ILM)中增加一项，也就是为这个入接口分配一个新标签，该标签的输入标记映射表指向下一跳标记转发条目表(NHLFE)项，该NHLFE项就是使用其接口局部标签的那个LSP表项。这个入接口的这个输入标记映射表项为可称为LSP标签交叉连接项。

图7为转接路由器为使用接口局部标签的LSPb在其他接口配置的标签交叉连接项。

参见图7所示，一个转接路由器是LSPb的起始端，而LSPb在端口P2使用的是端口局部标签Lb标签，在路由器的下一跳标记转发条目表NHLFE的第Np项存放的是LSPb的转发信息。

为了使从接口P1进入的业务流包能转接到LSPb中去，需要在接口P1的输入标记映射ILM表项中，增加一项，该项分配的标签为Lb1，指向下一跳标记转发条目为Np的表项，即LSPb的转发信息；依次类推，为了使从接口Pm和Pn进入的业务流包能转接到LSPb中去，需要分别在接口Pm和Pn的输入标记映射ILM表项中，同样分别增加一项，该项对应的标签分别为Lbm和Lbn，并且指向的下一跳标记转发条目表项均为Np。

因此，承载网需要预先为那些采用局部标签的LSP的起始端转接路由器配置好标签交叉连接项。这样，承载控制层在顺着业务流路径确定转发标签栈的过程中，处理使用局部标签的LSP时，将把LSP起始端转接路由器在这个业务路径入接口上配置的到该LSP的标签交叉连接项的标签号依次放入标签栈的底部。

例如，在E1到E2之间的业务流路径经过的LSP分配的标签是局部标签情况：LSPb在RA发出于某接口X2，其接口标签分配为Lb、LSPd在RC发出于某接口X4，其接口标签分配为Ld。

承载网预先为这些使用局部标签的LSP配置交叉连接项：转接路由器RA为LSPa入接口分配的到LSPb的交叉连接项的接口标签为Lb1，转接路由器RC为GREc入接口分配的到LSPd的交叉连接项的接口标签为Ld1。所以，用户业务流按路径LSPa-＞LSPb-＞GREc-＞LSPd转发的路径信息就是La/Lb1/PbPc/Ld1，其中该路径信息包含两个MPLS标签栈和一个隧道地址对(由Pb和Pc组成)，一个标签栈由La/Lb1组成，La是栈顶，Lb1是栈底。另一个标签栈由Ld1单层标签组成。

这样，在使用接口局部标签的LSP存在时，如果网络没有配置倒数第二跳弹出功能，那么图4所示的用户业务流在承载网上进行隧道转发的路径信息情况见图8，其具体过程如下：

首先，业务流包到达边缘路由器E1，E1按照层载控制层的命令，把这种业务流添加上路径信息La/Lb1/PbPc/Ld1，E1把这个业务流的数据包沿着LSPa发出。LSPa中间会经过一些路由器，这些路由器仅仅根据最顶层的标签进行转发，可能对最顶层标签进行标签交换，业务流的数据包沿着LSPa到达转接路由器RA。

RA在作最顶层标签处理时，由于LSPa终止于RA，RA将把最上层标签弹出，根据第二层标签Lb1转发。由于Lb1是一个为LSPb在该入接口上配置的标签交叉连接项，这样，业务流数据包在RA又将沿着LSPb转发；LSPb会经过一些路由器，这些路由器根据当前顶层的标签进行转发，转发至RB。

路由器RB收到数据包后，由于承载控制层在确定业务流路径时将指示RB将根据隧道地址对PbPc进行GRE封装，根据隧道地址对PbPc构造IP头，其中IP头中的协议类型为“47”(表示数据为GRE隧道数据)，并根据RFC 1701和RFC 2784构造GRE头，将包含MPLS标签Ld的GRE隧道数据透传到RC。

数据包到达路由器RC后，进行GRE隧道GREc的去封装，然后根据去封装后的顶层标签Ld进行转发。这样，业务流数据包包在RC又将沿着LSPd转发，LSPd中间可能经过一些路由器，这些路由器可能进行标签交换。这样业务流会沿着LSPd到达目的地边缘路由器E2。E2收到包后，由于LSPd终止于E2，将把标签弹出，恢复出了业务流的IP包。

第四种情况：使用接口局部标签，并且转接路由器配置倒数第二跳弹出功能的情况。此时与上述情况的区别是LSP倒数第二跳路由器就把顶层的标签弹出了。LSP使用局部标签且倒数第二跳弹出的转发过程如图9所示。

另外，上述过程在GREc中透传带有MPLS标签Ld的数据包，因此需要在RC上实现MPLS-in-GRE的封装。

参见表1所示，MPLS-in-GRE的封装结构包括IP头(Header)、GREHeader、MPLS标签栈(Label Stack)、消息体(Message Body)。

IP Header
	GRE Header
MPLS Label Stack
	Message Body

表1

其中，IP头是根据PbPc隧道地址对构造的IP头，与普通IP头不同的是其中的协议类型字段设置为“47”，表示GRE封装。GRE头可以根据RFC1701的格式进行封装，MPLS标签栈可以根据RFC 3032进行封装。

表2

参见表2所示，根据RFC 1701的格式进行封装的GRE头格式包括：标志位(flags)、版本号(Ver)、协议类型(Protocol Type)、校验和(Checksum)、路由域的开头到有效源路由项的第一个字节的偏移(Offset)、封装者为了安全验证增加的密钥(Key)、序列号(Sequence Number)、路由域(Routing这里，根据R bit的设置确定是否存在路由域，如果存在，则为逐个源路由项)。其中，Checksum、Offset、Key、Sequence Number、Routing都是可选项。在本发明中，只需要关心“Protocol Type”和“Checksum”的设置即可。如果业务流为MPLS的单播和多播数据包，GRE头中的“Protocol Type”应该设置为“以太类型”，分别为0x8847(单播)，0x8848(多播)。Checksum字段应该根据GRE头和MPLS标签栈进行调整。

上述实施例叙述了采用MPLS LSP/GRE混合隧道进行逻辑承载网划分和数据包转发的方法。在实际应用过程中，还可以通过单独的其他隧道，如L2TPv3、IPSec隧道、GRE隧道或LSP隧道，以及一种或多种隧道的混合来划分逻辑承载网并实现业务流的转发，只要网络中的节点设备支持这种隧道技术即可。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种在网络中路由转发的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.根据网络中的节点设备特性及节点设备支持的隧道技术建立逻辑承载网，所述逻辑承载网是结合多种隧道技术建立的；

b.网络中的承载控制实体为用户业务在逻辑承载网中指定传输路径，并将该传输路径所经过的所有隧道的混合隧道路径信息通知给该路径的起始端边缘节点设备；

c.该边缘节点设备将所述路径信息压入业务流数据包，并根据所述路径信息转发该业务流数据包，直至该路径另一端的边缘节点设备。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中所述传输路径为LSP、GRE、L2TPv3和IPSec中几种的组合。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中是以分层的形式将所述路径信息压入业务流数据包的。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤c中所述业务流数据包是根据最上层的路径信息转发的，并且每经过一个转接节点设备，业务流的路径信息减少一层。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在承载网络的支持LSP的节点设备中设置倒数第二跳弹出功能，所述支持LSP的节点设备为路由器；

所述业务流的路径信息减少一层是传输路径中的LSP的倒数第二个路由器将最上层的LSP路径信息弹出实现的。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述业务流的路径信息减少一层是传输路径中的LSP的最后一个节点设备将最上层的LSP路径信息弹出实现的。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中所述路径信息中的LSP信息为全局标签或/和端口局部标签。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当路径信息中部分标签采用端口局部标签时，该方法还包括：在承载网络对应的转接节点设备中预先设置端口局部标签和转发信息的映射关系，

则当该转接节点设备收到上一节点设备转发的业务流数据包后，根据当前路径信息中最上层的端口局部标签从自身对应的映射关系中获取转发信息，然后再根据转发信息转发业务流数据包。

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