CN100461789C - 一种基于二层虚拟专用网的网络通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法，包括：1)先使服务提供商边缘设备PE利用伪造的网络层地址与用户边缘设备CE进行链路层的协商；2)然后在PE之间交换CE的真实网络层地址；3)最后通过PE与CE之间重新进行链路层协商，从而使CE之间互相获取对方的真实网络层地址。本发明的有益效果在于：1.在部署二层VPN时，服务提供商设备无需预先知道用户设备的网络层地址，从而减少了服务提供商与用户之间交流的成本；2.二层VPN业务开通后，用户可以随意修改自己设备的网络层地址而不用通知服务提供商，因此其灵活性大大提高；3.服务提供商部署二层VPN时，无需手工配置用户边缘设备的网络层地址，从而大大降低了管理和维护成本。
Description
发明领域
本发明一般涉及网络通信技术，特别涉及一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN(虚拟私有网络)的网络通信方法。
背景技术
传统的数据网络服务提供商为用户提供互连业务时，一般是通过一个专网来提供特定类型的互连服务。例如一个企业在城市A和城市B各有一个分部，希望通过帧中继将两个分部的网络连接起来。对这种情况，服务提供商通常是建立一张覆盖全国的帧中继网络，通过这个帧中继网络将用户在不同城市的网络连接起来。如果有些用户使用ATM(异步传输模式)网络，希望服务提供商提供ATM的互连业务，则服务提供商不得不再建立一张覆盖全国的ATM网络，以满足用户的需求。这样造成了重复建设的情况，大大增加了服务提供商的成本压力。
随着技术的发展，出现了一种二层VPN的技术。通过这种技术，服务提供商可以只建立一个通用的网络，如MPLS网络(多协议标签交换网络)，并通过这个统一的网络来提供多种互连业务。
图1为二层虚拟私有网络的结构示意图。如图1所示，以帧中继为例，二层VPN的工作方式如下：1.服务提供商边缘设备PE1从用户边缘设备CE1收到帧中继报文(包括控制报文和数据报文)后，把它整个封装为一个MPLS报文，通过一个MPLS的隧道传递到服务提供商在另一端的边缘设备PE2；2.服务提供商边缘设备PE2收到这个报文后，将MPLS封装去掉，剩下原来的帧中继报文，然后传递给用户边缘设备CE2。
通过以上方式，就可以在MPLS网络上建立虚拟的帧中继链路，为用户提供帧中继互连业务。同样，通过这种二层VPN技术，MPLS网络可以为ATM用户提供ATM互连业务，也可以为PPP用户提供PPP互连的业务。服务提供商可以通过一个统一的网络来提供多种互连业务，从而大大降低成本。
此外，二层VPN还能提供不同链路层之间的互操作业务。图2为二层虚拟私有网络在提供不同链路层之间的互操作业务时的工作原理示意图。如图2所示，假设一个企业在城市A的分部通过帧中继接入，其在城市B的分部则通过PPP接入，若企业希望将两个城市的网络连接起来以实现在链路层的互通，就需要用到不同链路层互操作的技术。
具体而言，不同链路层互操作的一般工作方式如下：1.PE1从CE1收到帧中继数据报文后，将帧中继报文头去掉，把它封装成一个MPLS报文，通过MPLS隧道传递到PE2；2.PE2收到这个报文后，去掉MPLS封装，然后把它封装成一个PPP报文，再传递给CE2；类似地，反方向的流程如下：1.PE2从CE2收到PPP数据报文后，将PPP报文头去掉，把它封装成一个MPLS报文，通过MPLS隧道传递到PE1；2，PE1收到这个报文后，去掉MPLS封装，然后把它封装成一个帧中继数据报文，再传递给CE1。
这样，对于CE1来讲，它以为对方(CE2)也是一个帧中继的设备，并且与CE2建立起帧中继链路；同样，对于CE2，它以为CE1是一个PPP的设备，并且与CE1建立起PPP链路。这样就能实现不同链路层的互操作，提供不同链路层之间的互连业务，为用户提供了更多的灵活性。
但是这种方式只解决了数据报文的互通问题，没有解决控制报文的互通。因为双方的链路层类型不同，其控制协议也是完全不同的，控制平面上没有办法真正互通。解决这个问题，通常的做法是：由PE设备与CE交互控制报文，进行链路层的协商。以图2的情况为例，PE1收到CE1的帧中继控制报文时，不把它传递给PE2，而是直接处理这个控制报文，根据需要也给CE1发送一些控制报文，以保证CE1的控制平面能处于正常工作状态。同样，PE2收到CE2的PPP控制报文时，也不会传递给PE1，而是由PE2与CE2进行PPP的协商，互相交互控制报文，从而使CE2的控制平面处于正常状态。
这个问题解决后，另一个问题又产生了：很多链路层都要通过控制报文的交互来学习对方的网络层地址(如IP地址)。例如：图2中的CE1希望通过帧中继的控制报文交互来获得CE2的IP地址；同样，CE2希望通过PPP的控制报文交互获得CE1的IP地址。如果它们不能获得对方的IP地址，将导致双方的数据无法正常转发，从而导致业务中断。但是与CE1进行帧中继控制报文交互的是PE1，而不是CE2，PE1根本不知道CE2的IP地址，因此也就没有办法把CE2的正确的IP地址告诉CE1。
在现有技术中，对于链路层互操作中CE设备学习对方网络层地址的问题目前还没有好的方法解决，只能通过静态配置解决。以图2的情况为例，在PE1上配置CE2的网络层地址，这样PE1在与CE1交互时，就能将正确的网络层地址告诉CE1；同样，在PE2上配置CE1的网络层地址。但是，这种方法有以下缺点：1.在很多情况下，用户的网络是位于不同城市的。以图2为例，CE1与PE1位于城市A，CE2与PE2位于城市B。由于这种方法要求在PE1上配置CE2的地址，在PE2上配置CE1的地址，因此用户和服务提供商需要在不同城市之间进行沟通和交流，比较麻烦，沟通成本比较高；2.由于用户必须将自己的网络层地址告诉服务提供商，在业务开通后将无法修改地址。如果一定要修改，必须重新与服务提供商协商，修改服务提供商配置才行。这样将大大限制用户的自由度，降低灵活性；3.当链路层互操作业务大量开展时，这种静态配置的方式将会大大增加服务提供商的管理和维护成本。
发明内容
因此，本发明就是针对现有技术中的上述问题而做出的，其目的是要解决在二层VPN的不同链路层互操作的情况下如何交互网络层地址的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面所述，它提供了一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法，所述二层VPN包括：第一服务提供商边缘设备和第一用户边缘设备，二者相连并且其间运行第一种链路层协议；第二服务提供商边缘设备和第二用户边缘设备，二者相连并且其间运行第二种链路层协议；以及通用网络，用于通过所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备而在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备之间建立网络连接，所述方法的特征在于包括以下步骤：在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备通过控制报文互相学习对方的网络层地址时，所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备分别使用伪造的网络层地址与各自连接的用户边缘设备进行链路层协商，以学习所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址；所述第一服务提供商边缘设备与所述第二服务提供商边缘设备互相交换学习到的所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址；以及所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备分别与各自连接的用户边缘设备重新进行链路层协商，以将学习到的所述第二用户边缘设备和所述第一用户边缘设备的网络层地址分别告知所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备，从而使所述第一用户边缘设备和第二用户边缘设备互相获得对方的网络层地址。
所述方法还包括以下步骤：在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备进行数据报文交换时，所述第一服务提供商边缘设备将来自所述第一用户边缘设备的具有第一种链路层协议的数据报文转换为由所述通用网络支持的协议报文，并通过所述通用网络将其传递给所述第二服务提供商边缘设备；以及所述第二服务提供商边缘设备将所述通用网络支持的协议报文转换为具有第二种链路层协议的数据报文，并将其传递给所述第二用户边缘设备。
在本发明的实施例中，所述第一服务提供商边缘设备与所述第二服务提供商边缘设备通过扩展的信令协议来互相交换学习到的所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址；所述扩展的信令协议至少包括标签交换协议和边界网关协议。
另外，在本发明的实施例中，所述第一种链路层协议至少包括：点到点协议、以太网协议、帧中继协议、异步传输模式协议；所述第二种链路层协议至少包括：点到点协议、以太网协议、帧中继协议、异步传输模式协议；所述通用网络至少包括：IP网络和多协议标记交换网络。
根据本发明的第二个方面所述，它提供了一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法，所述二层VPN包括：第一服务提供商边缘设备和第一用户边缘设备，二者相连并且其间运行第一种链路层协议；第二服务提供商边缘设备和第二用户边缘设备，二者相连并且其间运行第二种链路层协议；以及通用网络，用于通过所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备而在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备之间建立网络连接，其特征在于，在所述第一用户边缘设备不能与所述第一服务提供商边缘设备进行链路层协商的情况下，所述方法包括以下步骤：在所述第一服务提供商边缘设备上预先手动配置所述第一用户边缘设备的网络层地址；所述第一服务提供商边缘设备通过所述通用网络将所述第一用户边缘设备的网络层地址提供给所述第二服务提供商边缘设备；以及所述第二服务提供商边缘设备与所述第二用户边缘设备进行链路层协商，以将所述第一用户边缘设备的网络层地址通知给所述第二用户边缘设备。
在本发明的实施例中，所述第一服务提供商边缘设备通过扩展的信令协议将所述第一用户边缘设备的网络层地址提供给所述第二服务提供商边缘设备；所述扩展的信令协议至少包括标签交换协议和边界网关协议；所述通用网络至少包括：IP网络和多协议标记交换网络。
本发明的有益效果在于：1.在部署二层VPN时，服务提供商设备不需要预先知道用户设备的网络层地址，从而减少了服务提供商与用户之间交流的成本；2.二层VPN业务开通后，用户可以随意修改自己设备的网络层地址而不用通知服务提供商，因此其灵活性大大提高；3.服务提供商部署二层VPN时，不需要手工配置用户边缘设备的网络层地址，从而大大降低了管理和维护成本。
附图说明
通过以下结合附图对本发明具体实施方式的详细说明，本发明的上述目的、特征和有点将变得更加清楚。在以下的附图中：
图1为二层虚拟私有网络的结构示意图；
图2为二层虚拟私有网络在提供不同链路层之间的互操作业务时的工作原理示意图；
图3为根据本发明所述的通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法的流程示意框图；
图4a示出了帧中继数据报文的封装示意图；
图4b示出了MPLS数据报文的封装示意图；
图4c示出了PPP数据报文的封装示意图。
具体实施方式
图3为根据本发明所述的通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法的流程示意框图。如图3所示，本发明的基本思路是：1)先使服务提供商边缘设备PE利用伪造的网络层地址与用户边缘设备CE进行链路层的协商；2)然后在PE之间交换CE的真实网络层地址；3)最后通过PE与CE之间重新进行链路层协商，从而使CE之间互相获取对方的真实网络层地址。
下面将通过具体的实例对本发明进行详细说明。
以图2所示的二层VPN网络结构为例。假设CE1的IP地址为1.1.1.1，CE2的IP地址为1.1.1.2，PE1与PE2之间采用BGP协议(边界网关协议)的扩展来交换地址。其控制报文的交互过程如下：
1.PE1发现链路准备好以后，向CE1发送一个帧中继的INARP(反向地址解析)请求报文。由于PE1在INARP请求报文中必须携带自己的IP地址。因此，PE1随机地产生一个地址，例如101.1.2.3，并在INARP请求报文中将该地址作为自己的IP地址传送给CE1；
2.CE1收到这个INARP请求报文后，会向PE1发送一个INARP响应报文，在这个报文中将自己的IP地址1.1.1.1告诉PE1；
3.PE1向PE2发送BGP报文，并在报文中携带CE1的地址1.1.1.1；
4.与此同时，当PE2发现链路准备好以后，它将开始与CE2进行PPP的链路层协商。其中，在与CE2进行IPCP(IP控制协议)协商时，PE2需要将自己的地址告诉CE2。类似地，PE2也随机地产生一个地址，例如203.4.2.3，并用这个地址与CE2进行IPCP协商；
5.CE2收到PE2的IPCP协商报文后，也会向PE2发送报文，将自己的IP地址1.1.1.2告诉PE2；
6.PE2向PE1发送BGP报文，在报文中携带CE2的IP地址1.1.1.2；
7.PE1收到PE2发送的BGP报文后，重新向CE1发送INARP请求报文，并在报文中携带CE2实际的IP地址：1.1.1.2。由此，CE1就学到了CE2真正的IP地址；
8.同理，当PE2收到PE1发送的BGP报文后，它也将重新发起与CE2进行IPCP协商，并在IPCP协商中将CE1真正的地址：1.1.1.1作为自己的IP地址发送给CE2。这样，CE2也就学到了CE1真正的IP地址。
在本文中，由于PE与CE之间进行链路层协商的具体过程以及PE之间通过MPLS网络交换地址数据的过程均属于现有技术的范畴，其具体细节可参看IETF RFC1661：The Point-to-Point Protocol(PPP)“点对点协议(PPP)”、IETF RFC3032：MPLS Label Stack Encoding“MPLS标记堆栈编码”以及CCITT Recommendation Q.922：ISDN Data Link Layer Specification for FrameMode Bearer Services“用于帧模式传输服务的ISDN数据链路层说明书”等，本文中就不再赘述。
在CE1与CE2之间互相获得对方的网络层地址之后，当有帧中继数据报文(其格式如图4a所示)要从CE1传送到CE2时，该报文首先被PE1封装成MPLS数据报文(其格式如图4b所示)。然后，当PE2收到该MPLS报文之后，PE2将把该MPLS报文封装成一个PPP数据报文(其格式如图4c所示)，并将其传送给CE2。反之，从CE2到CE1的传送过程与上述从CE1到CE2的过程相类似。
另外，根据本发明的另一个实施例所述，如果一方的CE与PE间运行的链路层协议不能通过链路层协商来学习对方的地址，而另一方的CE与PE间运行的链路层协议需要通过链路层协商来学习地址，则可通过在PE设备上人工配置本端CE的网络层地址，然后再通过上述扩展的信令协议将这个地址传递给对方PE，从而使对方CE通过CE与PE间的链路层写上过获得对方的网络层地址。具体而言，例如，若CE1与PE1运行的是HDLC(高级链路状态控制协议)，无法协商对方地址，而CE2与PE2之间运行的是PPP，需要协商对方地址。则需在PE1设备上预先配置好CE1的网络层地址。然后，PE1通过所述通用网络并利用扩展的信令协议(如BGP协议)将其上配置好的CE1的网络层地址传送给PE2。在收到从PE1传送来的CE1的网络层地址之后，PE2将与CE2发起PPP的链路协商，从而将CE1的网络层地址通知给CE2。类似地，如果CE2与PE2之间运行的是不能通过链路层协商来学习对方地址的链路层协议，而CE1与PE1之间运行的是需要通过链路层协商地址的协议，则需在PE2设备上预先配置好CE2的网络层地址。然后，PE2通过所述通用网络并利用扩展的信令协议(如BGP协议)将其上配置好的CE2的网络层地址传送给PE1。在收到从PE2传送来的CE2的网络层地址之后，PE1将与CE1发起链路协商，从而将CE2的网络层地址通知给CE1。顺便一提，如果PE1与CE1和PE2与CE2之间运行的都是不能通过链路层协商来学习对方地址的链路层协议，则这种情况将不属于本发明的讨论范围之内。
需要注意的是，虽然以上对本发明的说明是以举例的方式来说明的。但上述说明并不意味着是对本发明的限制。例如，虽然在上述说明中，PE与CE设备之间运行的链路层协议为帧中继和点对点协议，但本领域的普通技术人员应该明白，所述链路层协议还可以包括以太网协议、异步传输模式协议等。同样，PE设备之间不仅可以通过边界网关协议还可以通过标签交换协议来进行地址的交换。另外，在本发明中，通用网络不仅可以采用多协议标记交换网络也可以采用IP网络。总之，本发明的保护范围是由所附权利要求而不是具体实施例来界定的。
Claims (10)
1.一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法，所述二层VPN包括：第一服务提供商边缘设备和第一用户边缘设备，二者相连并且其间运行第一种链路层协议；第二服务提供商边缘设备和第二用户边缘设备，二者相连并且其间运行第二种链路层协议；以及通用网络，用于通过所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备而在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备之间建立网络连接，所述方法的特征在于包括以下步骤：
在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备通过控制报文互相学习对方的网络层地址时，所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备分别使用伪造的网络层地址与各自连接的用户边缘设备进行链路层协商以学习所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址；
所述第一服务提供商边缘设备与所述第二服务提供商边缘设备互相交换学习到的所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址；以及
所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备分别与各自连接的用户边缘设备重新进行链路层协商，以将学习到的所述第二用户边缘设备和所述第一用户边缘设备的网络层地址分别告知所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备，从而使所述第一用户边缘设备和第二用户边缘设备互相获得对方的网络层地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备进行数据报文交换时，所述第一服务提供商边缘设备将来自所述第一用户边缘设备的具有第一种链路层协议的数据报文转换为由所述通用网络支持的协议报文，并通过所述通用网络将其传递给所述第二服务提供商边缘设备；以及
所述第二服务提供商边缘设备将所述通用网络支持的协议报文转换为具有第二种链路层协议的数据报文，并将其传递给所述第二用户边缘设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一服务提供商边缘设备与所述第二服务提供商边缘设备通过扩展的信令协议来互相交换学习到的所述第一用户边缘设备和所述第二用户边缘设备的网络层地址。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扩展的信令协议至少包括标签交换协议和边界网关协议。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种链路层协议至少包括：点到点协议、以太网协议、帧中继协议、异步传输模式协议；所述第二种链路层协议至少包括：点到点协议、以太网协议、帧中继协议、异步传输模式协议。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通用网络至少包括：IP网络和多协议标记交换网络。
7.一种通过链路层互操作实现的基于二层VPN的网络通信方法，所述二层VPN包括：第一服务提供商边缘设备和第一用户边缘设备，二者相连并且其间运行第一种链路层协议；第二服务提供商边缘设备和第二用户边缘设备，二者相连并且其间运行第二种链路层协议；以及通用网络，用于通过所述第一服务提供商边缘设备和所述第二服务提供商边缘设备而在所述第一用户边缘设备与所述第二用户边缘设备之间建立网络连接，其特征在于，在所述第一用户边缘设备不能与所述第一服务提供商边缘设备进行链路层协商的情况下，所述方法包括以下步骤：
在所述第一服务提供商边缘设备上预先手动配置所述第一用户边缘设备的网络层地址；
所述第一服务提供商边缘设备通过所述通用网络将所述第一用户边缘设备的网络层地址提供给所述第二服务提供商边缘设备；以及
所述第二服务提供商边缘设备与所述第二用户边缘设备进行链路层协商，以将所述第一用户边缘设备的网络层地址通知给所述第二用户边缘设备。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一服务提供商边缘设备通过扩展的信令协议将所述第一用户边缘设备的网络层地址提供给所述第二服务提供商边缘设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述扩展的信令协议至少包括标签交换协议和边界网关协议。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通用网络至少包括：IP网络和多协议标记交换网络。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090211 Termination date: 20151010 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |