CN103283164A

CN103283164A - 用于透明时钟的隧道跟随消息

Info

Publication number: CN103283164A
Application number: CN2011800644395A
Authority: CN
Inventors: D·T·布伊; M·勒帕莱克
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-09-04
Also published as: KR101504854B1; US9608750B2; WO2012072343A1; JP5717868B2; EP2461501A1; JP2014500672A; US20140036936A1; KR20130090920A

Abstract

通过包括透明时钟的隧道节点（1-4）处理至少一个封装的同步消息（6）的方法，所述方法包括以下步骤：由所述封装的同步消息（6）生成签名（7）；生成或者在已生成的情况下更新包括所述封装的同步消息签名（7）的隧道跟随消息（8）；测量跨过所述隧道节点（1-4）的所述封装的同步消息驻留时间；利用上述测量的驻留时间更新所述隧道跟随消息的校正字段。

Description

用于透明时钟的隧道跟随消息

技术领域

本发明总体上涉及采用IEEE标准1588TM-2008协议（也称为精确时间协议（PTP））的同步传输技术领域。

背景技术

随着电信数据传输越来越依赖于基于分组的网络（例如以太网、MPLS/IP），越来越需要用于这些网络内的时间和频率同步的稳健方法。所谓的同步，即向嵌入在网络节点内的网络时钟分配公用时间和频率参考，以便校准它们的时间和频率标度的的方式。

由IEEE（电气与电子工程师协会）标准化的精确时间协议（PTP）是解决基于分组的网络中内的同步问题的最新标准之一。实际上，PTP被设计为在诸如网络时间协议（NTP）的当前时间同步技术上的改进。

PTP是基于分组的协议，其依赖于在指定为主时钟的时间源和指定为从时钟的接收端之间的通信路径延时的测量。

PTP首先介绍了边界时钟（BC）概念，但随着基于分组的网络的发展，很快指出了多个BC局限性，特别是关于同步链中级联的BC的可能的数量。实际上表明，在BC长链上的同步传输可以导致大相位误差累积。这样的误差主要因为：

-在该链中可能不一定同步（频率同步）的不同对的级联BC间进行PTP消息交换；以及，

-在级联BC的锁相环伺服中产生增益峰值和噪声。

因此，作为BC的替代，在第二版（PTPV2）中说明了叫做透明时钟（TC）的最新概念，主要目的是绕过级联可扩展性（cascade scalability）问题。

原则上，TC仅为通过网络节点（即网桥、路由器、交换机、中继器等）的PTP分组驻留时间提供校正。这里的驻留时间对应PTP事件消息从网络节点的入站端口传送到出站端口所需的时间。为达到上述目的，TC进行：

-PTP事件消息（例如Sync（同步）、Delay_req（延时请求）、Delay_Res（延时响应））识别；

-它们的驻留时间计算（记录并保存入站和出站时间戳来计算驻留时间）；

-更新PTP事件消息中的最新引入的时间间隔字段（称为CF，即校正字段）；以及随后

-仅作为普通交换机转发这些被修改的PTP事件消息。

因此，虽然考虑到CF修改可能引入的问题，但是仍然保持TC在修改PTP事件消息后对其进行转发。

因此，一旦产生隧道和封装，就会出现关于PTP事件消息修改的多个问题。实际上，修改隧道内封装的PTP分组（或者更一般地为PTP事件消息）的能力增加了几个担忧和问题。那些问题中可以涉及：

-封装的PTP事件消息的修改增加了对层违规（layer violation）的担忧，因为它违背了封装本身旨在保护封装数据免于被隧道的中间节点修改的原则。在文献"Issues with the Transparent Clock concept ofPTPv2"(PTPv2的透明时钟概念的问题)，France Telecom,ITU-T SG15/Q13interim meeting,16March-20March2009,San Jose中提出了这样的问题。对于这个问题，只有当给定网络节点的地址是分组的目的地址时才允许给定网络节点修改分组有效负荷。否则，节点违反层分离原则；

-修改本身可能是不可能的：PTP分组内容的任何修改都要求创建带有所有初始封装报头和重新计算的校验和的新分组。然而，隧道的中间节点通常不包括实现此目的的所有协议栈。例如，SDH以太网（EoS）隧道中间的SDH设备不可能实现以太网协议栈以便重新生成以太网报头，尤其是重新计算以太网帧校验序列（FCS）（例如，在由ITU-T G.7041定义的帧映射通用框架程序（GFP）中）。实际上，为了避免在接收时丢弃整个封装帧，封装的PTP消息内的校正字段的修改要求重新计算所有FCS（例如，在EoS封装上下文中的以太网FCS和GFP FCS）；

-在IPSec隧道，或者更一般地在加密使用的情况下，通过中间节点修改封装PTP分组内容仅作为不可能的任务提出（因为由于安全性原因不会分配加密密钥给中间节点）。

本发明的一个目标是解决至少一个上述问题并提供超过现有技术的优势。

本发明另一个目标是在不向常规TC增加相对复杂电路的情况下，解决至少一个上述问题。

本发明另一个目标是在由TC处理定时消息时防止层违规。

本发明另一个目标是允许TC部署在封装/隧道实施例内，或者更一般地在不可能修改定时消息的任何地方。

本发明另一个目标是允许TC部署在隧道内的中间节点上，不论其访问PTP事件消息内容的能力如何。

本发明另一个目标是允许跨PTP网络内的加密隧道而部署TC。

本发明另一个目标是提供一种用于跨IPSec隧道部署TC的方法。

发明内容

本发明的目的是消除以上所阐述的一个或多个问题的影响。以下呈现了本发明的简要概括以提供对发明某些方面的基本理解。该概括不是本发明的详尽概述。其目的不在于识别本发明的关键要素的要点或者描述本发明的范围。它唯一的目的是以简单的形式呈现一些概念作为稍后讨论的更详细描述的前序。

本发明涉及一种用于通过包括透明时钟的隧道节点处理至少一个封装的同步消息的方法，所述方法包括以下步骤：

-从封装的同步消息中生成签名；

-生成包括封装的同步消息签名的隧道跟随消息，或者在已经生成该隧道跟随消息的情况下更新该隧道跟随消息；

-测量通过隧道节点的封装的同步消息的驻留时间；

-利用上述测量的驻留时间更新所述隧道跟随消息的校正字段。

根据一个主要方面，利用服务值等级标记（tag）同步消息。

根据另一个主要方面，在维护消息内包括隧道跟随消息。

根据另一个主要方面，同步消息是加密的。

根据另一个主要方面，在嵌套的隧道内传输同步消息。

本发明进一步涉及包括透明时钟并包括由进入的封装的同步消息生成签名的工具（means）的隧道节点。

根据一个主要方面，提供散列函数，作为用于由进入的封装的同步消息生成签名的工具。

有利地，生成的签名明确地和唯一地将隧道跟随消息绑定到与其关联的同步消息（例如，PTP事件消息）上。

有利地，可不违背层分离原则通过隧道中间节点修改隧道跟随消息。

虽然本发明易受不同的修改和替代形式的影响，但在附图中通过示例的方式示出了其具体实施例。然而，应该理解，这里具体实施例的描述不旨在将本发明限制为所公开的特定形式。

当然可以理解，在任何这样的实际实施例的开发中，应该作出具体实现的决定来达到开发者的具体目的，例如符合***相关和业务相关的限制。应该意识到，这样的开发努力可能是耗费时间的，但不论如何可以为那些受益于本公开的本领域技术人员的例行理解。

附图说明

本发明的目标、优点和其他特征将通过以下公开和权利要求变得更加明显。给出以下优选实施例的非限制性描述的目的是只参考附图举例，附图中相同的参考符号指的是类似元素，并且其中：

-图1是图示了涉及避免层违规的说明性实施例的框图；

-图2是图示了涉及加密隧道的说明性实施例的框图；

-图3是图示了涉及嵌套隧道的说明性实施例的框图。

要指出的是这里的数字引用不意味着任何特殊的顺序或层次，并且只用于参照目的。

具体实施方式

参照图1，图示了通过基于分组的网络内多个节点1-4的由MPLS LSP（多协议标签交换-标签交换路径）具体化的隧道5。

隧道5端节点是隧道头端节点1和隧道末端节点4。节点1和4都是LER（标签边缘路由器）类型。

隧道中间节点2-3属于LSR（标签交换路由器）类型。隧道5可以包括无中间节点、一个中间节点或者多个中间节点。

隧道5的所有节点1-4包括常规TC功能性。

根据一个实施例并且在TC部署的情境内，处理PTP事件消息6包括：

-不作任何修改并且在PTP事件消息6的原始数据路径11内转发PTP事件消息6（即在数据业务后，在原始数据路径11内保持同步信号），但是用区别记号标记；

-以中间节点（TC）2-3能够读取和修改新消息8这样的方式生成新消息8；以及

-用双射方式将生成的消息8与转发的PTP事件消息6关联。

在一个实施例中，用专用CoS（服务级别）值标记PTP事件消息6。因此，隧道中间节点2-3基于其上标记的专用CoS级别识别PTP事件消息6。可以在MPLS标签3比特的EXP字段（Cf.IETF RFC3032）内传输CoS值。

备选地，可以用消息类型标志，或用消息标识符，或特定的专用MPLS标签标记PTP事件消息6。

在一个实施例中，生成的消息是只在隧道5边界内有效的隧道跟随消息（TFM）8。TFM8有点类似PTPV2标准跟随消息，除了TFM8不沿循与其关联的PTP事件消息6（也叫做同步消息）相同的数据路径11。换句话说，TFM8不在与传输其对应PTP事件消息6相同的隧道5中进行传输。TFM8在包括隧道5节点的路径9上路由。

根据TFM8的另一方面，传输和封装TFM8以便隧道5的中间节点2-3能不违背层分离原则而修改TFM8的CF（校正字段）。为达到上述目的，例如，在“修改的”的OAM（操作管理和维护）LSP路由跟踪消息内传输TFM8，以便可以由每一个穿越的LSR在每一个中间节点2-3处，即每一跳，修改TFM8的CF（或者，每一个穿越的LSR能以与它在标准路由跟踪程序中传送其自身的IP***地址相同的方式传送相关联的事件消息驻留时间）。这里值得一提的是，因为路由跟踪程序使用生存时间（TTL）期限来处理中间节点（例如，IP路由跟踪，OAM LSP路由跟踪），所以不存在层违规。

TFM8包括多个附加的TLVs（类型-长度-值结构），诸如：

-事件消息签名7TLV（EMS-TLV），其包括相关联的事件消息6的签名。EMS-TLV允许将TFM8明确地和唯一地绑定到其关联的事件消息6上。

-事件消息类型TLV（EMT-TLV），其表示相关联的事件消息6的类型（例如Sync（同步）、Delay_req（延时请求）、Delay_Res（延时响应））；

-隧道路由信息TLV（TRI-TLV），其允许中间节点（即TC）2-3沿着隧道5使用的相同路径路由TMF8。作为非限制的示例，TRI-TLV可以在GRE隧道情况下包括隧道5的IP目的地址，或者在MPLS隧道情况下包括显式路由对象（ERO）；

-隧道级TLV（TL-TLV），其允许将TFM概念部署到封装/隧道的多个层级。TL-TLV表示与传输事件消息6相关联的隧道的封装的层级。该隧道层级是可以由每个隧道端节点操作者提供的配置参数。

事件消息签名7可以按照多个方法从事件消息6中获得，例如通过使用：

-封装的事件消息6（例如，MD5或者SHA-2）的散列函数；

-事件消息6序列号，或者更一般地为PTP事件消息6的至少一个区别特征的任何双射函数（例如同步序列号、同步序列号+类型），如果向中间LSR2-3提供用于该特征窥探（snooping）的手段或者PTP事件消息6的内容不是加密的。

在一个优选实施例中，事件消息签名7是整个封装的PTP事件消息6的散列函数。

参照图1并根据所公开的实施例，隧道5内的TC部署包括以下步骤：

-在隧道头端节点1由进入的PTP事件消息6（图1中的箭头67）生成事件消息签名7；

-不作修改转发进入的PTP事件消息6；

-生成TFM8，其包括EMS-TLV内的事件消息签名7（图1中的箭头78）；

-按照附加方式，利用PTP事件消息通过隧道节点的驻留时间更新TFM8的校正字段（CF）；

-在路由跟踪9中传输生成的TFM8，优选在“修改的”的OAM LSP路由跟踪9中；

-在隧道末端节点4处将TFM8消息转换为包括通过穿越的网络节点中嵌入的不同透明时钟所累计的驻留时间的标准跟随消息10。后者现在沿用与关联事件消息相同的数据路径。备选地，可以复制TFM8内累计的驻留时间到关联的事件消息的CF。

其中，在图2图示的一个实施例中并且针对加密上下文的TC部署，在隧道头端节点21的输出端口到隧道末端节点24的输入端口之间创建加密的隧道25（例如，IPSec隧道25）。加密的隧道25封装通过中间节点22-23的包括PTP事件消息26的所有数据流。

隧道中间节点22-23基于其上标记的区别记号识别封装的PTP事件消息26。在一个实施例中，用IPSec报头的DSCP（区分服务编码点）字段内传输的专用CoS值标记PTP事件消息26。

参照图2，加密的隧道25内的TC部署包括以下步骤：

-通过其输入端口层的隧道头端节点21，封装进入的PTP事件消息26到IPSec隧道25中；

-使用例如散列函数由封装/加密的PTP事件消息26生成事件消息签名27（图2中的箭头267），然后转发封装/加密的PTP事件消息26到隧道头端节点21的输出端口；

-通过隧道头端节点21基于封装/加密的PTP事件消息26生成TFM28并且包括由此生成（图2中的箭头278）的事件消息签名27；

-向隧道中间节点22-23发送生成的TFM28（这里封装的PTP事件消息26和TFM28都穿越网络的不***分）；

-基于在隧道中间节点22处对封装的PTP事件消息26和随后TFM28的接收（接收顺序可调换），该节点22执行以下动作：

○基于IPSec报头中的专用CoS值检测封装的PTP事件消息26；

○生成关联的事件消息签名27；

○测量事件消息26驻留时间；

○在专用存储器入口中存储如此生成的事件消息签名27和如此测量的驻留时间（提前启动有效计时器，计时器终止时触发擦除存储器入口）；

○基于事件消息签名27，接收并识别由于TFM8EMS-TLV的内容而与以上封装的PTP事件消息26关联的TFM28；

○用如此测量的驻留时间更新识别的TFM28校正字段；

○读取TRI-TLV以向沿用与IPSec隧道25相同的路径的下一节点转发TFM28。

-在每一个穿越的隧道中间节点23上按照与隧道中间节点22执行的相同方式执行上述步骤，；

-在隧道末端节点24接收到封装的PTP事件消息26和其关联的TFM28后，则该后面的节点24执行以下动作：

○在隧道末端节点24的输入端口从IPSec隧道25解封装PTP事件消息26；

○记录PTP事件消息26驻留时间；

○发送解封装的PTP事件消息26到隧道末端节点24的输出端口；

○使用TFM28的内容生成标准跟随消息20（根据常规TC标准为两步模式），特别是将如此记录的累计驻留时间添加到后面消息的校正字段（CF），并将总值写入新的跟随消息20校正字段；

○发送跟随消息20到隧道末端节点24的输出端口，此时沿用与关联的事件消息26之一相同的数据路径。

如以上实施例中的，IPSec隧道25内生成的TFM28可能包括超过一个TLV，诸如：

-EMS-TLV，包括从封装PTP事件消息26生成的签名27。它允许隧道中间节点22-23明确地将TFM28与PTP事件消息26相关联。要指出的是，后面消息是在IPSec隧道25加密的，以使隧道中间节点22-23不能读取其内容（例如，序列号）；

-EMT-TLV，表示关联的PTP事件消息26的类型（例如Sync（同步）、Delay_req（延时请求）、Delay_Res（延时响应））；这考虑到生成除了Sync（同步）消息以外的事件消息。

-TRI-TLV，目的在于用安全的方式传输TFM28（需强调的是，数据可以穿过网络的不***分）。可以决定在逐段链路的基础上使用可用的和专用的传输信道（例如，在以太网情况下的慢协议信道）。在此情况中，TRI-TLV可以包括例如IPSec隧道目的地址以便TFM28可以在每一个隧道中间节点23-24上被路由并且可以沿用与IPSec隧道25相同的路径；

-TL-TLV，其表示隧道层级。在图2所示的情况中隧道层级设置为1，因为在此示例中只有一个单独的封装层。

隧道中间节点22-23或隧道末端节点24可以在接收关联的PTP事件消息26之前接收TFM28。在此情况中，隧道节点22-24缓存TFM28，同时等待接收其关联的PTP事件消息26。启动有效计时器并且该计时器到时时触发从缓存擦除TFM28。

图3中图示的另一个实施例中，TFM机制用于多个层级的隧道/封装的情况。该情况概括了TL-TLV的使用。

实际上，TL-TLV用于表示与TFM相关联的层级。隧道层级可以由操作者手动配置，但是也可以被自动管理（例如，自动在隧道入站端节点增加和在隧道出站端节点减少）。

作为示例，第1级的隧道可以是GRE隧道，并且第2级的隧道可以是IPSec隧道（中段（节点32-节点33）被认为是不安全的）。在此情况中，封装的PTP事件消息的第1级的签名（即在节点1中）可以是消息序列号并且第2级的签名（在节点32中）可以是加密的PTP事件消息36的散列函数。

参照图3，TFM38

-由隧道35（第1级）的隧道头端节点31生成，该隧道头端节点31包括从封装的PTP事件消息36获得的第一事件消息签名37；

-然后基于加密（即IPSec加密）的PTP事件消息36被修改为包括由隧道45（第2级）的隧道头端节点32（也为隧道35内的隧道中间节点）生成的第二事件消息签名40；

-退出第2级的隧道45，同时去除第2级的事件消息签名40并保留与第1级的隧道35有关的第1级的事件消息签名37；

-从隧道45的隧道末端节点的输出端口穿越只有事件消息签名37的隧道35的余下节点。

如图3所示，第2级的事件消息签名40连接到第1级的事件消息签名37。备选地，前面的事件消息签名40可以代替后面的事件消息签名37以缩小TFM的大小。

本领域技术人员应该理解，可以将那些教导扩展到超过2个嵌套隧道，其中PTP事件消息可以经过连续的封装/解封装。

向嵌入在以上所描述的隧道节点内的TC提供TFM生成和处理所需的工具（means）。这样的工具可以包括

-生成TFM的工具；

-使用例如散列函数生成事件消息签名的工具。

要注意的是，在此所描述的方法和***独立于TC类型，不论该TC类型是端到端或者是对等的。

此时，有必要提到的是在此所描述的实施例不限于PTPv2。本领域技术人员应该理解，这些教导可以涉及任何其他同步协议，或者使用TC的PTP的更进一步的版本。因此，以上引用的表达“PTP事件消息”可以由“同步事件消息”、“定时消息”或者更一般地为“同步消息”替代。

Claims

1.一种通过包括透明时钟的隧道节点（1-4）处理至少一个封装的同步消息（6）的方法，所述方法包括以下步骤：

-由所述封装的同步消息（6）生成签名（7）；

-生成或者在已生成情况下更新包括所述封装的同步消息签名（7）的隧道跟随消息（8）；

-测量跨过所述隧道节点（1-4）的所述封装的同步消息驻留时间；

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述整个封装的同步消息（6）的散列函数生成所述签名（7）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述同步消息（6）的至少一个区别特征的双射函数生成所述签名（7）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述同步消息（6）的所述区别特征是其同步序列号。

5.根据权利要求1到4任何一项所述的方法，其中在维护消息内包括所述隧道跟随消息（8）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在修改的OAM LSP路由跟踪消息内包括所述隧道跟随消息。

7.根据权利要求1到6任何一项所述的方法，其中所述生成的跟随消息（8）进一步包括事件消息类型TLV。

8.根据权利要求1到7任何一项所述的方法，其中所述生成的跟随消息（8）进一步包括隧道层级TLV。

9.根据权利要求1到8任何一项所述的方法，其中所述生成的跟随消息（8）进一步包括隧道路由信息TLV。

10.根据权利要求1到9任何一项所述的方法，其中所述封装的同步消息是加密的。

11.根据权利要求1到10任何一项所述的方法，其中所述隧道节点在预定的持续时间缓存所述隧道跟随消息（8），同时等待接收与所述隧道跟随消息（8）关联的所述封装的同步消息（6）。

12.根据权利要求1到11任何一项所述的方法，如果所述隧道节点（1-4）是隧道末端节点（4），则进一步地包括将所述隧道跟随消息（8）转换为含有所述隧道跟随消息（8）的更新的校正字段的标准跟随消息（10）的转换步骤。

13.根据权利要求1到12任何一项所述的方法，其中所述同步消息是精确时间协议事件消息。

14.一种隧道节点（1-4），包括透明时钟并包括由进入的封装的同步消息（6）生成签名（7）的工具。

15.根据权利要求14所述的隧道节点（1-4），其中生成签名（6）的所述工具包括散列函数。