CN100397824C - 一种实现ip报文流分类的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现IP报文流分类的方法，该方法具体是：当前设备收到为当前IP报文流所分配的流标签(Flow-Label)，在路由表中为每个由目的地址Destination和Flow-Label构成的二元组建立一个路由项Destination/128，并为所建路由项设置一个流分类标志；确定所建路由项下一跳的指向；当前设备转发报文流时，查找自身存储的路由表，按Destination/128进行路由，判断所查找到的路由项中是否存在有效的流分类标志，如果存在，则从当前查找到的路由项中获取Flow-Label的值，完成流分类；否则直接转发当前的报文流。该方法不仅定义了Flow-Label的分配方案，减小了识别一个流的信息量，而且提高了网络设备的转发效率。
Description
技术领域
本发明涉及报文流分类技术，特别是指一种在IP网中利用目的地动态流标签实现IP报文流分类的方法。
背景技术
目前，数据报文在因特网(Internet)上传送时，通常需要对所传输的报文进行流分类处理。所谓流分类，就是利用报文的一些特定域组成的规则(Rule)，将报文区分成不同的流。比如：将来自A网络并去往B网络的报文划分成一类流，如果以源地址和目的地址标识，也可以说，将来自同一IP源地址、去往同一IP目的地址的报文划分为一个流。分成流之后，可针对流进行处理，比如：提高优先级、保证带宽、限制带宽、丢弃等，这些处理均称为动作。通常，一个规则加上该规则对应的动作可称为一个访问控制列表(ACL，Access ControlList)。
在现有的IP网中，网络层设备识别一个IP流有两种实现方案：
一种是基于IP五元组，按业界标准组成规则的域有五个，也就是IP五元组，包括：IP报文的源地址、IP报文的目的地址、IP报文的承载协议号、TCP或UDP的源端口号、TCP或UDP的目的端口号。该方法不仅适用于IPv4中，也适用于IPv6中，只是在IPv6中要将协议号改为扩展头标识。但该方法存在以下的缺点：
1)由于要用到五元组的全部信息，使得识别一个流需要很大的信息量，尤其对于IPv6报文来说，需要128+128+16+16+8＝296个bits，其中，两个128bits分别对应IP报文的源地址和目的地址，两个16bits分别对应源端口号和目的端口号，8bits对应承载协议号。
2)由于源端口号和目的端口号位于传输层，在进行隧道封装、分片等操作时，这些信息识别比较困难；而且，在穿越网络地址转换(NAT)设备时，端口号可能会被修改，这就更会造成识别的困难。
3)对于不同的流识别方法不一致，一些采用TCP/UDP端口，一些采用扩展头标识，有很多种不同的组合方式，同样也导致识别的困难。
4)对于IPv6报文，其扩展头在整个报文中的位置是不固定的，因此也造成识别困难。
第二种识别流的方案主要是针对IPv6提出的，是基于IPv6的三元组，该方案是IETF IPv6工作组在draft-ietf-ipv6-Flow-Label中提出的，具体就是采用IPv6头部的源地址(Source Address)、目的地址(Destination Address)、流标签(Flow-Label)来识别一个流。不同的TCP连接或面向连接的应用被分配不同的Flow-Label，并依据所分配的Flow-Label获得相应的服务质量(QoS)保障。
该方法同样存在几点问题：其一，虽然使用IP三元组，但识别一个流的信息量仍然较大，需要128+128+20＝276bits；其二，这种方法对于流分类和路由查找是分离进行的，会出现重复处理的情况，会带来不必要的复杂度和麻烦；其三，标准中虽然提出了该方法的思想，但并没有明确定义Flow-Label分配的具体实现方案；其四，由于该方法要求网络节点在120s后，不能再根据原来的Flow-Label来识别流，除非该Flow-Label被某种机制更新或定义了更长的生命周期，这就会导致：当某个节点维护流状态时，需要用一个定时器来计算当前维护的流是否超时，从而带来不必要的开销；其五，该方法采用入口过滤(IngressFilter)方式来保证安全，但Ingress Filter方式只针对IP源地址，安全强度小，难以防止Flow-Label的欺骗。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现IP报文流分类的方法，该方法定义了Flow-Label的分配方案，能够减小识别一个流的信息量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种实现IP报文流分类的方法，当前设备收到为当前IP报文流所分配的流标签Flow-Label，在路由表中为每个由目的地址Destination和Flow-Label构成的二元组建立一个路由项Destination/128，并为所建路由项设置流分类标志；
确定所建路由项下一跳的指向；
所述当前设备转发报文流时，查找自身存储的路由表，按Destination/128进行路由，判断所查找到的路由项中是否存在有效的流分类标志，如果存在，则从当前查找到的路由项中获取Flow-Label的值，完成流分类；否则直接转发当前的报文流。
所述设置流分类标志为：仅为需要进行流分类的路由项设置流分类标志字段，则所述判断是否存在有效的流分类标志为：判断当前查找到的路由项是否存在流分类标志字段。或者，所述设置流分类标志为：为每个路由项设置流分类标志字段，仅将需要进行流分类的路由项中的流分类标志字段置位；则所述判断是否存在有效的流分类标志为：判断当前查找到的路由项中的流分类标志字段是否被置位。
其中，所述确定所建路由项下一跳的指向进一步包括：判断当前传输的流是否被重定向，如果是，则该路由项的下一跳指向重定向节点的下一跳；否则，该路由项的下一跳指向其父节点所对应的下一跳。
上述方案中，所述Flow-Label由所标识流对应的目的节点统一分配；或由所标识流对应的源节点和目的节点之间的代理节点统一分配。其中，所述代理节点为路由设备、或为应用层服务器。所述Flow-Label分配的过程进一步包括：发送报文流的源节点向接收该报文流的目的节点发请求消息，所述目的节点收到请求后，为源节点所指定的报文流分配唯一标识该流的Flow-Label，然后将所分配的Flow-Label通过分配消息返回给对应的源节点。所述目的节点回收当前已中止的报文流拥有的Flow-Label。
该方法进一步包括：目的节点随时对已分配的Flow-Label进行更新。
上述方案中，目的节点在分配Flow-Label的同时为所分配的Flow-Label设置一个生命周期，生命周期到达时重新为该流分配Flow-Label。
该方法进一步包括：预先设定判断报文流是否异常中止的循环周期数；则源节点与目的节点之间周期性的发送请求消息和分配消息，如果源节点或目的节点在预先设定的循环周期数中未收到对方发来的请求消息或分配消息，则认为流异常中断；否则，继续检测。
该方法进一步包括：将每个流的Destination和Flow-Label通知该流路经的每个节点。
本发明所提供的实现IP报文流分类的方法，可用于IPv4或IPv6中，具体是利用二元组来识别一个流，也就是仅仅依赖于IP目的地址(Destination)和流标签(Flow-Label)两个字段进行流分类，由于流标签字段位置固定、信息量小，因此便于识别一个流。
在本发明中，对于每个流源地址对应的设备会向目的节点请求分配流标签，目的节点收到请求后自动给当前流分配一个流标签，也就是说，本发明方法中所有的流标签全部由目的节点动态分配，具有全局意义，不仅明确定义了流标签的分配方案，而且方便网络设备的识别，并能进行QoS保证。并且，由于是让目的节点分配流标签，因此可增加流的伪冒难度，从而提高网络安全性。
由于本发明基于目的地址完成流分类，因此可将流分类的过程与路由查找的过程结合起来，从而能提高网络设备的转发效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明的核心思想就是：利用由IP目的地址和流标签构成的二元组<Destination，Flow-Label>来实现流分类。这里，Destination包含128bits，Flow-Label包含20bits，所以识别一个流只需148bits。
本发明的方法不仅适用于IPv6，也适用于IPv4，但仅针对面向连接的单播数据流。在应用于IPv6时，直接利用IPv6报文头部的Destination字段和Flow-Label字段即可；应用于IPv4时，由于IPv4报文头部不包含Flow-Label字段，可重新定义一个新的传输层协议，该协议所对应报文的头部仅包含一个20bits的Flow-Label，后面包含实际传输的整个IPv4报文，其它机制不用修改。以下仅以应用于IPv6实现报文流分类为例，用于IPv4中的实现过程类似。
在传统技术中，流分类的过程是按精确匹配算法进行的，所谓精确匹配就是将当前报文与分类规则的每个比特逐一比较，比较结果完全相同就是匹配上。而路由查找的过程是按最长匹配算法查找Destination。通常是先进行流分类，再进行路由查找，这两个过程会重复查找Destination，效率较低。本发明所述的报文流分类方法实际是将流分类和路由查找结合在一起，以提高转发效率。
本发明报文流分类方法的具体实现流程是：
1)首先，要在路由表中为每个<Destination，Flow-Label>二元组建立一个Destination/128路由项，建立方法与现有技术相同。并且，为该路由项设置一个流分类标志，该标志用于指示是否需要进一步查找Flow-Label，如果需要查找Flow-Label，说明传输到该路由项中的Destination的数据报文需要进行流分类，这种情况下，还需要在所述路由项中增加一个流标签字段，记录Flow-Label的值；如果不需要继续查找Flow-Label，说明传输到该路由项中的Destination的数据报文不需要进行流分类，这种情况下，可以不设置记录Flow-Label的字段，也可以设置但将该字段的值置为Null。
本步骤中，对流分类标志的设置也可以有两种实现方式：一种是仅对需要查找Flow-Label的路由项设置流分类标志字段，不需要查找Flow-Label的路由项根本不设置流分类标志字段。另一种是对每个路由项都设置流分类标志字段，需要查找Flow-Label的路由项中的流分类标志字段被置位；不需要查找Flow-Label的路由项中的流分类标志字段不置位。
2)设置好路由项后，需要确定该路由项下一跳的指向，确定的原则是：如果当前传输的流没被重定向，则继续将该路由项的下一跳指向其父节点所对应的下一跳，这里所述的父节点是指原最长匹配Destination的路由项所对应的节点；如果当前传输的流被重定向，则该路由项的下一跳指向重定向后的下一跳。
3)当前设备在转发报文流时，查找自身存储的路由表，按Destination/128进行路由，判断所查找到的路由项中是否存在有效的流分类标志，如果存在，则继续查找流标签字段，从流标签字段中获取Flow-Label的值，完成流分类；如果不存在，则直接转发当前的报文流。本步骤中，判断是否存在有效的流分类标志可以是判断该路由项中是否设置了流分类标志字段；也可以是判断该路由项中流分类标志字段中的流分类标志是否被置位。
在本发明中，每个流的Flow-Label是由目的节点负责分配和回收的，分配的原则是：到达同一个Destination的不同的流必须分配不同的Flow-Label，如此二元组<Destination，Flow-Label>中的Flow-Label就是一个全局有效的流标签，可唯一标识一个流。由于Flow-Label包含20bits，可以为同一个Destination标识100万个流，因此不会存在可扩展性的问题。
Flow-Label的分配可以视为IP层提供的一个通用接口，由上层协议调用该通用接口即可完成Flow-Label分配。Flow-Label的分配可以由TCP协议完成，或由面向连接的应用层协议如起始会话协议(SIP)完成；也可以由一个新定义的协议完成。
Flow-Label分配的具体实现过程是这样的：发送流的、IP源地址对应的设备向目的节点发起请求，请求目的节点分配一个Flow-Label给当前要传输的流；目的节点收到请求后，会自动分配一个新的Flow-Label给源节点指定的流，并通过分配消息返回给源节点。当一个流中止时，对应的Destination会收回分配给该流的Flow-Label。这里所述的Flow-Label分配，最简单的是顺序分配下一个Flow-Label，也可以是任选一个未使用过的Flow-Label，只要是能唯一标识一个流的Flow-Label即可。目的节点可以随时对标识某个流的Flow-Label进行更新，即重新为该流分配Flow-Label；或者，目的节点也可以在分配Flow-Label时，同时为所分配的Flow-Label设置一个生命周期，生命周期到达时再重新为该流分配Flow-Label，当然，生命周期可以不设置或设置为直到流中止。
为了探测流是否异常中止，可以在源节点和目的节点之间周期性的发送上述请求和分配消息，就相当于将请求和分配消息作为检测源节点和目的节点之间是否正常通信的心跳消息。那么，如果在预先设定的若干个周期如三个周期中，源节点没有收到相应目的节点发来的分配消息或其它消息，则认为流异常中断，源节点不再发送请求报文，不再向目的节点发送标识了某个Flow-Label的报文。同样的，如果在预先设定的若干个周期如三个周期中，目的节点没有收到源节点发来的请求消息或其它消息，则也认为流异常中断，那么，目的节点就回收未收到请求消息对应的那个流的Flow-Label，同时也不再接收从源节点发送并标识了该Flow-Label的报文。
针对一些已有的IP网络，该网络中的源节点和目的节点可能不支持上面所述的Flow-Label分配和回收功能，这种情况下，可以在源节点和目的节点之间设置一个代理节点，该代理节点具有上述Flow-Label分配和回收功能，在实际操作中由该代理节点完成Flow-Label的分配与回收，以及流异常中止的检测。所述代理节点可以是路由设备、应用层服务器等。
在任何的网络通信中，为用户提供高质量的网络服务质量(QoS，Quality ofService)是非常重要的，所谓QoS就是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定。为实现QoS，就要确保网络对不同类数据包进行适当地处理和管理，比如：对一些时间和丢弃敏感的数据包进行特殊处理，这就需要对所传输的数据包进行分类，也就是报文流分类，所以流分类是实施QoS的一个必要步骤。由于本发明采用了动态分配Flow-Label的方案，因此需要动态地将每个流的标识<Destination，Flow-Label>通知路径上的每个节点，如此才能为每个流实施QoS保证。动态向每个节点通知的操作可通过扩展资源预留协议(RSVP)来完成，具体来说，就是要增加一个会话等级(Session Class)域，该Session Class域用来标识一个会话，至少包含Destination和Flow-Label字段，其作用就是让路径上的每个节点知道当前经过本节点的流的Destination和Flow-Label。
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 (13)
1.一种实现IP报文流分类的方法，其特征在于，当前设备收到为当前IP报文流所分配的流标签Flow-Label，在路由表中为每个由目的地址Destination和Flow-Label构成的二元组建立一个路由项Destination/128，并为所建路由项设置流分类标志；
确定所建路由项下一跳的指向；
所述当前设备转发报文流时，查找自身存储的路由表，按Destination/128进行路由，判断所查找到的路由项中是否存在有效的流分类标志，如果存在，则从当前查找到的路由项中获取Flow-Label的值，完成流分类；否则直接转发当前的报文流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置流分类标志为：仅为需要进行流分类的路由项设置流分类标志字段，则所述判断是否存在有效的流分类标志为：判断当前查找到的路由项是否存在流分类标志字段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置流分类标志为：为每个路由项设置流分类标志字段，仅将需要进行流分类的路由项中的流分类标志字段置位；则所述判断是否存在有效的流分类标志为：判断当前查找到的路由项中的流分类标志字段是否被置位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所建路由项下一跳的指向进一步包括：判断当前传输的流是否被重定向，如果是，则该路由项的下一跳指向重定向节点的下一跳；否则，该路由项的下一跳指向其父节点所对应的下一跳。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Flow-Label由所标识流对应的目的节点统一分配。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Flow-Label由所标识流对应的源节点和目的节点之间的代理节点统一分配。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Flow-Label分配的过程进一步包括：发送报文流的源节点向接收该报文流的目的节点发请求消息，所述目的节点收到请求后，为源节点所指定的报文流分配唯一标识该流的Flow-Label，然后将所分配的Flow-Label通过分配消息返回给对应的源节点。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述目的节点回收当前已中止的报文流拥有的Flow-Label。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：目的节点随时对已分配的Flow-Label进行更新。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，目的节点在分配Flow-Label的同时为所分配的Flow-Label设置一个生命周期，生命周期到达时重新为该流分配Flow-Label。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先设定判断报文流是否异常中止的循环周期数；
则源节点与目的节点之间周期性的发送请求消息和分配消息，如果源节点或目的节点在预先设定的循环周期数中未收到对方发来的请求消息或分配消息，则认为流异常中断；否则，继续检测。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述代理节点为路由设备、或为应用层服务器。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将每个流的Destination和Flow-Label通知该流路经的每个节点。
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