CN100544286C

CN100544286C - 一种实现虚拟专用局域网服务网络备份链路的方法及系统

Info

Publication number: CN100544286C
Application number: CNB2007101298573A
Authority: CN
Inventors: 朱彩霞
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: CN101127637A

Abstract

本发明公开了一种实现VPLS网络备份链路的方法和系统，配置简单，切换速度快。所述方法涉及基于多协议标签交换即MPLS的VPLS网络，及核心网，包括以下步骤：(a)在与VPLS网络相连的核心网路由器设备接口上配置虚拟路由转发实例即VRF，以使该路由器设备上一个接口视为一个虚拟路由器，并将与所述虚拟路由器相连接的VPLS网络中路由器设备的接口信息记入所述VRF实例中；(b)为所述虚拟路由器配置相同的组和虚拟地址，同组的虚拟路由器互为备份路由器，与VPLS网络相连的链路互为备份链路；(c)当三层网关收到用户发出的地址解析协议即ARP地址请求时，检查虚拟路由器状态，利用主链路向用户返回ARP应答。

Description

一种实现虚拟专用局域网服务网络备份链路的方法及系统

技术领域

本发明涉及网络组网技术，特别涉及VPLS(虚拟专用局域网服务)网络中的链路备份的方法。

背景技术

在随着网络技术的高速发展的今天，以太网一直被广泛应用，人们对于以太网的喜爱，促使服务供应商尝试将以太网作为下一代宽带融合网络架构的基础，为企业和个人用户提供网络电话、视频点播、网络游戏等一系列服务，首先MPLS(多协议标签交换)以太网络的出现，弥补了以太网络缺乏的可扩展性和可靠性，而基于MPLS技术的VPLS(虚拟专用局域网服务)集以太网和MPLS的优点于一体，可提供运营商级的以太网，作为一种服务，VPLS提供了强健可伸缩的多点以太网VPN(虚拟私有网络)服务，成为专线的有力替代者，它具有点对多点的连接，可为以太网带来可更高的可靠性、可扩展性。

VPLS提供很高的可靠性，当任何的路由器出现故障时，数据流可从备份路径走，流量的停顿仅为几千分之一秒，然而在已有的备份链路结局方案中，一般均采用增加额外的设备的方法来实现链路备份或设备冗余，额外的增加了运营商的组网成本，同时对于终端用户而言，又必须修改本地的设备的路由配置，增加了维护成本。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种实现VPLS网络备份链路的方法和系统，配置简单，切换速度快。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现虚拟专用局域网服务即VPLS网络备份链路的方法，涉及基于多协议标签交换即MPLS的VPLS网络，及核心网，包括以下步骤：

(a)在与VPLS网络相连的核心网路由器设备接口上配置虚拟路由转发实例即VRF，以使该路由器设备上一个接口视为一个虚拟路由器，并将与所述虚拟路由器相连接的VPLS网络中路由器设备的接口信息记入所述VRF中；

(b)为所述虚拟路由器配置相同的组和虚拟地址，同组的虚拟路由器互为备份路由器，与VPLS网络相连的链路互为备份链路；

(c)当三层网关收到用户发出的地址解析协议即ARP地址请求时，检查虚拟路由器状态，利用主链路向用户返回ARP应答。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，在所述步骤(b)中，所述虚拟地址是指本地VPLS用户的网关地址。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，在所述步骤(c)中，所述三层网关检查虚拟路由器状态，如果发现主状态路由器故障或者主链路故障，则进行重新选举，将备份状态路由器选举为主状态路由器，此时备份链路为主链路。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤(c)进一步包括：

用户广播发送对网关IP地址的ARP请求报文；网关收到ARP请求后，检查虚拟路由器状态，由主状态链路返回ARP应答；VPLS网络中对应主状态链路的端口收到所述ARP应答后学习网关的物理地址，并将所述ARP应答返回所述用户；所述用户利用得到的ARP地址发送报文。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种实现虚拟专用局域网服务即VPLS网络备份链路的系统，涉及基于多协议标签交换即MPLS的VPLS网络，及核心网，其中：

所述VPLS网络中的路由器设备中包含有VPLS业务模块，用于构建本地的VPLS城域网，为用户提供二层VPN接入服务；

与本地VPLS网络相连的所述核心网中路由器设备中包括以下模块：

三层VPN业务模块，用以提供三层VPN用户接入，以及用于在与VPLS网络相连的接口上配置虚拟路由转发实例即VRF，以使该路由器设备上一个接口视为一个虚拟路由器，并将与所述虚拟路由器相连接的VPLS网络中路由器设备的接口信息记入所述VRF中；

VRRP业务模块，用于提供冗余路由器功能，为所述虚拟路由器配置相同的组和虚拟地址，同组的虚拟路由器互为备份路由器，与VPLS网络相连的链路互为备份链路；

发送和接收模块，用于接收用户发出的地址解析协议即ARP地址请求时，与所述VRRP业务模块交互，利用主链路向用户返回ARP应答。

进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述虚拟地址是指本地VPLS用户的网关地址。

进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述VRRP业务模块还用于检查虚拟路由器状态，如果发现主状态路由器故障或者主链路故障，则进行重新选举，将备份状态路由器选举为主状态路由器，此时备份链路为主链路。

本发明既不需要运营商额外添置设备，也不需要用户重新修改配置的链路备份，可以使VPLS运营商更轻松、高性价比的提供可管理的以太网VPN服务。与现有技术相比较，本发明巧妙结合VPN和VRRP(虚拟路由冗余协议Virtual Router Redundancy Protocol)技术，使用VPN技术来分隔实际的路由器设备，通过本业务，得以用较少的设备模拟多个虚拟路由器，再通过VRRP业务的运用，和VPLS网络自身的特点，保证了VPLS网络在不增加额外设备的情况下，实现在VPLS网络中的链路备份，无需配置多条路由及路由中继，配置简单，切换速度快，成本低，使得网络更加健壮，从而保证数据流的安全传输。

附图说明

图1是本发明实施例的组网示意图；

图2为本发明实施例备份配置流程图；

图3是本发明实施例VRRP接口状态关系图；

图4是本发明实施例中VPLS用户发送报文的流程图；

图5是本发明实施例的实际组网应用图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本实施例的组网结构如图1所示，包括：

MPLS VPLS网络：为本地城域网，是基于MPLS的VPLS网络，有多个PE设备进行同一VPLS域的二层VPN用户扩展，同时在不同的PE设备上，有多条链路连接到核心网中的同一台设备上；

边缘路由器PE(Provider Edge)设备为支持VPLS、VPN、VRRP业务的若干路由器设备，其包括若干物理接口，用以组建核心网和VPLS城域网及本地用户以太网络，为本实施例的物理载体；

MPLS VPLS网络中的路由器设备中需加载VPLS业务模块，该模块用来构建本地的VPLS城域网，为用户提供二层VPN接入服务；

核心网设备A：为本地核心网路由器PE设备，需要在本路由器上配置VRF VPN，绑定到和VPLS PE设备连接的接口，同时在这些接口上配置VRRP业务；

核心网中与本地VPLS城域网相连的入口路由器设备(以下简称核心网入口路由器)中需加载以下模块：

VRRP业务模块，提供冗余路由器功能，为配置VPLS网络的备份链路功能必要的不可缺少的业务模块；

三层VPN业务模块，用以提供三层VPN用户接入，以及分隔同一设备上的不同接口，借助VPN业务模拟虚拟路由器进行冗余备份，在各虚拟路由器接口上配置VRF(虚拟路由转发实例)以及将与该虚拟路由器接口相对接的VPLS接入设备记入所述VRF实例中；

此外，还有一发送接收模块，用于与所述VRRP模块交互。

使用本发明的配置过程如图2所示，包括以下步骤：

步骤A，由城域网各PE设备的VPLS业务模块进行配置，构建VPLS城域网；

步骤B，核心网入口路由器上的三层VPN业务模块在核心网入口路由器的接口上配置VRF(虚拟路由转发实例)，使得每个与VPLS PE设备对接的端口视为一个虚拟路由器；

步骤C，将与核心网入口路由器各虚拟接口连接的VPLS PE的接口信息分别添加到各个VRF实例中；

步骤D，在上述各虚拟接口上均配置VRRP业务模块，配置相同的组和虚拟地址，其中虚拟地址为本地VPLS用户的网关地址，同组的虚拟路由器互为备份路由器，与VPLS网络相连的链路互为备份链路。

至此，各PE和核心网之间的链路均互为备份链路，实现了链路备份功能。

如图3所示，VRRP业务模块负责三层PE设备VRRP的状态迁移，在核心网入口路由器A上配置三层VPN业务，使得每个与VPLS PE设备对接的端口变为一个虚拟路由器，在这些虚拟路由器之间进行VRRP主、备路由器选举；具体地，VRRP的状态包括三种：初始状态initialize、主状态master、备份状态backup，其中：

状态1：initialize状态，路由器接口启动VRRP时，即为该状态，需要发送VRRP通告信息，进行Master和backup的选举；

状态2：master状态，当各接口完成选举过程后，选举优胜者转为Master状态，该状态的接口发送广播ARP信息通告虚拟VRRP路由器IP地址的虚拟MAC地址，响应对虚拟VRRP IP地址的ARP请求报文；

状态3：backup状态，选举过程后，其余接口转为Backup状态，设置定时器定时检查Master的通告信息，当Master接口失效后，转到initialize状态，重新进行选举，原backup状态接口转为Master状态接口。

VPLS的终端用户发送报文时的处理流程如图4所示，包括以下步骤：

步骤101：VPLS终端查找路由，开始封装IP应用报文；

步骤102：查找本地ARP(地址解析协议)表，检查是否有网关的ARP地址即虚拟VRRP地址，如果是，执行步骤111，否则，执行步骤103；

步骤103：本地用户广播发送对网关IP地址的ARP请求报文；

步骤104：网关收到对虚拟VRRP地址的ARP请求，检查VRRP虚拟路由器状态，选择出接口：如果当前主链路正常，转到步骤105；否则使用备份链路，转到步骤107；

步骤105：主链路即核心网入口设备的VRRP主状态接口发送ARP应答报文；

步骤106：VPLS网络中的与核心网入口设备主状态接口对接的VPLS RPE设备上的端口即主链路端口收到ARP应答报文，该端口学习到网关地址的MAC(物理地址)，执行步骤109；

步骤107：当主链路出现故障时，网关路由器的备份链路即核心网入口设备的VRRP备份状态接口此时迁移为主状态链路，发送ARP应答报文；

步骤108：VPLS网络中的与核心网入口设备备份状态接口对接的VPLSPE设备上的端口即备份链路端口收到ARP应答报文，更新(学习并修改)VPLS网络的MAC表；

步骤109：VPLS网络继续转发ARP应答报文到本地用户；

步骤110：本地用户若收到ARP应答报文，继续执行步骤111，否则返回步骤103，继续发送ARP请求；

步骤111：本地用户封装用户数据的二层报文，发送到VPLS网络；

步骤112：VPLS查找MAC表，从相应的端口发送至核心网网关；

综合上述，本发明的实现原理为：当在核心网入口路由器的不同接口配置好VPN和VRRP业务后，VPN分隔了同一路由器上不同接口，将实际路由器变成多个虚拟路由器，然后这些虚拟路由器进行VRRP选举，选举出master和backup，当VPN的VPLS用户和远端的VPN用户通讯时，首先本地用户发送的广播ARP请求报文到各个VRRP接口，但是只有master接口作出请求应答报文，VPLS从和master的对接接口学习到网关MAC，然后本地的MAC地址通告给VPLS用户，VPLS用户使用获知的网关ARP封装报文；当master接口或所连链路出现故障时，此时backup接口一直未收到VRRP通告报文，将重新进行VRRP选举，从而转为master接口，通告ARP报文，此时VPLS PE将从和这个接口对接的接口学习到网关的ARP地址，则后续用户发送的报文将从这个接口转发到新的master接口，至此，本地和远端的VPLS用户就可以进行通讯了

如图5所示，本发明的实际组网图包括：

路由器PE101，为核心网中的PE设备，包括多个物理以太网接口，通过VPN接口101-1，102-2接口接收本地城域网的用户数据，通过101-3接口接入核心网络(109)，是本地VPLS用户连接核心网络的网关，本地VPLS用户通过101和对端相同VPLS域的PE设备102进行数据通讯。

路由器103、104、105，为本地城域网同一VPLS域的PE设备，三台设备均可下接多个用户，本组网由105设备下接多个连接用户设备的交换机106、107、108。链路备份功能由103、104设备实现。

首先103、104互为备份，主备路由器之间采用两条链路对接，两条链路互为备份链路，保证数据安全；主备路由器分别通过链路A、链路B上行接入核心网，假设起初链路A链路选为主链路，当有VPLS用户请求网关MAC时，此时则只有101-1会回复ARP应答消息，VPLS网络将从103的链路A上动态学习网关MAC地址，并且将学习到的MAC地址通告到对等的VPLS PE设备(如105)，所有下一跳为网关的数据将发送到103设备，并通过链路A转发，当103设备出现故障，或有其它引起链路A失效的故障时，链路A被切断，触发VRRP接口101-1、101-2之间的重新选举，102-2将从backup状态转成master，并且通告网关的MAC地址，此时VPLS网络将从104设备学习到网关的MAC地址，并且通告到其它对等VPLS PE设备，此后所有经由网关的数据将发送到104设备，并通过链路B转发。

Claims

1、一种实现虚拟专用局域网服务即VPLS网络备份链路的方法，涉及基于多协议标签交换即MPLS的VPLS网络，及核心网，其特征在于，包括以下步骤：

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述虚拟地址是指本地VPLS用户的网关地址。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述三层网关检查虚拟路由器状态，如果发现主状态路由器故障或者主链路故障，则进行重新选举，将备份状态路由器选举为主状态路由器，此时备份链路为主链路。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)进一步包括：

5、一种实现虚拟专用局域网服务即VPLS网络备份链路的系统，涉及基于多协议标签交换即MPLS的VPLS网络，及核心网，其特征在于，

6、如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述虚拟地址是指本地VPLS用户的网关地址。

7、如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述VRRP业务模块还用于检查虚拟路由器状态，如果发现主状态路由器故障或者主链路故障，则进行重新选举，将备份状态路由器选举为主状态路由器，此时备份链路为主链路。