CN101106507B

CN101106507B - 一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法

Info

Publication number: CN101106507B
Application number: CN2006100994135A
Authority: CN
Inventors: 陈国义
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: CN101106507A; WO2008011818A1

Abstract

本发明公开了一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法，用于减少报文转发过程中的资源浪费并提高带宽利用率。所述实现分层虚拟专用局域网服务的方法包括步骤：将虚拟专用局域网服务网络按自治系统划分；在各自治系统内部的服务提供商边缘路由器之间建立网络连接，并对每个虚拟专用局域网服务实例建立服务提供商边缘路由器之间的虚链路；在进行通信的自治系统之间对每个虚拟专用局域网服务实例建立一条虚链路；用户边缘路由器利用建立的虚链路进行通信。本发明可以有效的提高路由分发效率。

Description

一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法。

背景技术

随着IP网络的不断发展，网络服务的丰富、安全、灵活成为运营商提升自己盈利能力的重要途径。目前，很多的企业的内部网络越来越大，遍布的区域也越来越广；可能分布在一个城市中的不同城区，或者分布在不同的城市、甚至遍布全球；一个企业要将这些遍布各处的网络连接起来，就需要网络运营商来为其提供网络连接，因为一个企业不可能自己建立一张如此庞大的网络。

在过去的很长一段时间，企业通过向电信运营商租赁专线的方式来完成各处网络之间的连接，这些方式存在投资大、建设周期长、可扩展性差等问题。基于多协议标签交换的二层虚拟专用网(MPLS L2VPN，Multiple Protocol LabelSwitched L2 Virtual Private Network)的出现提出一种全新的解决方案，这种方案不但可以为用户快速提供各种互连业务，保证网络安全，而且还能提供QOS保证。

虚拟专用局域网服务(VPLS，Virtual Private LAN Service)是MPLS L2VPN的一种点到多点的应用架构，借用了LAN的思想，利用IP/MPLS技术构建一个虚拟的LAN服务，提供透明的以太网数据传输。在用户看来，运营商就像一个大的交换机一样，将自己各处的网络连接起来。VPLS技术的提出，解决了传统交换机VLAN ID限制(交换机只能提供4096个VLAN ID，每个用户都需要至少一个VLAN ID，这些限制对于网络的可扩展性和大规模部署都会产生问题，而且还需要运行STP协议来防止网络环路，增加网络的负担)。

图1是VPLS的典型网络结构。

目前有两种实现VPLS的方案：Martini VPLS和Kompella VPLS，这两种方案的数据转发层面的操作都是一样，只是控制层面不同。

Martini VPLS和Kompella VPLS区别主要体现在信令和发现机制；MartiniVPLS采用LDP作为建立虚链路(PW，Pseudo-Wire)的信令，没有定义自动发现机制，需要手工配置来完成服务提供商边缘路由器(PE，Provider Edge)的发现，所以有扩展性问题；Kompella VPLS采用BGP作为建立PW的信令，自动发现机制也用BGP来完成。

现有技术中一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法为Martini H-VPLS方案：所有的PE都在一个网络平面，所有的PE都需要建立全连接，所有用户边缘路由器(CE，Customer Edge)也直接连在PE上；如图2所示，骨干网络中的PE数量减少了，有些CE连到用户侧服务提供商边缘路由器(UPE，User facing-Provider Edge)上；通过这样的改进，骨干网络中PE全连接和信令开销都减少了很多，对于网络核心服务提供商边缘路由器(NPE，NetworkProvider Edge)而言，只需要关心其他的NPE和本地的UPE，对于UPE而言，只关心和其直接相连的CE和NPE。VPLS的转发层面是通过目的MAC地址来进行转发的，对于未知目的MAC的数据包，需要将数据包广播到所有的接口，这种未知目的MAC的报文就叫做“第一包报文”。在转发层面上，对于“第一包报文”，扁平网络结构中的PE需要完成向所有CE以及其他PE的转发，现在只需要向少许的CE、UPE以及其他NPE转发就行了，这样就减少了“第一包报文”对NPE的冲击。

但是，Martini H-VPLS方案由于是基于LDP、IGP、PWE3这些技术，只能解决一个自治系统的问题，不能跨自治系统部署；同时因为没有自动发现机制，需要手工配置，这样就需要大量的手工配置，非常不利于维护管理；所以Martini H-VPLS是不太适合运营商大规模部署VPLS的需求的。

为了解决上述现有技术的缺陷，现有技术中另一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法为Kompella VPLS的H-VPLS方案：该方案采用的是通过路由反射器的办法来减少大量PE全网状问题，即一个自治系统中，通过配置路由反射器，所有的PE都和路由反射器建立IBGP连接。同时通过ORF来限制不必要路由的分发，减少一些PW的建立；对于跨自治系统间的路由分发采用RTF机制来限制不需要路由信息的分发；由于BGP天生的优势，可以很好的解决跨域问题。

但是Kompella VPLS的H-VPLS方案只解决了大量PE全网状问题，以及能限制一些不必要的路由信息的分发问题，并没有解决每个PE维护大量PW和“第一包报文”复制的问题；即每个PE都需要维护几乎所有的PW，未知单播报文需要向所有的本地CE接口以及PW接口复制；

对于VPN Site跨在不同自治系统(AS，Autonomous System)的情况时，一个AS中全网广播的报文需要通过属于本VPLS实例的每一条PW向其他的AS发送，这些PW可能全部映射到同一条物理链路上，这样就有大量的“重复”报文在AS间传送，占用很多的域间路径带宽，也就是说通信的自治系统之间会有多条虚链路，从而致使重复报文在自治系统间多次发送。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法，用于减少报文转发过程中的资源浪费并提高带宽利用率。

本发明实现分层虚拟专用局域网服务的方法，包括步骤：将虚拟专用局域网服务网络按自治系统划分；在各自治系统内部的服务提供商边缘路由器之间建立网络连接，并对每个虚拟专用局域网服务实例建立服务提供商边缘路由器之间的虚链路；在进行通信的自治系统之间对每个虚拟专用局域网服务实例建立一条虚链路；用户边缘路由器利用建立的虚链路进行通信。

优选地，在进行通信的自治系统之间建立一条虚链路包括步骤：各自治系统边界路由器接收路由信息；设置边缘网关协议的团体属性以使得接收到的路由信息不再被转发给其他邻居。

优选地，各自治系统边界路由器接收路由信息之前进一步包括步骤：第一自治系统边界路由器与第二自治系统边界路由器分别根据虚拟专用局域网服务实例创建网络层可达性信息并分配标签块；将网络层可达性信息与标签块分别发送给对方；根据自身标识符从所述标签块中选择对应的标签作为发送数据的多协议标签交换标签。

优选地，用户边缘路由器利用建立的虚链路进行通信包括步骤：第一用户边缘路由器将报文发送给用户侧服务提供商边缘路由器；用户侧服务提供商边缘路由器将所述报文转发给自治系统边界路由器；自治系统边界路由器将所述报文转发给第二用户边缘路由器；第二用户边缘路由器向第一用户边缘路由器回应报文。

优选地，自治系统边界路由器将所述报文转发给第二用户边缘路由器包括步骤：自治系统边界路由器给所述报文增加第二自治系统边界路由器在虚拟专用局域网服务实例中为自治系统边界路由器分配的标签，封装成为多协议标签交换报文并将其转发给第二自治系统边界路由器。

优选地，用户侧服务提供商边缘路由器将所述报文转发给自治系统边界路由器包括步骤：用户侧服务提供商边缘路由器查询所属虚拟专用局域网服务实例；根据报文中携带的地址在所述实例中进行转发数据库表查找，若找到对应表项，则将报文转发至该表项所指定的接口，若未找到对应表项，则将报文向所述实例中的所有接口广播，并进行地址学习。

优选地，所述地址学习包括步骤：接收正确接收方的反馈；记录与正确接收方的通信路径并存储于转发数据库表中。

优选地，记录与正确接收方的通信路径并存储于转发数据库表之后进一步包括步骤：对超过预置门限时间不使用的转发数据库表项进行老化。

优选地，存储在转发数据库表之前进一步包括步骤：设置老化门限时间。

优选地，所述网络连接是全网状连接，或者是通过路由反射器方式连接。

以上技术方案可以看出，本发明有以下优点：

1)本发明由于只建立自治系统内的服务提供商边缘路由器之间的虚链路，而在自治系统之间针对每个虚拟专用局域网服务实例只建立一条虚链路，所以减少了虚链路的建立复杂度，同时由于只建立一条虚链路，自治系统间的报文不会被多次重复发送，从而提高了自治系统之间带宽的利用率；

2)本发明由于当各自治系统边界路由器接收到路由信息之后，设置边缘网关协议的团体属性以使接收到的路由信息不再被转发给其他邻居，所以减少了资源的浪费；

3)本发明由于有地址学习的功能，可以记录未知地址报文的转发路径信息，只需要对第一包报文进行广播，以后就可以按照表项直接转发，所以减少了重复报文的发送，从而提高了报文转发效率。

附图说明

图1是VPLS的典型网络结构图；

图2是现有技术网络结构图；

图3是本发明网络结构图；

图4是本发明方法第一实施例流程图；

图5是本发明方法第二实施例流程图；

图6是本发明方法第三实施例流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法，用于减少报文转发过程中的资源浪费并提高带宽利用率。

本发明可利用BGP扩展实现H-VPLS。

VPLS的思想就是通过在IP/MPLS骨干网上各PE之间建立全连接PW来传递各个VPN中各Site之间的数据流量；当各PE之间的PW建成之后，IngressPE收到数据后，根据报文的目的MAC地址查询转发数据库(FDB，ForwardingDataBase)表，如果找到了相应的表项，就根据表项将数据包转发到对应的出接口；如果是未知单播或多播，则将数据包向本VPLS实例的所有接口转发，包括PW接口；同时进行源MAC地址学习；Egress PE收到从PW发送过来的数据包，在对应的VPLS实例中根据目的MAC查找对应的接口，如果找到了，则转发到相应的接口；如果没有找到，则在本VPLS实例内向所有非PW接口广播，同时进行源MAC地址学习；当真正的目的CE收到报文后，回应的报文转发流程也是按照上面描述的转发流程进行转发，同时需进行源MAC地址的学习；这样当MAC学到后，后续的数据流量就根据学到的MAC地址进行转发，就像一个大的交换机一样；同时VPLS也提供了MAC地址的老化功能，即某一MAC项在一定的时间内没有被访问，则该MAC项就会被删除。

下面对本发明实现分层虚拟专用局域网服务的方法进行详细描述：

请参阅图4，本发明方法第一实施例包括：

D1)划分；

其中，将VPLS网络按自治系统(AS，Autonomous System)划分。

D2)建立网络连接；

其中，在各自治系统内部的PE之间建立网络连接。

D3)建立自治系统内和自治系统之间虚链路；

其中，在自治系统内对每个VPLS实例建立PE之间的虚链路，并且在进行通信的自治系统之间对每个VPLS实例建立一条虚链路。

D4)进行通信。

其中，CE利用建立的虚链路进行通信。

请参阅图5，本发明方法第二实施例包括：

在本发明方法第一实施例中步骤D3)中的建立自治系统之间的虚链路包括以下步骤：

P1)创建网络层可达性信息；

其中，第一自治系统边界路由器(ASBR，Autonomous System BorderRouter)创建网络层可达性信息。

其中，第二ASBR创建网络层可达性信息。

P2)分配标签块；

其中，第一ASBR根据创建的网络层可达性信息分配标签块。

其中，第二ASBR根据创建的网络层可达性信息分配标签块。

P3)发送；

其中，第一ASBR将网络层可达性信息与标签块发送给第二ASBR。

其中，第二ASBR将网络层可达性信息与标签块发送给第一ASBR。

P4)选择标签块；

其中，第二ASBR选择对应的标签块作为向第一ASBR发送数据的多协议标签交换标签。

其中，第一ASBR选择对应的标签块作为向第二ASBR发送数据的多协议标签交换标签。

P5)接收路由信息；

其中，第一ASBR以及第二ASBR接收路由信息。

P6)设置团体属性；

其中，设置BGP的团体属性NO_ADVERTISE，使接收到的路由不再发给其他任何邻居。

本实施例细化了自治系统之间对每个VPLS实例只建立一条虚链路的实现步骤，完整步骤如下：

请参阅图3，AS1为第一级网络，AS2和AS3为第二级网络；ASBR1为AS2中和AS1相连的ASBR，ASBR2为AS1中和AS2相连的ASBR，同样ASBR3为AS1中和AS3相连的ASBR，ASBR4为AS3内和AS1相连的ASBR；假设有两个VPN，VPN 1和VPN 2，其site分布在三个AS中，其中CE1，CE3，CE4，CE5，CE7，CE9，CE11属于VPN1，其中CE2，CE6，CE8，CE10，CE12，CE13属于VPN2。

ASBR1上有本自治系统的VPLS实例，在图3中即ASBR1上有VPLS 1和VPLS 2，ASBR1分别根据这两个VPLS创建两条网络层可达性信息NLRI，分配两个不同的标签块，下一跳为ASBR1，发送给ASBR2；ASBR2收到这两条NLRI后，根据自己的VE ID从标签块中选出合适的标签，作为ASBR2向ASBR1发送数据的MPLS标签；同理，ASBR2也会创建两条NLRI，分别分配一个标签块，下一跳为ASBR2，然后发送给ASBR1，ASBR1收到这两条NLRI后，同样根据自己的VE ID选择合适的标签作为向ASBR2发送数据的MPLS标签；ASBR3和ASBR4之间的标签分发过程也是一样；这些ASBR在收到这些路由后，不能再发给其他的任何邻居了(可以通过BGP的团体属性NO_ADVERTISE很容易做到)，这样在ASBR之间，针对每个VPLS实例，只有一条虚链路。

CE之间利用建立好的虚链路进行通信有以下三种情况：

一、假设发送方CE与接收方CE在一个AS之内的情况，完整步骤如下：

请参阅图3，CE1将要发送给CE2的报文封装上CE2的MAC地址作为目的MAC地址，发送给UPE2，UPE2根据CE1所连接的接口找到所属的VPLS实例：VPLS 1，根据目的MAC地址在这个VPLS实例中进行FDB表查找，如果找到相关表项，则根据表项情况，将数据转发到此表项所指的接口；如果是第一个报文，VPLS 1中一般不会存在相关表项，这时候，就需要将此数据包向VPLS 1中的所有接口广播，包括PW接口(通过PW发送的报文打上两层标签，内层为私网标签，外层为Tunnel标签)；同时进行源MAC地址学习；

数据包到达ASBR1后，ASBR1首先会根据数据包的内层标签确定此数据属于哪个VPLS实例，即哪个VPN；然后在所属的VPLS的FDB表中进行目的MAC地址查找，如果找到了相关表项，则将数据转发到表项所指的出接口；同样，如果是第一个报文，这里一般不会有相关的FDB表项，所以需要将数据向VPLS 1实例中的所有本地接口以及ASBR PW接口转发，同时进行源MAC地址学习；在本情况中，CE2直接连在ASBR1上，所以ASBR1向本地接口广播时，数据包就会发送到CE2；

CE2收到数据包后，向CE1回应报文，回应报文使用CE1的MAC地址作为目的MAC地址，将数据包发送给ASBR1；ASBR1根据CE2所连接的接口确定所在的VPLS，然后目的MAC地址在在VPLS 1中的FDB表中进行查找，由于刚才ASBR1已经进行了MAC学习，所以此时应该能找到相关的FDB表项，表项对应的出接口为ASBR1到UPE2的虚链路接口，这时ASBR1就会用UPE2分配给ASBR1的标签作为标签栈的内层标签，然后打上ASBR1和UPE2之间的Tunnel标签，封装成MPLS报文发送给UPE2，同时进行源MAC地址学习；UPE2收到ASBR1发送过来的MPLS报文后，根据内层标签找到对应的VPLS实例：VPLS 1，在VPLS 1的FDB中用目的MAC地址进行查找，由于刚才也进行了源MAC学习，应该能找到对应的FDB表项，此表项对应的出接口为和CE1相连的接口，于是报文发送给CE1，同样还是要进行MAC学习；

这样CE1和CE2之间的双向通路就打通了，CE1和CE2如同连在同一个交换机上同一个VLAN下的两个接口一样进行数据的转发。

二、假设发送方CE与接收方CE不在一个AS之内的情况，完整步骤如下：

请参阅图3，CE1发出的到CE3的第一包报文，同样需要经历第三实施例中的通信过程，ASBR1在向ASBR2发送报文前，需要打上ASBR2在VPLS 1中为ASBR1分配的标签，封装成MPLS报文，然后发送给ASBR2，ASBR2根据标签确定所属的VPLS，这里是VPLS 1；ASBR2在VPLS1的FDB表中进行MAC地址查找，如果找到了相关表项，则将数据转发到对应的接口；同样如果是第一包报文，没有相关表项，ASBR2就将此数据包向VPLS 1中的所有本地接口和PW接口广播，同时进行源MAC地址学习；

由于CE3就连接在ASBR2上，CE3收到数据包后，进行数据包回应，回应的数据包使用CE1的MAC地址作为目的MAC，发送给ASBR2；ASBR2收到数据后，根据CE3所连接的接口确定所属的VPLS，这里是VPLS 1；ASBR2在VPLS 1中进行MAC地址查找，由于ASBR2刚才进行了源MAC地址学习，这里应该能找到对应的表项，根据找到的表项，出接口对应为ASBR2到ASBR1的PW，所以封装上ASBR1针对VPLS 1为ASBR2分配的标签，发送给ASBR1；ASBR1收到此MPLS报文后，根据标签确定所属的VPLS：即VPLS 1，ASBR1继续在VPLS 1中进行MAC查找；找到相关表项后，表项对应的出接口为ASBR1和UPE2之间的PW，后续的转发操作和第三实施例中的通信过程一样；这样CE1和CE3就可以进行正常的通信了。

三、可以理解的是，该方案可以进一步扩展为发送方CE与接收方CE的通信要经过多个AS，扩展方案如下：

请参阅图3，CE1到CE5的第一包报文到ASBR2之后，ASBR2在AS1的VPLS 1内进行广播，一个报文封装两层标签发送到ASBR3，首先ASBR3根据内层标签确定所属的VPLS：即VPLS 1，然后进行FDB表查找；没有找到相关表项，ASBR3向VPLS 1的所有本地接口以及和其他自治系统直接相连的ASBR之间的PW接口广播，同时进行源MAC地址学习；数据封装上ASBR4针对VPLS 1给ASBR3分配的标签，发送给ASBR4；ASBR4后续的操作和上述通信过程中ASBR2收到ASBR1发送的报文一样；最终报文到达CE5，沿途的PE和ASBR都进行源MAC地址学习，这样CE1和CE5之间的数据通路就形成了。

请参阅图6，本发明方法第三实施例包括：

S1)划分；

其中，将VPLS网络按自治系统划分。

S2)建立网络连接；

其中，在各自治系统内部的PE之间建立网络连接。

S3)建立内部虚链路；

其中，在自治系统内对每个VPLS实例建立PE之间的虚链路。

S4)创建网络层可达性信息；

S5)分配标签块；

S6)发送；

其中，将网络层可达性信息与标签块发送给第二ASBR。

S7)选择标签块；

S8)接收路由信息；

其中，ASBR接收路由信息。

S9)设置团体属性；

S10)报文发送至UPE；

S11)查询实例；

其中，UPE根据CE所连接的接口找到所属的VPLS实例。

S12)查表；

其中，根据VPLS实例查询FDB表。

S13)判断表中是否存在该表项，若是，则转向步骤S14)，若否，则转向步骤S15)；

S14)根据表项将报文发送至指定接口；

S15)广播；

其中，将报文进行广播。

S16)进行地址学习；

其中，地址学习包括接收正确接收方的反馈；记录与正确接收方的通信路径并存储于FDB表中。

为了保证FDB表不至过于庞大，需要对其进行清理，即老化一些长期没有使用的表项，可以在系统运行前设置门限时间，当地址学习完成后对FDB表进行检索，若检索到有超过门限时间没有使用的表项，则将该表项老化，可以理解的是，对FDB表的检索不一定需要在地址学习完成之后，也可以在其他时间进行。

S17)增加标签；

S18)封装报文；

S19)ASBR将报文转发至接收方；

S20)接收方回应报文。

本实施例增加了地址学习，老化长期不使用的表项的步骤。

以上对本发明所提供的一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，包括步骤：

将虚拟专用局域网服务网络按自治系统划分；

在各自治系统内部的服务提供商边缘路由器之间建立网络连接，并对每个虚拟专用局域网服务实例建立服务提供商边缘路由器之间的虚链路；

在进行通信的自治系统之间对每个虚拟专用局域网服务实例建立一条虚链路；

第一用户边缘路由器将报文发送给用户侧服务提供商边缘路由器；

用户侧服务提供商边缘路由器将所述报文转发给自治系统边界路由器；

自治系统边界路由器将所述报文转发给第二用户边缘路由器；

第二用户边缘路由器向第一用户边缘路由器回应报文。

2.根据权利要求1所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，在进行通信的自治系统之间建立一条虚链路包括步骤：

各自治系统边界路由器接收路由信息；

设置边缘网关协议的团体属性以使得接收到的路由信息不再被转发给其他邻居。

3.根据权利要求2所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，各自治系统边界路由器接收路由信息之前进一步包括步骤：

第一自治系统边界路由器与第二自治系统边界路由器分别根据虚拟专用局域网服务实例创建网络层可达性信息并分配标签块；

将网络层可达性信息与标签块分别发送给对方；

根据自身标识符从所述标签块中选择对应的标签作为发送数据的多协议标签交换标签。

4.根据权利要求1所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，自治系统边界路由器将所述报文转发给第二用户边缘路由器包括步骤：

自治系统边界路由器给所述报文增加第二自治系统边界路由器在虚拟专用局域网服务实例中为自治系统边界路由器分配的标签，封装成为多协议标签交换报文并将其转发给第二自治系统边界路由器。

5.根据权利要求1所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，用户侧服务提供商边缘路由器将所述报文转发给自治系统边界路由器包括步骤：

用户侧服务提供商边缘路由器查询所属虚拟专用局域网服务实例；

根据报文中携带的地址在所述实例中进行转发数据库表查找，若找到对应表项，则将报文转发至该表项所指定的接口，若未找到对应表项，则将报文向所述实例中的所有接口广播，并进行地址学习。

6.根据权利要求5所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，所述地址学习包括步骤：

接收正确接收方的反馈；

记录与正确接收方的通信路径并存储于转发数据库表中。

7.根据权利要求6所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，记录与正确接收方的通信路径并存储于转发数据库表之后进一步包括步骤：对超过预置门限时间不使用的转发数据库表项进行老化。

8.根据权利要求7所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，存储在转发数据库表之前进一步包括步骤：设置老化门限时间。

9.根据权利要求1所述的实现分层虚拟专用局域网服务的方法，其特征在于，所述网络连接是全网状连接，或者是通过路由反射器方式连接。