CN101160914A - 基于流量工程隧道的数据报文传输方法和节点设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于MPLSTE隧道的数据报文传输方法和节点设备，其核心构思是确定需要进行MPLSTE隧道交换的交换节点，在交换节点处设置不同MPLSTE隧道进行隧道交换的路由转发信息，交换节点根据路由转发信息将数据报文在不同的MPLSTE隧道中交换传输。本发明能够使整网边缘带宽资源的总和远远高于网络核心处的带宽资源，使网络资源层层收敛，并且有效避免了隧道数量N平方的问题，缓解了大量隧道对网络核心节点产生的压力、及RSVP－TE的状态刷新压力；本发明设置MPLSTE隧道交换的路由转发信息的方法简单、易于实现；从而实现了满足网络资源层层收敛的需求、提高带宽资源利用率、提高网络可扩展性的目的。

Description

基于流量工程隧道的数据报文传输方法和节点设备 技术领域
本发明涉及流量工程技术领域，具体涉及一种基于 MPLS TE隧道的数据 报文传输方法和节点设备。
背景技术
MPLS TE (多协议标签交换流量工程） 技术通过扩展 IGP协议收集整网 的链路带宽信息， 并且釆用 CSPF (约束最短路径优先）算法， 计算出一条符 合若干约束条件的端到端的隧道连接， 比如通过指定带宽信息， MPLS TE技 术就可以计算出一条端到端的满足带宽要求和业务类型要求的隧道， 并且在 隧道沿途节点进行带宽资源预留。 在资源紧张的情况下， MPLS TE能够抢占 低优先级 LSP隧道带宽资源， 满足大带宽 LSP或重要用户的需求。 同时， 基 于 MPLS TE的 FRR (快速重路由） 技术可以实现当 LSP隧道故障或网络中 某一节点发生拥塞时， 通过 FRR链路或是节点保护来提供保护， 以达到小于 50ms的故障倒换。
从上述描述可知， MPLS TE技术是一种真正的端到端的 QOS (服务质量) 解决方案， MPLS TE技术已成为 IP技术中解决 QOS和可靠性等问题的重要 解决方案， MPLS TE技术正在被广泛部署。
当前， MPLS TE技术的部署都是采用端到端部署的方法， 如在一个网络 中的任何两个 PE (运营商边缘设备）之间部署 MPLS TE隧道， MPLS TE技 术可以和 MPLS VPN (多协议标签交换虚拟专用网） 等结合起来， 以获得高 QOS保证和高可靠性保证。
当 MPLS TE技术和 MPLS VPN等结合时， MPLS TE隧道是作为 MPLS VPN的外层隧道来使用的， MPLS TE隧道不是由 IGP (内部网关协议）驱动 而建立的隧道， 而是由 LDP (标签分发协议) 创建的 LSP (标签交换路径） 隧道等。
当 MPLS TE技术和 MPLS VPN等结合时， MPLS TE的应用存在如下缺 陷：
MPLS TE隧道提供的是一种端到端的带宽恒定的隧道， 其本身没有带宽 收敛能力， 如果在整网部署， 那么对于一个网络来说， 整网边缘的带宽资源 的总和与网络核心处的网络资源等值或接近， 从而， 不能满足网络资源层层 收敛的需求。由于 MPLS TE隧道是端到端部署，因此，随着网络节点的增多， 会存在隧道数量 N平方的问题， 如整网有 100个节点， 任意两节点之间只建 一条隧道，那么整网的隧道数量大约是： 100 X ( 100— 1 )，如果再加上 TE FR 的保护隧道， 整网的隧道数量又将增加很多。 这些大量的隧道会对网络核心 节点产生很大的压力， 而且， MPLS TE的主要承载信令 RSVP-TE (资源预留 协议 -流量工程）是一种软状态刷新的协议， 隧道数量的增多会对协议的状态 刷新产生很大的压力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于 MPLS TE 隧道的数据报文传输方法和 节点设备，通过使各 MPLS TE隧道具有隧道交换能力， 以实现网络资源层层 收敛的目的。
为达到上述目的， 本发明提供的一种基于多协议标签交换流量工程隧道 的数据报文传输方法， 包括：
a. 确定需要进行多协议标签交换流量工程隧道交换的交换节点； b. 在交换节点处设置不同多协议标签交换流量工程隧道进行隧道交换的 路由转发信息；
c 交换节点根据所述路由转发信息将数据报文在不同的多协议标签交换 流量工程隧道中交换传输。
所述多协议标签交换流量工程隧道包括基于多协议标签交换虚拟专用网 的多协议标签交换流量工程隧道。
所述步骤 a具体包括：
根据网络层次将网络划分为多个区域网络， 并在各区域网络中的节点间 设置端到端的多协议标签交换流量工程隧道；
确定需要将不同区域网络中的多协议标签交换流量工程隧道进行隧道交 换的交换节点。
所述将网络划分为多个区域网络的步骤是将网络划分为多个接入网络、 及核心网络。 所述设置路由转发信息是设置下一跳节点、 出标签、 入标签和出接口。 所述设置出标签、 入标签是设置多协议标签交换流量工程标签和虚拟专 用网标签。
所述交换节点是基于边缘网关协议路由反射器的节点；
且所述步骤 b包括：
交换节点接收基于边缘网关协议的路由消息；
所述交换节点根据路由消息中承载的信息修改路由转发信息中对应路由 转发项中的内层标签和下一跳节点， 并修改基于边缘网关协议的路由消息中 的内层标签、 下一跳节点， 同时扩散所述修改后的路由消息。
所述步骤 C包括：
所述交换节点从多协议标签交换流量工程隧道中接收数据报文， 并根据 其存储的路由转发信息确定与该数据报文中承载的内层标签匹配的路由转发 信息；
所述交换节点根据该匹配的路由转发信息修改该数据报文中的内层标签 信息， 并将该数据报文通过该匹配路由转发信息中的出接口传输至对应的多 协议标签交换流量工程隧道。
本发明还提供一种节点设备， 包括- 路由转发信息存储模块， 用于存储有不同多协议标签交换流量工程隧道 交换的路由转发信息；
数据报文转发模块， 根据路由转发信息存储模块中存储的路由转发信息 将数据报文在不同多协议标签交换流量工程隧道中交换传输。
所述节点设备中还包括：
路由转发信息更新模块： 根据其接收的路由消息更新路由转发信息存储 模块中存储的路由转发信息， 并相应更新路由消息中的信息， 同时将更新的 路由消息扩散传输。
通过上述技术方案的描述可知，通过在需要进行 MPLS TE隧道交换的交 换节点处设置 MPLS TE隧道交换的路由转发信息， 使 MPLS TE隧道具有隧 道交换能力； 通过在各区域网络中设置端到端的 MPLS TE隧道， 并使各区域 网络中的 MPLS TE隧道具有隧道交换能力，使整网边缘带宽资源的总和远远 高于网络核心处的带宽资源， 使网络资源能够层层收敛， 减少带宽资源恒定 的端到端 MPLS TE隧道对整网带宽资源的消耗； 本发明能够使整网隧道数 量、 尤其是网络核心处的隧道数量不会随着网络节点数量的增多而成 N平方 增长， 有效避免了隧道数量 N平方的问题， 缓解了大量隧道对网络核心节点 产生的压力及 RSVP-TE的状态刷新压力；通过在交换节点设置基于边缘网关 协议的路由反射器， 使路由反射器能够对路由消息中的下一跳节点、入标签、 出标签等进行修改并扩散传输， 在对原有 BGP协议改变不大的情况下， 简化 了 MPLS TE隧道交换的路由转发信息设置过程， 增强了 BGP协议； 从而通 过本发明提供的技术方案实现了满足网络资源层层收敛的需求、 提高带宽资 源利用率、 提高网络可扩展性的目的。
附图说明
图 1是本发明的 MPLS TE隧道交换体系结构示意图；
图 2是本发明的 MPLS VPN使用 MPLS TE隧道交换的控制流程图； 图 3是本发明的 MPLS VP 使用 MPLS TE隧道交换的转发流程图。 具体实施方式
端到端 MPLS TE隧道仅仅是一种端到端的隧道功能，不能具有隧道交换 能力， 因此， 端到端 MPLS TE隧道的网络部署是单层的， 不是层次化的。 如 果 MPLS TE隧道能够进行隧道交换， 则能够实现层次化的 MPLS TE隧道， 使整个网络中的带宽资源层层收敛。
因此， 本发明的核心构思是确定需要进行 MPLS TE隧道交换的交换节 点，在交换节点处设置不同 MPLS TE隧道进行隧道交换的路由转发信息，交 换节点根据所述路由转发信息将数据报文在不同的 MPLS TE隧道中交换传 输。
下面基于本发明的核心构思对本发明提供的技术方案做进一步的描述。 当一个节点既是一条端到端的 MPLS TE隧道的起始节点，又是另一条端 到端的 MPLS TE隧道的终止节点时， 将该节点称为不同 MPLS TE隧道交换 的交换节点。 为了使网络具有层次性， 本发明可以根据网络的层次化需要将 网络划分为多个区域网络。
网络的层次至少应为两层， 如将网络划分为接入网络和核心网络两个层 次。 当网络被划分为接入网络和核心网络时， 本发明中的区域网络对应为两 类， 即接入网络区域和核心网络区域， 接入网络区域的数量可以为多个， 核 心网络区域的数量可以为 1个。
本发明的每个区域网络中都部署有区域网络内的端到端的 MPLS TE隧 道， 如核心网络区域中部署有核心网络区域内节点的端到端的 MPLS TE隧 道，各接入网络区域中均部署有接入网络区域内节点的端到端的 MPLS TE隧 道。
每个区域网络中的 MPLS TE隧道成网状全连接状态，针对每个区域网络 中的每条 MPLS TE隧道， 都可以为其提供端到端的 QOS保证和 TE FRR可 靠性保护等。 由于每个区域网络中的节点数量不是很多， 因此， 不会存在 MPLS TE隧道数量 N平方问题及网络带宽资源利用率低等问题。
分别属于不同区域网络中的端到端的 MPLS TE隧道具有隧道交换能力， 该交换能力分别由与不同区域网络中的端到端的 MPLS TE隧道相关的节点 来实现， 本发明将这个的节点称为 Tnode (Transit node, 交换节点） ， Tnode 是本发明为实现 MPLS TE隧道交换而弓 I入的。
本发明的 MPLS TE隧道交换体系结构如附图 1所示。
在图 1中， 整个网络被划分为多个区域网络， 其中区域网络 1和区域网 络 3为接入网络区域， 区域网络 2为核心网络区域， 每个区域网络中都设置 有该区域节点之间的端到端 MPLS TE隧道，如图 1中黑粗的虛线所示。在整 个网络中设置多个节点，作为例子，在图 1中示出了节点 Tnode 1和 Tnode 2。
在这个体系结构中， 区域 1中的 PE和区域 3中的 PE之间没有部署一条 端到端的 MPLS TE隧道， 如 PE1和 PE2之间没有端到端的 MPLS TE隧道。 每个区域网络中的节点间部署了 MPLS TE 隧道， 每个区域网络中部署的 MPLS TE隧道可呈网状分布。这样， 区域 1中的 PE和区域 3中的 PE可以通 过区域 1、 区域 2、 区域 3中的多条 MPLS TE隧道衔接起来， 以达到一条端 到端的 MPLS TE隧道的效果，如 PE1与 PE2之间可通过 PE1与 Tnodel之间 的 L1隧道、 Tnodel与 Tnode2之间的 L2隧道、 Tnode2与 PE2之间的 L3隧 道衔接起来， 从而， 达到一条 PE1和 PE2的端到端的 MPLS TE隧道的效果。
具体的说， 区域网络 1中的端到端的 MPLS TE隧道经过 Tnodel实现和 区域网络 2中的端到端的 MPLS TE隧道进行隧道交换，使数据报文能够从区 域网络 1中的端到端的 MPLS TE隧道达到 Tnode2， 然后， Tnode2再进行区 域网络 2中的端到端的 MPLS TE隧道和区域网络 3中的端到端的 MPLS TE 隧道进行隧道交换。 这样， Tnodel和 Tn0de2充当了隧道交换的交换节点的 角色。 当然， 不仅仅是 L1隧道经过 Tnodel和区域网络 2中的 L2隧道进行 交换， 区域网络 1中的其他 MPLS TE隧道也会经过 Tnodel和区域网络 2中 的 L2隧道进行交换。
由此可以看出， 区域网络 2中的 L2隧道是一种更高层次的交换隧道，或 者说区域网络 2和区域网络 1、 区域网络 3相比， 是一个更高层次的区域网 络， 区域网络 2中的隧道也是一种更高层次的隧道， L2隧道为区域网络 1、 区域网络 2中的 MPLS TE隧道提供了隧道交换的通道，区域网络 2可以看作 是 MPLS TE隧道交换区域， 而区域网络 1、 区域网络 3可以称为 MPLS TE 隧道接入区域。从而， 本发明通过使 MPLS TE隧道具有隧道交换能力， 将一 个部署了 MPLS TE隧道的扁平化的网络改造为层次化的网络。
由于 MPLS TE隧道本身并不能提供隧道交换功能，它仅仅提供了一种简 单的隧道功能， 不能解决几个 MPLS TE隧道之间的隧道交换关系， 因此， 隧 道交换必须依赖其他控制层面来实现。
下面以在 MPLS VPN应用中实现基于 MPLS TE隧道的数据报文传输方 法为例， 对本发明的技术方案进行说明。
MPLS VPN应用包括： MPLS L3VPN、 MPLS L2VPN, 如 PWE3 (虚拟 伪线） ， VPLS (虚拟专用交换服务）应用等， 它们之间有一个共同之处就是 都需要一条连接两个 PE的隧道， 为了保证 QOS和高可靠性， MPLS TE隧道 是这些 VPN应用的理想隧道选择。
从上述对 MPLS TE隧道交换框架的描述中可以得知，本发明必须依赖其 他控制层面来实现 MPLS TE隧道交换， 通过控制层面在不同 MPLS TE隧道 交换的交换节点中设置隧道交换的路由转发信息， 如图 1中， 需要在 Tnodel 和 Tnode2中设置路由转发信息。 在 MPLS VPN应用中， 需要借助于 MPLS VPN的控制层面信令， 如 BGP等来实现。
在 MPLS VPN应用中， 广泛釆用 BGP协议作为控制信令来承载 MPLS VPN路由信息， 用 MPLS VPN路由信息中的下一跳来选择 MPLS TE隧道， 实现原理如下- 在 MPLS VPN网络中选择 Tnode,同时在 Tnode中配置 BGP的路由反射 器。 Tnode中的 BGP路由反射器可以修改其接收的基于 BGP路由消息中的下 一跳， 将路由消息中的下一跳信息改为相应的 Tnode的地址， 由于 Tnode也 可能同时充当其他正常控制流程的路由反射点， 因此， Tnode可以根据 BGP 携带的控制信息中的 VPN信息来识别。
基于 BGP的路由消息中携带的下一跳被改变后，路由消息中携带的标签 信息也将被替换成新的 MPLS TE隧道标签信息、 VPN标签信息，并且， Tnode 中的 BGP会将携带有新的下一跳信息和新的标签信息的路由消息继续向其他 的 Tnode或 PE扩散。 其他 Tnode在接收到该路由消息后， 可根据需要进行 与上述描述相同的操作。
在经过上述路由消息的扩散后， Tnode中会存储有 MPLS TE隧道交换的 路由转发信息， Tnode在从一条隧道中接收到数据报文后， 根据该数据报文 中承载的 MPLS TE隧道标签信息、 VPN标签信息等与其存储的路由转发信 息中的记录匹配，'并根据匹配记录中的出标签进行标签交换， 然后， 根据该 匹配记录中的出接口、下一跳节点等将该数据报文继续在相应的 MPLS TE隧 道中传输。
本发明的 MPLS TE隧道交换的控制流程如附图 2所示。 MPLS TE隧道 交换的控制流程即在 Tnode中设置路由转发信息的流程。
图 2中， PE1扩散的路由消息中的 VPN标签为 Ll， 图中以 "Dest Ll " (目的地址 L1 ) 表示。 该路由消息通过隧道 A扩散到 Tnodel , Tnode 1根据 路由消息中的 VPN标签 L1更新隧道 A的路由转发信息 VPN标签为 Ll， 将 隧道 A的路由转发信息中的下一跳节点更新为 PE1， 并将路由消息中的 VPN 标签改变为 L2， 将路由消息中的 MPLS TE隧道标签改变为隧道 B， 将路由 消息中的下一跳修改为 Tnodel , 并扩散该路由消息。
Tnode 1扩散的路由消息通过隧道 B扩散到 Tnode2， Tnode2根据路由消 息中的 VPN标签 L2更新隧道 B的路由转发信息中出标签的 VPN标签为 L2， 将隧道 B的路由转发信息中的下一跳节点更新为 Tnodel ,并将路由消息中的 VPN标签、 MPLS TE隧道标签、 下一跳分别修改为 L3、 隧道 C、 Tnode2, 并扩散该路由消息。
Tnode2扩散的路由消息通过隧道 C扩散到 PE2， PE2终结该路由消息。 作为一个例子， 在图 2中分别示例地显示了这个实施例的 PE1、 TnodeK Tnode2和 PE2的目的地址 Dest。
在经过上述路由消息的扩散后， 数据报文的传输过程如附图 3所示。 图 3中， PE2需要传输承载有负载的数据报文， PE2根据该数据报文中 的 VPN标签， 将该数据报文的 MPLS TE隧道标签、 VPN标签、 下一跳节点 分别设置为隧道 (、 L3、 Tnode2， 然后， 根据 MPLS TE隧道标签、 VPN标 签、下一跳节点将其通过隧道 C传输至 Tn0de2; Tnode2将数据报文中的 MPLS TE隧道标签、 VPN标签、 下一跳节点分别修改为隧道 B、 L2、 Tnodel , 然 后，将该数据报文通过隧道 B传输至 Tnodel； Tnodel将数据报文中的 MPLS TE隧道标签、 VPN标签、 下一跳节点分别修改为隧道 A、 Ll、 PE1， 并将该 数据报文通过隧道 A传输至 PE1。
这样， 在 PE2、 Tnodel和 Tnode2上选择的 TE隧道都将是一个本区域网 络内的 MPLS TE隧道， 而不会是不同区域网络的 PE之间的端到端的隧道。
本发明提供的节点设备包括： 数据报文转发模块、 路由转发信息存储模 块和路由转发信息更新模块。
路由转发信息存储模块主要用于存储有不同 MPLS TE隧道进行隧道交 换的路由转发信息， 该路由转发信息由路由转发信息更新模块来设置。 路由 转发信息存储模块中存储的路由转发信息包括： 下一跳节点、 入标签、 出标 签、 出接口等。
数据报文转发模块主要用于根据路由转发信息存储模块中存储的路由转 发信息将数据报文在不同 MPLS TE隧道中交换传输。数据转发模块使数据报 文在不同 MPLS TE隧道中交换传输的方法如上述方法中的描述。
路由转发信息更新模块主要用于根据其接收的路由消息更新路由转发信 息存储模块中存储的路由转发信息， 并相应更新路由消息中的信息， 同时将 更新的路由消息扩散传输。路由转发信息更新模块实现 MPLS TE隧道交换的 控制过程， 具体如上述方法中的描述。 虽然通过实施例描绘了本发明， 本领域普通技术人员知道， 在不脱离本 发明的精神和范围的情况下， 本发明可以进行许多变形和变化， 本发明的权 利要求包括这些变形和变化。

Claims (10)

  1. 权利 要 求 书
    1. 一种基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文传输方法， 其特征 在于包括步骤：
    a. 确定需要进行多协议标签交换流量工程隧道交换的交换节点；
    b.在交换节点处设置不同多协议标签交换流量工程隧道进行隧道交换的 路由转发信息；
    c.交换节点根据所述路由转发信息将数据报文在不同的多协议标签交换 流量工程隧道中交换传输。
  2. 2. 根据权利要求 1所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文 传输方法， 其特征在于所述多协议标签交换流量工程隧道包括基于多协议标 签交换 VPN的多协议标签交换流量工程隧道。
  3. 3. 根据权利要求 1或 2所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据 报文传输方法， 其特征在于所述步骤 a包括- 根据网络层次将网络划分为多个区域网络， 并在各区域网络中的节点间 设置端到端的多协议标签交换流量工程隧道；
    确定需要将不同区域网络中的多协议标签交换流量工程隧道进行隧道交 换的交换节点。
  4. 4. 根据权利要求 3所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文 传输方法， 其特征在于所述将网络划分为多个区域网络的步骤是将网络划分 为多个接入网络及核心网络。
  5. 5. 根据权利要求 1或 2所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据 报文传输方法，其特征在于所述设置路由转发信息的步骤是设置下一跳节点、 出标签、 入标签和出接口。
  6. 6. 根据权利要求 5所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文 传输方法， 其特征在于设置所述出标签、 入标签是设置多协议标签交换流量 工程隧道标签和虚拟专用网标签。
  7. 7. 根据权利要求 5所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文 传输方法，其特征在于所述交换节点是基于边缘网关协议路由反射器的节点; 且所述步骤 b包括- 交换节点接收基于边缘网关协议的路由消息；
    所述交换节点根据路由消息中承载的信息修改路由转发信息中对应路由 转发项中的内层标签和下一跳节点， 并修改基于边缘网关协议的路由消息中 的内层标签、 下一跳节点， 同时扩散所述修改后的路由消息。
  8. 8. 根据权利要求 5所述的基于多协议标签交换流量工程隧道的数据报文 传输方法， 其特征在于所述步骤 c包括：
    所述交换节点从多协议标签交换流量工程隧道中接收数据报文， 并根据 其存储的路由转发信息确定与该数据报文中承载的内层标签匹配的路由转发 信息；
    所述交换节点根据该匹配的路由转发信息修改该数据报文中的内层标签 信息， 并将该数据报文通过该匹配路由转发信息中的出接口传输至对应的多 协议标签交换流量工程隧道。
  9. 9.一种节点设备， 其特征在于包括：
    路由转发信息存储模块， 用于存储有不同多协议标签交换流量工程隧道 交换的路由转发信息；
    数据报文转发模块， 根据路由转发信息存储模块中存储的路由转发信息 在不同的多协议标签交换流量工程隧道中交换传输数据报文。
  10. 10. 根据权利要求 9所述的节点设备， 其特征在于所述节点设备还包括: 路由转发信息更新模块， 根据接收的路由消息更新路由转发信息存储模 块中存储的路由转发信息， 并相应更新路由消息中的信息， 同时将更新的路 由消息扩散传输。
    π
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