CN101355487B

CN101355487B - 一种标签分发方法及装置

Info

Publication number: CN101355487B
Application number: CN2007101194080A
Authority: CN
Inventors: 葛澍; 戴忠; 孙金霞; 尤梦
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: CN101355487A

Abstract

本发明公开了一种标签分发方法，该方法包括：在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。本发明同时公开一种标签处理方法、标签分发装置和标签处理装置。采用本发明无需启用LDP等动态标签分发协议，即可实现标签的分发。

Description

一种标签分发方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机及通信技术领域，尤其涉及一种标签分发方法及装置。

背景技术

多协议标记交换(MPLS)技术是结合二层交换和三层路由的L2/L3集成数据传输技术，它不仅支持网络层的多种协议，还可以兼容第二层上的多种链路层技术。采用MPLS技术的IP路由器以及ATM、FR交换机统称为标记交换路由器(LSR)，使用LSR的网络相对简化了网络层复杂度，兼容现有的主流网络技术，降低了网络升级的成本。

MPLS网络中，在入口LSR处数据包按照不同转发要求划分成不同转发等价类(FEC)，并将每个特定FEC映射到下一跳，即进入网络的每一特定分组都被指定到某个特定的FEC中。每一特定FEC都被编码为一个短而定长的值，称为标记，标记加在分组前成为标记分组，再转发到下一跳。在后续的每一跳上，不再需要分析分组头，而是用标记作为指针，指向下一跳的输出端口和一个新的标记，标记分组用新标记替代旧标记后经指定的输出端口转发。在出口LSR上，去除标记使用IP路由机制将分组向目的地转发。

MPLS网络中，相同FEC的业务流在LSP(Label switch Path，标记交换路径)上交换。一般来说，由下游节点向上游节点分发标记，连成一串的标记和路由器序列就构成了LSP。LSP条目中记录路由交换和标记交换一些信息，包括：出标签、入标签、出接口等。

目前，MPLS技术越来越广泛地用于提供虚拟专用网(Virtual PrivateNetwork，VPN)服务，实现负载均衡的网络流量工程。基于MPLS技术的虚拟专用网需要针对跨域虚拟专用网组网提供解决方案。现有的BGP/MPLS VPN (Borde Gateway Protocol，边界网关协议)网络中，主要包含运营商边缘路由器(Provider Edge Router，PE)，客户边缘路由器(Custom Edge Router，CE)和运营商核心路由器(Provider Router，P)。PE上存储有VPN的虚拟路由转发表(VRF)，用来处理VPN-IPv4路由，是三层MPLS VPN的主要实现者；CE上分布用户网络路由，通过一个单独的物理/逻辑端口连接到PE；P路由器是骨干网设备，负责MPLS转发。多协议扩展BGP(MP-BGP)承载携带标记的IPv4/VPN路由，有MP-IBGP和MP-EBGP之分。

在BGP/MPLS VPN网络中，公网标签的分发使用LDP(Lable DistributionProtocol，标签分发协议)等协议。LDP是基本的MPLS信令与控制协议，它规定了各种消息格式以及操作规程，LDP与传统路由算法相结合，通过在TCP连接上传送各种消息，分配标记、发布<标记，FEC>映射，建立维护标记转发表和标记交换路径。

发明人经过分析，发现现有技术存在如下不足之处：

一、LDP的LSP条目存在N平方问题：设有N个PE路由器，M个P路由器，如果路由均匀分布，则每个P路由器的LSP条目＝N*(N-1)/M，设N＝1000，M＝10，则LSP条目＝100K，扩展性存在一定问题。同时，LSP条目过多也将导致匹配标签表的过程时间较长，消耗P路由器较多的内存及CPU资源。

二、存在出标签、入标签，因此P路由器除了标签匹配过程还有标签交换过程，浪费处理时间和内存空间。

三、启用LDP等动态标签分发协议进行检签的分发，需要协议开销，增加故障点。并且，由于LDP的收敛滞后于IGP的收敛，将增加网络收敛时间。另外，由于LDP需要与IGP互相配合，将增加系统复杂度。

发明内容

本发明实施例提供一种标签分发方法及装置，无需启用LDP等动态标签分发协议，即可实现标签的分发。

本发明实施例提供一种标签分发方法，该方法包括：

在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；

通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

较佳的，在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签包括：将每个运营商边缘路由器的环回地址映射为标签。

较佳的，将运营商边缘路由器的环回地址映射为标签时，每个运营商边缘路由器的环回地址均在12位掩码长度的网段内。

较佳的，通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器时，在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

较佳的，在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，创建一个指定类型的子类型长度值TLV，由所述子类型长度值TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

较佳的，运营商边缘路由通过所述出接口转发所述携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包。

较佳的，该方法进一步包括：

运营商边缘路由器和运营商核心路由器接收到携带有运营商边缘路由器标签的数据包时，根据所述标签确定对应的出接口，通过所述出接口转发所述携带有运营商边缘路由器标签的数据包。

基于本发明实施例提供的上述标签分发方法，本发明实施例还提供一种标签处理方法，该方法包括：

接收携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包，其中，网络中为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，该数据包中还携带有目的网络的地址信息；

根据所述标签，确定对应的出接口；

通过所述出接口转发所述携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包。

较佳的，该方法进一步包括：

接收未携带有所述标签的数据包；

根据所述目的网络的地址信息，为所述未携带有所述标签的数据包分配所述标签。

较佳的，该方法进一步包括：

从所述携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包中去除所述标签；

根据所述目的网络的地址信息，转发去除所述标签的数据包。

较佳的，所述标签由每个运营商边缘路由器的环回地址映射而成。

本发明实施例还提供一种标签分发装置，包括：

第一分配模块，用于在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；

收发模块，用于通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

较佳的，所述第一分配模块进一步包括：

映射单元，用于将每个运营商边缘路由器的环回地址映射为标签。

较佳的，所述映射单元进一步用于将每个运营商边缘路由器的环回地址限制在12位掩码长度的网段内。

较佳的，所述收发模块进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

较佳的，所述收发模块进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，创建一个指定类型的子类型长度值TLV，由所述子类型长度值TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

本发明实施例还提供一种标签处理装置，包括：

接收模块，用于接收携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包，其中，网络中为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，该数据包中还携带有目的网络的地址信息；

确定模块，用于根据所述标签，确定对应的出接口；

发送模块，用于通过所述出接口转发所述携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包。

较佳的，所述接收模块进一步用于接收未携带有所述标签的数据包；

第二分配模块，用于根据所述目的网络的地址信息，为所述未携带有所述标签的数据包分配所述标签。

较佳的，所述装置进一步包括：

去除模块，用于从所述携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包中去除所述标签；

所述发送模块进一步用于根据所述目的网络的地址信息，转发去除所述标签的数据包。

本发明实施例中，在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签时，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，每个LSP条目中只需保存为对应的运营商边缘路由器分配的一个标签，通过该一个标签即可完成路由交换，扩展性较好；路由交换过程中无需进行标签的交换，可以缩短处理时间，节省内存空间；并且，只需通过内部网关协议，就能够将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系，通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器，而无需启用LDP等动态标签分发协议，可以节省协议开销，避免增加故障点，降低处理复杂度；另外，可以在完成路由收敛的同时，完成标签的收敛，大大节省了网络的收敛时间。

附图说明

图1为本发明实施例中标签的分发流程图；

图2为本发明实施例中标签的处理流程图；

图3a、图3b为本发明实施例中标签分发装置的结构示意图；

图4a、图4b、图4c为本发明实施例中标签处理装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例方法进行详细说明。

本发明实施例中，一种标签的分发流程如图1所示，包括：

步骤10、在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同。

步骤11、通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

在步骤10中，为每个运营商边缘路由器分配标签时，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同是基于如下考虑：

由于在BGP/MPLS VPN网络中，建立公网LSP的目的是为了将数据包转发到目的PE，而PE的接口地址、P路由器的接口或环回地址无需映射成标签，因此本发明实施例中，考虑将网络中所有的PE进行统一编号，保证编号不重复，用该编号作为PE的公网标签来唯一标识一个PE，使公网标签从原有的对应于一个路由器的局部有效变成对应于整个网络的全局有效，这样与现有技术在每个LSP条目中保存出标签、入标签不同，只需在每个LSP条目中保存为对应的运营商边缘路由器分配的一个标签，通过该一个标签即可完成路由交换，N个PE只有N个全局标签，不存在N平方问题，系统扩展性较好；而且，在路由交换过程中也无需进行标签的交换，可以缩短处理时间，节省内存空间。

在一个实施例中，在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签可以包括：将每个运营商边缘路由器的环回地址映射为标签。

用PE的环回地址作为标识PE的全局标签时，PE的环回地址不能重复。为了确保环回地址的唯一性，宜采用公有IP地址，当然也可以采用不重复的私有IP地址。映射时IP地址长度为32比特，MPLS标签头总长32比特，其中标签值长度为20比特。

为了保证不同PE分配的标签不重复，一个实施例中，可以在将运营商边缘路由器的环回地址映射为标签时，将每个运营商边缘路由器的环回地址限制在12位掩码长度的网段内。这样，由于每个运营商边缘路由器的环回地址互不相同，在前12位相同的情况下，后20位必然互不相同，因此，可以直接将PE环回地址的后20比特作为PE标签，以保证标签在全网内的唯一性。

由于20比特长的标签值可容纳1百万个标签，远远大于一个VPN网络中的PE数量，而一般运营商一个AS域内的L3VPN网络中PE个数约为1000，因此，采用PE的公网标签来唯一标识一个PE的方式，可以大大提升系统的扩展性能。

另一个实施例中，PE的环回地址也可以不限制在12位掩码的网段内，此时为了确保标签的唯一性，在将环回地址映射成标签时，需要设计一些算法，例如比较流行的哈希算法，以保证映射结果唯一。

当然，为每个运营商边缘路由器分配标签时，也可以采取其他的标签分配方法，例如手工静态配置，只要保证为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，标签在VPN网络内全局唯一即可。此时，分配到标签的PE路由器需要记录标签与环回地址的一一对应关系。

在PE路由器的标签分配完成后，执行步骤11，通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。由于标签与环回地址的对应关系通过IGP协议扩散到P路由器及其它PE路由器，这样P及PE路由器就获得了所有PE的环回地址与标签的对应关系，明显的，处理时与现有技术的不同之处在于，无需启用LDP等动态标签分发协议，可以节省协议开销，避免增加故障点，降低处理复杂度；在完成路由收敛的同时，完成标签的收敛，大大节省了网络的收敛时间。

一个实施例中，为了分发PE的全局标签，可以利用扩展的IP可达性类型长度值TLV(例如类型135)来携带PE的标签与环回地址的对应关系。

RFC3784定义扩展的IP可达性TLV如下：

-类型(1字节)--135；

-长度(1字节)--值的长度，单位为字节；

-值--占4个字节的度量信息：

-1字节的控制信息，组成如下：up/down状态占1bit；子类型长度值sub-TLV存在状态占1bit及6bit的前缀长度；

-IPv4前缀占0～4字节；

-0～250字节表示可选sub-TLVs；

-1字节表示sub-TLVs的长度；

-0～249字节表示sub-TLVs的内容；每个sub-TLV的构成如下：

-1字节表示sub-type；

-1字节表示sub-TLV长度；

-0～247字节表示sub-TLV内容；

由于RFC3784没有定义任何sub-TLV，因此，本发明实施例中，可以考虑创建一个指定类型的子类型长度值sub-TLV，由该子类型长度值sub-TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系：

sub-TLV类型　　　　　长度　　　　　　　名称

10 4 前缀对应的标签

一个具体实例中，sub-TLV的内容格式如表1所示：

表1sub-TLV的内容格式

当网络中的运营商边缘路由器和运营商核心路由器接收到扩展的IP可达性类型长度值TLV时，可以先确定其中子类型长度值TLV的类型，再根据该子类型长度值TLV的类型记录各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。例如，P路由器或PE路由器在接收到如表1所示的扩展的IP可达性TLV后，判断sub-TLV类型是否等于10，如果是则将标签与环回地址的对应关系保存。

运营商边缘路由器和运营商核心路由器接收到携带有运营商边缘路由器标签的数据包后，可以根据标签确定对应的出接口，通过出接口转发携带有运营商边缘路由器标签的数据包。一个实施例中，在路由收敛后，可以进一步的在路由表中匹配到标签对应的出接口，并将标签、环回地址、出接口放入标签转发表中。标签转发表的一个具体实例如表2所示：

表2标签转发表

FEC	标签	出接口
			PE1环回地址	PE1全局标签	F0
PE2环回地址	PE2全局标签	F1
			……	……	……
PEn环回地址	PEn全局标签	Fn

[0092] 可见，对于P路由器的MPLS转发表，没有出入两个标签，只有一个唯一标识PE的全局标签，可以节省内存；只需要查找标签不需要交换标签，可以节省处理时间。N个PE只有N个全局标签，不存在N平方问题，提高了系统扩展性。

本发明实施例中，一种标签的处理流程如图2所示，包括：

步骤20、接收携带有运营商边缘路由器标签的数据包，其中，网络中任意两个运营商边缘路由器的标签不同，该数据包中还携带有目的网络的地址信息；

步骤21、根据标签，确定对应的出接口；

步骤22、通过出接口转发携带有运营商边缘路由器标签的数据包。

图2所示流程中，根据一个标签匹配出接口即可完成数据包的转发，转发时无需进行标签交换，当然，图2所示流程的标签处理需要由网络内部的运营商边缘路由器和运营商核心路由器完成，而在网络入口处，运营商边缘路由器将接收未携带有标签的数据包，此时，运营商边缘路由器将根据数据包中目的网络的地址信息，为未携带有标签的数据包分配标签，在分配时需保证网络中任意两个运营商边缘路由器的标签不同。

在网络出口处，运营商边缘路由器从携带有运营商边缘路由器标签的数据包中去除标签；并进一步根据数据包中目的网络的地址信息，转发去除标签的数据包。

当然，一种较佳的实现方式为，标签由每个运营商边缘路由器的环回地址映射而成；将运营商边缘路由器的环回地址映射为标签时，每个运营商边缘路由器的环回地址均在12位掩码长度的网段内。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种标签分发装置，如图3a所示，该装置包括：第一分配模块30、收发模块31；其中，第一分配模块30，用于在网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；收发模块31，用于通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

如图3b所示，一个实施例中，图3a所示的第一分配模块30可以包括：映射单元300，用于将每个运营商边缘路由器的环回地址映射为标签。

一个实施例中，映射单元300可以进一步用于将每个运营商边缘路由器的环回地址限制在12位掩码长度的网段内。

收发模块31可以进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

收发模块31还可以进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，创建一个指定类型的子类型长度值TLV，由该子类型长度值TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种标签处理装置，如图4a所示，该装置包括：接收模块40、确定模块41、发送模块42；其中，接收模块40，用于接收携带有运营商边缘路由器标签的数据包，其中，网络中任意两个运营商边缘路由器的标签不同，该数据包中还携带有目的网络的地址信息；确定模块41，用于根据标签，确定对应的出接口；发送模块42，用于通过出接口转发携带有运营商边缘路由器标签的数据包。

一个实施例中，接收模块40可以进一步用于接收未携带有标签的数据包；此时，如图4b所示，图4a所示的标签处理装置可以进一步包括：第二分配模块43，用于根据数据包中目的网络的地址信息，为未携带有所述标签的数据包分配标签。

如图4c所示，一个实施例中，图4a所示的标签处理装置可以进一步包括：去除模块44，用于从携带有运营商边缘路由器标签的数据包中去除标签；此时，发送模块42进一步用于根据数据包中目的网络的地址信息，转发去除标签的数据包。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种标签分发方法，其特征在于，该方法包括：

在IP网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；

通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知IP网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在IP网络中为每个运营商边缘路由器分配标签包括：将每个运营商边缘路由器的环回地址映射为标签。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将运营商边缘路由器的环回地址映射为标签时，每个运营商边缘路由器的环回地址均在12位掩码长度的网段内。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知IP网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器时，在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，创建一个指定类型的子类型长度值TLV，由所述子类型长度值TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，运营商边缘路由器和运营商核心路由器接收到扩展的IP可达性类型长度值TLV时，先确定其中子类型长度值TLV的类型，根据该子类型长度值TLV的类型记录各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

8.一种基于如权利要求1所述的标签分发方法的标签处理方法，其特征在于，该方法包括：

接收携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包，其中，IP网络中为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，该数据包中还携带有目的IP网络的地址信息；

根据所述标签，确定对应的出接口；

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

接收未携带有所述标签的数据包；

根据所述目的IP网络的地址信息，为所述未携带有所述标签的数据包分配所述标签。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

根据所述目的IP网络的地址信息，转发去除所述标签的数据包。

11.如权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，所述标签由每个运营商边缘路由器的环回地址映射而成。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将运营商边缘路由器的环回地址映射为标签时，每个运营商边缘路由器的环回地址均在12位掩码长度的网段内。

13.一种标签分发装置，其特征在于，包括：

第一分配模块，用于在IP网络中为每个运营商边缘路由器分配标签，其中，为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同；

收发模块，用于通过内部网关协议，将各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系通知IP网络中每个运营商边缘路由器和运营商核心路由器。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一分配模块进一步包括：

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述映射单元进一步用于将每个运营商边缘路由器的环回地址限制在12位掩码长度的网段内。

16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述收发模块进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述收发模块进一步用于在内部网关协议中扩展的IP可达性类型长度值TLV中，创建一个指定类型的子类型长度值TLV，由所述子类型长度值TLV携带各运营商边缘路由器的标签与环回地址的对应关系。

18.一种基于如权利要求13所述的标签分发装置的标签处理装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收携带有为运营商边缘路由器分配的标签的数据包，其中，IP网络中为任意两个运营商边缘路由器分配的标签不同，该数据包中还携带有目的IP网络的地址信息；

确定模块，用于根据所述标签，确定对应的出接口；

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述接收模块进一步用于接收未携带有所述标签的数据包；

第二分配模块，用于根据所述目的IP网络的地址信息，为所述未携带有所述标签的数据包分配所述标签。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

所述发送模块进一步用于根据所述目的IP网络的地址信息，转发去除所述标签的数据包。