CN101945034B - 一种身份标识与位置分离协议数据转发系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种身份标识与位置分离协议(LISP)数据转发系统，包括IP骨干网络以及一个以上隧道路由器，关键在于，该系统还包括LISP叠加层，用于存储终端标识(EID)与路由位置(RLOC)的映射关系；所述LISP叠加层中包含至少一台分布式哈希表(DHT)服务器；所述隧道路由器，与DHT服务器相连，用于向DHT服务器发送映射请求或映射注册，并接收DHT服务器的映射响应。本发明还同时公开了一种LISP数据转发方法，采用本发明能简单、方便地实现EID到RLOC的映射，进而灵活地完成LISP数据的转发。
Description
技术领域
本发明涉及数据转发技术，特别是涉及一种基于分布式哈希表映射库的身份标识与位置分离协议数据转发系统及方法。
背景技术
随着科学技术的发展，信息已成为当今推动社会向前发展的巨大动力，信息网络在各国经济与社会发展中起着决定性作用。但是，现有网络面对日益增长的业务需求和技术创新时，越来越凸显出网络在路由和地址结构方面的规模扩展性问题，例如：随着网络用户的不断增加、以及新网络技术的发展，会导致无缺省路由区域(DFZ)中的路由表规模不断增大，大大超越了现有路由器转发信息表能够提高的速度。这里，所说新网络技术包括但不限于多穴技术、流量工程、策略路由、VPN技术等等。
针对这一问题，业界提出了一种新的协议--身份标识与位置分离协议(LISP，Locator Identify Separation Protocol)，LISP将互联网IP地址分为终端标识(EID，Endpoint Identifiers)和路由位置(RLOC，Routing Locator)两部分。其中，终端标识用于标识一台主机设备，而路由位置用于路由寻址和数据报文的转发。LISP是一种映射封装(map-encapsulation)的方案，采用一种“IP-IN-IP”的方式进行报文封装。具体就是：在普通IP报文的外面再封装一层IP报文头部，其中，内层IP报文头部的源IP地址和目的IP地址字段分别用源EID和目的EID表示，外层IP报文头部的源IP地址和目的IP地址分别用源RLOC和目的RLOC表示，这样，报文在网络传输过程中，只需要根据外层IP报文头部的目的RLOC进行路由寻址和转发即可，内层IP报文头部在传输过程中保持不变。
图1为LISP数据转发流程的实现原理示意图，如图1所示，传输LISP数据的IP网络中包括：IP骨干网络以及若干隧道路由器(TR，Tunnel Router)，IP骨干网中包含若干IP服务器，隧道路由器与IP服务器相连。隧道路由器分为两类：作为通信发起方的入口隧道路由器称为ITR(Ingress Tunnel Router)，作为通信接收方的出口隧道路由器称为ETR(Egress Tunnel Router)。图1左侧的终端为ITR隧道路由器边界内的主机，其IP地址为EID1，EID1对应的RLOC为RLOC1；图1右侧的终端为ETR隧道路由器边界内的主机，其IP地址为EID2，EID2对应的RLOC为RLOC2。
ITR隧道路由器边界内的主机发起通信时，源地址、目标地址均是终端主机的IP地址(EID)，这里源地址是EID1、目标地址是EID2，如报文10所示；ITR收到消息时查询得到目标EID所对应的ETR隧道路由器的RLOC地址，并将原始报文封装在隧道报文之中，隧道报文头部的源地址、目标地址是ITR、ETR的RLOC，如报文20所示；在报文到达ETR后，ETR剥离外层的隧道报文头，此时，源地址、目标地址均是终端主机的EID，如报文30所示，ETR在本路由器边界内转发是根据目的EID转发报文至目的主机。
目前，对于LISP的控制平面流程，即：EID到RLOC的映射建立方案有很多种，如：美国UCLA大学的张丽霞教授等人提出的应用传输映射服务器(APT，A Practical Transit mapping service)解决方案、思科的Dino Farinacci等人提出的身份标识与位置分离协议替代拓扑(LISP+ALT，Locator IdentifySeparation Protocol Alternative Topology)方案。其中，APT解决方案提出一种集中式的存储系统，要求在应用服务器(AS)域中一台解析器存储所有的EID到RLOC的映射关系。该方案在EID到RLOC的映射关系很少时，效率比较高，但是，当映射关系比较多或者主机移动时，解析器的压力会非常大，存储效率会随着映射关系的增大而急剧下降。LISP+ALT方案提出了一种分布式的叠加层，EID前缀在叠加层以广播的形式传播，该方案的不足之处在于：该方案要求EID必须以一种便于聚合的层次化方式分配，但在主机移动时，无法保证区域内的EID便于聚合，因此该方案无法解决主机移动性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种身份标识与位置分离协议数据转发系统及方法，能简单、方便地实现EID到RLOC的映射，进而灵活地完成LISP数据的转发。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种LISP数据转发系统，包括IP骨干网络以及一个以上隧道路由器，该系统还包括LISP叠加层，用于存储EID与RLOC的映射关系；
所述LISP叠加层中包含至少一台DHT服务器；
所述隧道路由器，用于向DHT服务器发送映射请求或映射注册消息，并接收DHT服务器的映射响应。
上述方案中，所述隧道路由器为入口隧道路由器(ITR)、和/或出口隧道路由器(ETR)。所述LISP叠加层中所有DHT服务器构成存储EID与RLOC映射关系的分布式映射数据库。
上述方案中，所述映射请求中携带有目的EID；所述映射响应中携带有目的EID及其对应的目的RLOC；所述映射注册消息中携带有当前注册的EID及其对应的RLOC。
本发明还提供了一种LISP数据转发方法，设置LISP叠加层，该方法包括：
源主机向ITR发送携带有自身EID和目的主机EID的IP报文；
ITR确定本地未保存目的主机EID对应的RLOC时，向LISP叠加层发送请求，并从LISP叠加层获取目的主机EID对应的RLOC；
ITR用获得的目的主机RLOC封装所述IP报文，根据封装后的IP报文头转发所述IP报文至目的主机。
其中，ITR获得目的主机EID对应的RLOC后，该方法进一步包括：ITR缓存目的主机EID及其对应的RLOC。
上述方案中，所述LISP叠加层包含至少一台DHT服务器；所述从LISP叠加层获取目的主机EID对应的RLOC具体为：
DHT服务器收到请求后，通过DHT哈希算法在LISP叠加层中查找目的主机EID对应的RLOC；查找到后，将目的主机EID对应的RLOC通过映射响应返回发起请求的ITR。
上述方案中，所述封装为：将获得的RLOC作为所述IP报文的外层IP报文头进行封装；所述转发IP报文至目的主机具体为：ITR将封装后的IP报文，根据外层IP报文头中的目的RLOC进行路由和转发；所述IP报文到达ETR后，在ETR上进行解封装，剥掉外层的IP报文头，保留内层的IP报文头；ETR根据保留的IP报文头，将所述IP报文转发到目的主机。
上述方案中，源主机发送IP报文之前，该方法进一步包括：ETR有新的EID时，ETR向LISP叠加层中的DHT服务器发送携带有新EID及其对应RLOC的EID注册消息；DHT服务器收到所述注册消息后，通过DHT哈希算法将EID和RLOC的映射关系存储到LISP叠加层中。
本发明所提供的身份标识与位置分离协议数据转发系统及方法，在原有IP网络架构之上增加了LISP叠加层(overlay)，由该LISP叠加层负责存储EID和RLOC的对应关系，并接受ITR的查询请求，实时将EID映射成对应的RLOC地址，返回查找到的RLOC。如此，可将数据的转发平面和控制平面分离，原有的IP网络作为转发平面，完成数据报文的封装和转发；而新增的LISP叠加层作为LISP数据的控制平面，专用于分布式映射数据库的建立，并完成EID信息的注册、查询和更新。这样，可使控制平面和数据转发平面的功能更清晰，数据传输更简单、方便、易于实现。
本发明新增的LISP叠加层中，利用成熟的分布式哈希表(DHT，DistributedHash Table)技术构建分布式映射数据库，每次根据EID查询对应的RLOC时，采用DHT哈希算法在分布式映射数据库中查找EID对应的RLOC，查找效率更高，实现更灵活、快捷，且安全可靠。
附图说明
图1为LISP数据转发流程的实现原理示意图；
图2为本发明具有叠加层的双平面网络结构示意图；
图3为本发明基于DHT哈希算法完成映射的实现原理示意图；
图4为本发明LISP数据转发方法的实现流程示意图；
图5为本发明LISP数据转发方法一具体实施例的实现流程示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：在原有IP网络架构之上增加LISP叠加层，由该LISP叠加层负责存储EID和RLOC的对应关系，接受ITR的查询请求，并响应请求的EID对应的RLOC信息。
进一步的，LISP叠加层可接受ETR的注册消息，并以DHT哈希方式存储EID和RLOC的映射关系。
本发明LISP数据转发系统如图2所示，除了包括IP骨干网络以及若干隧道路由器以外，关键在于，还设置有LISP叠加层，LISP叠加层中部署有一台或多台支持DHT哈希算法的服务器，可简称为DHT服务器(Server)；DHT服务器中分别存储有EID与RLOC的映射关系，若干台DHT服务器依次连接，构成网状的分布式映射数据库。ITR或ETR分别与LISP叠加层中的一台DHT服务器相连，通过所连接的DHT服务器接入LISP叠加层；其中，所述连接为物理连接或逻辑连接。
当ITR需要查询EID对应的RLOC时，ITR可向DHT服务器发起映射请求MapRequest，将所要查询的目的EID发送给DHT服务器，所述映射请求中携带有目的EID；DHT服务器收到后，通过DHT哈希算法在分布式映射数据库中查找目的EID对应的RLOC；之后，再通过映射响应MapReply将查询到的RLOC返回给ITR，所述映射响应中携带有目的EID及其对应的RLOC。
另外，ETR可预先通过映射注册，将自身的EID与RLOC之间的映射关系发送给DHT服务器进行存储，此时，映射注册消息MapRegister中携带有当前注册的EID及其对应的RLOC。
需要说明的是：对于任意TR，既可以是ITR，也可以是ETR。
从图2所示结构可以看出，本发明将LISP数据的控制平面与转发平面分离，转发平面负责LISP数据报文的转发，具体转发流程和原理与图1所示流程基本相同，唯一不同的是：根据目的EID获取目的RLOC的过程；控制平面用于建立分布式映射数据库，完成EID和ROLC对应关系的存储，EID信息的注册、查询和更新等操作的接收和处理。
具体的，图2所示叠加层实现基于DHT的分布式映射数据库构建，保存EID与ROLC的映射关系的实现原理如图3所示，叠加层中部署有若干台支持DHT哈希算法的DHT服务器，这些DHT服务器构成一个分布式映射数据库，用于保存EID-to-RLOC的映射关系。
基于图2、图3所示的系统架构，本发明LISP数据转发方法的实现流程如图4所示，包括以下步骤：
步骤401：源主机向ITR发送携带有自身EID和目的主机EID的普通IP报文；
这里，源主机的EID为EID1，目的主机的EID为EID2；所述源主机是ITR隧道路由器边界内的终端。
步骤402：ITR收到源主机发来的报文后，判断本地是否保存有目的主机EID对应的RLOC，如果保存有，则直接执行步骤406；否则，执行步骤403。
步骤403：ITR向对应的DHT服务器发送映射请求，请求获取目的主机EID对应的RLOC；
这里，所述ITR对应的DHT服务器是指该ITR物理连接或逻辑连接的DHT服务器，也可称为ITR默认的DHT服务器；所述请求中携带有目的主机EID。
步骤404：DHT服务器收到映射请求后，通过DHT哈希算法在LISP叠加层中查找目的主机EID对应的RLOC；查找到后，将目的主机EID对应的RLOC信息返回发起请求的ITR；
具体的，收到请求的DHT服务器，根据DHT哈希算法确定保存目的主机EID和RLOC映射关系的DHT服务器，由所确定的DHT服务器向ITR返回目的主机EID对应的RLOC信息。
所述返回是DHT服务器通过映射响应消息将目的主机EID对应的RLOC发送给发起请求的ITR。
步骤405：ITR收到返回的RLOC后，缓存目的主机EID与RLOC之间的映射关系，以便之后再需要查找该EID对应的RLOC时，可从本地直接获取。
步骤406：将获得的目的主机RLOC作为IP报文头，封装LISP数据报文，之后根据封装后的IP报文头，即根据目的主机RLOC，转发ITR发送的普通IP报文至目的主机。
图5为本发明LISP数据转发方法一具体实施例的实现流程示意图，本实施例中，主机1(Host1)为通信发起方，位于ITR隧道路由器的边界内；主机2(Host2)为通信接收方，即目的主机，位于ETR隧道路由器的边界内。本实施例中，主机1的EID为EID1，其对应的RLOC为RLOC1；主机2的EID为EID2，其对应的RLOC为RLOC2。
如图5所示，本实施例中的LISP数据转发方法包括以下步骤：
步骤503：主机1发起与主机2的通信，发送一个普通的IP报文，IP报文的目的IP地址为主机2的EID地址EID2，源IP地址为主机1的EID地址EID1；
这里，主机1所发送的普通IP报文可以是IPv4报文，也可以是IPv6报文。
步骤504：ITR接收到该IP报文后，在本地缓存(Cache)中查找EID2对应的RLOC，如果查找到，则说明该IP报文不是初始报文，则直接进入步骤508；否则，进入步骤505。
步骤505：ITR封装LISP的映射请求报文MapRequest，并向LISP叠加层中对应的DHT服务器发送该映射请求报文，请求EID2的RLOC地址；
这里，ITR对应的DHT服务器是其默认的DHT服务器；MapRequest报文中携带有EID2。
步骤506：LISP叠加层中的相应DHT服务器收到LISP的MapRequest报文后，通过DHT哈希算法在分布式映射数据库中查找EID2对应的RLOC信息，得到RLOC2，之后，封装LISP的映射响应报文MapReply，MapReply中携带有EID2和RLOC2。
步骤507：ITR收到LISP的MapReply报文后，将EID2与RLOC2的映射关系缓存到本地Cache中，以便以后需要查询EID2对应的RLOC时，可直接在本地查找到。
步骤508：ITR根据收到的RLOC2封装LISP数据报文；
这里，所述封装就是：在原有IP报文头外面再封装一层IP报文头，外层IP报文头部中的目的IP地址为ETR的RLOC地址RLOC2，源IP地址为ITR的RLOC地址RLOC1；此时，内层IP报文头部中的目的IP地址为EID2，源IP地址为EID1。
步骤509：ITR将封装后的LISP数据报文，根据外层IP报文头中的目的RLOC进行路由和转发。
步骤510：该LISP数据报文到达ETR后，在ETR上进行解封装，剥掉外层的IP报文头，保留内层的IP报文头。
步骤511：ETR在自身边界内根据保留的IP报文头，即根据目的EID进行路由，将该LISP数据报文转发到目的主机2。
在发送IP报文之前，如果ETR有新的EID，本实施例还可以进一步包括：
步骤501：当ETR上有新的EID前缀时，ETR向LISP叠加层中对应的DHT服务器发送EID注册消息MapRegister，注册消息中携带有新的EID及其对应的RLOC；
这里，所述ETR对应的DHT服务器是指该ETR物理连接或逻辑连接的DHT服务器，也可称为ETR默认的DHT服务器。
本实施例中，假设新的EID为EID2，其对应的RLOC为RLOC2，那么，注册消息中就携带有EID2和RLOC2。
步骤502：DHT服务器收到该注册消息后，通过DHT哈希算法，将EID和RLOC的映射关系存储到LISP叠加层中；
具体的，收到注册消息的DHT服务器，根据DHT哈希算法确定当前新EID将存储的DHT服务器，然后由ETR默认的DHT服务器发送DHT消息到待存储该映射关系的DHT服务器，DHT消息中携带有新EID和RLOC的值，在待存储映射关系的DHT服务器收到DHT消息后，提取出DHT消息中的EID和RLOC值，并存储在本地。
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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种身份标识与位置分离协议LISP数据转发系统，包括IP骨干网络以及一个以上隧道路由器，其特征在于，该系统在所述IP骨干网络以及一个以上隧道路由器的架构之上增加LISP叠加层，用于存储终端标识EID与路由位置RLOC的映射关系；
所述LISP叠加层中包含至少一台分布式哈希表DHT服务器；
所述隧道路由器，用于向DHT服务器发送映射请求或映射注册消息，并接收DHT服务器的映射响应。
2.根据权利要求1所述的LISP数据转发系统，其特征在于，所述隧道路由器为入口隧道路由器ITR、和/或出口隧道路由器ETR。
3.根据权利要求1或2所述的LISP数据转发系统，其特征在于，所述LISP叠加层中所有DHT服务器构成存储EID与RLOC映射关系的分布式映射数据库。
4.根据权利要求1或2所述的LISP数据转发系统，其特征在于，所述映射请求中携带有目的EID；
所述映射响应中携带有目的EID及其对应的目的RLOC；
所述映射注册消息中携带有当前注册的EID及其对应的RLOC。
5.一种LISP数据转发方法，其特征在于，在IP骨干网络以及一个以上隧道路由器的架构之上增加LISP叠加层，该方法还包括：
源主机向ITR发送携带有自身EID和目的主机EID的IP报文；
ITR确定本地未保存目的主机EID对应的RLOC时，向LISP叠加层发送请求，并从LISP叠加层获取目的主机EID对应的RLOC；
ITR用获得的目的主机RLOC封装所述IP报文，根据封装后的IP报文头转发所述IP报文至目的主机。
6.根据权利要求5所述的LISP数据转发方法，其特征在于，ITR获得目的主机EID对应的RLOC后，该方法进一步包括：ITR缓存目的主机EID及其对应的RLOC。
7.根据权利要求5或6所述的LISP数据转发方法，其特征在于，所述LISP叠加层包含至少一台DHT服务器；所述从LISP叠加层获取目的主机EID对应的RLOC具体为：
DHT服务器收到请求后，通过DHT哈希算法在LISP叠加层中查找目的主机EID对应的RLOC；查找到后，将目的主机EID对应的RLOC通过映射响应返回发起请求的ITR。
8.根据权利要求5或6所述的LISP数据转发方法，其特征在于，所述封装为：将获得的RLOC作为所述IP报文的外层IP报文头进行封装；
所述转发IP报文至目的主机具体为：ITR将封装后的IP报文，根据外层IP报文头中的目的RLOC进行路由和转发；
所述IP报文到达ETR后，在ETR上进行解封装，剥掉外层的IP报文头，保留内层的IP报文头；
ETR根据保留的IP报文头，将所述IP报文转发到目的主机。
9.根据权利要求7所述的LISP数据转发方法，其特征在于，源主机发送IP报文之前，该方法进一步包括：
ETR有新的EID时，ETR向LISP叠加层中的DHT服务器发送携带有新EID及其对应RLOC的EID注册消息；
DHT服务器收到所述注册消息后，通过DHT哈希算法将EID和RLOC的映射关系存储到LISP叠加层中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200722 Address after: 215500 No.13, Caotang Road, Changshu, Suzhou, Jiangsu Province Patentee after: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. Address before: 510000 unit 2414-2416, building, No. five, No. 371, Tianhe District, Guangdong, China Patentee before: GUANGDONG GAOHANG INTELLECTUAL PROPERTY OPERATION Co.,Ltd. Effective date of registration: 20200722 Address after: 510000 unit 2414-2416, building, No. five, No. 371, Tianhe District, Guangdong, China Patentee after: GUANGDONG GAOHANG INTELLECTUAL PROPERTY OPERATION Co.,Ltd. Address before: 518057 Nanshan District Guangdong high tech Industrial Park, South Road, science and technology, ZTE building, Ministry of Justice Patentee before: ZTE Corp. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 215500 5th floor, building 4, 68 Lianfeng Road, Changfu street, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. Address before: No.13 caodang Road, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |