CN102970224A - 一种兼容atm体制并基于ip交换网络实现mpls报文转发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，该方法由控制单元、IP交换单元和接口单元三个模块组成，其特征在于：采用生成标签表，进行标签分发，划分FEC，创建LSP，加快了交换的速度；采用IP分组转发，经过入边界处理、中间节点处理和出边界处理，实现MPLS数据转发。本发明的有益技术效果是；1）在对上层控制单元进行少量修改的基础上，实现在不支持MPLS转发的IP交换网络芯片上实现MPLS数据转发；2）采用生成标签表和IP分组转发，大幅度提高了IP交换网络的交换效率，降低开发成本；3）该成果可扩展性较强，可以推广使用于控制交换板和接口板的MPLS报文处理系统。
Description
所属技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种MPLS报文兼容ATM体制并基于IP交换网络的转发方法。
背景技术
MPLS（MultiProtocol Label Switching）技术的全称是多协议标签交换技术，在通常的技术实现方案中，MPLS报文转发都是基于支持MPLS转发的交换芯片，不支持MPLS转发的交换芯片中是不允许在链路层与网络层之间进行MPLS封装，造成在支持MPLS转发的交换芯片上不能进行MPLS转发，降低了MPLS交换网络的利用率，增加了MPLS交换网络的开发成本。
发明内容
本发明提出了一种兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，该方法由控制单元、IP交换单元和接口单元三个模块组成；采用生成标签表，进行标签分发，划分FEC，创建LSP，加快了交换的速度；采用IP分组转发，经过入边界处理、中间节点处理和出边界处理，实现MPLS数据转发。该方法在对上层控制单元的进行少量修改基础上，就可以在不支持MPLS转发的IP交换网络芯片上实现MPLS报文转发，这样可以充分提高交换网络的使用率和降低成本。
三个模块组成包括：控制单元、IP交换单元和接口单元，控制单元负责下发MPLS转发所需要的各种信息表到交换网络驱动模块和接口板，如数据引导表和标签转发表；交换网络利用内部虚拟MAC地址将控制单元与接口板有机联系起来，进行二/三层转发和流量整形；接口板在入边界将IP数据引导到LSP上，并将IP数据AAL5适配为信元；在中间节点进行标签替换；在出边界进行AAL5反适配将信元还原为IP报文。通过这种方法最大限度地兼顾原有的各种技术，在上层控制层少量修改的情况下，入边界处有效地利用虚拟MAC地址信息将控制单元和接口板联系起来，在中间节点利用内部虚拟MAC地址实现二层转发，这样就可以在不支持MPLS交换芯片上实现MPLS报文转发，提高了交换芯片的使用率。
标签表生成包括：建立MPLS域上各节点之间的拓扑路由。其方式与常规路由网的自治系统相同。在域内运行单播路由协议，使域内各节点都具有全域的拓扑结构信息；在域间主要运行BGP协议，对邻域和主干核心网络提供和获取可达信息；运行标签分发协议LDP，使MPLS域内节点间建立邻接关系，划分转发等价类（FEC），创建标签交换路径（LSP），沿LSP对FEC分配标签，在各设备上生成标签路由表。
控制单元按照原来的运行方式进行标签分发，划分FEC，创建LSP；当控制单元的LSP建立成功后，在入边界处通知交换单元的驱动模块建立优先级规则列表，并配置交换芯片，以便交换芯片正常工作。
在中间节点和出边界处，由控制层通知建立交换单元的驱动模块建立标签转发表。同时，控制单元也会向接口板下发转发所需的信息，在入边界处下发数据引导表到接口板上，在中间节点和出边界将标签转发表下发到接口板上，至此生成了各个标签表。
IP分组转发包括：在MPLS域上传送IP报文，IP报文进入MPLS域的边缘节点，入边界读出IP报文，加上标记，成为标记分组，向指定的端口输出；在MPLS域内的下一跳LSR，从输入端口接收到标记分组以标记作为键值，查找标签转发表，取出新标记，将标记分组用新标记替代旧标记，新的标记分组由指定的输出端口发送给下一跳；当MPLS域的出边界接收到数据后，如果出标记是空标记，则去掉该标记，然后读出IP分组的组头，按最终目的地址将IP分组从指定的端口输出。具体转发过程如下：
入边界处理：当MPLS报文进入以太网交换设备进行转发的时候，首先，以IP报文的源IP地址和目的IP地址为键值，查找已经建立好的优先级规则列表，如果查找成功，表明是MPLS数据，将该数据放入优先级高的队列中，同时查找三层转发表完成三层转发，找到相应的出接口，将数据封装为以太网帧发送到目的接口所在接口板，其中，源MAC地址为出接口在交换网络对应的三层虚拟接口MAC地址（将等价类索引存放到目的MAC地址中指定字节中），目的MAC地址为接口板的MAC地址。接口板接收到数据后，去掉以太网帧头部，提取源MAC地址，根据源MAC地址的指定字节中获取转发等价类的索引，根据索引值在单元板上建立的数据引导表中查找，如果能够找到，将数据进行AAL5适配为信元，信元中的VPI/VCI为查找出来的VPI和VCI，从出接口发送信元到对端设备。
中间节点处理：当中间节点接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果存在则为标签转发数据，将原来的标签替换为出VPI/VCI，然后封装成以太帧，将报文发送到交换网络上。交换网络完成流量整形等工作后，查找二层转发表将数据发送给接口板；接口板接收到数据之后，提取出接口信息，将数据从出接口发送到对端。
出边界处理：当出边界设备接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果找到并且出标签是空标签，完成AAL5反适配，将信元还原为IP报文，封装成以太网帧上送到交换网络。交换网络接收到数据后，通过三层转发表转发到其他接口。
本发明方法的完整步骤如下：1）运行标签分发协议LDP，使MPLS域内节点间建立邻接关系，2）划分FEC，3）创建LSP，4）进行标签分发形成标签路由表，5）入边界处理，6）中间节点处理，7）出节点处理，8）完成MPLS数据转发。
本发明的有益技术效果是：1）在对上层控制单元进行少量修改的基础上，实现在不支持MPLS转发的IP交换网络芯片上实现MPLS数据转发；2）采用生成标签表和IP分组转发，大幅度提高了IP交换网络的交换效率，降低开发成本；3）该成果可扩展性较强，可以推广使用于控制交换板和接口板的MPLS报文处理系统。
附图说明
图1 本发明的结构图。
图2 交换网络优先级规则列表。
图3 接口板数据引导表。
图4 接口板标签转发表。
图5 入节点处理流程图。
图6 中间节点及出节点处理流程图。
具体实施方式
针对背景技术中现有技术存在的问题，本发明提供一种兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，在对上层控制单元的进行少量修改基础上，就可以在不支持MPLS转发的IP交换网络芯片上实现MPLS报文转发。
在常规路由器网中，一个IP分组是沿路由器逐跳传送的。每一个路由器都要独立读出IP分组组头，分析IP包的目的地址，运行路由算法，选择下一跳路由器。而IP分组组头所包含的信息远多于简单选择下一跳所需的信息。在MPLS网络中，只需要在边缘交换路由器进行一次IP分析，进行分类并封装上标记，核心交换机只根据标记进行交换，不再对IP包进行分析，从而大大加快了交换的速度。
一种兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法的流程可以概括如下：1）运行标签分发协议LDP，使MPLS域内节点间建立邻接关系，2）划分FEC，3）创建LSP，4）进行标签分发形成标签路由表，5）入边界处理，6）中间节点处理，7）出节点处理，8）完成MPLS数据转发。
该方法由控制单元、IP交换单元和接口板组成，结构图如图1所示。控制单元负责下发MPLS转发所需要的各种信息表到交换网络驱动模块和接口板，如数据引导表和标签转发表；交换网络利用内部虚拟MAC地址将控制单元与接口板有机联系起来，进行二/三层转发和流量整形；接口板在入边界将IP数据引导到LSP上，并将IP数据AAL5适配为信元；在中间节点进行标签替换；在出边界进行AAL5反适配将信元还原为IP报文。通过这种方法最大限度地兼顾原有的各种技术，在上层控制层少量修改的情况下，入边界处有效地利用虚拟MAC地址信息将控制单元和接口板联系起来，在中间节点利用内部虚拟MAC地址实现二层转发，这样就可以在不支持MPLS交换芯片上实现MPLS报文转发，提高了交换芯片的使用率。
实现该方法也分为标签表生成和IP分组转发执行两个阶段，控制单元按照原来的运行方式进行标签分发，划分FEC，创建LSP；当控制单元的LSP建立成功后，在入边界处通知交换单元的驱动模块建立优先级规则列表(如图2所示)，并配置交换芯片，以便交换芯片正常工作。建立的优先级规则列表项如下。
| 等价类索引 | 源IP | 目的IP |
| 1 | 10.0.0.1 | 11.0.0.1 |
| 2 | 12.0.0.1 | 13.0.0.1 |
| 3 | 14.0.0.1 | 15.0.0.1 |
| 4 | 16.0.0.1 | 17.0.0.1 |
| 5 | 18.0.0.1 | 19.0.0.1 |
| 6 | 20.0.0.1 | 21.0.0.1 |
| 。。。 | 。。。 | 。。。 |
在中间节点和出边界处，由控制层通知建立交换单元的驱动模块建立标签转发表（图4）。同时，控制单元也会向接口板下发转发所需的信息，在入边界处下发数据引导表(图3)到接口板上，在中间节点和出边界将标签转发表（图4）下发到接口板上。当各个表项建立成功后，就能够进行MPLS数据转发，具体转发过程如下。
步骤1：入边界处理：当MPLS报文进入以太网交换设备进行转发的时候，首先，以IP报文的源IP地址和目的IP地址为键值，查找已经建立好的优先级规则列表，如果查找成功，表明是MPLS数据，将该数据放入优先级高的队列中，同时查找三层转发表完成三层转发，找到相应的出接口，将数据封装为以太网帧发送到目的接口所在接口板，其中，源MAC地址为出接口在交换网络对应的三层虚拟接口MAC地址（将等价类索引存放到目的MAC地址中指定字节中），目的MAC地址为接口板的MAC地址。接口板接收到数据后，去掉以太网帧头部，提取源MAC地址，根据源MAC地址的指定字节中获取转发等价类的索引，根据索引值在单元板上建立的数据引导表中查找，如果能够找到，将数据进行AAL5适配为信元，信元中的VPI/VCI为查找出来的VPI和VCI，从出接口发送信元到对端设备。
步骤2：中间节点处理：当中间节点接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果存在则为标签转发数据，将原来的标签替换为出VPI/VCI，然后封装成以太帧，将报文发送到交换网络上。交换网络完成流量整形等工作后，查找二层转发表将数据发送给接口板；接口板接收到数据之后，提取出接口信息，将数据从出接口发送到对端。
步骤3：出边界处理：当出边界设备接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果找到并且出标签是空标签，完成AAL5反适配，将信元还原为IP报文，封装成以太网帧上送到交换网络。交换网络接收到数据后，通过三层转发表转发到其他接口。
Claims (4)
1.一种兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，该方法由控制单元、IP交换单元和接口单元三个模块组成，其特征在于：采用划分FEC，创建LSP，进行标签分发形成标签路由表，加快了交换的速度；采用IP分组转发，经过入边界处理、中间节点处理和出边界处理，实现MPLS数据转发；该方法步骤如下：1）运行标签分发协议LDP，使MPLS域内节点间建立邻接关系，2）划分FEC，3）创建LSP，4）进行标签分发形成标签路由表，5）入边界处理，6）中间节点处理，7）出节点处理，8）完成MPLS数据转发。
2.根据权利要求1所述的兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，其特征在于：由控制单元、IP交换单元和接口单元三个模块构成；
控制单元负责下发MPLS转发所需要的各种信息表到交换网络驱动模块和接口板，如数据引导表和标签转发表；交换网络利用内部虚拟MAC地址将控制单元与接口板有机联系起来，进行二/三层转发和流量整形；接口板在入边界将IP数据引导到LSP上，并将IP数据AAL5适配为信元；在中间节点进行标签替换；在出边界进行AAL5反适配将信元还原为IP报文；
通过这种方法最大限度地兼顾原有的各种技术，在上层控制层少量修改的情况下，入边界处有效地利用虚拟MAC地址信息将控制单元和接口板联系起来，在中间节点利用内部虚拟MAC地址实现二层转发，这样就可以在不支持MPLS交换芯片上实现MPLS报文转发，提高了交换芯片的使用率；
采用标签表生成；
采用IP分组转发。
3.根据权利要求2所述的兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，其特征在于：采用标签表生成包括：步骤1）运行标签分发协议LDP，使MPLS域内节点间建立邻接关系，2）划分FEC，3）创建LSP，4）进行标签分发形成标签路由表。
4.根据权利要求2所述的兼容ATM体制并基于IP交换网络实现MPLS报文转发方法，其特征在于：采用IP分组转发包括：步骤5）入边界处理；步骤6）中间节点处理；步骤7）出节点处理；步骤8）完成MPLS数据转发；
入边界处理：当MPLS报文进入以太网交换设备进行转发的时候，首先，以IP报文的源IP地址和目的IP地址为键值，查找已经建立好的优先级规则列表，如果查找成功，表明是MPLS数据，将该数据放入优先级高的队列中，同时查找三层转发表完成三层转发，找到相应的出接口，将数据封装为以太网帧发送到目的接口所在接口板，其中，源MAC地址为出接口在交换网络对应的三层虚拟接口MAC地址（将等价类索引存放到目的MAC地址中指定字节中），目的MAC地址为接口板的MAC地址；
接口板接收到数据后，去掉以太网帧头部，提取源MAC地址，根据源MAC地址的指定字节获取转发等价类的索引，根据索引值在单元板上的数据引导表中查找，如果能够找到，将数据进行AAL5适配为信元，信元中的VPI/VCI为查找出来的VPI和VCI，从出接口发送信元到对端设备；
中间节点处理：当中间节点接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果存在则为标签转发数据，将原来的标签替换为出VPI/VCI，然后封装成以太帧，将报文发送到交换网络上；
交换网络完成流量整形等工作后，查找二层转发表将数据返回接口板；接口板接收到数据之后，提取出接口信息，将数据从出接口发送到对端；
出边界处理：当出边界设备接收到数据后，在接口板上以入VPI/VCI和入端口作为键值在标签转发表中查找是否存在该表项，如果找到并且出标签是空标签，完成AAL5反适配，将信元还原为IP报文，封装成以太网帧上送到交换网络；交换网络接收到数据后，通过三层转发表转发到其他接口；
完成MPLS数据转发：通过入边界处理、中间节点处理及出边界处理，完成了兼容ATM体制并基于IP交换网络的MPLS报文转发。
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