CN105637807B - 转发报文的方法、控制器、转发设备和网络系统 - Google Patents

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Abstract

一种网络系统，包括至少一个控制器和多个转发设备，该转发设备组成多个虚拟网络拓扑，该控制器，用于为该多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将该全局标签与该虚拟网络拓扑的绑定关系发送给该转发设备；其中该控制器分配给该虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同；该转发设备，用于接收该绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；当该转发设备收到的报文中携带有全局标签时，该转发设备根据该全局标签查找到该全局标签对应的虚拟网络拓扑的转发表，确定通过该虚拟网络拓扑的转发表转发该报文。

Description

转发报文的方法、控制器、转发设备和网络系统
技术领域
本发明涉及一种转发报文的方法、控制器、转发设备和系统。
背景技术
最大冗余树(Maximally Redundant Trees，MRT)的原理：在基于最短路径优先(Shortest Path First，SPF)拓扑进行逐跳(hop-by-hop)转发的网络中，如图1A所示，假定某个网络中包括节点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、R等，针对某个公共的根Root节点(比如图1A中的节点H)，可以计算出两个不相交的冗余树(如图1B中的拓扑和图1C中的拓扑)，图1B中的冗余树和图1C中的冗余树都包含所有节点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、R，且具有相同的Root节点H，但是有向链路link不重合。
以节点A、B、C、D组成的网络为例，通过MRT可以计算出三个拓扑：
缺省拓扑(参考图2A)：节点A-＞节点B-＞节点C和节点A-＞节点D-＞节点C；
第一拓扑(参考图2B)：节点A-＞节点B-＞节点C-＞节点D-＞节点A；
第二拓扑(参考图2C)：节点A-＞节点D-＞节点C-＞节点B-＞节点A。
对于缺省拓扑中的路由，可以通过第一拓扑或第二拓扑中的备份路由来保护。如图2D中缺省拓扑中的路由被MRT计算得到的图2C所示的第二拓扑保护，当从节点B到节点C的有向链路发生故障的时候，流量会切换到第二拓扑中的节点B到节点A的有向链路，再经由节点D到达目的节点C。
在MRT FRR(MRT Fast ReRoute，MRT快速重路由)中有两种转发机制，一种是通过标签分发协议(Label Distribution Protocol，LDP)多拓扑转发，也就是在第一拓扑和第二拓扑中为路由同样分发标签，通过多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)标签实现在不同的拓扑中转发；一种是通过网络协议(Internet Protocol，IP)隧道转发，这种方法不使用MPLS技术，通过在第一拓扑或第二拓扑中的IP隧道到达目的地址。
发明人在研究过程中发现，MRT FRR中采用的转发机制存在如下问题：
通过IP隧道转发需要预先进行多拓扑地址的规划，并且在网络中建立和维护大量的IP隧道，使得网络的管理和维护变得复杂。
使用LDP MT(LDP Multi-Topology，LDP多拓扑)来支持MRT FRR转发也存在挑战：1.基于LDP MT支持MRT FRR对于同一个前缀，需要在三个拓扑中分别分配标签，需要使用大量的标签。对于纯IP网络，需要增量部署LDP MT来支持MRT FRR。Internet骨干网的路由前缀数量可以达到40-50万的规模，如果完全采用LDP MT，标签的使用数量会超过220，也就是说现有的标签空间(使用20bit来表示标签)可能无法满足应用的需求。2.对于纯IP网络，为了网络的运维简单，运营商不希望再引入新的MPLS协议(如LDP)，这样也会使得基于LDP MT的MRT FRR难以得到实际的部署。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种转发报文的方法、设备和网络系统，以改善MRTFRR的维护效率。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案。
第一方面，本发明实施例提供一种网络系统，包括至少一个控制器和多个转发设备，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述至少一个控制器，用于为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将所述全局标签与所述多个虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备；其中所述控制器分配给所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同；
所述多个转发设备，用于接收所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；当该转发设备收到的第一报文中携带有第一全局标签时，该转发设备根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表，确定通过该第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文；
所述第一虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述多个转发设备还用于：
当所述转发设备收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签的封装，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；；所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述控制器包括标签分配模块和标签发送模块，其中
所述标签分配模块用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的标签不同；
所述标签发送模块用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
结合第一方面、第一方面的第一种或第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述转发设备包括接收模块、标签转发表项模块和转发模块，其中
所述接收模块，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系；
所述标签转发表项生成模块，根据所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述转发模块，用于根据收到的第一报文携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述转发设备还包括标签增加模块，
当所述接收模块收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则所述转发模块根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第五种可能的实施方式中，所述控制器包括第一处理器和第一接口，其中
所述第一处理器用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同；
所述第一接口用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备。
结合第一方面、第一方面的第一种或第五种可能的实施方式，在第一方面的第六种可能的实施方式中，所述转发设备包括第二接口、第二处理器和第三处理器，其中
所述第二接口，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系；
所述第二处理器，用于根据所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述第三处理器，用于根据收到的第一报文中携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，在第一方面的第七种可能的实施方式中，该转发设备还包括第四处理器；
如果该第二接口收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则该第三处理器根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，由该第四处理器为该第二报文增加该第二全局标签该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第一方面或第一方面的第一种或第二种或第三种或第四种或第五种或第六种或第七种可能的实施方式，在第一方面的第八种可能的实施方式中，所述控制器为内部网关协议IGP服务器。
结合第一方面或第一方面的第一种或第二种或第三种或第四种或第五种或第六种或第七种或第八种可能的实施方式，在第一方面的第九种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
第二方面，本发明实施例提供一种控制器，该控制器应用于包括该控制器和多个转发设备的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
该控制器包括标签分配模块和标签发送模块，其中
所述标签分配模块用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的标签不同；
所述标签发送模块用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
第三方面，本发明实施例提供一种控制器，该控制器应用于包括该控制器和多个转发设备的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述控制器包括第一处理器和第一接口，其中
所述第一处理器用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同；
所述第一接口用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备。
在第三方面的第一种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
第四方面，本发明实施例提供一种转发设备，该转发设备应用于包括多个该转发设备和至少一个控制器的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述转发设备包括接收模块、标签转发表项模块和转发模块，其中
所述接收模块，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系；
所述标签转发表项生成模块，根据所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述转发模块，用于根据收到的第一报文携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
在第四方面的第一种可能的实施方式中，所述转发设备还包括标签增加模块，
当所述接收模块收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则所述转发模块根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第四方面、第四方面的第一种可能的实施方式，在第四方面的第二种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
第五方面，本发明实施例提供一种转发设备，该转发设备应用于包括多个该转发设备和至少一个控制器的网络系统中，，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述转发设备包括第二接口、第二处理器和第三处理器，其中
所述第二接口，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系；
所述第二处理器，用于根据所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述第三处理器，用于根据收到的第一报文中携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
在第五方面的第一种可能的实施方式中，该转发设备还包括第四处理器；
如果该第二接口收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则该第三处理器根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，由该第四处理器为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第五方面、第五方面的第一种可能的实施方式，在第五方面的第二种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
第六方面，本发明实施例提供一种转发报文的方法，该方法应用于包括至少一个控制器和多个转发设备的网络系统，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
接收全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；所述绑定关系是由所述控制器为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备的，所述控制器分配给所述虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同；
当该转发设备收到的第一报文中携带有第一全局标签时，该转发设备根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的第一标签转发表项转发该第一报文；
所述第一虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
在第六方面的第一种可能的实施方式中，所述至少一个控制器转发所述绑定关系给所述转发设备，具体为：所述至少一个控制器通过内部网关协议IGP扩展发送所述绑定关系给IGP域内的转发设备。
结合第六方面，在第六方面的第二种可能的实施方式中，如果所述转发设备收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文要从第二虚拟网络拓扑转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
结合第六方面、第六方面的第一种可能的实施方式，在第六方面的第二种可能的实施方式中，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
本发明实施例的控制器、转发设备、转发报文的方法，通过IGP扩展为IGP多拓扑分配MPLS全局标签实现MPLS网络虚拟化，该方法可以用于MRT FRR的转发，达到如下有益效果：通过使用全局标签实现IP网络的MRT FRR转发，只需要扩展IGP即可，不需要部署LDP。通过使用全局标签，只需要使用标识各个虚拟网络拓扑的少量全局标签就可以实现，简化了网络虚拟化及MRT FRR的部署。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为一种现有技术的网络的缺省拓扑图；
图1B为图1A所示的网络的一种有向拓扑图；
图1C为图1A所示的网络的另一种有向拓扑图；
图1D为图1A所示的网络中的缺省拓扑中链路故障切换示意图；
图2A为一种现有技术的网络的缺省拓扑图；
图2B为图2A所示的网络的一种有向拓扑图；
图2C为图2A所示的网络的另一种有向拓扑图；
图2D为图2A所示的网络中的缺省拓扑中链路故障切换示意图；
图3为本发明实施例的一种网络系统的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种转发报文的方法的流程示意图；
图5为为本发明实施例的另一种网络系统的结构示意图；
图6为本发明实施例的一种转发报文的方法的流程示意图；
图7A为本发明实施例的一种TLV的格式的示意图；
图7B为本发明实施例的一种标签映射TLV的格式的示意图；
图7C为本发明实施例的一种MPLS多拓扑子TLV的格式示意图；
图7D为本发明实施例的一种Global Label Sub-TLV的格式示意图；
图8为本发明实施例的虚拟网络拓扑转发表的组成示意图；
图9A为一种现有技术的网络的缺省拓扑图；
图9B为图9A所示的网络的一种有向拓扑图；
图9C为图9A所示的网络的另一种有向拓扑图；
图9D为图9A所示的网络中的缺省拓扑中链路故障切换示意图；
图10为本发明实施例的另一种报文转发方法的流程示意图；
图11为本发明实施例的一种MPLS转发表项的组成示意图；
图12为本发明实施例的另一种网络系统的结构示意图；
图13为本发明实施例的又一种网络系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例通过扩展内部网关协议(InteriorGatewayProtocol，IGP)实现多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switch，MPLS)网络虚拟化，从而解决MRT FRR(最大冗余树快速重路由)转发机制存在的IP(Internet Protocol)地址规划、标签使用量大等问题。
IGP是一种专用于一个自治网络系统(比如：某个当地社区范围内的一个自治网络系统)中网关间交换数据流转通道信息的协议。网络协议(Internet Protocol，IP)或者其他的网络协议常常通过这些通道信息来确定怎样传送数据流。IGP包括：路由信息协议(Routing Information Protocol，RIP)、开放最短路径优先(Open Shortest Path First，OSPF)、内部网关路由选择协议(Interior Gateway Routing Protocol，IGRP)、增强型内部网关路由协议(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol，EIGRP)和中间系统到中间系统(Intermediate System to Intermediate System，IS-IS)等。
如图3所示，本发明实施例的一种网络系统，包括至少一个控制器和多个转发设备，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑。
所述至少一个控制器，用于为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。例如，有N个转发设备组成X个虚拟网络拓扑，则控制器需要为每个网络拓扑分配一个全局标签，并且，分配给不同虚拟网络拓扑的全局标签不同。即，控制器分配给拓扑ID为TID1的虚拟网络拓扑的标签为L1，分配给拓扑ID为TID2的虚拟网络拓扑的全局标签为L2，L1与L2不相同。控制器为虚拟网络拓扑分配全局标签后，将该虚拟网络拓扑的拓扑ID与分配给该虚拟网络拓扑的全局标签绑定或关联起来，形成如表1所示的绑定关系表。如表1所示，绑定关系表中的每个绑定关系表项包括虚拟网络拓扑的拓扑ID和分配给该虚拟网络拓扑的全局标签。
表1 绑定关系表
虚拟网络拓扑的拓扑ID 分配的全局标签
TID<sub>1</sub> L<sub>1</sub>
TID<sub>2</sub> L<sub>2</sub>
TID<sub>3</sub> L<sub>3</sub>
…… ……
TID<sub>n</sub> L<sub>n</sub>
所述多个转发设备，用于接收所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项。当转发设备收到的报文中携带有全局标签(比如第一全局标签)时，该转发设备根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以网络协议(InternetProtocol，IP)转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding InformationBase)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
本发明实施例中提到的“转发设备”、“客户端”均支持多拓扑(multi-topology)技术，可以为多个拓扑安装FIB(Forwarding Information Base)，即，每个“转发设备”/“客户端”上有多个转发实例(forwarding instance)。每个转发实例对应一个虚拟网络拓扑(virtual network topology)。
如表2所示，该标签转发表项可以包括全局标签和该全局标签对应的虚拟网络拓扑转发表。
当转发设备收到报文时，如果该收到的报文携带有全局标签，比如L1，则根据该全局标签查找该全局标签对应的标签转发表项，从该全局标签对应的标签转发表项中找到对应该虚拟网络拓扑中的路由转发表，比如FIB1，再根据FIB1转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以IP转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding Information Base)的转发表项有在虚拟网络拓扑中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，，转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定备份路径所在的虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID1)为该报文增加该拓扑ID(比如TID1)对应的全局标签(比如L1)，并根据该增加的全局标签对应的虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
表2 标签转发表
全局标签 虚拟网络拓扑转发表
L<sub>1</sub> FIB<sub>1</sub>
L<sub>2</sub> FIB<sub>2</sub>
L<sub>3</sub> FIB<sub>3</sub>
…… ……
L<sub>n</sub> FIB<sub>n</sub>
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
可选地，所述转发设备为路由器或者交换机。
可选地，所述控制器可以是服务器或者路由器。
本发明实施例的一种转发报文的方法如图4所示，该方法应用于包括至少一个控制器和多个转发设备的网络系统，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，该方法包括：
S410、接收全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，并根据所述绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项，所述绑定关系是由所述控制器为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备的。例如，有N个转发设备组成X个虚拟网络拓扑，则控制器需要为每个网络拓扑分配一个全局标签，并且，控制器分配给所述虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同。
S412、根据收到的报文携带的全局标签确定从该携带的全局标签对应的标签转发表项转发该收到的报文。
当转发设备收到的报文中携带有全局标签(比如第一全局标签)时，并根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的第一标签转发表项转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以IP转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding Information Base)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
可选地，所述至少一个控制器转发所述绑定关系给所述多个转发设备，具体为：所述至少一个控制器通过IGP扩展发送所述绑定关系给IGP域内的IGP客户端。
以下实施例以控制器和转发设备位于IGP域内为例进行说明。
如图5所示，本发明一个实施例的网络架构包括一个或多个IGP服务器(server)以及一个或多个IGP客户端(client)。IGP服务器作为控制器，IGP客户端为IGP域中的转发设备，该转发设备可以是具有转发功能的设备，比如路由器、交换机等。所述一个或多个IGPserver和所述多个IGP客户端位于同一个IGP域内，所述多个IGP客户端组成多个虚拟网络拓扑，所述至少一个IGP服务器，用于为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将每个全局标签与所述IGP域内对应该全局标签的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个IGP客户端。例如，有N个转发设备组成X个虚拟网络拓扑，则控制器需要为每个网络拓扑分配一个全局标签，并且，控制器分配给不同虚拟网络拓扑的全局标签不同。
所述多个IGP客户端，用于接收所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；当转发设备收到的报文中携带有全局标签(比如第一全局标签)时，并根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定通过该该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，该第二全局标签L2该全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以IP转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding Information Base)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。该虚拟网络拓扑标签转发表项的组成和实现可以参考表2所示的内容。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
基于图5所示的网络架构，本发明实施例的一种转发报文的方法如图6所示，包括：
S610、IGP服务器为IGP域内的多虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同。
IGP域内可以包括一个或多个物理拓扑，在这些物理拓扑上，可以根据需要部署多个逻辑拓扑(虚拟网络拓扑)。多拓扑路由(Multi Topology Routing，MTR)是指在自治系统中独立运行多个虚拟网络拓扑，每个虚拟网络拓扑都会单独维护路由表并转发流量，每个路由可以属于多个虚拟网络拓扑。多拓扑路由实现了拓扑级别的流量调度，报文转发时先选择拓扑再选择路径。
IGP支持多拓扑功能可以通过IGP在配置的每个虚拟网络拓扑单独实现IGP路由功能。IGP支持多拓扑时，每个虚拟网络拓扑相当于一个路由域，保证拓扑内的状态信息同步，进行拓扑路由计算，支持路由扩展功能在每个拓扑内正常执行。
IGP MTR扩展特性将IGP基本功能都进行多拓扑划分，形成了IGP进程内的多拓扑模型。每个拓扑就像是一个独立的IGP进程，可以独立地维护链路状态信息，独立地计算最短路径并更新IGP路由表，最终与其它协议发布的路由一起进行优选得到拓扑路由表。
IGP服务器为IGP域内的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，即，使用一个全局标签来标识IGP域内的多拓扑中的一个虚拟拓扑。
其中IGP服务器可以是一个，也可能是多个IGP服务器组成的服务器组，多个IGP服务器之间可以进行负载分担。
S612、该IGP服务器将该全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给该IGP客户端。
IGP域内的控制器可以通过IGP扩展发送全局标签和该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系给IGP域内的转发设备。
图7A是IGP扩展实现MPLS网络虚拟化的一个实例，这里使用一个扩展的标签-长度-值(Tag-Length-Value，TLV)来表示IGP多拓扑和MPLS全局标签的绑定关系，这里的拓扑ID(Topology ID，TID)用于标识IGP多拓扑中的每个虚拟网络拓扑，Label用于表示MPLS全局标签值。
IGP服务器为IGP域内的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，即，IGP域内的每个虚拟网络拓扑的拓扑ID对应一个全局标签。
具体地，由于传统的MPLS LDP不支持分配全局标签。这里的全局标签分配时，IGP服务器收集所有IGP客户端的标签能力(即该IGP客户端可分配的标签值范围)，然后计算出所有IGP客户端共享的标签空间，可以将所有IGP客户端共享的标签空间预留出来作为全局标签分配空间。
可选地，如图7D所示，也可以使用现有的MPLS标签值范围，即0～220-1，为一个虚拟网络拓扑分配多个标签，将分配的多个标签组合起来的一个标签栈来构成一个全局标签，并使用该全局标签来标识该虚拟网络拓扑。比如为拓扑ID为TIDn的虚拟网络拓扑分配多个本地标签Ln1、Ln2、Ln3，则可以使用多个本地标签Ln1+Ln2+Ln3组成的全局标签Ln来标识该拓扑ID为TIDn的虚拟网络拓扑，相应地，该虚拟网络拓扑的拓扑ID与分配该虚拟网络拓扑的全局标签之间的绑定关系表项可以为<TIDn，Ln1+Ln2+Ln3>。
IGP服务器向IGP客户端发送标签分配消息，该标签分配消息中包括图7A或图7D所示的TLV，该TLV表示IGP多拓扑和MPLS全局标签的绑定关系，这里的拓扑ID(Topology ID，TID)用于标识IGP多拓扑中的每个虚拟网络拓扑，Label用于表示MPLS全局标签值。
当网络中的控制器和转发设备之间运行OSPF协议时，控制器为OSPF域内的多个虚拟网络拓扑中的每个拓扑分配一个全局标签，并将全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发给转发设备。控制器可以通过构造第一链路状态广播数据LSA(LinkState Advertisement，LSA)发送该全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系给转发设备。该第一LSA包括OSPF域内的多个虚拟网络拓扑的全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系。
可选地，控制器将全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系通过第一LSA中的TLV发送给OSPF域内的转发设备。转发设备收到该第一LSA时，根据全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系，生成与包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项，该标签转发表项可以由全局标签索引到特定的一个虚拟网络拓扑的转发表，从而，当转发设备收到的报文中携带有全局标签时，可以根据携带的全局标签确定对应的虚拟网络拓扑转发表转发报文。该TLV可以是如图7A或图7D所示的TLV。
当网络中的控制器和转发设备之间运行ISIS协议时，控制器为ISIS域内的多个虚拟网络拓扑中的每个拓扑分配一个全局标签，并将多拓扑与全局标签之间的绑定关系发给转发设备。控制器可以通过构造第一链路状态报文LSP(Link-state PDU)发送该全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系给转发设备。该第一LSP包括ISIS域内的多个虚拟网络拓扑的全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系。
可选地，控制器将全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系通过第一LSP中的TLV发送给ISIS域内的转发设备。转发设备收到该第一LSP时，获取全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项，该标签转发表项可以由全局标签索引到特定的一个虚拟网络拓扑的转发表。从而，当转发设备收到的报文中携带有全局标签时，可以根据携带的全局标签确定对应的虚拟网络拓扑转发表转发报文。该TLV可以是如图7A或图7D所示的TLV。该TLV也可以是图7B所示的标签映射TLV。如图7B所示，该标签映射TLV包括一个或多个标签子TLV(Label Sub-TLV)和一个或多个转发等价类子TLV(FEC Sub-TLV)。该LabelSub-TLV包括控制器为虚拟网络拓扑分配的全局标签值，该FEC Sub-TLV包括为所述全局标签分配的转发等价类。该FEC Sub-TLV可以是图7C所示的MPLS多拓扑子TLV，其中Multi-Topology ID包括分配的全局标签对应的虚拟网络拓扑的ID。
本发明实施例中提到的“全局标签”可以用如图7D所示的全局标签子TLV(GlobalLabel Sub-TLV)中携带的多个标签组成的标签栈来表示。该标签栈用以标识一个虚拟网络拓扑。如图7D所示，该Global Label Sub-TLV包括两个或两个以上标签，该标签的标签值位于现有标签范围0-220-1内，该标签可以是本地标签或全局标签。该标签域(Label Field)包括的多个标签组成标签栈，每个标签域包括长度为24比特的标签值，高20bit表示标签值，低4比特位为栈底标识，最后一个标签域的低4比特值置为1。该Global Label Sub-TLV中的标签栈组合成的全局标签值可能大于220个，即扩大了现有MPLS标签范围。如果只有一个标签域，则可以与现有的MPLS标签分配一致，即16～220-1。
S614、IGP客户端根据收到的全局标签和IGP内的多个虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项。
IGP域中的转发设备根据收到的全局标签和虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项，该标签转发表项由全局标签索引到特定的一个虚拟网络拓扑的转发表。如图8所示，该标签转发表项包括：全局标签和该全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB。比如第一全局标签L1对应的拓扑ID为TID1的第一虚拟网络拓扑，该转发设备上安装该第一虚拟网络拓扑的转发表项FIB1，当该转发设备收到的报文中携带有第一全局标签L1时，该转发设备查找该全局标签L1对应的第一标签转发表项，确定该全局标签L1对应的第一虚拟网络拓扑转发表FIB1，则按照所述第一虚拟网络拓扑的FIB1转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标签L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以网络协议(InternetProtocol，IP)转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding InformationBase)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
S616、IGP客户端收到报文后，根据该报文中携带的全局标签，查找该报文中写道的全局标签对应的标签转发表项，确定该全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB，并通过确定的虚拟网络拓扑的FIB转发该报文。
IGP客户端收到报文时，根据该报文中携带的全局标签标签转发表项，从标签转发表项中查询到该报文携带的全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB，并通过确定的虚拟网络拓扑的FIB转发该报文。
如果所述转发设备收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标签L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以网络协议(InternetProtocol，IP)转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding InformationBase)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
以节点A、B、C、D组成的网络为例，通过MRT可以计算出三个拓扑：
缺省拓扑(参考图9A)：节点设备A-＞节点设备B-＞节点设备C和节点设备A-＞节点设备D-＞节点设备C；
第一虚拟网络拓扑(参考图9B)：节点设备A-＞节点设备B-＞节点设备C-＞节点设备D-＞节点设备A；
第二虚拟网络拓扑(参考图9C)：节点设备A-＞节点设备D-＞节点设备C-＞节点设备B-＞节点设备A。
如图9A至9D所示，通过为IGP多拓扑分配全局标签的实施例，可以为MRT FRR中的第一虚拟网络拓扑(参考图9B)和第二虚拟网络拓扑(参考图9C)分配全局标签来标识(图9B中用标签200来标识第一虚拟网络拓扑，在图9C中用全局标签300来标识第二虚拟网络拓扑)，这样在转发报文的时候可以通过报文中携带的全局标签，查找转发设备的标签转发表项，从而得到该报文携带的全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB，将报文引导到该全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB中转发。比如，节点设备A接收第一报文，该第一报文携带的全局标签为200，根据全局标签200查询节点设备A的标签转发表项，确定全局标签200对应的FIB为FIB200，则节点设备A根据全局标签200对应的第一虚拟网络拓扑的路由表FIB200来转发该第一报文。类似地，如果该第一报文携带的全局标签为300，根据全局标签300查询节点设备A的标签转发表项，发现全局标签300对应的FIB为FIB300，则节点设备A根据全局标签为300对应的第二虚拟网络拓扑的FIB300来转发该第一报文。
对于图9A中的缺省拓扑中的报文的路由，可以通过图9B所示的第一虚拟网络拓扑或图9C所示的第二虚拟网络拓扑中的备份路由来保护。如图9D中缺省拓扑中的路由被MRT计算得到的图9C所示的第二虚拟网络拓扑保护。当某一IP报文，比如IP报文P被从节点设备A发往节点设备D时，IP报文P按照缺省拓扑的转发表从节点设备A到达节点设备B，节点设备B发现节点设备B与节点设备C之间的有向路径(节点设备B-＞节点设备C)发生故障，则节点设备B为IP报文P增加全局标签300，从而使得流量切换到第二虚拟网络拓扑中的节点设备B到节点设备A的有向链路，再经由节点设备D到达目的节点设备C，即报文P沿着以下路径被发送到节点设备C：节点设备A-＞节点设备B-＞节点设备A-＞节点设备D-＞节点设备C。
可选地，该实施例中，所述本地标签可以是MPLS标签。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
基于图5所示的网络架构，本发明实施例的另一种报文转发方法如图10所示，该方法包括：
S1000、IGP服务器为IGP域内的多拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，IGP服务器为不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同。
IGP服务器为IGP域内的每个虚拟网络拓扑分配一个全局标签，即，使用一个全局标签来标识IGP域内的多拓扑中的一个虚拟网络拓扑。其中IGP服务器可以是一个，也可能是多个IGP服务器组成的服务器组，多个IGP服务器之间可以进行负载分担。
S1002、IGP服务器将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给IGP客户端。
S1004、IGP客户端根据该绑定关系生成MRT FRR的转发表项。
IGP客户端根据收到的全局标签与IGP域内多个虚拟网络拓扑的绑定关系，通过MRT为缺省拓扑中的IP路由计算备份路径，生成MRT FRR的转发表项。所述备份路径用于当缺省拓扑中的主路径故障或中断时，主路径上正常转发的最后一个节点设备(IGP客户端)为该报文加上标识备份路径所在的虚拟网络拓扑的全局标签，从而该报文能够被切换到备份路径所在的虚拟网络拓扑，备份路径上接收到该报文的IGP客户端根据该报文携带的全局标签确定该全局标签标识的虚拟网络拓扑的FIB，按照确定的FIB转发该报文。该备份路径通过图9B所示的第一虚拟网络拓扑或者图9C所示的第二虚拟网络拓扑转发。在生成路由转发表项的时候，对于特定的IP前缀，位于缺省拓扑中的主路径采用普通的IP路由转发。对于位于另一虚拟网络拓扑中的备份路径，则根据IGP服务器发送的全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成该全局标签对应的虚拟网络拓扑的标签转发表项，该标签转发表项包括：全局标签和该全局标签对应的虚拟网络拓扑的FIB。如图11所示，该虚拟网络拓扑的标签转发表项可以包括全局标签、出接口和下一跳信息。该全局标签用于标识备份路径所在的第一虚拟网络拓扑或第二虚拟网络拓扑，具体取决于备份路径在第一虚拟网络拓扑还是第二虚拟网络拓扑中。如果备份路径在第一虚拟网络拓扑中，则该全局标签用于标识该第一虚拟网络拓扑；如果备份路径在第二虚拟网络拓扑中，则该全局标签用于标识该第二虚拟网络拓扑。出接口和下一跳则是MRT计算得到的对应的备份路径中用于备份的出接口和下一跳。
通过MRT计算还会生成两个虚拟网络拓扑(第一虚拟网络拓扑和第二虚拟网络拓扑)的路由转发表(FIB，每个FIB表项将每个IP前缀对应到一个标识本虚拟网络拓扑的全局标签及出接口和下一跳。
S1006、根据生成的转发表项和路由表转发报文
1)转发设备接收到IP报文时，根据缺省拓扑的路由表转发该IP报文。当转发设备发现故障发生的时候，会为该报文加上标识备份路径所在的虚拟网络拓扑的全局标签，使用备份路径所在的虚拟网络拓扑转发表项转发该IP报文，实现流量保护倒换。这时转发设备会根据备份路径所在的虚拟网络拓扑的转发表在该IP报文中加入标识备份路径所在的虚拟网络拓扑的全局标签，并通过备份路径所在的虚拟网络拓扑的备份的出接口和下一跳，将该报文发送给下一跳节点。
2)下一跳节点接收到该报文(此时的报文是MPLS报文)后，首先会根据该报文中的MPLS全局标签，查找MPLS全局标签对应的标签转发表项，通过该标签转发表项索引到对应的备份拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)，在对应的备份拓扑(即第二虚拟网络拓扑)的FIB中查找路由转发表项，根据查找到的路由转发表项对该报文压入标识该备份路径所在的虚拟网络拓扑的全局标签，并通过出接口和下一跳信息继续发送到下一跳节点。
3)下一跳节点重复2)中的转发处理，直至在备份路径所在的虚拟网络拓扑中将该报文转发到目的节点。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
本发明实施例的控制器、转发设备、转发报文的方法，通过IGP扩展为IGP多拓扑分配MPLS全局标签或标签栈实现MPLS网络虚拟化，该方法可以用于MRT FRR的转发，达到如下有益效果：通过使用全局标签或标签栈实现IP网络的MRT FRR，只需要扩展IGP即可，不需要部署LDP。通过使用全局标签，只需要使用标识各个虚拟网络拓扑的少量全局标签就可以实现，简化了网络虚拟化及MRT FRR的部署。
如图12所示，图3所示的网络系统中，控制器包括标签分配模块1200和标签发送模块1202，其中
标签分配模块1200用于：为所述多个拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签；例如，有N个转发设备组成X个虚拟网络拓扑，则控制器需要为每个网络拓扑分配全局标签，并且，标签分配模块1200分配给不同虚拟网络拓扑的全局标签不同。
标签发送模块1202用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
如图12所示，图3所示的网络系统中，转发设备包括接收模块1204、标签转发表项生成模块1206和转发模块1208，其中
接收模块1204，用于接收控制器发送的所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系；所述接收模块1204，还用于接收报文。
标签转发表项生成模块1206，用于根据接收模块1204收到的所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成与该包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项。
转发模块1208，用于根据接收模块1204收到的第一报文携带的第一全局标签，在标签转发表项生成模块1206生成的标签转发表项中查到该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表，并通过该第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
可选地，该转发设备还包括标签增加模块1210。如果接收模块1204收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则转发模块1208根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，为该报文增加该第二全局标L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以网络协议(InternetProtocol，IP)转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding InformationBase)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当接收模块1204在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该接收模块1204会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并由标签增加模块1210为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并由转发模块1208根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
可选地，所述虚拟网络拓扑转发表可以是如表2所示的标签转发表或者如图8所示的标签转发表。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
可选地，所述转发设备为路由器或者交换机。
可选地，所述控制器可以是服务器或者路由器。
可选地，所述控制器可以是IGP服务器。
可选地，所述模块可以是ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，或者现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)，或者可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，也可以是可编程网络的一个网元或者软件定义网络的一个网元。
图12及图12对应的上下文中所示的控制器及转发设备之间的互动，可以参考图4～11及其对应的说明书的说明。图12及图12对应的上下文中所述的控制器也可以是图5及图5对应的上下文所示的IGP服务器，相应地，图12及图12对应的上下文中所述的转发设备也可以是图5及图5对应的上下文所示的IGP客户端。
如图13所示，图3所示的网络系统中，控制器可以包括第一处理器1300和第一接口1302，其中
第一处理器1300，用于：为所述多个拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签；例如，有N个转发设备组成X个虚拟网络拓扑，则控制器需要为每个网络拓扑分配全局标签，并且，第一处理器1300分配给不同虚拟网络拓扑的全局标签不同。
第一接口1302，用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
如图13所示，图3所示的网络系统中，转发设备包括第二接口1304、第二处理器1306和第三处理器1308，其中
第二接口1304，用于接收控制器发送的全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系。
第二处理器1306，用于根据第二接口1304收到的所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系生成与该包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项。
第三处理器1308，用于根据接收到的第一报文携带的第一全局标签，在第二处理器1306生成的标签转发表项中查到该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表，并通过该第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
可选地，该转发设备还包括第四处理器1310。如果第二接口1304收到的报文中没有携带全局标签，并且该报文需要从某个虚拟网络拓扑(比如第二虚拟网络拓扑)转发，则第三处理器1308根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID2)对应的第二全局标签L2，由第四处理器1310为该报文增加该第二全局标L2，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表。
在MRT FRR场景中，进入网络的报文在缺省网络拓扑中以网络协议(InternetProtocol，IP)转发的方式转发，而且转发设备中缺省拓扑的FIB(Forwarding InformationBase)的转发表项有在某个虚拟网络拓扑(比如第三虚拟网络拓扑)中的备份路径。当转发设备在缺省拓扑中接收到IP报文，而且该报文因链路或节点故障无法被转发到下一跳时，该转发设备会根据缺省拓扑的转发表项确定该备份路径所在的第三虚拟网络拓扑的拓扑ID(比如TID3)，并为该报文增加该拓扑ID(比如TID3)对应的第三全局标签(比如L3)，并根据该第三全局标签L3对应的第三虚拟网络拓扑中的备份路径转发该报文。
可选地，所述虚拟网络拓扑转发表可以是如表2所示的虚拟网络拓扑转发表或者如图8所示的虚拟网络拓扑转发表。
可选地，所述全局标签可以是所有转发设备共享的全局标签空间中选择的单个的全局标签。
可选地，所述全局标签可以是多个本地标签组成的，即，每个全局标签包括两个或多个本地标签。控制器为每个虚拟网络拓扑分配两个或两个以上的本地标签，分配给某个虚拟网络拓扑的的两个或两个以上本地标签组成一个全局标签，组成的全局标签用来标识该虚拟网络拓扑。
可选地，所述转发设备为路由器或者交换机。
可选地，所述控制器可以是服务器或者路由器。
可选地，所述控制器可以是IGP服务器。
可选地，所述第一处理器、第二处理器或第三处理器可以是ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)，或者可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，也可以是可编程网络的一个网元或者软件定义网络的一个网元。第三处理器也可以是网络处理器(Network Processor，NP)。
图13及图13对应的上下文中所示的控制器及转发设备之间的互动，可以参考图4～11及其对应的说明书的说明。图13及图13对应的上下文中所述的控制器也可以是图5及图5对应的上下文所示的IGP服务器，相应地，图13及图13对应的上下文中所述的转发设备也可以是图5及图5对应的上下文所示的IGP客户端。
本发明实施例的控制器、转发设备、转发报文的方法，通过IGP扩展为IGP多拓扑分配MPLS全局标签或标签栈实现MPLS网络虚拟化，该方法可以用于MRT FRR的转发，达到如下有益效果：通过使用全局标签或标签栈实现IP网络的MRT FRR，只需要扩展IGP即可，不需要部署LDP。通过使用全局标签或标签栈，只需要使用标识各个虚拟网络拓扑的少量全局标签或标签栈就可以实现，简化了网络虚拟化及MRT FRR的部署。
另外，本发明所有实施例所述的“绑定关系”即“映射关系”或关联关系。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。比如，检测器、发送器、接收器、获得单元都可以通过通用中央处理器CPU或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)来实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (24)

1.一种网络系统，其特征在于，包括至少一个控制器和多个转发设备，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述至少一个控制器，用于为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将所述全局标签与所述多个虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备；其中所述控制器分配给所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同；
所述多个转发设备，用于接收所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；当该转发设备收到的第一报文中携带有第一全局标签时，该转发设备根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表，确定通过该第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文；
所述第一虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
2.如权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述多个转发设备还用于：
当所述转发设备收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签的封装，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
3.如权利要求1或2所述的网络系统，其特征在于，所述控制器包括标签分配模块和标签发送模块，其中
所述标签分配模块用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的标签不同；
所述标签发送模块用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
4.如权利要求1-2中任一所述的网络系统，其特征在于，所述转发设备包括接收模块、标签转发表项模块和转发模块，其中
所述接收模块，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系；
所述标签转发表项生成模块，根据所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述转发模块，用于根据收到的第一报文携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
5.如权利要求4所述的网络系统，其特征在于，所述转发设备还包括标签增加模块，
当所述接收模块收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则所述转发模块根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
6.如权利要求1或2所述的网络系统，其特征在于，所述控制器包括第一处理器和第一接口，其中
所述第一处理器用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同；
所述第一接口用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备。
7.如权利要求1或2所述的网络系统，其特征在于，所述转发设备包括第二接口、第二处理器和第三处理器，其中
所述第二接口，用于接收所述控制器发送的所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系；
所述第二处理器，用于根据所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述第三处理器，用于根据收到的第一报文中携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
8.如权利要求7所述的网络系统，其特征在于，该转发设备还包括第四处理器；
如果该第二接口收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文需要从第二虚拟网络拓扑转发，则该第三处理器根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，由该第四处理器为该第二报文增加该第二全局标，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
9.如权利要求1～2中任一所述的网络系统，其特征在于，所述控制器为内部网关协议IGP服务器。
10.如权利要求1～2中任一所述的网络系统，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
11.一种控制器，其特征在于，该控制器应用于包括该控制器和多个转发设备的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
该控制器包括标签分配模块和标签发送模块，其中
所述标签分配模块用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的标签不同；
所述标签发送模块用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系发送给所述多个转发设备。
12.如权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
13.一种控制器，其特征在于，该控制器应用于包括该控制器和多个转发设备的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述控制器包括第一处理器和第一接口，其中
所述第一处理器用于：为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，为所述多个虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑分配的全局标签不同；
所述第一接口用于：将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备。
14.如权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
15.一种转发设备，其特征在于，该转发设备应用于包括多个该转发设备和至少一个控制器的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述转发设备包括接收模块、标签转发表项模块和转发模块，其中
所述接收模块，用于接收所述控制器发送的全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑的绑定关系；
所述标签转发表项生成模块，根据所述全局标签与虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述转发模块，用于根据收到的第一报文携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
16.如权利要求15所述的转发设备，其特征在于，所述转发设备还包括标签增加模块，
当所述接收模块收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文将要从第二虚拟网络拓扑转发，则所述转发模块根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标签，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
17.如权利要求15或16所述的转发设备，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
18.一种转发设备，其特征在于，该转发设备应用于包括多个该转发设备和至少一个控制器的网络系统中，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
所述转发设备包括第二接口、第二处理器和第三处理器，其中
所述第二接口，用于接收所述控制器发送的全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系；
所述第二处理器，用于根据所述全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；
所述第三处理器，用于根据收到的第一报文中携带的第一全局标签确定该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的转发表转发该第一报文。
19.如权利要求18所述的转发设备，其特征在于，还包括第四处理器；
如果该第二接口收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文需要从第二虚拟网络拓扑转发，则该第三处理器根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，由该第四处理器为该第二报文增加该第二全局标，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
20.如权利要求18或19所述的转发设备，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
21.一种转发报文的方法，其特征在于，该方法应用于包括至少一个控制器和多个转发设备的网络系统，所述多个转发设备组成多个虚拟网络拓扑，
接收全局标签与所述虚拟网络拓扑的绑定关系，根据该绑定关系生成包括该全局标签与虚拟网络拓扑转发表映射关系的标签转发表项；所述绑定关系是由所述控制器为所述多个虚拟网络拓扑中的每个虚拟网络拓扑分配全局标签，并将所述全局标签与该全局标签对应的虚拟网络拓扑之间的绑定关系发送给所述多个转发设备的，所述控制器分配给所述虚拟网络拓扑中的不同虚拟网络拓扑的全局标签不同；
当该转发设备收到的第一报文中携带有第一全局标签时，该转发设备根据该第一全局标签查找到该第一全局标签对应的第一标签转发表项，从而确定从该第一全局标签对应的第一虚拟网络拓扑的第一标签转发表项转发该第一报文；
所述第一虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述至少一个控制器转发所述绑定关系给所述转发设备，具体为：
所述至少一个控制器通过内部网关协议IGP扩展发送所述绑定关系给IGP域内的转发设备。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，
如果所述转发设备收到的第二报文中没有携带全局标签，并且该第二报文要从第二虚拟网络拓扑转发，则该转发设备根据该第二虚拟网络拓扑的拓扑ID对应的第二全局标签，为该第二报文增加该第二全局标，该第二全局标签在下一跳节点索引到对应该第二虚拟网络拓扑的转发表；
所述第二虚拟网络拓扑为所述多个虚拟网络拓扑中的一个。
24.如权利要求21-23中任一所述的方法，其特征在于，所述全局标签包括两个或两个以上的标签。
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