CN111935014B - 基于SRv6网络的报文转发方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

基于SRv6网络的报文转发方法、装置、存储介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SRv6网络的报文转发方法、装置、存储介质及电子设备，原始报文由设备A发出经过多个End节点和至少一个NAT设备到达设备B，NAT设备位于两个End节点之间。本发明与传统的SRH结构不同，本发明通过End节点发送基于SR策略的NAT探测报文，用于学习公网地址，同时通过在SRH报文扩展头的Next Header中增加NAT‑detect类型，在End节点中新增SRv6的End操作类型End.N，能够根据Next Header类型不同，进行NAT公网地址学习和转发时报文封装，解决了现有SRv6通信系统中，由于存在私网IP的设备，导致报文无法转发的问题。

Description

基于SRv6网络的报文转发方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本发明涉及IP网络技术领域，具体涉及一种基于SRv6网络的报文转发方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
SR（Segment Routing）协议就是在已有的网络基础上进行演进式的扩展，提供了网络可编程能力。SR是一种源路由协议，支持在路径的起点，向报文中插入转发操作指令来指导报文在网络中的转发，从而支持网络可编程。目前SR支持MPLS和IPv6两种数据平面，基于 IPv6 数据平面的 SR称为SRv6。
SRv6在IPv6报文中新增了SRH扩展，来替代传统的MPLS下的标签转发功能，并使用128位的IPv6地址作为网线节点标识SID。当传输数据时，SRv6在首节点传输路径上和各节点的SID集合起来以Segment List的形式放在SRH中，并通过SL(Segment Left)来表示中间节点的数量，以此修改SL值来实现下一跳。SRv6中通过SID(Segment ID)标识每个节点，SID是一种特殊的IPv6地址。每个SRv6节点都会维护一张SID表，SID表实际上是路由表的一部分。SRH(Source Routing Head)为SID列表的载体，即SR报头，是基于IPv6路由扩展头（协议号43），新增了路由类型4，是SRv6体系中最为重要的数据封装标准。发出原始报文的源节点使用路由报头列出一个或多个中间结点，使得数据包在去往最终目的地的路径上经过这些节点。
在SRv6中，由于指导转发的源信息在SRH扩展头中，可以方便地实现overlay层的源路由，此时转发路径是单向的。如图1所示，End2设备的IP是私网地址B1::1，网络中的End1设备具有公网地址，在两个SR End节点间存在NAT情况时，当A节点发送报文到B节点时，图中SR source设备上封装SR策略，经过转发后到达End2设备，在End2设备解封装SRv6策略将报文发送到B节点。在转发时，由于B1::1是私网地址，导致报文无法转发。
发明内容
技术目的：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于SRv6网络的报文转发方法、装置及存储介质，通过增加SRv6的操作指令和增加NAT的探测功能，解决SRv6域中存在NAT的情况下导致转发断流的问题。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于，所述SRv6网络包括NAT设备、具有公网地址的第一End节点和具有私网IP的第二End节点，NAT设备用于将第二End节点的私网IP转换成对应的公网地址，第二End节点的前端设置NAT设备和至少一个第一End节点；第一End节点增加End.N操作，所述End.N操作的步骤包括：
B1、判断接收到的报文是否需要进行NAT处理；
B2、判断报文转发的目标地址：若为第二End节点，则进步骤B3；若为具有公网地址的网络节点，则进行步骤B4；
B3、执行NAT处理，即第一End节点在封装SR头时，使用第二End节点的公网地址作为目的地址，并将SRH扩展头中的Next Header设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值；
B4、不执行NAT处理。
优选地，所述第一End节点在执行End.N操作前，完成NAT公网地址学习；学习步骤如下：
A1、第二End节点定时向NAT设备发送NAT探测报文，用于实现NAT探测；所述NAT探测报文中包含第二End节点的源IP信息；
A2、NAT设备将NAT探测报文转发给第一End节点，NAT设备中存有NAT转换条目，NAT转换条目包含第二End节点的私网IP与经过NAT设备转换后的公网地址的关系；
A3、第一End节点收到NAT设备转发的NAT探测报文后，判断是否属于NAT处理操作，获得报文对应的源地址和检测SID，并存储NAT转换条目。
优选地，所述NAT探测报文中包括SR报头，SR报头中包括Next Header、检测SID、源地址和目的地址，其中，Next Header设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值，源地址和检测SID为第二End节点SID，第二End节点SID为源IP经过NAT设备转换后的公网地址，目的地址为第一End节点的SID。
优选地，所述SRv6网络还包括设备A、SR source设备和设备B，原始报文的转发步骤如下：
C1、设备A发出原始报文；
C2、SR source设备对原始报文进行封装，形成带有SRH扩展头的报文，转发给下一个具有公网地址的网络节点；
C3、当报文转发路径上包括第二End节点时，由第二End节点前端的第一End节点通过NAT设备获得第二End节点的NAT转换条目，使用第二End节点的公网地址作为目的地址封装报文，并将本次封装后的原始报文传送给第二节点前端的NAT设备；
C4、所述NAT设备接收到报文后，根据报文中的目标地址，将第二End节点的SID转换成对应的私网IP作为报文封装的目标地址、将封装后的原始报文传送给第二End节点；
C5、第二节点收到NAT设备转发的封装后的原始报文，再次封装后转发给下一个具有公网地址的网络节点或设备B。
优选地，所述带有SRH扩展头的报文中包括Next Header，所述NAT探测报文和带有SRH扩展头的报文中的Next Header，均设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值，预设值相同，为134。
优选地，所述NAT设备包括in 端口和out端口，in 端口通信连接第二End节点，out端口通信连接第一End节点。
本发明还公开了一种基于SRv6网络的报文转发装置，其特征在于，包括：
原始报文发送模块，用于发出原始报文；
目标接收模块，作为原始报文的最终的接收者；
检测模块，用于检测报文发送路径上是否存在具有私网IP的设备；
第一封装模块，支持SR封装策略，用于接收报文，并对报文封装SR头后发送到下一个第一封装模块或第二封装模块；
第二封装模块，支持SR封装策略，用于接收报文，根据接收到的报文的处理类型进行报文处理；
所述原始报文的传输路径上经过第一封装模块、第二封装模块后到达目标接收模块。
优选地，所述基于SRv6网络的报文转发装置，还包括：
探测报文发送模块，具有私网IP，用于向地址转换模块发出探测报文，探测报文中包括报文处理类型信息、报文源地址信息和目标地址信息；
地址转换模块，根据探测报文存储私网IP与公网地址的目录，并将目录发送给第二封装模块，或者对需要转发的报文使用目标设备的公网地址进行SR封装后发送给目标设备；
所述原始报文的传输路径上经过第一封装模块、第二封装模块、地址转换模块、探测报文发送模块后到达目标接收模块；第二封装模块根据接收到的报文的处理类型进行报文处理时，如报文下一个转发地址是具有私网IP的探测报文发送模块，则根据对需要转发的报文使用目标地址的公网地址进行SR封装后发送给地址转换模块。
本发明还公开了一种存储介质，其特征在于：包括计算机程序或指令，当其在计算机上运行时，该程序或指令被处理器执行时，实现所述方法。
本发明还公开了一种电子设备，其特征在于：包括存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现所述方法的步骤。
技术效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
本发明通过在报文中增加NAT探测功能，解决了SRv6中SID为私网地址时报文无法转发的一种组网情况，即通过SRH中Next Header增加NAT-detect类型，End节点发送基于SR策略的NAT探测报文，用于学习公网地址；通过在End节点中新增SRv6的End操作类型End.N，实现了根据Next Header类型不同，进行NAT公网地址学习和转发时报文封装的目的。
附图说明
图1为SRv6组网环境的结构示意图；
图2为SRH格式的结构示意图；
图3为实施例一的场景示意图；
图4为实施例一中SR NAT探测报文的结构示意图；
图5为实施例一所示场景中报文封装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1为SRv6组网环境的结构示意图，其SRv6网络中，以一个具有私网IP地址的End2节点为例，包括设备A、设备B、SR source设备、End1节点、NAT设备和个有私网IP的End2节点，设备A发出原始报文，SR source设备用于对原始报文进行封装，形成带有SRH扩展头的报文。
其中，设备A用于发出原始报文，设备B作为原始报文的最终接收者；
SR source设备用于对原始报文进行封装，形成带有SRH扩展头的报文；
在原始报文的传输方向上，SR source设备和设备B之间至少存在一个第二End节点，第二End节点的前端设置NAT设备和至少一个第一End节点，本实施例中，以一个第一End节点和一个第二End节点为例；
第二End节点为具有私网IP的网络节点，第二End节点的私网IP由NAT设备转换成公网地址后获得第二End节点的SID；
NAT设备中存储第二End节点自身私网IP与SID之间映射关系的NAT转换条目；NAT设备通信连接第一End节点和第二End节点；
第一End节点为支持SRv6策略的网络节点，用于对接收到的报文进行再次封装，形成所述带有SRH扩展头的报文后转发，第一End节点通过NAT设备获得第二End节点的NAT转换条目；
所述带有SRH扩展头的报文中包括标示本条报文上一个发送者的源地址和标示下一个接收者的目标地址，目标地址采用SRv6网络能够识别的各设备或节点的SID。
图2所示，为SRH格式的结构示意图。本发明在SRv6的SRH头增加了新的类型，同时增加了SRv6 End处理End.N类型，即NAT相关处理。
具体阐述如下：
1、在SRH报文头中Next Header中增加NAT-detect(134)类型，用于实现NAT探测功能。在NAT in方向的End节点，即图1中的End2，定时发送NAT探测报文(Next Header = NAT-detect)，发送到NAT out方向的End节点，即图1中的End1。NAT功能是做私网地址和公网地址转换使用的，NAT in方向设备为私网地址时，当需要访问NAT out方向公网地址设备时，会将报文的源IP的地址地址转换成公网地址；这时在NAT设备中生成了公私网地址转换条目，当out方向的报文访问转换后的公网地址时，在NAT设备中将目的地址转换成私网地址从in方向发送出去。
2、End节点增加End.N操作，根据SRH中Next Header类型进行处理。
End.N操作的原理为：如果Next Header显示为NAT-detect类型，则获取NAT探测报文的源IP和检测的SID，构建SR的End.N操作处理时需要的数据。否则为常规转发方式，即根据SID获取报文封装的IP地址，重新封装报文，查路由发送报文。
经过NAT探测后，当报文到达End1点后，进行SRv6指令处理时，使用探测获取的报文源IP地址封装报文的目的IP地址，报文能正常到达End2节点。
实施例
如图3所示，End2节点的私网IP地址为B1::1，由NAT设备转换后的公网地址为C1::1，A->B之间存在SRv6策略，报文经过上图几个节点到达B设备。包括如下步骤：
1）、配置End1的SID的操作为END.N，End2节点发送NAT探测报文，格式如图4所示，其中源地址为End2的SID(B1::1),目的地址为End1的SID(A2::1),NAT-detect SID为：End1的SID(A2::1)。
2）、End1节点收到SR NAT探测报文，根据地址A2::1，获知这个是NAT处理操作，又报文中的Next Header为134，获取报文的源IP和NAT-detect SID，此时报文的源IP是经过NAT转换后的公网地址，这时可以得到SID和NAT转换后地址(C1::1)的对应关系。
3）、当A处发往B的报文需要支持SRv6策略时，报文的封装如图5所示，其中A到SRsource是原始报文，SR source到End1节点时封装了SR头；在End1收到报文中，发现SID(A2::1)需要执行End.N操作，获取NAT转换后的地址C1::1,封装SR头时，源地址为End1的SID，目的地址为探测得到的地址C1::1,不是SR list中的B1::1,这时NAT设备中存在NAT转换条目，报文能顺利到达End2设备，到达End2后，报文的目的地址经过NAT转换还原为私网IP(B1::1)。
本发明中，部分字段的含义说明如下：
SR，即Segment Routing，分段路由选择；
SRv6，即基于 IPv6 数据平面的 SR，其中IPv6表示Internet Protocol Version6，互联网协议第6版；
MPLS，即Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换；
NAT，即Network Address Translation，网络地址转换；
Hdr Ext Len，即扩展报头长度，指路由报头的长度；
Routing Type，路由类型，指路由报头的类型；
Segment Left（SL），剩余Segment，剩余的路由段数，即在到达最终目的地之前需要访问的中间结点数量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于，所述SRv6网络包括NAT设备、具有公网地址的第一End节点和具有私网IP的第二End节点，NAT设备用于将第二End节点的私网IP转换成对应的公网地址，第二End节点的前端设置NAT设备和至少一个第一End节点；第一End节点增加End.N操作，所述End.N操作的步骤包括：
B1、判断接收到的报文是否需要进行NAT处理；
B2、判断报文转发的目标地址：若为第二End节点，则进步骤B3；若为具有公网地址的网络节点，则进行步骤B4；
B3、执行NAT处理，即第一End节点在封装SR头时，使用第二End节点的公网地址作为目的地址，并将SRH扩展头中的Next Header设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值；
B4、不执行NAT处理；
所述第一End节点在执行End.N操作前，完成NAT公网地址学习；学习步骤如下：
A1、第二End节点定时向NAT设备发送NAT探测报文，用于实现NAT探测；所述NAT探测报文中包含第二End节点的源IP信息；
A2、NAT设备将NAT探测报文转发给第一End节点，NAT设备中存有NAT转换条目，NAT转换条目包含第二End节点的私网IP与经过NAT设备转换后的公网地址的关系；
A3、第一End节点收到NAT设备转发的NAT探测报文后，判断是否属于NAT处理操作，获得报文对应的源地址和检测SID，并存储NAT转换条目。
2.根据权利要求1所述的基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于：所述NAT探测报文中包括SR报头，SR报头中包括Next Header、检测SID、源地址和目的地址，其中，NextHeader设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值，源地址和检测SID为第二End节点SID，第二End节点SID为源IP经过NAT设备转换后的公网地址，目的地址为第一End节点的SID。
3.根据权利要求1所述的一种基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于，所述SRv6网络还包括设备A、SR source设备和设备B，原始报文的转发步骤如下：
C1、设备A发出原始报文；
C2、SR source设备对原始报文进行封装，形成带有SRH扩展头的报文，转发给下一个具有公网地址的网络节点；
C3、当报文转发路径上包括第二End节点时，由第二End节点前端的第一End节点通过NAT设备获得第二End节点的NAT转换条目，使用第二End节点的公网地址作为目的地址封装报文，并将本次封装后的原始报文传送给第二节点前端的NAT设备；
C4、所述NAT设备接收到报文后，根据报文中的目标地址，将第二End节点的SID转换成对应的私网IP作为报文封装的目标地址、将封装后的原始报文传送给第二End节点；
C5、第二节点收到NAT设备转发的封装后的原始报文，再次封装后转发给下一个具有公网地址的网络节点或设备B。
4.根据权利要求3所述的基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于：所述带有SRH扩展头的报文中包括Next Header，所述NAT探测报文和带有SRH扩展头的报文中的NextHeader，均设置成用于表征此报文为NAT-detect类型的预设值，预设值相同，为134。
5.根据权利要求1所述的基于SRv6网络的报文转发方法，其特征在于：所述NAT设备包括in 端口和out端口，in 端口通信连接第二End节点，out端口通信连接第一End节点。
6.一种基于SRv6网络的报文转发装置，其特征在于，包括：
原始报文发送模块，用于发出原始报文；
目标接收模块，作为原始报文的最终的接收者；
检测模块，用于检测报文发送路径上是否存在具有私网IP的设备；
第一封装模块，支持SR封装策略，用于接收报文，并对报文封装SR头后发送到下一个第一封装模块或第二封装模块；
第二封装模块，支持SR封装策略，用于接收报文，根据接收到的报文的处理类型进行报文处理；所述原始报文的传输路径上经过第一封装模块、第二封装模块后到达目标接收模块；
探测报文发送模块，具有私网IP，用于向地址转换模块发出探测报文，探测报文中包括报文处理类型信息、报文源地址信息和目标地址信息；
地址转换模块，根据探测报文存储私网IP与公网地址的目录，并将目录发送给第二封装模块，或者对需要转发的报文使用目标设备的公网地址进行SR封装后发送给地址转换模块；
所述原始报文的传输路径上经过第一封装模块、第二封装模块、地址转换模块、探测报文发送模块后到达目标接收模块；第二封装模块根据接收到的报文的处理类型进行报文处理时，如报文下一个转发地址是具有私网IP的探测报文发送模块，则根据对需要转发的报文使用目标地址的公网地址进行SR封装后发送给地址转换模块。
7.一种存储介质，其特征在于：存储计算机程序或指令，当其在计算机上运行时，该程序或指令被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一所述方法。
8.一种电子设备，其特征在于：包括存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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