CN113242181B - 基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文及发送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文及发送方法，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，这些IP地址都具有相同的地址前缀Prefix，若IP头的目的地址已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分。地址更新时，将差异部分更新到IPv4报文头的目的地址中，恢复原来的IPv4地址。本发明基于ESP封装，通过扩展定义ESP的SPI语义，结合现有的SR技术和压缩IP地址方案，提供了IPv4中overlay层面的源路由功能，且当分段比较多时，增加的负荷比较少。
Description
技术领域
本发明涉及IP网络技术领域，具体是一种基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文及发送方法。
背景技术
思科公司提出的Segment Routing（SR）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MPLS数据平面的SR称为SR-MPLS；基于IPv6 数据平面的 SR称为 SRv6。
在SR-MPLS中，由于使用了传统的MPLS标签栈，对于overlay的网络，当前的主流隧道协议中，没有对应的标签栈的定义。在SRv6中，由于指导转发的源信息在IP扩展头中，可以方便地实现overlay层的源路由，但其方案无法适用于IPv4网络中。
ESP是IPSec的一种封装协议，在当前SD-WAN的overlay网络中，大多使用IPSec的ESP隧道封装，为了支持穿越NAT，其报文封装格式如图1所示。
为区分IKE报文和ESP报文，RFC3948定义了non-esp- marker，即一个4字节的全0字段，标识为是IKE报文。当该4字节为非0时，代表了ESP的SPI字段，ESP通过SPI字段去查询其SA。在RFC4303中，将1-255范围内的SPI作为IANA的保留数值。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文及发送方法，通过扩展定义ESP的SPI语义，结合现有的SR技术和压缩IP地址方案，提供了IPv4中overlay层面的源路由功能，且当分段比较多时，增加的负荷比较少。
本发明提供了一种基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文，报文由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文；
其中，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分。
进一步改进，所述的IP头中的目的IP指向下一跳节点；
设定标志位字段大于0，其中，基于标志位字段构成SPI字段，SPI字段用于指向安全关联，定义标志位字段大于255；或者基于标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应，定义标志位字段对应1至255范围中各个不同数值。
进一步改进，所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
进一步改进，所述的ESP报文中由头至尾依次包括ESP头、内层IP报文、ESP尾。
本发明还提供了一种发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，所述的报文由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文，具体过程包括以下步骤：
1）将IANA保留的数值中的某一数值作为控制标记，指明需要进行压缩IPv4地址的源路由；
2）源节点基于网络中各节点分别所对应唯一标识的标签，根据源节点到目的节点的预设报文发送路径，确定ESP隧道封装数据格式中的IP头中的目的IP，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；
3）针对原始报文，按ESP隧道封装数据格式进行加密封装，构成发送报文，然后根据发送报文中IP头中的目的IP，将发送报文发往目的IP所对应的节点，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分；
4）地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，恢复原来的IPv4地址；
5）将发送报文发往目的IP所对应节点，即将发送报文发往目的节点，目的节点接收发送报文，完成ESP报文从源节点到目的节点的发送。
本发明还提供了一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的系统，基于ESP封装和压缩IP的封装数据格式由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文；
所述系统包括标志位字段识别模块和IP压缩模块；
其中，标志位字段识别模块根据标志位字段大于255，定义标志位字段构成SPI字段，且SPI字段用于指向安全关联；以及标志位字段识别模块根据标志位字段对应1至255范围中各个不同数值，定义标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应；
IP压缩模块在域内的选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分，在地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的 IPv4地址。
进一步改进，所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
进一步改进，所述的IP压缩模块包括IPv4地址分配模块、IPv4地址压缩模块和IPv4地址恢复模块；IPv4地址分配模块在分配地址时，选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，IPv4地址压缩模块使list中的IPv4地址只携带差异部分；在地址更新时，IPv4地址恢复模块将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的 IPv4地址。
本发明还提供了一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文发送方法的设备，至少包括处理器和存储器，所述存储器存储计算机执行指令，所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的设备，执行所述的基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的发送方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现所述的基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的发送方法。
本发明有益效果在于：通过扩展定义ESP的SPI语义，结合现有的SR技术和压缩IP地址方案，提供了IPv4中overlay层面的源路由功能，且当分段比较多时，增加的负荷比较少。
附图说明
图1为现有技术ESP报文封装格式示意图；
图2为基于压缩IPv4地址的ESP源路由中转发报文的格式；
图3为场景示意图。
图4为基于压缩IP的转发示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
ESP（Encapsulating SecurityPayloads），即封装安全载荷是IPsec的一种封装协议，在当前SD-WAN的overlay网络中，大多使用IPsec的ESP隧道封装，为了支持穿越NAT，其报文封装格式如图1所示，其中的UDP头是为了穿越NAT而添加，为区分IKE报文和ESP报文，RFC3948定义了non-esp-marker，即一个4字节的全0字段，标识为是IKE报文。当该4字节为非0时，代表了ESP的SPI字段，ESP通过SPI字段去查询其SA。
基于现有ESP报文的封装格式，本发明设计了一种基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文，报文如图2所示，由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文；
其中，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分。
所述的IP头中的目的IP指向下一跳节点；
设定标志位字段大于0，其中，基于标志位字段构成SPI字段，SPI字段用于指向安全关联，定义标志位字段大于255；或者基于标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应，定义标志位字段对应1至255范围中各个不同数值。
所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
所述的ESP报文中由头至尾依次包括ESP头、内层IP报文、ESP尾。
本发明还提供了一种发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，所述的报文由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文，具体过程包括以下步骤：
1）将IANA保留的数值中的某一数值作为控制标记，指明需要进行压缩IPv4地址的源路由；
2）源节点基于网络中各节点分别所对应唯一标识的标签，根据源节点到目的节点的预设报文发送路径，确定ESP隧道封装数据格式中的IP头中的目的IP，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；
3）针对原始报文，按ESP隧道封装数据格式进行加密封装，构成发送报文，然后根据发送报文中IP头中的目的IP，将发送报文发往目的IP所对应的节点，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分；
4）地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，恢复原来的IPv4地址；
5）将发送报文发往目的IP所对应节点，即将发送报文发往目的节点，目的节点接收发送报文，完成ESP报文从源节点到目的节点的发送。
本发明还提供了一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的系统，基于ESP封装和压缩IP的封装数据格式由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文；
所述系统包括标志位字段识别模块和IP压缩模块；
其中，标志位字段识别模块根据标志位字段大于255，定义标志位字段构成SPI字段，且SPI字段用于指向安全关联；以及标志位字段识别模块根据标志位字段对应1至255范围中各个不同数值，定义标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应；
IP压缩模块在域内的选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分，在地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的 IPv4地址。
所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
所述的IP压缩模块包括IPv4地址分配模块、IPv4地址压缩模块和IPv4地址恢复模块；IPv4地址分配模块在分配地址时，选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，IPv4地址压缩模块使list中的IPv4地址只携带差异部分；在地址更新时，IPv4地址恢复模块将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的 IPv4地址。
本发明还提供了一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文发送方法的设备，至少包括处理器和存储器，所述存储器存储计算机执行指令，所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的设备，执行所述的基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的发送方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现所述的基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的发送方法。
本发明一种具体实施例如下：
如图3所示，A-B之间建立IPSec隧道，期望转发流量路径为A->C->D->B。
控制器给节点A下发IP路由信息（IP-C，IP-D，IP-B，地址前缀长度）并关联到对应的IPsec隧道上。
图4为基于压缩IP的转发示意图。
1、A通过ESP封装报文，发现有对应的SR IP路由信息，则在ESP封装后，添加地址个数 2，剩余个数为2，前缀长度24，将10.10.10.50封装在外层目的IP中发出。
2、C收到报文后，根据UDP目的端口号4500知道是IPSec相关报文，根据SPI知道需要做SR压缩IP处理，根据IP地址个数和剩余地址个数计算选择C-IP1（100）进行封装报文的目的IP封装，并将剩余IP个数减1，根据C-IP1、prefix长度和外层目的IP计算出新的目的IP（10.10.10.100）填写到报文中发出。
3、D收到报文后，和C类似。
4、B收到报文后，发现剩余IP地址为0，弹出相关字段，进行普通的ESP报文，做正常的解密处理。
本发明具体应用途径很多，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，其特征在于：所述的报文由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文，具体过程包括以下步骤：
1）将IANA保留的数值中的某一数值作为控制标记，指明需要进行压缩IPv4地址的源路由；
2）源节点基于网络中各节点分别所对应唯一标识的标签，根据源节点到目的节点的预设报文发送路径，确定ESP隧道封装数据格式中的IP头中的目的IP，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；
3）针对原始报文，按ESP隧道封装数据格式进行加密封装，构成发送报文，然后根据发送报文中IP头中的目的IP，将发送报文发往目的IP所对应的节点，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分；
4）地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，恢复原来的IPv4地址；
5）将发送报文发往目的IP所对应节点，即将发送报文发往目的节点，目的节点接收发送报文，完成ESP报文从源节点到目的节点的发送。
2.根据权利要求1所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，其特征在于：所述的报文中，IPv4选路头的地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix，若IP头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分。
3.根据权利要求2所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，其特征在于：所述的IP头中的目的IP指向下一跳节点；
设定标志位字段大于0，其中，基于标志位字段构成SPI字段，SPI字段用于指向安全关联，定义标志位字段大于255；或者基于标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应，定义标志位字段对应1至255范围中各个不同数值。
4.根据权利要求3所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，其特征在于：所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
5.根据权利要求2所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法，其特征在于：所述的ESP报文中由头至尾依次包括ESP头、内层IP报文、ESP尾。
6.一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的系统，其特征在于：基于ESP封装和压缩IP的封装数据格式由头至尾依次包括MAC头、IP头、UDP头、标志位字段、IPv4选路头、ESP报文；
所述系统包括标志位字段识别模块和IP压缩模块；
其中，标志位字段识别模块根据标志位字段大于255，定义标志位字段构成SPI字段，且SPI字段用于指向安全关联；以及标志位字段识别模块根据标志位字段对应1至255范围中各个不同数值，定义标志位字段构成SR-Flag，实现分别与不同分段路由操作之间的对应；
IP压缩模块在域内的选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，那么list中的IPv4地址只携带差异部分，在地址更新时，将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的 IPv4地址。
7.根据权利要求6所述的针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的系统，其特征在于：所述定义标志位字段对应1至255范围中任意一个数值，构成SR-Flag。
8.根据权利要求6所述的针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的系统，其特征在于：所述的IP压缩模块包括IPv4地址分配模块、IPv4地址压缩模块和IPv4地址恢复模块；IPv4地址分配模块在分配地址时，选路头的IPv4地址均从相同的IPv4地址网段中分配，IPv4选路头的地址都具有相同的地址前缀Prefix；如果IP报文头的目的IP已经携带了公共前缀，IPv4地址压缩模块使list中的IPv4地址只携带差异部分；在地址更新时，IPv4地址恢复模块将差异部分更新到 IPv4 报文头的目的IP中，即可完整恢复原来的IPv4地址。
9.一种针对基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文发送方法的设备，其特征在于：至少包括处理器和存储器，所述存储器存储计算机执行指令，所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的设备，执行权利要求5所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被处理器运行时，实现权利要求5所述的发送基于ESP封装和压缩IP在overlay层实现源路由的报文的方法。
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