CN113347092A - 一种基于IPv6的SRv6数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于IPv6的SRv6数据处理方法，首先通过解析模块对SRv6报文进行解析，获取报文头中的IPv6源和目的地址以及SID的各字段内容；通过识别模块分析SID的Locator Block字段，判断相邻节点是否属于同一网络，若是头节点，则用源地址和其SID进行比较；根据上述识别结果，分情况对Locator Block、Locator Node和Function字段进行压缩，生成相应压缩SID，转发压缩更新后的SRv6报文；下一节点利用解压缩模块对压缩的SRv6报文解压缩，添加相应字段形成新的完整的SID。当SRv6报文中的Segment List与报文头中的目的地址相同时，结束数据处理。
Description
技术领域
本发明涉及工业物联网数据传输应用领域，更具体地说，本发明涉及一种基于IPv6的SRv6数据处理方法。
背景技术
随着互联网的发展，接入网络的设备数量和设备类型也在爆炸式增长。为了能够正确识别并妥善协调好这些终端设备，IP技术逐渐应用在各类物联网场景中。未来的网络必定更加庞大复杂，它所包含的智能终端、传感器、处理器也将会越来越多，这就需要大量IP地址作为支持。
由于目前IPv4(网际协议版本4，Internet Protocol version 4)地址资源已消耗殆尽，无法满足大规模物联网环境下的使用，引进IPv6(网际协议版本6，InternetProtocol version 6)便成为目前最广泛的一种解决方案。和IPv4相比，IPv6具有更大的地址空间，IPv6地址长度是IPv4的四倍，可以提供海量的地址空间，轻松满足物联网应用场景。IPv6使用新的头部格式，简化和加速了路由选择过程.具有更高的安全性和可拓展性。
IPv6具有很多适合物联网大规模应用的特性，但目前也存在一些技术问题需要解决，例如，无状态地址分配中的安全性问题，移动IPv6中的绑定缓冲安全更新问题，流标签的安全防护，全球任播技术的研究等。虽然IPv6还有众多的技术细节需要完善，但从整体来看，使用IPv6不仅能够满足物联网的地址需求，同时还能满足物联网对节点移动性、节点冗余、基于流的服务质量保障的需求，很有希望成为物联网应用的基础网络技术。
作为近两年通信界的超级网红，SRv6(Segment Routing IPv6)被称为未来网络的灵魂。SRv6的最大优点之一就是兼容IPv6，SRv6数据报文可以基于IPv6转发，头压缩方案同样也支持IPv6，无须对IPv6节点进行额外的改动。SRv6技术目前面临的技术挑战主要包括包头开销过大、芯片实现复杂、平滑升级较难等。解决这些问题也成为通信行业的一项重要任务。
为了实现对数据包头的压缩、解压缩和标识具有添加、去除功能的控制器和交换机，发明专利《一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统》(专利号CN201510937544.5)设计了一种基于工业SDN网络的数据传输方法，支持对包头的压缩和解压缩。然而这种方法仅描述了在Ingress边缘交换机借助压缩算法使数据包头所占用字节减少,在数据包传输过程中携带压缩后的包头,到Egress边缘交换机处再解压缩成原数据包，并没有对具体要进行压缩的包头内容进行说明。针对SRv6数据包的处理，发明专利《SRv6数据包的处理方法和装置》(专利号CN201811219993.6)，但该方法主要是对SRH中的Next Header字段以及Hdr Ext Len字段进行处理。没有考虑到关键的SID(Segment ID)。
发明内容
为了实现基于IPv6的SRv6报文在同一SRv6网络中以及可能出现的跨网络数据传输，解决分段路由头(Segment Routing Header，SRH)中SID过长问题，本发明提出了一种基于IPv6的SRv6数据处理方法，通过解析Lacator字段内容，识别同一子网和跨网传输问题，并根据识别结果对128bit的分段标识符(Segment Identifier,SID)进行压缩处理。使用该方案可以优化SID长度，减小网络开销，避免在数据转发过程循环读取segment list列表，降低处理时延。
本发明的技术方案：
一种基于IPv6的SRv6数据处理方法，步骤如下：
步骤1：头节点接收SRv6报文，解析IPv6报文头中的IPv6源地址(Source Address)和目的地址(Destination Address)以及SRH中SID的各字段内容；
其中，IPv6报文头和SRH解析过程为：利用字段解析模块，对SRv6报文的分段路由头SRH进行解析，获取SRH中的SID字段内容，包括SID中的：路径字段(Locator字段)、功能字段(Function字段)、参数字段(Args字段)和可选填充字段(padding字段)，其中Locator字段包括Locator Block字段，Locator Node字段两部分；如果是头节点，则获取IPv6报文头中的IPv6源地址作为SID；
步骤2：识别相邻段列表(Segment List)的SID中Locator Block字段内容是否相同；
其中，Locator Block字段识别过程为：利用识别模块分析步骤1解析过程得到的Locator Block字段，如果相邻Segment list的SID中的Locator Block字段内容相同，则判定它们属于同一个网络或者虚拟子网络，说明在同一网络块进行数据传输；反之，则判定它们不属于同一个网络块；
步骤3：根据步骤2的识别结果，对Locator Block字段、Locator Node字段和Function字段分类压缩；
其中，压缩过程为：在压缩模块中，根据SID识别结果分类进行压缩，如果相邻SID的Locator Block字段一样，则丢弃该字段，仅对Locator Node和Function字段进行压缩处理；反之，则对Locator Block字段、Locator Node字段和Function字段进行压缩处理；压缩完的SID长度均为32bit；
步骤4：转发含压缩SID的报文至下一节点；
其中，转发过程为：SID经过步骤3的压缩处理之后，会形成一个新的SRH和SRv6报文，转发含压缩SID的新SRv6报文到指定的下一节点；
步骤5：下一节点对压缩后的报文解压缩，添加相应字段形成新的完整的SID，并更新Segment List；
其中，解压缩过程为：下个节点在接收到含压缩SID的SRv6报文后，还有一个相应的解压缩模块；如果解压后仅有Locator Node字段和Function字段，说明该节点和上一节点处于同一网络，只需要在Function字段后加上所需的Args字段；如果解压后有整个Locator字段和Function字段，说明该节点和上一节点不处于同一网络，需要用该节点所处网络的前缀网络替换Locator Block字段。
其中，当步骤1解析得到的SID与IPv6 Header中的IPv6目的地址相同时，数据处理结束。
本发明的的优势和效果如下：
1.通过分析SRv6报文中原128bit SID的组成特点，根据Locator Block字段内容，分情况将其压缩成一个32bit的SID。在同一长度的SRH中，存储32bit SID的数量是存储128bit SID的四倍，这样既解决了多跳情况下，因SID过长导致SRv6报头开销大的问题，又能与当前的MPLS、IPv4地址长度保持一致，对硬件处理更加友好，充分满足了网络扩展性的需求。
2.考虑到实际数据传输时的网络环境，对同一网络以及不同网络中的SRv6数据处理做了针对性的SID处理，同时也为节点提供了接收到含压缩SID的SRv6报文时相应的解压缩方法。为不同的网络切片提供差异化的数据处理，保证切片间的业务互不影响，具有良好的兼容性，有效推动SRv6的部署。
附图说明
图1为SRv6的SID组成示意图。
图2为本发明的基于IPv6的SRv6数据处理方法的模块图。
图3为本发明的基于IPv6的SRv6数据处理方法的流程图。
图4为本发明的基于IPv6的SRv6数据处理方法的实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
表1为基于IPv6的SRv6报文封装格式。为了在IPv6报文中实现SRv6转发，引入了一个SRv6扩展头(Routing Type为4)，即分段路由头SRH(segment routing header)，用于进行Segment的编程组合形成SRv6路径。
具体为：
IPv6 Header：IPv6报文头，包括IPv6源地址(Source Address)和IPv6目的地址(Destination Address)；
Next Header：下一首部，长度为8bit，定义首部协议类型；
Hdr Ext Len：长度为8bit，用于描述SRH基本首部的；
Routing Type：路由类型，SRv6中Routing Type＝4；
Segments Left：简称SL，表示剩余段的数量，在每个段被处理之后，值减1；
Last Entry：最后入口，指示段列表中的最后一个段；
Flags：标记，长度为8bit；
Tag：用于表示该数据包属于的类型或组；
Segment List[n]：长度为128bit的IPv6地址，用于标识段列表中的第n个段；
Optional TLV objects：描述类型，长度和值；
IPv6 Payload：报文负荷。
表1基于IPv6的SRv6报文封装格式
图1是本发明中涉及的SRv6的SID组成示意图。其中Locator字段是位置标识，即是用来标识SRv6节点的定位器。在SRv6 SID中Locator是一个可变长的部分，用于适配不同规模的网络。Locator字段包括两部分，分别为Locator Block字段和Locator Node字段。前者用来识别SID处于哪一个网络，通常域网络分片技术有关，同一网络中的Locator Block字段内容相同，即拥有公共前缀，后者代表节点信息，是该子网内节点的标识。Function字段也称字段，代表locator匹配的节点收到该报文之后的处理方式，不同的转发行为由不同的功能ID来表达。Args字段即参数字段，附属在Function之后，代表某种功能更具体的信息，这些参数可能包含流，服务或其他可变信息。例如端点功能END.DT4需要节点查找路由表，则其参数代表虚拟转发表VRF的标识；例如端点功能END.X需要节点从特定的接口作为下一跳，其参数代表具体的接口。可选填充字段(Padding字段)是一个可选的填充部分，在RFC8402和RFC8754中，该部分可省略。
虚线框中的部分是识别模块进行识别的部分，主要识别内容为：Locator字段中的Locator Block字段和Locator Node字段；实线框中的部分是压缩模块涉及到的LocatorBlock字段、Locator Node字段和Function字段。
本发明同时提供了SRV6头部压缩方法，包括：解析待发送Ipv6报文中的SRH，提取SID中的Locator Node字段和Function字段，并对这两个字段进行压缩，转发该压缩后的SID字段。
图2是本发明的基于IPv6的SRv6数据处理方法的模块图。主要有4个模块：解析模块负责对SRv6报文的分段路由头SRH进行解析，获取各SID中的Locator Block字段、Locator Node字段、Function字段、Args字段和Padding部分；识别模块主要负责分析SID中的Locator Block字段，如果相邻Segment List的SID中的Locator Block字段内容相同，及拥有相同的网络块前缀，则判定它们属于同一个网络或者虚拟子网络，在同一网络块进行数据传输；反之，则判定它们不属于同一个网络；压缩模块的主要是根据SID识别结果分类压缩，如果相邻SID的Locator Block字段一样，则丢弃该字段，仅对Locator Node和Function字段进行压缩处理；反之，则对Locator Block字段、Locator Node字段和Function字段进行压缩处理，并要求压缩完的SID长度为32bit；对当一个节点接收到含压缩SID的SRv6报文后，需要解压缩模块，如果解压后仅有Locator Node和Function字段，说明该节点和上一节点处于同一网络，只需要在Function字段后加上所需的参数字段Args；如果解压后有整个Locator字段和Function字段，说明该节点和上一节点不处于同一网络，需要用该节点所处网络的前缀网络替换Locator Block字段。
图3具体地描述了基于IPv6的SRv6数据处理方法的流程，包括以下步骤：
步骤S111：头节点接收SRv6报文，获取IPv6报文头中的IPv6源和目的地址以及SRH中SID的各字段内容。
步骤S112：判别相邻Segment List的SID中Locator Block字段内容是否相同。
步骤S113：根据识别结果，对Locator Block、Locator Node和Function字段分类压缩。
步骤S114：转发含压缩SID的报文至下一节点。
步骤S115：下一节点对压缩后的报文解压缩，添加相应字段形成新的完整的SID，并更新Segment List。
本发明结合图4实施例描述了基于IPv6的SRv6数据处理方法的流程。
将数据报文从头节点A1转发给节点A2再转发给节点A3，其中A1、A2节点在同一网络块中，A3节点在另一网络块。其中R1、R2、R3是有SRv6能力的设备。
头节点A1接收到基于IPv6的SRv6报文，在IPv6 Header中，Source Address为(2001:7a:78d::1:F:A),Destination Address为(2001:7a:78d::21:F:A),通过解析得到头节点A1节点的SID为2001:7a:78d::1:F:A，SRv6报文的SRH中Segment List[1]＝(2001:7a:78d::21:F:A)，SL＝0，SID对应为2001:7a:78d、21、F、A；通过识别模块可以看出A1，A2节点的Locator Block字段相同，均为2001:7a:78d，说明A1、A2节点在同一网络块中，仅对Segment List[1]＝(2001:7a:78d::21:F:A)的Locator Node和Function字段进行压缩，压缩后SID为(21:F:A)，SRH中的SL＝1，转发含压缩SID的SRv6到节点A2。
节点A2接收到含压缩SID的SRv6报文，在IPv6 Header中，Source Address(2001:7a:78d::1:F:A),Destination Address(2002:7a:78d::1:F:A),Segment List[1]压缩后的SID为(21:F:A)，没有Locator Block字段，说明和上一节点A1是同一网络块，可对该SID解压缩，得到对应的原始SID为2001:7a:78d::1:F:A。继续解析SRH得到Segment List[0]＝(2002:7a:78d::1:F:A),SID对应部分分别为2002:7a:78d、1、F、A；通过识别模块可以看出A2，A3节点的Locator Block字段不同，A2是2001:7a:78d，而A3是2002:7a:78d，说明A2、A3节点在不同网络块中，对Segment List[0]＝(2002:7a:78d::1:F:A)的Locator Block、Locator Node和Function字段进行压缩，压缩后SID记为(A3:21:F:A)，把SRH中的SL-1，此时SL＝0，转发含压缩SID的SRv6到节点A3。
节点A3接收到含压缩SID的SRv6报文，在IPv6 Header中，Source Address(2001:7a:78d::1:F:A),Destination Address(2002:7a:78d::1:F:A),Segment List[0]压缩后的SID为(A3:21:F:A)，有Locator Block字段，说明和上一节点A2不是同一网络块，可对该SID解压缩，在Locator Node字段前加入A3所处的网络块标识，即2002:7a:78d，解压缩还原后为(2002:7a:78d::1:F:A)，与IPv6 Header中的Destination Address，转发结束。数据成功从头节点A1转发到节点A3，且无丢失。
Claims (2)
1.一种基于IPv6的SRv6数据处理方法，其特征在于，包括：
步骤1：头节点接收SRv6报文，解析IPv6报文头中的IPv6源地址和目的地址以及SRH中SID的各字段内容；
其中，IPv6报文头和SRH解析过程为：利用字段解析模块，对SRv6报文的分段路由头SRH进行解析，获取SRH中的SID字段内容，包括SID中的：路径字段即Locator字段、功能字段即Function字段、参数字段即Args字段和可选填充字段即padding字段，其中Locator字段包括Locator Block字段，Locator Node字段两部分；如果是头节点，则获取IPv6报文头中的IPv6源地址作为SID；
步骤2：识别相邻段列表Segment List的SID中Locator Block字段内容是否相同；
其中，Locator Block字段识别过程为：利用识别模块分析步骤1解析过程得到的Locator Block字段，如果相邻Segment list的SID中的Locator Block字段内容相同，则判定它们属于同一个网络或者虚拟子网络，说明在同一网络块进行数据传输；反之，则判定它们不属于同一个网络块；
步骤3：根据步骤2的识别结果，对Locator Block字段、Locator Node字段和Function字段分类压缩；
其中，压缩过程为：在压缩模块中，根据SID识别结果分类进行压缩，如果相邻SID的Locator Block字段一样，则丢弃该字段，仅对Locator Node和Function字段进行压缩处理；反之，则对Locator Block字段、Locator Node字段和Function字段进行压缩处理；压缩完的SID长度均为32bit；
步骤4：转发含压缩SID的报文至下一节点；
其中，转发过程为：SID经过步骤3的压缩处理之后，会形成一个新的SRH和SRv6报文，转发含压缩SID的新SRv6报文到指定的下一节点；
步骤5：下一节点对压缩后的报文解压缩，添加相应字段形成新的完整的SID，并更新Segment List；
其中，解压缩过程为：下个节点在接收到含压缩SID的SRv6报文后，还有一个相应的解压缩模块；如果解压后仅有Locator Node字段和Function字段，说明该节点和上一节点处于同一网络，只需要在Function字段后加上所需的Args字段；如果解压后有整个Locator字段和Function字段，说明该节点和上一节点不处于同一网络，需要用该节点所处网络的前缀网络替换Locator Block字段。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPv6的SRv6数据处理方法，其特征在于，当步骤1解析得到的SID与IPv6 Header中的IPv6目的地址相同时，数据处理结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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