CN114157724A - 一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其是涉及一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，包括了一种基于MobilityFirst协议扩展头的报文格式、一种基于身份标识的源路由转发机制和一种基于位置标识的源路由转发机制。通过本发明的上述方法，可以在MobilityFirst网络的接入域中采用基于身份标识的源路由转发机制实现域内网络的互联网，在核心域中基于位置标识的源路由转发机制实现域间网络的互联互通，极大地简化了MobilityFirst网络数据平面的处理流程，同时保留了身份标识与位置标识分离的设计，有效支持域内和域间移动的数据转发。

Description

一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其是涉及一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法。
背景技术
MobilityFirst网络是一种全新的以移动为中心的网络架构，以实现网络中的移动性支持和可靠性保障为目标来进行设计，以解决现有IP网络架构在移动场景中的移动性差的问题。MobilityFirst网络的核心设计思想是将网络中所有节点的身份标识与代表网络地址的位置标识彻底分离。网络中的每个设备及内容都被分配了一个全局唯一的身份标识，同时这些设备和内容在网络中时会被映射到相应的位置标识，以确定其所在的网络域位置。网络设备或内容的身份标识在任何情况下都不会发生变化，而其位置标识会随着其移动而发生改变。通过这种方式，MobilityFirst网络能够在设备移动的过程中确定设备的位置，支持主机和网络移动性。但是，MobilityFirst网络仅实现了一种通用的存储感知路由协议（Generalized STorage-Aware Routing protocol，GSTAR），适用于节点规模数量较小的局域网，转发处理流程复杂，且不能知支持跨网络域的移动性。当MobilityFirst网络规模扩大后，需要考虑存在一个域间的核心网络域，连接不同程度的局域网。因此，需要设计一种完善的域内/域间路由转发方法，支持移动终端用户在网络域内移动切换时数据传输不中断，也能支持在网络域间的移动性。
与传统的路由协议相比，源路由极大地简化了数据平面的复杂度。源路由的特点之一是控制节点掌握全局的网络信息（包括节点状态信息、链路状态信息等） ，源转发节点记录保存来自控制节点的转发表项、为数据报文执行路由寻址并添加转发标签栈，中间转发节点只需要根据数据报文携带的转发标签栈执行转发即可。
发明内容
为了解决现有技术中存在的目前MobilityFirst网络难以有效支持域间移动性以及转发处理流程复杂的问题，本发明提出了一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，其具体技术方案如下：
一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，运用于MobilityFirst网络，基于MobilityFirst网络协议的扩展头进行自定义，扩展头包括扩展头首部和若干个标签栈，所述扩展头首部包括：长度1字节的扩展头长度字段、长度1字节的下一标签偏移、长度1字节的最后一跳标签偏移以及长度1字节的转发机制标识位；
所述扩展头长度字段表示扩展头首部和标签栈的总长度，所述标签栈的段标识在MobilityFirst协议扩展头中按标签栈[0]~标签栈[n]顺序分布，其中，标签栈[0]表示标签栈的栈顶标签，n为大于等于0的整数；
下一标签偏移指向标签栈中下一跳转发节点；
最后一跳标签偏移始终指向标签栈的栈底，以判断是否到达最后一跳；
转发机制标识位用于表示当前的转发机制是基于身份标识还是基于位置标识进行转发，同时也表示了扩展头标签栈中填充的是身份标识还是位置标识。
进一步的，所述转发机制标识位为0时，采用身份标识填充标签栈，网络节点按照基于身份标识的源路由机制对数据报文进行转发；转发机制标识位为1时，采用位置标识填充标签栈，网络节点按照基于位置标识的源路由机制对数据报文进行转发。
进一步的，所述基于身份标识的源路由机制对数据报文进行转发，具体为：
在MobilityFirst网络的接入域中，接入域的控制节点为数据报文转发计算域内的转发路径标签栈，按照最短路径算法计算从源身份标识节点到目的身份标识节点的最短转发路径，将沿途交换节点的身份标识按照顺序填充入标签栈；
接入域中的接入节点接收来自移动终端/核心域边缘节点的数据报文，所述数据报文是基于MobilityFirst协议格式，且不携带扩展头；
接入节点识别与数据报文目的身份标识相关联的身份标识标签栈，其中，所述身份标识标签栈指定了去往目的身份标识的域内转发路径的域内交换节点顺序；
接入节点为所述数据报文添加扩展头，并将所述身份标识标签栈填充入扩展头；
根据所述身份标识标签栈，将所述数据报文转发至域内转发路径的下一交换节点，直至将数据报文转发至标签栈中的最后一个交换节点。
进一步的，若所述最后一个交换节点直连目的身份标识节点，则将所述数据报文转发至目的身份标识节点，同时删除所述数据报文的扩展头；若最后一个交换节点没有连接目的身份标识节点，则将所述数据报文转发至核心域边缘节点。
进一步的，所述基于位置标识的源路由机制对数据报文进行转发，具体为：
在MF网络的核心域中，核心域的控制节点为数据报文转发计算域间的转发路径标签栈，按照最短路径算法计算从源位置标识节点到目的位置标识节点的最短转发路径，将沿途路由节点的位置标识按照顺序填充入标签栈；
域中的边缘节点接收来自域间的数据报文，所述数据报文是基于MobilityFirst协议格式，且携带扩展头；
边缘节点识别与数据报文目的位置标识相关联的位置标识标签栈，其中，所述身份标识标签栈指定了去往目的身份标识的域内转发路径的域内交换节点顺序；
边缘节点删除数据报文扩展头中的身份标识标签栈，将所述身份标识标签栈填充入扩展头，同时更新扩展头首部；
根据所述位置标识标签栈，将所述数据报文转发至域间转发路径的下一路由节点，直至将数据报文转发至标签栈中的最后一个路由节点；
最后一个路由节点将所述数据报文转发至目的位置标识网络域的接入节点，同时删除所述数据报文的扩展头。
本发明的有益效果：
本发明基于源路由的标签栈设计极大地简化MobilityFirst网络数据平面的处理流程，同时保障了接入域使用身份标识指导转发，核心域使用位置标识指导转发，有效支持域内和域间移动的数据转发。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于MobilityFirst协议扩展头的报文格式示意图；
图2是本发明实施例一种大规模的MobilityFirst多域网络的示意图；
图3是本发明实施例提供的网络节点的身份标识和位置标识；
图4是本发明实施例一种通过核心域的域间源路由路径实施例示意图；
图5是本发明实施例接入域220中基于身份标识的源路由；
图6是本发明实施例核心域210中基于位置标识的源路由；
图7是本发明实施例接入域230中基于身份标识的源路由；
图8是本发明实施例移动终端发生域间移动后源路由路径实施例示意图；
图9是本发明实施例域间移动切换后核心域210中基于位置标识的源路由；
图10是本发明实施例域间移动切换后接入域240中基于身份标识的源路由。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，基于MobilityFirst网络协议的扩展头进行自定义，包括扩展头首部和标签栈，具体的，如图1所示，所述扩展头首部共有4字节，包含长度1字节的扩展头长度字段、长度1字节的下一标签偏移、长度1字节的最后一跳标签偏移以及长度1字节的转发机制标识位。
其中，所述扩展头长度字段表示扩展头首部和标签栈的总长度，所述标签栈的段标识在MobilityFirst协议扩展头中按标签栈[0]~标签栈[n]顺序分布，其中，标签栈[0]表示标签栈的栈顶标签，n为大于等于0的整数；
下一标签偏移指向标签栈中下一跳转发节点，例如当前转发节点是标签栈[1]，那么下一标签偏移则指向标签栈[2]；
最后一跳标签偏移始终指向标签栈的栈底，以判断是否到达最后一跳；
转发机制标识位用于表示当前的转发机制是基于身份标识还是基于位置标识进行转发，同时也表示了扩展头标签栈中填充的是身份标识还是位置标识，具体的，所述转发机制标识位为0时，采用身份标识填充标签栈，网络节点按照基于身份标识的源路由机制对数据报文进行转发；转发机制标识位为1时，采用位置标识填充标签栈，网络节点按照基于位置标识的源路由机制对数据报文进行转发。
如图2所示是本发明实施例基于MobilityFirst大规模多域网络，该网络包含1个核心域210和多个接入域220、230、240，多个接入控制节点225、235、245和1个核心控制节点215。接入域包含多个接入节点222、223、224、232、233、234、242、243、244和交换节点221、231、241，核心域210包含多个边缘节点212、213、214、216和路由节点211。
接入节点222、223、224、232、233、234、242、243、244和交换节点221、231、241用于在其各自接入域中220、230、240中进行基于身份标识的源路由转发，接入控制节点225、235、245可以知道其各自接入域的网络拓扑信息，包括节点信息和链路信息，并且可以计算任意源、目的节点对之间的转发路径并以源路由标签栈的形式下发流表给接入节点。
边缘节点212、213、214、216和路由节点211用于在核心域210中进行基于位置标识的源路由转发，核心控制节点215可以知道核心域的网络拓扑信息，包括节点信息和链路信息，并且可以计算任意源、目的节点对之间的转发路径并以源路由标签栈的形式下发流表给边缘节点。
图3示出了本发明实施例提供的网络节点的身份标识和位置标识。身份标识可以是32比特的IPv4地址，也可以是其他可以唯一表示身份的标识。位置标识可以是节点所属自治域的网段，也可以是其他表示网络位置的标识。其中，边缘节点212、213、214虽然属于核心域，但是核心域其实是各个接入域的边缘网关节点的集合，边缘节点是接入域和核心域之间的桥梁，是通往各自接入域的入口节点，所以用边缘节点所连接的接入域的网络位置作为边缘节点的位置标识。
图4示出了一种通过核心域的域间源路由路径实施例示意图，第一移动终端311可以通过源节点：接入域220中的接入节点222，经过核心域，到达目的节点：接入域230中的接入节点233，与目的节点所连接的第二移动终端312之间互联互通。整个通信过程包括了3段源路由，依次是接入域220中基于身份标识的源路由、核心域210中基于位置标识的源路由、接入域230中基于身份标识的源路由。
图5示出了接入域220中基于身份标识的源路由。在接入域220中，接入控制节点225按照源身份标识10.0.3.11和目的身份标识10.0.3.12计算转发路径，由于目的身份标识不在本地接入域中，需要将报文转发给边缘节点进行域间转发，所以在接入域220中的转发路径依次是经过节点222、221、224，对应的基于身份标识的源路由是10.0.20.2、10.0.20.1、10.0.20.4。接入节点224收到报文后，判断源路由标签栈已经是最后一跳，同时没有去往目的身份标识10.0.3.12的转发表项，而且判断目的位置标识10.0.30.0可知需要将该报文转发给边缘节点212进行域间转发。
图6示出了核心域210中基于位置标识的源路由。边缘节点212收到来自接入节点224的报文后，核心控制节点215会按照源位置标识10.0.20.0和目的位置标识10.0.30.0计算转发路径，可知边缘节点213可以去往目的位置标识10.0.30.0，因此计算得到在核心域中的转发路径依次是经过节点212、211、213，对应的基于位置标识的源路由是10.0.20.0、10.0.10.0、10.0.30.0。边缘节点213收到报文，判断源路由标签栈已经是最后一跳，并且存在去往目的位置标识10.0.30.0的转发表项，即去往接入域230，因此继续将报文转发给接入节点234进行域内转发。
图7示出了接入域230中基于身份标识的源路由。在接入域230中，接入控制节点235按照源身份标识10.0.3.11和目的身份标识10.0.3.12计算转发路径，目的身份标识存在于本地接入域中，所以在接入域230中的转发路径依次是经过节点234、231、233，对应的基于身份标识的源路由是10.0.30.4、10.0.30.1、10.0.30.3。接入节点233收到报文后，判断源路由标签栈已经是最后一跳，同时存在去往目的身份标识10.0.3.12的直连信息，因此报文可以到达目的移动终端节点312。
图8示出了移动终端发生域间移动后源路由路径示意图。第二移动终端从接入域230移动到接入域240后，其身份标识保持不变，位置标识从10.2.30.0更新为10.2.40.0，第一移动终端和第二移动终端之间的转发路径也要进行更新，但是在接入域220中仍是按照源身份标识10.0.3.11和目的身份标识10.0.3.12计算转发路径，只是在核心域210中需按照更新后目的标识位置10.2.40.0计算转发路径，在接入域240中也仍然按照源、目的身份标识计算转发路径。这里需注意，本发明实施例假设控制节点可以实时感知移动终端的位置变化并将其信息及时告知全网，而域间移动切换前后由于转发路径更新而导致的通信时延主要取决于移动性管理机制的设计，不在本发明的范围内。
图9示出了域间移动切换后核心域210中基于位置标识的源路由。当第二移动终端移动至接入域240后，其位置标识从10.2.30.0更新为10.2.40.0，所以来自第一移动终端的报文到达边缘节点212后，核心控制节点会按照源位置标识10.0.20.0和目的位置标识10.0.40.0计算转发路径，可知边缘节点214可以去往目的位置标识10.0.40.0，因此计算得到在核心域中的转发路径依次是经过节点212、211、214，对应的基于位置标识的源路由是10.0.20.0、10.0.10.0、10.0.40.0。边缘节点214收到报文，判断源路由标签栈已经是最后一跳，并且存在去往目的位置标识10.0.40.0的转发表项，即去往接入域240，因此继续将报文转发给接入节点244进行域内转发。
图10示出了域间移动切换后接入域240中基于身份标识的源路由。在接入域240中，接入控制节点245按照源身份标识10.0.3.11和目的身份标识10.0.3.12计算转发路径，目的身份标识存在于本地接入域中，所以在接入域240中的转发路径依次是经过节点244、241、242，对应的基于身份标识的源路由是10.0.40.4、10.0.40.1、10.0.40.2。接入节点242收到报文后，判断源路由标签栈已经是最后一跳，同时存在去往目的身份标识10.0.3.12的直连信息，因此报文仍然可以到达目的移动终端节点312。
通过本发明的上述方法，可以在MobilityFirst网络的接入域中采用基于身份标识的源路由转发机制实现域内网络的互联网，在核心域中基于位置标识的源路由转发机制实现域间网络的互联互通，极大地简化了MobilityFirst网络数据平面的处理流程，同时保留了身份标识与位置标识分离的设计，有效支持域内和域间移动的数据转发。
以上所述，仅为本发明的优选实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然前文对本发明的实施过程进行了详细说明，对于熟悉本领域的人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和原则之内所做修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，运用于MobilityFirst网络，其特征在于，基于MobilityFirst网络协议的扩展头进行自定义，扩展头包括扩展头首部和若干个标签栈，所述扩展头首部包括：长度1字节的扩展头长度字段、长度1字节的下一标签偏移、长度1字节的最后一跳标签偏移以及长度1字节的转发机制标识位；
所述扩展头长度字段表示扩展头首部和标签栈的总长度，所述标签栈的段标识在MobilityFirst协议扩展头中按标签栈[0]~标签栈[n]顺序分布，其中，标签栈[0]表示标签栈的栈顶标签，n为大于等于0的整数；
下一标签偏移指向标签栈中下一跳转发节点；
最后一跳标签偏移始终指向标签栈的栈底，以判断是否到达最后一跳；
转发机制标识位用于表示当前的转发机制是基于身份标识还是基于位置标识进行转发，同时也表示了扩展头标签栈中填充的是身份标识还是位置标识。
2.如权利要求1所述的一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，其特征在于，所述转发机制标识位为0时，采用身份标识填充标签栈，网络节点按照基于身份标识的源路由机制对数据报文进行转发；转发机制标识位为1时，采用位置标识填充标签栈，网络节点按照基于位置标识的源路由机制对数据报文进行转发。
3.如权利要求2所述的一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，其特征在于，所述基于身份标识的源路由机制对数据报文进行转发，具体为：
在MobilityFirst网络的接入域中，接入域的控制节点为数据报文转发计算域内的转发路径标签栈，按照最短路径算法计算从源身份标识节点到目的身份标识节点的最短转发路径，将沿途交换节点的身份标识按照顺序填充入标签栈；
接入域中的接入节点接收来自移动终端/核心域边缘节点的数据报文，所述数据报文是基于MobilityFirst协议格式，且不携带扩展头；
接入节点识别与数据报文目的身份标识相关联的身份标识标签栈，其中，所述身份标识标签栈指定了去往目的身份标识的域内转发路径的域内交换节点顺序；
接入节点为所述数据报文添加扩展头，并将所述身份标识标签栈填充入扩展头；
根据所述身份标识标签栈，将所述数据报文转发至域内转发路径的下一交换节点，直至将数据报文转发至标签栈中的最后一个交换节点。
4.如权利要求3所述的一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，其特征在于，若所述最后一个交换节点直连目的身份标识节点，则将所述数据报文转发至目的身份标识节点，同时删除所述数据报文的扩展头；若最后一个交换节点没有连接目的身份标识节点，则将所述数据报文转发至核心域边缘节点。
5.如权利要求2所述的一种基于源路由的身份/位置标识混合转发方法，其特征在于，所述基于位置标识的源路由机制对数据报文进行转发，具体为：
在MF网络的核心域中，核心域的控制节点为数据报文转发计算域间的转发路径标签栈，按照最短路径算法计算从源位置标识节点到目的位置标识节点的最短转发路径，将沿途路由节点的位置标识按照顺序填充入标签栈；
域中的边缘节点接收来自域间的数据报文，所述数据报文是基于MobilityFirst协议格式，且携带扩展头；
边缘节点识别与数据报文目的位置标识相关联的位置标识标签栈，其中，所述身份标识标签栈指定了去往目的身份标识的域内转发路径的域内交换节点顺序；
边缘节点删除数据报文扩展头中的身份标识标签栈，将所述身份标识标签栈填充入扩展头，同时更新扩展头首部；
根据所述位置标识标签栈，将所述数据报文转发至域间转发路径的下一路由节点，直至将数据报文转发至标签栈中的最后一个路由节点；
最后一个路由节点将所述数据报文转发至目的位置标识网络域的接入节点，同时删除所述数据报文的扩展头。
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