CN1283066C - 一种标签展开的多级标签转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标签展开的多级标签转发方法，该方法为：为用户业务在支持多协议标签交换的网络中分配业务流转发路径；根据业务流转发路径所经过的标签展开路由器和在这些该标签展开路由器上设置的标签展开配置项信息，得到该业务流转发路径对应的包含压缩标签的标签栈并下发给边缘节点；业务流起始端的边缘节点将标签栈压入发出的业务流数据包中形成业务流多协议标签交换包；网络中的节点根据标签栈配置的标签转发所述业务流多协议标签交换包，并且在该交换包经标签展开路由器节点转发时，由标签展开路由器将标签栈中对应的压缩标签展开后形成新的标签栈。

Description

一种标签展开的多级标签转发方法

技术领域

本发明涉及网络中的多协议标签交换(MPLS)技术，特别涉及一种标签展开的多级标签转发方法。

背景技术

随着Internet规模的不断增大，各种各样的网络服务争相涌现，先进的多媒体系统层出不穷。由于实时业务对网络传输时延、延时抖动等特性较为敏感，当网络上有突发性高的文件传输协议(FTP)或者含有图像文件的超文本传输协议(HTTP)等业务时，实时业务就会受到很大影响；另一方面，多媒体业务占去了大量的带宽，这样，现有网络要保证的关键业务就难以得到可靠的传输。于是，各种业务服务质量(QoS)技术应运而生。IETF已经建议了很多服务模型和机制，以满足QoS的需求。目前业界比较认可的是在网络的接入和边缘使用综合业务模型(Int-Serv)，在网络的核心使用区分业务模型(Diff-serv)。区分业务模型(Diff-serv)仅设定优先等级保障QoS措施虽然有线路利用率高的特点，但具体的效果难以预测。因此，业界开始为骨干网区分业务Diff-Serv引入一个独立的承载控制层，建立一套专门的Diff-Serv QoS信令机制，如为了推动Diff-Serv的应用，IETF和一些厂商以及研究机构共同推动的业务质量骨干实验网(QBone)上，使用带宽代理器(Bandwidth Broker)模型来实现网络资源和拓扑管理，有其他一些厂商提出了类似的QoS服务器/资源管理器技术来管理拓扑资源和协调各个区分业务Diff-Serv区域的QoS能力。这些方法都是为区分服务Diff-Serv网络专门建立一个资源管理层，管理网络的拓扑资源，我们统称这个资源管理区分服务Diff-Serv方式为有独立承载控制层的Diff-Serv模型。

在有独立的承载控制层的区分服务(Diff-Serv)模型中，承载网控制服务器(包括带宽代理器(Bandwidth Broker)或者QoS服务器/资源管理器)配置了管理规则和网络拓扑，为客户的业务带宽申请分配资源。每个管理域的承载网控制服务器相互之间通过信令传递客户的业务带宽申请请求和结果，以及承载网资源管理器为业务申请分配的路径信息等。

当承载控制层处理用户的业务带宽申请时，将确定用户业务的路径。承载网资源管理器会通知边缘路由器按照指定的路径转发业务流。

承载网如何根据承载控制层确定的路径实现用户业务流按指定路由转发是图1所示模型的关键技术之一。

参阅图2所示，在支持MPLS交换的承载网络上，可以配置由标签交换路径(LSP)组成的承载网，并使用多级标签栈指定路由转发技术，使得业务流按照承载控制层指定的路径转发：在IP基础网络上，为需要服务质量保障的实时业务规划配置出一个逻辑上的业务承载网络来，这个业务承载逻辑网络由边缘节点中间转接节点以及节点之间的逻辑连接组成：其中边缘路由器就是业务承载网的边缘节点，可以在每个IP网资源管理区域内选取的一些路由器作为中间转接节点；节点与节点之间使用MPLS技术预先建立的LSP路径连接(如：可以使用RSVP-TE或者CR-LSP等信令，结合MPLS流量工程，静态配置好LSP路径，并预留好该LSP设计的带宽及其他QoS属性)；这些边缘节点/中间转接节点及其LSP连接就构成了业务流的逻辑承载网。其中边缘节点(边缘路由器)和转接节点(转接路由器)是LSP的起点或终点，而交换路由器只是负责MPLS标签交换功能，是LSP的中间交换点。

配置一个相对静态的MPLS逻辑承载网简化了网络设计，有利于简化承载控制层分配资源的复杂度，有利于网络的稳定和维护方便性，并能与Internet业务流分开维护和设计。

承载控制层为用户的一个需要质量保证的业务申请预留好路径后，业务会话流进入边缘节点(边缘路由器)，边缘节点让这个业务流进入业务逻辑承载网，从起点边缘节点发出，经过一些中间转接节点路由器后，到达终点的边缘节点路由器。这样一个业务会话流可以由其经过的LSP路径唯一确定，而承载控制层负责在这张由边缘节点/转接节点以及节点之间的MPLS LSP路径组成的逻辑网络上，为用户的业务申请选择端到端的业务流路径。

目前已提出采用MPLS多级标签栈转发技术在以上所描述的MPLS承载网上实现业务流按照承载控制层指定的业务流路径(经过的多个前后衔接的LSP)，其主要工作原理如下所述：

在MPLS承载网上，建立LSP组成的逻辑承载网，承载控制层为用户业务流在这个MPLS逻辑承载网上分配了路径后，通知边缘路由器这个路径所经过的所有LSP的标签栈，边缘路由器按照承载控制层命令把相应的业务流IP包打上对应路径的多级标签栈，在业务流起始端(边缘路由器位置)，一次把承载控制层所指定的业务流LSP路径对应的标签栈压入业务流包中；对中间的转接路由器而言，只需要支持静态配置的LSP功能和普通的MPLS转发功能，完成预先配置的标签转发。业务流MPLS包每经过一个转接路由器，刚刚经过的一条标记交换路径终结，业务流标签栈中表示该标记交换路径的标签在此转接节点(或在该标记交换路径的倒数第二跳路由器)弹出，转接节点根据指示下一条标记交换路径的栈顶标签继续转发。转接的路由器是一些LSP终止和起始的汇接点，只需要支持两级标签栈的处理能力。

为便于讲解MPLS多级标签栈指定路由转发技术的细节，以图3为例进行说明。在图3中，给出了一个逻辑承载网络，两个边缘路由器E1和E2之间有一些核心路由器。有一个用户业务是从E1到E2的业务流。承载控制层为这个业务流分配的承载路径为：边缘路由器E1-LSPa->转接路由器Ra-LSPb->转接路由器Rb-LSPc->转接路由器Rc-LSPd->边缘路由器E2。

参阅图4，如果在各个节点，这些LSP对应的标签都是全局标签，如：LSPa在E1的全局标签为La、LSPb在Ra的全局标签为Lb、LSPc在Rb的全局标签为Lc、LSPd在Rc的全局标签为Ld，那么承载控制层确定按路径LSPa->LSPb->LSPc->LSPd转发的MPLS标签栈就是La/Lb/Lc/Ld，其中La是栈顶。

从该方案可看出，使用的MPLS多级标签栈方式要求边缘路由器支持的标签栈层数与业务流路径经过的LSP的数量相当，在一个较大规模的网络上，可能会达到8个至12个LSP或更多，导致应用该技术时要求边缘路由器节点支持8层至12层甚至更多的MPLS标签封装能力，而目前很多边缘路由器只能支持较少的MPLS标签层数的封装，使得该技术方案的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种标签展开的多级标签转发方法，以解决现有技术中因边缘节点支持的标签层数少而使多级标签转发受到限制的问题。

本发明提供下述技术方案：一种标签展开的多级标签转发方法，采用多协议标签交换(MPLS)的多级标签栈方式在网络上按承载控制层所制定的路径方式转发业务流，其特征在于该方法包括步骤：

为用户业务在支持多协议标签交换的网络中分配业务流转发路径；

根据业务流转发路径所经过的标签展开路由器和在该标签展开路由器上设置的标签展开配置项信息，得到该业务流转发路径对应的包含压缩标签的标签栈，并将该标签栈下发给边缘节点；

业务流起始端的边缘节点将所述标签栈压入发出的业务流数据包中形成业务流多协议标签交换包；

支持多协议标签交换的网络中的节点根据标签栈配置的标签转发所述业务流多协议标签交换包，并且在该交换包经标签展开路由器节点转发时，由标签展开路由器将标签栈中对应的压缩标签展开后形成新的标签栈。

其中：

所述支持多协议标签交换的网络是预先在基础网络上规划配置出来的业务承载逻辑网络，该网络由边缘节点、普通的中间转接路由器节点、标签展开路由器节点以及节点之间的标记交换路径连接组成。

根据支持多协议标签交换的网络的业务规划，在标签展开路由器和承载控制层实体上预先配置标签展开项。

所述压缩标签是指将业务流转发路径连续经过的多个标记交换路径(LSP)段的路径信息压缩在一个标签内表达。

一个压缩标签展开的路径包含两个或两个以上的连续的标记交换路径(LSP)。

标签展开路由器展开压缩标签包括步骤：

标签展开路由器从标签栈顶得到需要展开的压缩标签；

根据所述压缩标签项查找多协议标签交换(MPLS)转发表，并得到该压缩标签的展开转发信息；

将所述展开转发信息更换所述压缩标签并形成新的标签栈。

所述标签展开路由器是能够将一个压缩标签展开为多个标记交换路径(LSP)的路由器，该路由器也可作为普通的转接路由器或者多协议标签交换(MPLS)路由器。

所述网络为由多个路由区域组成的IP网络，或者由多个自治域组成的IP网络。

本发明通过将业务流转发路径连续经过的多个标记交换路径(LSP)段的路径信息压缩在一个标签内，并在转发过程中由标签展开路由器将其展开为多个标签，因而在通过同样多数量的业务流路径时，本发明要求边缘路由器支持MPLS标签的封装层数比现有技术少大大减少。因此，在不增加LSP规划的复杂性下，可以大大降低对边缘路由器封装标签层数要求。例如：对一个运营商的全国IP网络，采用3～4层标签就可以满足灵活组网和方便运维的要求，而对于一个运营商的全球IP网络，5～6层标签就可以满足灵活组网和方便运维的要求。

本发明标签展开方式的MPLS多级标签栈转发技术对中间的网络设备来说，只需要支持MPLS基本转发功能即可；同时，在支持多协议标签交换的网络中，一个业务流的LSP路径可以经过零个或一个或多个标签展开路由器，而每个标签展开路由器所展开的路径可以包含两个或两个以上的LSP，因而组网非常灵活。

附图说明

图1为现有技术中独立的承载控制层网络模型；

图2为采用多协议标签交换的标签交换路径技术建立的业务承载逻辑网络；

图3为现有技术的多级标签栈实现指定路由转发的示意图；

图4为多级标签栈转发过程；

图5为本发明引入标签展开路由器的业务承载网络；

图6为标签展开的多级标签转发示意图；

图7为转接路由器转发原理图；

图8为标签展开路由器转发原理图；

图9为采用本发明的全国网络示意图；

图10为本发明的流程图。

具体实施方式

为降低对边缘路由器节点的多协议标签交换(MPLS)封装层数的要求，本发明将业务流转发路径连续经过的多个标记交换路径(LSP)段的路径信息压缩在一个标签内表达(称该种标签为压缩标签)；在业务流转发过程中，利用某些转接路由器的MPLS标签处理能力，将一个压缩标签展开成多个标签，实现标签展开。

在本发明中，将具有标签展开功能的转接路由器称为标签展开路由器。标签展开路由器是路由器的一种，在处理某些业务流时，某些路由器作为标签展开路由器来使用，而在处理另外一些业务流时，这些路由器可能只是作为普通的转接路由器或者MPLS交换路由器来使用。

在实际运营中，可以根据网络的标签交换路径(LSP)的分布拓扑情况和网络规划，针对一些业务流，选择合适的路由器作为标签展开路由器来使用，根据业务流路径规划，预先设置这些路由器的标签展开表。把这些配置的标签展开表等信息通告承载控制层的相关控制实体，承载控制层就可以根据一定的策略，确定业务路径的压缩后的标签栈，从而减少边缘路由器的MPLS封装层数。

参阅图10所示，本发明的主要流程如下：

步骤10：由网络中的承载控制实体为用户业务在支持多协议标签交换的网络中分配业务流转发路径。

支持多协议标签交换的网络是预先在基础网络上规划配置出来的业务承载逻辑网络(以下称承载网)，该网络由边缘节点、普通的中间转接路由器节点、标签展开路由器节点以及节点之间的标记交换路径连接组成。

步骤20：承载控制层实体根据业务流转发路径所经过的标签展开路由器和在该标签展开路由器上设置的标签展开配置项信息，得到该业务流转发路径对应的包含压缩标签的标签栈，并将该标签栈下发给边缘节点。

业务流路径可以经过零、一个或多个标签展开路由器，从而得到的业务流标签栈可以包含零个或一个或多个压缩标签。

当承载控制层实体判断出业务流路径不经过标签展开路由器时，则得到该业务流转发路径对应的标签栈，并按背景技术中提到的多级标签转发技术转发业务流。

步骤30：业务流起始端的边缘节点将所述标签栈压入发出的业务流数据包中形成业务流多协议标签交换包。

步骤40：承载网中的节点根据标签栈配置的标签转发所述业务流多协议标签交换包，并且在该交换包经标签展开路由器节点转发时，由标签展开路由器将标签栈中对应的压缩标签展开后形成新的标签栈。

以下结合附图对本发明的具体实现过程进行详细说明：

参图5所示，以某边缘路由器E1到另一边缘路由器E2的一个实时业务为例。承载控制层为用户的这次业务申请分配的业务流LSP路径是：LSPa->LSPb->LSPc->LSPd->LSPe->LSPf，如果在各个节点，这些LSP对应的标签都是全局标签，如：LSPa在E1的全局标签为La、LSPb在Ra的全局标签为Lb、LSPc在Rb的全局标签为Lc、LSPd在Rc的全局标签为Ld，那么按照没有标签展开的MPLS多级标签转发，起始端边缘路由器E1的用户业务流标签栈就是La/Lb/Lc/Ld/Le/Lf，其中La是栈顶。

为了压缩标签的层数，在图5中选取两个路由器作为标签展开路由器Rb和Rd。在标签展开路由器Rb上预先配置有标签展开项LCc->Lc/Ld，即标签LCc将展开成Lc/Ld，其中Lc是栈顶。在标签展开路由器Rd上预先配置有标签展开项LCe->Le/Lf，即标签LCe将展开成Le/Lf，其中Le是栈顶。

在使用标签展开技术的情况下，承载控制层的控制实体将会根据业务流路径上的标签展开路由器的标签展开项配置情况，将标签压缩后的标签栈通知发端的边缘路由器。

在图5的示例中，承载控制层可以根据标签展开路由器Rb和Rd的标签展开配置项得到压缩标签，即在业务流LSP路径：LSPa->LSPb->LSPc->LSPd->LSPe->LSPf中，使用压缩的标签LCc表示路径LSPc->LSPd，使用压缩的标签LCe表示路径LSPe->LSPf。因此承载控制层将标签栈La/Lb/LCc/LCe(La是栈顶)发给边缘路由器E1。

如图6所示，用户的业务流在边缘路由器E1发出时使用的标签栈就是La/Lb/LCc/LCe(La是栈顶)，在到达转接路由器Ra时，顶层标签弹出，标签栈变成Lb/LCc/LCe。业务流沿着路径LSPb发到了标签展开路由器Rb，顶层标签Lb弹出。这时，标签展开路由器Rb按照标签LCc做MPLS转发时，根据标签LCc所对应配置的标签展开项LCc->Lc/Ld，将标签LCc展开成Lc/Ld，业务流的标签栈变成Lc/Ld/LCe(Lc是栈顶)，这样业务流将转发到LSPc上去。在到达转接路由器Rc时，顶层标签弹出，标签栈变成Ld/LCe。业务流继续沿着LSPd发到了标签展开路由器Rd，顶层标签Ld弹出。这时，标签展开路由器Rd按照LCe做MPLS转发时，根据标签LCe所对应配置的标签展开项LCe->Le/Lf，将标签LCe展开成Le/Lf，业务流的标签栈变成Le/Lf(Le是栈顶)，这样业务流将转发到LSPe上去。这样业务流再经过中间的转接路由器Re后，就顺利到达目的边缘节点E2。

注意在这些把浓缩的LSP路径标签信息展开还原成表述具体的业务流LSP路径标签栈的标签展开路由器设备上(如上例中的Rb和Rd)，仍然可以采用静态配置的方式配置好压缩标签到展开标签栈的对应表，这样可以保持网络维护的简单性，对路由器设备性能并没有带来负面影响。

一般的转接路由器是标签交换路径LSP的起点和终点，转接路由器的MPLS转发流程主要是根据入口标签Lin查找MPLS转发表，得到Lin标签的MPLS处理方式。

如图7所示：若标签Lin代表的LSPa在本路由器终结，则弹出顶层标签Lin，再根据下层标签L′查找MPLS转发表得到下一段标签交换路径LSPb的发送信息；否则将直接得到下一段LSP的发送信息。

参阅图8所示，具有标签展开功能的转接路由器也是标签交换路径LSP的起点和终点，在启动标签展开功能时，标签展开路由器的MPLS转发流程为：

如果入口标签为标签Lin，则根据该标签Lin查找MPLS转发表，得到标签Lin的MPLS处理方式：如果标签Lin代表的路径LSPa终结，则弹出顶层标签Lin，再根据标签栈中下层标签LC(LC是压缩的标签)查找图MPLS转发表，LC的MPLS处理方式就会包含该标签的展开转发信息。

如果入口标签为LC(LC是压缩的标签)，查找MPLS转发表将直接得到标签展开转发信息，把LC展开成Lb/Lc/Ld。得到标签展开转发信息后，转接路由器将展开成的新标签更换标签LC(即将标签栈中的标签LC弹出，将标签Lb/Lc/Ld压入标签栈中)后按照指定的接口发送。

从本技术的具体应用范围来讲，在有多个路由区域组成的IP网络中，或者有多个自治域组成的IP网络中，均可以使用标签展开的多级标签指定路径转发技术。而一个业务流也可以经过零个(普通的MPLS多级标签栈转发技术)或一个或多个标签展开路由器，而每个标签展开路由器所展开的路径可以包含两个或两个以上的LSP。

以一个运营商的全国网络的业务举例，如图9所示，某运营商建有本地网络、每个省建有各自的骨干网络，同时还有全国骨干网络。而各本地网络、各省骨干网络以及全国骨干网络可以分别有不同的自治域AS编号。

可以在每个本地网络或城域网络中选取一些路由器作为转接路由器，处理LSP的终结和起始，而在本地网出口的位置，可以设置几台具有标签展开功能的路由器，负责转接与全国其他数百个本地网/城域网的业务。这些标签展开路由器将发出的业务流标签展开成在省骨干和全国骨干上的LSP路径标签栈，还可将流入的业务流标签展开成在本地网内的LSP路径标签栈。

在这些标签展开路由器上配置的标签展开表可以是预先配置的，通过多种配置接口设置。在每个本地网的标签展开路由器上，需要为国内每个目的本地网配置标签展开表，而且从业务可靠性和负荷分担角度来讲，对于每个目的本地网，应该设置多个可能的标签展开表项，这样可能在每个标签展开功能的路由器上需要设置上千条MPLS标签展开表项。

图9显示出，以深圳本地网的某个边缘路由器E1到石家庄的某个边缘路由器E2的业务流处理情况：在深圳本地网，业务流经过两个LSP到达某个出口标签展开路由器，标签分别为L11/L12，而在该标签展开路由器处，设置了到石家庄的某转接路由器的标签展开项：L2展开成L21/L22/L23，表示了从深圳的该标签展开路由器到达石家庄的某转接路由器在省骨干和全国骨干上经过的一种LSP路径。而在图九中，石家庄的落地的转接路由器也配置了标签展开项：L3展开成L31/L32，表示在石家庄的本地网中从该落地的转接路由器到目的地E2的一种LSP路径。

同样的网络规划方法可以应用到运营商的全球国际网络上。

在国际出口的路由器处，可以将到其他目的地国家的标签展开成在国际骨干上的标签栈路径。标签展开表可以是静态配置的到不同目的地国家的LSP路由表。这样，一个运营商的全球网对边缘路由器只要求五至六层标签。

本发明的标签栈展开方式充分利用了MPLS丰富的标签空间的特点以及MPLS的基本标签交换转发机制。由于MPLS标签多达20比特，而每个转接路由器只需要终结和起始数百个LSP的数量，所以标签的空间有着很大的富余。虽然一个实时媒体流经过的LSP有很多段，但可以通过把业务流路径连续经过的数个LSP段路径信息压缩在一个标签内表达，然后在某些中间的具有标签展开能力的转接路由器设备上把这些浓缩的LSP路径标签信息展开还原成表述具体的LSP路径的标签栈。采用这种方法后，在通过同样多数量的LSP的业务流路径时，边缘路由器就可以只需要支持较少的MPLS标签层数封装。

Claims (12)

1、一种标签展开的多级标签转发方法，采用多协议标签交换的多级标签栈方式在网络上按指定的路径方式转发业务流，其特征在于该方法包括步骤：

为用户业务在支持多协议标签交换的网络中分配业务流转发路径；

根据业务流转发路径所经过的标签展开路由器和在该标签展开路由器上设置的标签展开配置项信息，获得该业务流转发路径对应的包含压缩标签的标签栈，并下发给边缘节点；

业务流起始端的边缘节点将所述标签栈压入发出的业务流数据包中形成业务流多协议标签交换包；

支持多协议标签交换的网络中的节点根据标签栈配置的标签转发所述业务流多协议标签交换包，并且在该交换包经标签展开路由器节点转发时，由标签展开路由器将标签栈中对应的压缩标签展开后形成新的标签栈。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支持多协议标签交换的网络是预先在基础网络上规划配置出来的业务承载逻辑网络，该网络由边缘节点、普通的中间转接路由器节点、标签展开路由器节点以及节点之间的标记交换路径连接组成。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据支持多协议标签交换的网络的业务规划，在标签展开路由器上预先配置标签展开项。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩标签是指将业务流转发路径连续经过的多个标记交换路径段的路径信息压缩在一个标签内表达。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，一个压缩标签展开的路径包含两个或两个以上的连续的标记交换路径。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，标签展开路由器展开压缩标签包括步骤：

标签展开路由器从标签栈得到需要展开的压缩标签；

根据所述压缩标签项查找多协议标签交换转发表，并得到该压缩标签的展开转发信息；

将所述展开转发信息更换标签栈中的所述压缩标签，并形成新的标签栈。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标签展开路由器是能够将一个压缩标签展开为多个标记交换路径的路由器，该路由器也可作为普通的转接路由器或者多协议标签交换路由器。

8、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络为由多个路由区域组成的IP网络，或者由多个自治域组成的IP网络。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述网络为本地网络和/或骨干网络。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，至少在本地网和/或骨干网的出口位置设置一个或多个所述标签展开路由器。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，业务流路径经过零个、一个或多个标签展开路由器，从而得到的业务流标签栈包含零个、一个或多个压缩标签。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务流转发路径由支持多协议标签交换的网络中的承载控制层指定。

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