CN1394045A - 具有允许lsp的虚拟路由的l2/l3网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有允许LSP的虚拟路由的L2/L3网络。提供一种用于实现允许标记交换路径(LSP)的虚拟路由的L2/L3网络(例如多协议协议交换(MPLS)网络)，该网络具有一个允许MPLS的路由器和若干允许MPLS的桥接器。路由器可位于该网络的边缘，并且可以是出口标记交换路由器(E－LSR)。E－LSR可以线路速率在相同的时间用作LSR和/或用作多个LSP的入口LSR(I－LSR)。E－LSR可通过LSP从一个桥接器接收数据分组，除去标记，并且随后利用IP协议把该PDU发送给外部网络。另外，E－LSR还通过LSP从一个桥接器接收数据分组，除去标记，路由或桥接该数据分组，应用新的标记，随后通过LSP将该数据分组标记交换给一个VLAN桥接器。

Description

具有允许LSP的虚拟路由的L2/L3网络
本申请要求2001年7月3日提交的美国临时申请No.60/302967“具有允许LSP的虚拟路由的L2/L3网络”的优先权，该临时申请的内容作为参考整体包含于此。
技术领域
本发明涉及L2/L3网络，更具体地说涉及多协议标记交换(MPLS)的实现。
背景技术
在支持桥接和路由的网络(即层2/层3(L2/L3)网络)中，一般安装同时具有桥接和路由能力的交换节点(即桥接器/路由器)，并且配置这样的节点以便桥接本地协议数据单元(PDU)并且发送非本地PDU。这种安排一般意味着产生和具有一种转发能力或另一种转发能力的交换节点相比，开销大得多的交换节点，从而导致产生该网络时复杂性和费用的增大。
通过安装只具有桥接能力的交换节点(即桥接器)或者只具有路由能力的交换节点(即路由器)，能够避免这样的开销，并把桥接器配置成把非本地PDU桥接到外部路由器以便发送。但是把PDU桥接到外部路由器伴随产生桥接固有的所有低效率，例如不必要的溢流、不能保证带宽及有限的区分优先次序能力。
于是，希望实现支持桥接和路由，但是既不需要桥接器/路由器又不需要把非本地PDU桥接到外部路由器以便发送的L2/L3网络。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种包含若干允许MPLS的桥接器、一个允许MPLS的路由器和使各个桥接器与该路由器互连的若干标记交换路径的L2/L3网络。桥接器桥接本地协议数据单元，并且在所述若干标记交换路径中的相应路径上把非本地协议数据单元交换给路由器，随后该路由器发送非本地协议数据单元。
在根据本发明的另一实施例中，提供一种在包含通过若干标记交换路径互连的若干允许MPLS的桥接器和一个允许MPLS的路由器的L2/L3网络中转发协议数据单元的方法。从桥接器桥接本地协议数据单元，通过所述若干标记交换路径中的相应路径，把非本地协议数据单元从桥接器交换到所述路由器。随后使用所述路由器发送非本地协议数据单元。
在根据本发明的又一实施例中，提供一种在包含一个允许MPLS的路由器和若干允许MPLS的VLAN桥接器的MPLS网络中转发数据分组的方法。根据与数据分组相关的VLAN，在一个VLAN桥接器中把第一MPLS标记附到该数据分组上。通过第一MPLS隧道从所述一个VLAN桥接器把该数据分组发送给路由器，随后该数据分组被发送给另一个VLAN桥接器。
在根据本发明的又一实施例中，提供一种通信网络。所述通信网络包括若干第一节点，一个第二节点，以及每个第一节点和所述第二节点之间的至少一个相互连接。第一节点不具备实际路由能力，而第二节点具备实际路由能力。每个第一节点通过所述第一节点和所述第二节点之间的至少一个互相连接与所述第二节点相互作用，从而向所述第一节点提供仿真路由能力。
附图说明
结合附图根据下述详细说明，可理解本发明的这些及其它方面，其中：
图1是可用于实现根据本发明的一个实施例的L2/L3网络的系统图；
图2是根据本发明的一个实施例中的MPLS网络的系统图；
图3是根据本发明的另一实施例中的MPLS网络的系统图；
图4图解说明MPLS标记的格式；
图5是根据本发明的一个实施例在边缘标记交换路由器(E-LSR)的MPLS数据分组处理的流程图。
具体实施方式
图1是可用于实现根据本发明的实施例的例证L2/L3网络100的系统图。L2/L3网络100包括通过标记交换路径(LSP)(例如多协议标记交换(MPLS)LSP)103、105、109和111借助允许MPLS的路由器106互连的允许MPLS的虚拟局域网(VLAN)桥接器102、104、108和110。LSP 103、105、109和111均包括一个或多个LSP。当执行MPLS功能时，桥接器102、104、108和111及路由器106可被称为标记交换路由器(LSR)。每个LSP都包括一个或多个LSR。LSP也可被称为隧道、LSP隧道、MPLS隧道(当使用MPLS标记时)，或者用本领域中常规的其它任何符号表示。L2/L3网络100还包括分别与VLAN桥接器102、104、108和110耦接的若干LAN主机112、114、116和118(层2网络)。
为了便于举例说明，如图所示的L2/L3网络100只包括一个路由器106、四个VLAN桥接器102、104、108和110和LAN主机112、114、116和118。实际上本领域的技术人员会认识到用于实现本发明的各个不同实施例的L2/L3网络可包括不同数目的路由器、VLAN桥接器、LAN主机和/或其它类型的网络部件。
VLAN桥接器102、104、108和110桥接本地PDU并在LSP之一上把非本地PDU交换给路由器106。PDU(或数据分组)包括TCP/IP包，以太网帧、或者其它数据协议类型的PDU。例如，路由器106可通过LSP从VLAN桥接器之一接收PDU，除去标记，利用IP(例如IPv4或IPv6)协议发送该PDU，并且随后把该PDU转发给该PDU已被送到的外部网络。
另外例如，路由器106可通过LSP从VLAN桥接器之一接收PDU，除去标记，在内部路由或桥接该PDU，应用新的标记，并且随后通过包括经过其接收该PDU的LSP在内的任意LSP把该PDU标记交换给VLAN桥接器。在路由器和目的地VLAN桥接器之间，每个LSP可包括一个或多个路程段(例如LSR)。把PDU发送到从其接收该PDU的相同LSP可被称为一个分路路由。路由器106还通过LSP从VLAN桥接器之一接收PDU，在标记交换中除去标记并添加一个新标记，随后通过LSP将其转发给VLAN桥接器之一。
通过在LSP上把非本地PDU交换给路由器，可避免安装桥接器/路由器的复杂性和费用，同时不存在伴随把非本地PDU桥接到外部路由器产生的问题。例如，把非本地PDU交换给路由器106不会涉及溢流，能够保证带宽，并且允许区分优先次序方面的灵活性。
于是在根据本发明的一个实施例中，通过利用在VLAN桥接器上实际不存在路由器的情况下，在VLAN桥接器上产生“虚拟”路由存在的LSP，可产生相对简单并且费用较低的L2/L3网络，所述L2/L3网络的性能特征类似于具有桥接器/路由器的L2/L3网络。例如，与相同VLAN相关，但是和远距离的VLAN桥接器耦合的多个子网(例如LAN主机)可相互虚拟连接，好像不存在插入网络一样。另外例如，可通过利用标记封装PDU的标记交换在因特网内发送诸如不具有路由信息的以太网帧之类的层2 PDU。
在路由器106和各个VLAN桥接器之间存在一个以上LSP的实施例中，VLAN桥接器可选择到路由器106的第一LSP，以便根据与非本地PDU相关的VLAN传输该非本地PDU。例如，可通过直接把相关的VLAN值映射为标记值(例如MPLS标记值)，从而利用层2信息触发标记交换，选择LSP。
对于层2触发来说，可特别在路由器106的某些端口上产生VLAN，以致如果这些端口接收与这样的VLAN相关的PDU，则路由器106可把这些PDU放入相应的隧道中。可产生一个表格并将其用于VLAN值和标记值之间的映射。例如，VLAN桥接器102可从LSP中选择第一LSP 103，把非本地PDU传送给路由器106。此外例如路由器106可选择第二LSP，根据IP地址和/或与接收的PUD相关的其它L2/L3地址传送接收的PDU。
此外，路由器106可具有从接收的PDU的标记堆栈除去(或取出)标记并且桥接或发送接收的PDU的能力。这允许在VLAN桥接器102、104、108和110与路由器106之间配置经过零个或多个中间节点(它可包括LSR)的LSP，并可减少或者消除对任意中间节点支持(例如对MPLS倒数第二路程段取出(penultimate hop pop：PHP)功能)的需要。
L2/L3网络的一个例子是使用E.Rosen等在网络工作组请求评议(RFC)3032，“MPLS Lable Stack Encoding”(http：//www.ietf.org/rfc/rfc3032.txt)(日期2001年1月)中描述的MPLS标记堆栈编码的网络，其内容作为参考整体包含于此。如同RFC3032中所述，MPLS规定可应用于使用MPLS标记的数据分组的封装方法。这种封装方法允许沿着LSP容易地转发这样封装的数据分组，所述LSP包含其中所述路径具有一些所需特征(例如带宽或者服务质量(QoS))的LSR。例如，使用MPLS交换，可利用MPLS标记封装来自子网的非本地PDU(带有层2信息)，并且将其交换给另一子网，而不必向该PDU引入用于层3交换的层3信息。
通常代表网络的出口边缘的出口标记交换路由器(E-LSR)一般指令上游LSR从与特定LSP相关的数据分组“取出”MPLS，以致MPLS封装的数据分组失去它们的特殊封装，重新加入常规IPv4路由的领域。
称为倒数第二路程段取出(PHP)的上游LSR最好使E-LSR免除取出MPLS封装并且随后不得不检查并转发基础的IPv4数据分组的额外负担。基本上，当MPLS封装的数据分组进入PHP时，MPLS封装被“取出”并且基础的IPv4数据分组被转发给E-LSR。随后E-LSR可根据其内部IPv4信息发送该数据分组。
但是，这种方法存在一些问题。首先，上游装置必须具有PHP能力，其次由于出口步骤分布在两个装置之间，因此配置和管理任务过多，第三，PHP方案限制了可从LSP外出的通信的类型(目前，出口通信被限制为IPv4或IPv6)。
于是，在根据本发明的一个实施例中，通过从上游LSR除去PHP功能，并且允许E-LSR具有下述能力，解决伴随PHP产生的问题：
1)E-LSR最好应能够“取出”MPLS标记堆栈(这通常由倒数第二个路由器完成)，从而把PHP和E-LSR功能压缩到单个装置中(而在常规实现中，它们是两个装置)；和
2)E-LSR最好应能够检查基础数据分组，并据此进行路由/桥接。
此外，E-LSR最好在几乎不损失线路速率处理的情况下执行上述操作。
图2是根据本发明的一个实施例中的MPLS网络200的系统图。MPLS网络200与外部网络220耦接。MPLS网络200包含通过MPLSLSP 203、205、209和211借助E-LSR(边缘/出口LSR)206彼此互连的虚拟局域网(VLAN)桥接器202、204、208和210。E-LSR 206也可用作LSR和/或用作入口LSR(I-LSR)。E-LSR 206最好能够同时起多个LSP的E-LSR、LSR和I-LSR的作用，同时以线路速率执行转发功能。MPLS网络200还包括分别与VLAN桥接器202、204、208和210耦接的若干LAN主机212、214、216和218。
为了便于图解说明，如图所示的MPLS网络200只包含一个E-LSR 206、四个VLAN桥接器202、204、208和210及LAN主机212、214、216和218。实际上，本领域的技术人员会认识到根据本发明的各个不同实施例中的MPLS网络可包含不同数目的LSR、VLAN桥接器、LAN主机和其它网络装置。例如，LSP 203、205、209和211均可包含用于执行MPLS标记交换的一个或多个LSR。
E-LSR 206位于MPLS网络200的边缘。从而当E-LSR 206通过LSP从VLAN桥接器202、204、208和210之一接收MPLS数据分组(或者MPLS PDU)时，E-LSR 206可除去MPLS标记，利用IPv4协议发送该数据分组，随后把该数据分组转发给外部网络220，外部网络220可包括L2、L3、MPLS和/或其它网络装置。此外，E-LSR 206可在除去MPLS标记之后把MPLS数据分组转发给另一MPLS网络(例如在外部网络220中)。接收MPLS网络随后可向该数据分组加入专用于该MPLS网络的标记。
另外例如，E-LSR 206可通过LSP从VLAN桥接器202、204、208和210之一接收一个MPLS数据分组，除去MPLS标记，路由或桥接该数据分组，应用新的MPLS标记，并且随后通过包括通过其接收该PDU的LSP在内的任意LSP，把该数据分组标记交换给所述数据分组已被桥接或发送给的VLAN桥接器。在E-LSR和目的地VLAN桥接器之间，每个LSP可包括一个或多个路程段(例如LSR)。把MPLS数据分组发送给通过其接收MPLS数据分组的LSP可被称为一个分路路由。
E-LSR 206还可通过LSP从VLAN桥接器202、204、208和210之一接收MPLS数据分组，在标记交换中除去MPLS标记并添加一个新的MPLS标记，随后通过一个LSP将其转发给VLAN桥接器之一，所述一个LSP可包括E-LSR 206和目的地VLAN桥接器之间的一个或多个路程段(例如LSR)。
虽然MPLS网络200具有单个E-LSR 206，但是MPLS网络可具有一个以上的E-LSR。但是，每个MPLS隧道最好与一个E-LSR相关，其它E-LSR可用于故障转移目的(fail over purpose)，即当MPLS隧道中的一个或多个LSR出故障时用作备份，并且可由MPLS/RSVP(资源保留设置协议)或LDP(标记分发协议)控制。
图3是根据本发明的另一实施例中的MPLS网络225的系统图。MPLS网络225包括一个LSR 230，LPS240、242和VLAN A桥接器232、234以及分别和VLAN A桥接器232、234耦接的LAN主机233、235。MPLS网络225还包括其它LSR、LSP、VLAN桥接器、LAN主机和/或其它网络装置。为了便于举例说明，图中所示LSP 240和242分别包括路由器236和238。实际上，LSP 240和242均可包括多个路由器和/或LSR。根据图2中图解说明的网络装置的配置，下面将参考MPLS网络225说明的MPLS交换也可应用于图2的MPLS网络200。
在MPLS网络225中，VLAN A桥接器232和234及LSR 230最好与相同的vLAN，VLAN A相关，并且LSR 230最好能够桥接与VLAN A相关的数据分组(例如帧)。但是，当路由器236和/或路由器238不具有L2桥接能力时，不能把来自与VLAN桥接器232耦接的LAN主机233之一的数据分组桥接到与VLAN桥接器234耦接的LAN主机235之一。
这种情况下，VLAN A桥接器232最好起入口-LSR(I-LSR)的作用，以便利用MPLS标记封装来自LAN主机233的数据分组。封装后的数据分组最好随后通过LSP 240和242被MPLS交换给VLANA桥接器234，除了起LSR作用的路由器236和238之外，LSP 240和242也都包括LSR。
在MPLS数据分组路径中，LSR 230可利用其基础(L2)协议桥接数据分组，随后向该数据分组施加MPLS标记，以便将其MPLS交换给VLAN A桥接器234。这种情况下，LSR 230接收的数据分组的MPLS标记可能是保留为要由LSR 230取出、以供LSR 230桥接数据分组并且对其应用一个新的MPLS标记的特殊标记。
随后VLAN A桥接器234最好起出口-LSR(E-LSR)的作用，从而取出MPLS标记并且把该数据分组桥接给LAN主机235。当在LSP242中的VLAN A桥接器234的上游使用PHP时，MPLS标记取出实际可由PHP完成，而不由VLAN A桥接器234完成。
图4表示MPLS标记的格式。MPLS标记(在MPLS填隙(shim)报头254中)一般被插入L2(数据链路层)报头252和L3(网络层)报头256之间。MPLS标记还可以被嵌入L2报头中。例如，当使用的L2层是点对点协议(PPP)或者媒体访问控制(MAC/以太网)时，MPLS标记可被插入L2报头和L3报头之间。另外，当使用的L2层是异步传输模式(ATM)或帧中继时，虚拟路径标识符/虚拟通道标识符(VPI/VCI)和数据链路连接标识符(DLCI)可分别用作MPLS标记。
MPLS填隙报头254包括标记字段260、实验用途字段(EXP)262、堆栈底部指示符(S)264和有用时间(time-to-live)指示符(TTL)266。标记字段260携带标记的实际值。当收到标记的数据分组时，查寻位于堆栈顶部的标记值。作为成功查寻的结果，确定该数据分组将被转发给的下一路程段。此外，通过查寻可确定转发前要对该标记堆栈进行的操作(例如顶层堆栈替换、标记堆栈条目弹出和/或标记堆栈条目添加)。
对于标记堆栈中的最后条目(即对于堆栈的底部)，堆栈底部指示符264被设置为1，对于所有其它标记堆栈条目，堆栈底部指示符264被设置为0，有用时间指示符226可用于对有用时间编码。此外，为实验用途保留实验用途字段。
图5是参照图2的MPLS网络200，图解说明在本发明的一个实施例中转发MPLS数据分组的过程的流程图。在步骤300，MPLS数据分组通过LSP从VLAN桥接器之一进入E-LSR 206。当进入E-LSR206时，步骤302中的过程最好检查MPLS标记是否是指示将为接收的MPLS数据分组执行PHP功能的保留标记。该MPLS标记可能已由I-LSR(就图2中的MPLS网络而论，它和E-LSR 206相同)或者由发生正常PHP的隧道中的另一LSR引入，所述另一LSR一般是紧邻E-LSR 206位于其上游的LSR。如果MPLS标记是指示PHP功能性的保留标记，则最好如步骤306中所示，E-LSR除去(或者取出)该MPLS标记。
但是，如果MPLS标记不是专供取出之用的标记，则步骤304中的过程最好执行标记查寻，以确定是否应除去该MPLS标记。可借助诸如RSVP或LDP之类的信令协议通知LSR除去MPLS标记。如果查寻指出该MPLS标记要被除去，则最好如步骤306中所示除去该MPLS标记。如果否，则该MPLS标记被保留，不被除去。在其它实施例中，LSR也可被静态配置成除去某些标记。
如果MPLS标记不被除去，则步骤308中的过程可通过LSP 203、205、209和211之一把该MPLS数据分组转发给VLAN桥接器之一。在转发MPLS数据分组之前，可交换标记；换句话说，E-LSR可起LSP中其它任意LSR的作用，并且在MPLS交换该数据分组之前，用新的MPLS标记替换该MPLS标记。
如果在步骤306中除去该MPLS标记，则最好恰当地检查并转发基础数据分组。换句话说，在步骤310中，E-LSR 206最好利用例如IPv4或IPv6协议执行路由查寻，以确定把该数据分组转发给何处。E-LSR 206还可执行桥接，以便确定把该数据分组转发给何处。如果转发信息(例如来自路由查寻)在步骤312指示新的LSP，则通过LSP以具有新的MPLS标记的MPLS数据分组的形式把该数据分组转发给VLAN桥接器之一。如果转发信息不指示新的LSP，则最好利用基础协议转发该数据分组，所述基础协议可包括L2(桥接)、L3(例如IPv4或IPv6)或者其它任何适当的协议。换句话说，可以任何适当的方法转发该数据分组。由于在相同接口上可存在一个以上的到不同目的地的隧道，因此数据分组可从一个MPLS隧道进入该LSR，随后通过相同接口上的另一MPLS隧道上的交换被转发。
本领域的技术人员会认识到在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，可以其它具体的形式实现本发明。于是本说明只是对本发明的举例说明，而不是对本发明的限制。本发明的范围由附加权利要求限定，包括在其等同物的含义和范围内的所有变化都包含在附加权利要求内。

Claims (17)

1、一种在包含通过若干标记交换路径互连的若干允许MPLS的桥接器和一个允许MPLS的路由器的L2/L3网络中转发协议数据单元的方法，所述方法包括下述步骤：
从桥接器桥接本地协议数据单元；
通过所述若干标记交换路径中的相应路径，把非本地协议数据单元从桥接器交换到所述路由器；和
使用所述路由器发送非本地协议数据单元。
2、按照权利要求1所述的转发方法，其中根据与每个协议数据单元相关的虚拟局域网选择通过其发送非本地协议数据单元的标记交换路径。
3、按照权利要求1所述的转发方法，其中根据每个协议数据单元中的MAC地址，确定所述协议数据单元是否是非本地协议数据单元。
4、按照权利要求1所述的转发方法，其中利用IPX、IPv4、IPv6或者AppleTalk协议路由非本地协议数据单元。
5、按照权利要求1所述的转发方法，其中所述方法还包括从相应的一个或多个非本地协议数据单元中除去MPLS标记的步骤。
6、按照权利要求5所述的转发方法，其中除去步骤包括如果MPLS标记指出要执行取出MPLS标记的倒数第二路程段取出功能，则在路由前从相应的非本地协议数据单元中除去MPLS标记的步骤。
7、按照权利要求5所述的转发方法，其中除去步骤包括如果MPLS标记的查寻指出要取出MPLS标记，则在路由前从相应的非本地协议数据单元中除去MPLS标记的步骤。
8、按照权利要求1所述的转发方法，其中每个标记交换路径包括一个或多个标记交换路由器。
9、按照权利要求1所述的转发方法，其中所述路由器在基本相同的时间以基本的线路速率用作入口标记交换路由器，出口标记交换路由器以及标记交换路由器。
10、一种在包含一个允许MPLS的路由器和若干允许MPLS的VLAN桥接器的MPLS网络中转发数据分组的方法，所述方法包括下述步骤：
根据与数据分组相关的VLAN，在一个VLAN桥接器中把第一MPLS标记附到该数据分组上；
通过第一MPLS隧道从所述一个VLAN桥接器把该数据分组发送给所述路由器；和
把该数据分组发送给另一个VLAN桥接器。
11、按照权利要求10所述的转发方法，还包括在转发数据分组之前，利用第二MPLS标记来标记交换第一MPLS标记的步骤，其中通过第二MPLS隧道转发该数据分组。
12、按照权利要求10所述的转发方法，还包括除去第一MPLS标记，以及利用IPX、IPv4、IPv6或AppleTalk协议路由该数据分组的步骤。
13、按照权利要求12所述的转发方法，其中利用IPX、IPv4、IPv6或AppleTalk协议把该数据分组转发到外部网络。
14、按照权利要求12所述的转发方法，还包括附上第二MPLS标记的步骤，其中通过第二MPLS隧道转发该数据分组，其中所述第二MPLS隧道可包括和第一MPLS隧道相同的标记交换路由器。
15、按照权利要求10所述的转发方法，还包括除去第一MPLS标记，桥接该数据分组以及把第二MPLS标记附到该数据分组上的步骤，其中通过第二MPLS隧道转发该数据分组，其中所述第二MPLS隧道可包括和第一MPLS隧道相同的标记交换路由器。
16、一种通信网络，所述通信网络包括：
不具备实际路由能力的若干第一节点；
具备实际路由能力的一个第二节点；和
每个第一节点和所述第二节点之间的至少一个相互连接，
其中每个第一节点通过在所述第一节点和所述第二节点之间的至少一个互相连接与所述第二节点相互作用，从而向所述第一节点提供仿真路由能力。
17、按照权利要求1所述的网络，其中所述相互作用包括在所述第一节点和所述第二节点之间的所述至少一个相互连接上建立的至少一个标记交换路径上，从所述第一节点向所述第二节点传送供路由的至少一个数据单元。
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