CN1708031A - 虚拟专用网的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及虚拟专用网技术，公开了一种虚拟专用网的实现方法，使得在两个PE设备之间可以不需要运行MBGP协议传播VPN路由，实现没有Route Target匹配关系的两个PE路由器上的VRF之间的互访。这种虚拟专用网的实现方法为PE上的VRF配置标签，并在需要访问该VRF的其他PE中配置静态路由，其中包含目的VRF的标签，其下一跳地址是目的VRF所在PE的公网地址；报文匹配静态路由时，将静态路由中的标签作为内层标签加到该报文上，根据下一跳地址找到一条隧道，将报文发送到目的VRF所在PE；PE将收到的报文交给其内层标签所对应的VRF进行转发。

Description

虚拟专用网的实现方法
技术领域
本发明涉及虚拟专用网技术，特别涉及基于多协议标记交换协议的虚拟专用网技术。
背景技术
虚拟专用网(Virtual Private Networking，简称“VPN”)是在公众网络上所建立的虚拟的专用网络，它具有与专用网络同样卓越的安全性、可靠性和易管理性。VPN替代了传统的拨号访问，利用因特网(Internet)公众网或者运营商网络资源作为企业专用网络的延续，节省昂贵的专线租用费用，同时VPN可以使用隧道协议、身份验证和数据加密等技术保证了通信的安全性，受到企业用户的欢迎。
企业通过VPN的建设，可以带来很多好处，例如，通过使用VPN，企业可以节省大量企业日常通讯的费用；可以进行远程教学和远程监控以达到企业管理统一；还可以提高企业内部业务信息流通的安全性。可以预见，VPN是企业内部网络设计，信息管理、流通的必然趋势。
边界网关协议(Border Gateway Protocol，简称“BGP”)/多协议标记交换(MultiProtocol Label Switching，简称“MPLS”)VPN是E.Rosen和Y.Rekhter在1999年提出的，由请求评注(Request for Comments，简称“RFC”)标准2547定义。现在RFC2547又有了新的草案。它是一种运营商提供的VPN(Provider Provide VPN，简称“PP VPN”)，VPN设备位于网络侧，由运营商为用户提供VPN服务，用户设备不需要感知VPN，只要连接到运营商提供的骨干网边缘(Provider Edge Router，简称“PE”)路由器。
在BGP/MPLS VPN模型中，包括三个组成部份：用户网边缘(CustomEdge Router，简称“CE”)路由器、PE路由器和骨干网(Provider Router，简称“P”)路由器。其中，CE路由器是用户驻地网络的一个组成部分，有接口直接与运营商的网络相连，CE路由器感知不到VPN的存在，也不需要维护VPN的整个路由信息；PE路由器是运营商网络的边缘设备，与用户的CE路由器直接相连，在MPLS网络中，对VPN的所有处理都在PE路由器上完成；P路由器处于运营商网络中，不和CE路由器直接相连，P路由器需要有MPLS基本信令能力和转发能力。熟悉本领域的技术人员可以理解，CE和PE的划分主要是从运营商与用户的管理范围来划分的，CE和PE是两者管理范围的边界。
CE与PE之间可以使用外部边界网关协议(External BGP，简称“EBGP”)或是内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称“IGP”)等路由协议交换路由信息，也可以使用静态路由。CE不必支持MPLS，不需要感知VPN的整网路由，VPN的整网路外包给运营商来完成。PE之间通过多协议边界网关协议(Multi-Protocol Border Gateway Protocol，简称“MP-BGP”)交换VPN的整网路由信息。
下面就对RFC2547所定义的BGP/MPLS VPN做简要介绍。
BGP/MPLS VPN是由多个用户站点(Site)组成的，在PE上，每个站点对应一个VPN路由/转发实例(VPN Routing/Forwarding instance，简称“VRF”)，它主要包括：网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)路由表、标签转发表、使用标签转发表的一系列接口以及管理信息。其中，接口和管理信息包含路由区分符(Route Distinguisher，简称“RD”)、路由过滤策略、成员接口列表等。需要说明的是，用户站点和VPN不存在一对一的关系，一个站点可以同时属于多个VPN。在具体实现时，每一个站点关联一个单独的VRF。VPN中Site的VRF实际上综合了该站点的VPN成员关系和路由规则。报文转发信息存储在每个VRF的IP路由表和标签转发表中。系统为每个VRF维护一套独立的路由表和标签转发表，从而防止了数据泄漏出VPN之外，同时防止了VPN之外的数据进入。
在BGP/MPLS VPN中，PE路由器之间使用BGP来发布VPN路由，既可以支持传统的网间互联协议第4版(Internet Protocol version 4，简称“IPv4”)地址族，又可以支持其它地址族，例如VPN-IPv4地址族。由于现有IPv4地址的紧缺，通常采用VPN-IPv4地址族在VPN内发布路由。一个VPN-IPv4地址有12个字节，开始是8字节的路由区分符(RouteDistinguisher，简称“RD”)，下面是4字节的IPv4地址。服务供应商可以独立地分配RD，但是需要把他们专用的自治系统(Autonomous System，简称“AS”)号作为RD的一部分来保证每个RD的全局唯一性。RD为零的VPN-IPv4地址同全局唯一的IPv4地址是同义的。通过这样的处理以后，即使VPN-IPv4地址中包含的4字节IPv4地址重叠，VPN-IPv4地址仍可以保持全局唯一。PE路由器从CE路由器接收的路由是IPv4路由，需要引入VRF路由表中，此时需要附加一个RD。在我们的实现中，为来自于同一个用户Site的所有路由设置相同的RD。
在RFC2547标准中，VPN-Target属性最终确定了整个网络的VPN划分，MPLS/BGP VPN中没有明确的VPN标识，主要就是依靠VPN-Target属性来确定不同Site之间可以收到哪些Site的路由，本Site的路由可以被哪些Site接收。其中，PE路由器存在两个VPN-Target属性的集合：一个集合用于附加到从某个Site接收的路由上，称为出口(Export)VPN-Targets；另一个集合用于决定哪些路由可以引入此Site的路由表中，称为入口(Import)VPN-Targets。通过匹配路由所携带的路由目标(Route Target)属性，可以获得VPN的成员关系。需要说明的是，匹配Route Target属性还可以用来过滤PE路由器接收的路由信息。路由信息进入PE路由器时，如果Export RouteTargets集合与Import Route Targets集合存在相同项，则该路由被接收；如果Export Route Targets集合与Import Route Targets集合没有相同项，则该路由被拒绝。
为了实现BGP/MPLS VPN中的VPN报文转发，在VPN报文转发时，使用两层标签方式。第一层，即外层标签在骨干网内部进行交换，代表了从PE到对端(PEER)PE的一条标签交换路径(Label Switched Path，简称“LSP”)，VPN报文利用这层标签，就可以沿着LSP到达对端PE。从对端PE到达CE时使用第二层，即内层标签，内层标签指示了报文到达哪个站点，或者更具体一些，到达哪一个CE。这样，根据内层标签，就可以找到转发报文的接口。特殊情况下，属于同一个VPN的两个站点连接到同一个PE，则如何到达对方PE的问题不存在，只需要解决如何到达对端CE。
在RFC2547标准中，CE与PE之间通过IGP或EBGP来传播路由信息，PE得到该VPN的路由表，存储在单独的VRF中。PE之间通过IGP来保证通常IP的连通性，通过内部边界网关协议(Internal BGP，简称“IBGP”)来传播VPN组成信息和路由，并完成各自VRF的更新。PE再通过与直接相连CE之间的路由交换来更新CE的路由表，由此完成各个CE之间的路由交换。
其中，使用BGP来发布VPN路由时，使用了新的地址族-VPN-IPv4地址。一个VPN-IPv4地址有12个字节，开始是8字节的RD，后面是4字节的IPv4地址。PE使用RD对来自不同VPN的路由信息进行标识。运营商可以独立地分配RD，但是需要把他们专用的AS号作为RD的一部分来保证每个RD的全局唯一性。RD为零的VPN-IPv4地址同全局唯一的IPv4地址是同义的。这样处理以后，即使VPN-IPv4地址中包含的4字节IPv4地址重叠，VPN-IPv4地址仍可以保持全局唯一。其中，PE从CE接收的路由是IPv4路由，需要引入VRF路由表中，此时需要附加一个RD。在通常的实现中，为来自于同一个用户站点的所有路由设置相同的RD。
总的来说，现有的技术通过在两个PE路由器之间运行MBGP协议来相互交互VPN的路由信息，然后每个VRF下的配置的Export Route Targets与Import Route Targets来匹配确定一个VRF对路由的引入以及这个VRF中的路由需要扩散到哪个其他的VRF中去，这样对应的VRF之间就有了自己需要的路由，路由中携带了一个标签，就行了逻辑上的VPN关系，保证了路由层面是可达的。在转发层面上通过两层标签机制，外层标签是保证报文可以到达正确的PE路由器，就是VPN路由的下一跳地址对应的路由器，报文到达PE路由器后，再通过携带的内层标签将报文从指定的VPN接口转发出去，也可能是直接就上送给路由器本身。这个内层标签是通过MBGP协议扩散的VPN路由的一部分。需要说明的是，也可以不采用外层标签，而采用其他的隧道技术，比如通用路由封装(Generic Route Encapsulation，简称“GRE”)协议隧道和IP安全协议(IP Security Protocol，简称“IPsec)隧道等实现报文到达正确的PE路由器。
熟悉本领域的技术人员可以看出，在RFC2547框架结构中，有几个关键的因素：两个PE之间的隧道建立，两个PE之间通过MBGP信令交互VPN路由信息。在转发上有两个关键的因素：一个是外层隧道保证VPN报文到达正确的PE设备，另外一个内层标签保证报文从正确的接口转发到对应的CE设备。只有满足上面的因素，两个VRF相连的CE之间才能互访。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有的技术方案比较复杂，在实际应用中，对管理人员要求较高，无法进行灵活的配置和调整。
造成这种情况的主要原因在于，首先，如果两个PE路由器之间需要交互的路由很少，原则上应该可以选择不去运行比较复杂的MBGP协议，但是现有的技术方案一定要运行MBGP协议，对管理人员要求高。
其次，如果一个VRF和另外一个VRF之间没有形成RFC2547要求的VPN关系，但是还需要去访问另外一个VRF相连的部分CE路由器，这时，现有的技术方案无法实现这种要求。
再次，现有的技术方案不能根据用户的需要，动态的调整一个CE路由器可以访问的其他PE上的VRF下设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种虚拟专用网的实现方法，使得在两个PE设备之间可以不需要运行MBGP协议传播VPN路由，实现没有Route Target匹配关系的两个PE路由器上的VRF之间的互访。
为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟专用网的实现方法，所述虚拟专用网基于多协议标记交换协议，包含以下步骤：
A为第一骨干网边缘路由器的第一虚拟专用网路由/转发实例配置一个标签，并且在需要访问所述第一虚拟专用网路由/转发实例的其他骨干网边缘路由器中配置包含所述标签的静态路由，该静态路由的下一跳地址是所述第一骨干网边缘路由器的公网地址；
B当报文匹配所述静态路由时，将所述静态路由中的标签作为内层标签加到该报文上，根据所述静态路由的下一跳地址找到一条隧道，通过该隧道将所述报文发送到所述第一骨干网边缘路由器；
C所述第一骨干网边缘路由器收到所述报文后，根据所述报文的内层标签，将所述报文交给所述第一虚拟专用网路由/转发实例进行转发。
其中，所述隧道可以是标签交换路径、通用路由封装隧道或网际协议安全隧道。
所述骨干网边缘路由器之间还可以同时通过多协议扩展边界网关协议传递虚拟专用网路由信息。
所述静态路由中包含的标签是该静态路由的下一跳地址指定的骨干网边缘路由器上的一个虚拟专用网路由/转发实例下的一个标签。
根据所述静态路由所包含的标签确定所述报文的目的虚拟专用网路由/转发实例。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，为PE上的VRF配置标签，并在需要访问该VRF的其他PE中配置静态路由，其中包含目的VRF的标签，其下一跳地址是目的VRF所在PE的公网地址；报文匹配静态路由时，将静态路由中的标签作为内层标签加到该报文上，根据下一跳地址找到一条隧道，将报文发送到目的VRF所在PE；PE将收到的报文交给其内层标签所对应的VRF进行转发。这种通过配置标签和静态路由实现VPN的方法即可以单独实施，也可以和采用MBGP实现VPN的方案混合实施。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即首先，通过采用本发明简化的BGP/MPLS VPN的方案，可以根据网络的规模大小和维护人员对MPLS VPN的维护能力，选择不运行MBGP协议，简化MPLS VPN网络中的信令协议，降低对维护人员的要求。特别是对于规模较小的网络，使用本发明的方案可以更为方便地实现VPN。
其次，本发明方案在已经部署的网络的VPN关系基础上，可以让没有VPN匹配关系(import/export Route Target之间不匹配)的两个PE路由器上的VRF之间可以支持互访，可以根据实际的需要，动态的方便的调整两个PE路由器上的VRF之间的互访关系，大大提高了网络配置的灵活性。
附图说明
图1为根据本发明的一个较佳实施例的简化的BGP/MPLS VPN的实现的组网示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
首先简要说明一下本发明的基本思想。
本发明方案在一个PE路由器上配置一条VRF下的静态路由，目的地可以是其他PE路由器上的相连的CE路由器上的任何网段或是缺省路由，目的地址可以是用户需要的任何网段。这条静态路由和普通的静态有以下区别：它的下一跳不是相邻路由器的地址，而是用户想访问的PE路由器上的公网地址，另外这条静态路由同时要配置一个标签，标签是用户想访问的其他PE路由器上的VRF下静态配置的标签。这条静态路由生成后需要通过配置的下一跳地址在本地PE路由器上去找到配置的下一跳的一条隧道。其中，隧道可以是标签路径LSP，也可以是GRE，IPSEC等其他隧道。
这种通过配置标签和静态路由实现VPN的方法即可以单独实施也可以和采用MBGP实现VPN的方案混合实施。也就是说报文转发时，既可以使用设置的静态路由，也可以使用MBGP所传递的VPN路由(通过Export RouteTarget和Import Route Target的匹配关系实现VPN)。一个典型的应用是采用MBGP组建大部分VPN，对少数有特殊要求的(例如临时的)VPN采用静态路由的方式进行设定。
下面结合本发明的一个具体实施例来说明本发明方案。
根据本发明的一个较佳实施例的简化的BGP/MPLS VPN的实现的组网示意图如图1所示。其中，在本发明方案中采用“设备类型-编号”的方式区分不同的CE路由器和PE路由器。
如图1，PE-1地址为addr1，所连接的CE-1对应VRF1；PE-2地址为addr2，所连接的CE-2对应VRF2；PE-3地址为addr3，所连接的CE-3对应VRF3。
在发明的一个较佳实施例中，对于路由的配置，CE-1设备要访问CE-3和CE-2设备，不需要在PE-1，PE-2，PE-3之间运行MBGP协议，给PE-3上为VRF3配置一个静态标签L3，为VRF2配置一个静态标签L2。在PE-1上分别配置两个静态路由：一个目的地址是dest2，下一跳是addr2，标签L2；一个目的地址dest3，下一跳addr2，标签L3。熟悉本领域的技术人员可以理解，同样可以在PE-2，PE-3上分别配置到PE-1的CE-1网段dest1的静态路由。
下面说明在本发明的一个较佳实施例中，如何进行报文的转发。当进行报文的转发时，在PE-1上会有到addr2、add3的隧道，在PE-2、PE-3上也有到addr1的隧道。在该较佳实施例中，要从CE-1要访问CE-2的dest2网段，从CE-1来的报文被打上内层标签，就是静态路由配置的标签，然后在加上外层的隧道，通过外层隧道报文被转发到PE-2设备，这时报文中还有一层标签，就是静态路由配置对应的标签，由于这个标签当初是在PE-2上为VRF2配置的，熟悉本领域的技术人员就可以理解，可以根据这个标签来确定这个报文是去往哪个VRF的，在本例中是找到了VRF2，这时再去查找VRF2对应的转发表，根据查到的路由addr2的信息，将报文正确的送到CE-2了，这样就完成了转发。熟悉本领域的技术人员可以理解，对应其他转发情况，同样可以依照上述原理实现。
下面举例说明具体的配置方法：
假定有三台设备分别为：PE1、P和PE2，现在在PE1上配置一个VPN，名字叫vpn1，在它的下面配置一个标签为20；在PE2上同样的也存在一个VPN，名字叫vpn2，在它的下面配置一个标签为30；为了让这两个VPN可以互通，可以这样配置静态路由：
在PE2上，ip route vpn vpn2 10.0.0.0/8(PE1上的地址)下一跳：PE1，标签：20
在PE1上，可以配置ip route vpn vpn1 20.0.0.0/8(PE2上的地址)下一跳：PE2，标签：30。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种虚拟专用网的实现方法，所述虚拟专用网基于多协议标记交换协议，其特征在于，包含以下步骤：
A为第一骨干网边缘路由器的第一虚拟专用网路由/转发实例配置一个标签，并且在需要访问所述第一虚拟专用网路由/转发实例的其他骨干网边缘路由器中配置包含所述标签的静态路由，该静态路由的下一跳地址是所述第一骨干网边缘路由器的公网地址；
B当报文匹配所述静态路由时，将所述静态路由中的标签作为内层标签加到该报文上，根据所述静态路由的下一跳地址找到一条隧道，通过该隧道将所述报文发送到所述第一骨干网边缘路由器；
C所述第一骨干网边缘路由器收到所述报文后，根据所述报文的内层标签，将所述报文交给所述第一虚拟专用网路由/转发实例进行转发。
2.根据权利要求1所述的虚拟专用网的实现方法，其特征在于，所述隧道可以是标签交换路径、通用路由封装隧道或网际协议安全隧道。
3.根据权利要求1所述的虚拟专用网的实现方法，其特征在于，所述骨干网边缘路由器之间还可以同时通过多协议扩展边界网关协议传递虚拟专用网路由信息。
4.根据权利要求1所述的虚拟专用网的实现方法，其特征在于，所述静态路由中包含的标签是该静态路由的下一跳地址指定的骨干网边缘路由器上的一个虚拟专用网路由/转发实例下的一个标签。
5.根据权利要求1所述的虚拟专用网的实现方法，其特征在于，根据所述静态路由所包含的标签确定所述报文的目的虚拟专用网路由/转发实例。
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