TWI423622B - 路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法 - Google Patents

Description

路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法

本發明是有關於一種路由表的分配方法，且特別是有關於一種利用標籤對應(label mapping)路由表的分配方法。

由於網路需求大幅提升，近年來的許多研究係致力於提升網路設備的彈性與穩定度，因而產生了一種將控制元件與轉送元件實體分離的架構。在此架構下，為了增加設備擴充的彈性，控制元件可以管理多個分離的轉送元件。目前，在具有多個轉送元件之路由系統中，當封包經過轉送元件時，均需進行一次路由查找，以獲得封包的下一傳送路徑。然而，路由查找為網路設備中相當耗費時間的處理流程。如此一來，便降低路由系統中路由封包的效率。

有鑑於此，本發明係有關於一種路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法。根據封包之目的位址至第一轉送元件之轉送表獲得一標籤值，並根據標籤值決定封包由第一轉送元件直接輸出至目的位址，或由第二轉送元件輸出。第二轉送元件接收封包及標籤值後，再根據標籤值至交換表獲得對應之下一傳送路徑，以轉送封包。

根據本發明之一方面，提出一種路由系統，包括一控制元件、一第一轉送元件及一第二轉送元件。控制元件根據一路由表產生一轉送表及一交換表。第一轉送元件用以接收一封包，根據封包的目的位址至轉送表找出對應之一標籤值，並根據標籤值決定封包是否直接由第一轉送元件輸出至封包之目的位址。若封包由第二轉送元件輸出，則第二轉送元件用以接收第一轉送元件輸出之封包及標籤值，並根據標籤值至交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送封包。

根據本發明之另一方面，提出一種控制元件，係應用於一路由系統。控制元件包括一轉送表產生單元及一交換表產生單元。轉送表產生單元用以根據一路由表產生一第一轉送元件之一轉送表。第一轉送元件接收一封包，並根據封包的目的位址至轉送表找出對應之一標籤值。交換表產生單元用以根據路由表產生一第二轉送元件之一交換表。第二轉送元件接收第一轉送元件輸出之封包及標籤值，並根據標籤值至交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送封包。

根據本發明之又一方面，提出一種路由方法。首先，一控制元件根據一路由表產生一轉送表及一交換表。接著，一第一轉送元件接收一封包。然後，第一轉送元件根據封包的目的位址至轉送表找出對應之一標籤值，並根據標籤值決定封包由第一轉送元件或一第二轉送元件輸出。若由第一轉送元件輸出，則直接輸出至封包之目的位址。其次，若由第二轉送元件輸出，則第二轉送元件接收封包及標籤值。接著，第二轉送元件根據標籤值至交換表找出對應之下一傳送路徑，以傳送封包。其中，控制元件、第一轉送元件及第二轉送元件係為一路由系統。

根據本發明之再一方面，提出一種控制元件之交換表及轉送表之產生方法。一控制元件藉由一路由表產生一轉送表及一交換表。路由表具有多筆路由資料。每筆路由資料具有一路由介面欄位及一路由閘道欄位。交換表具有多筆交換資料。轉送表具有多筆轉送資料。控制元件之交換表及轉送表之產生方法包括以下步驟。首先，分別依據每筆路由資料之路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於一第二轉送元件來產生每筆交換資料。然後，分別依據每筆路由資料之路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於一第一轉送元件以產生每筆轉送資料。其中，控制元件、第一轉送元件及第二轉送元件係為一路由系統。其中，第一轉送元件接收一封包，並根據封包的目的位址至轉送表找出對應之一標籤值，並根據標籤值決定封包是否直接由第一轉送元件輸出至封包之目的位址。若封包由第二轉送元件輸出，則第二轉送元件接收第一轉送元件輸出之封包及標籤值，並根據標籤值至交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送封包。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明所揭露之路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法，係應用於控制元件與多個轉送元件實體分離的路由系統。為了清楚說明，於本實施例中係以兩個轉送元件為例做說明，然並非用以侷限本發明。也就是說，於實際應用時，本發明所揭露之路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法係可應用於具有三個或三個以上之轉送元件的路由系統。

請參照第1圖，其繪示具有依照本發明較佳實施例之路由系統的網路拓樸示意圖。路由系統100連接外部網路並包括一控制元件10、轉送元件一20及轉送元件二30。控制元件10係以內部網路40(例如是TCP/IP網路)連接於轉送元件一20及轉送元件二30。於本實施例中，轉送元件一20具有連接埠2、連接埠3及連接埠5。轉送元件二30具有連接埠1及連接埠4。其中，轉送元件一20提供連接埠5與控制元件10相互連接，且轉送元件二30提供連接埠4與控制元件10相路連接。

路由系統100所連接之外部網路包括網段a、網段b、網段c、網段d、網段e、網段f及網段g。路由系統100藉由網段b連接於路由設備A。路由設備A藉由網段d連接於路由設備B，且路由設備B之另一端係連接於網段f。路由設備A藉由網段e連接於路由設備C，且路由設備C之另一端連接於網段g。轉送元件一20提供連接埠2連接於網段b，且提供連接埠3連接於網段c。轉送元件二30提供連接埠1連接於網段a。

控制元件10係根據路由表50(繪示於第3圖)分別產生各個轉送元件的轉送表及交換表。於本實施例中，控制元件10係產生轉送元件一20之轉送表60(繪示於第4A圖)、轉送元件二30之轉送表70(繪示於第4B圖)、轉送元件一20之交換表80(繪示於第5A圖)及轉送元件二30之交換表90(繪示於第5B圖)。

如第1圖所示，在此係以轉送元件一20透過連接埠3自外部網路接收一封包P1，且封包P1之目的位址連接於轉送元件二30之連接埠1為例做說明。轉送元件一20至轉送表60(繪示於第4A圖)找出對應於封包P1之目的位址的一標籤值L1(未繪示於圖中)。轉送元件一20並根據標籤值L1將封包P1及標籤值L1透過連接埠5轉送至轉送元件二30。轉送元件二30透過連接埠4自內部網路40接收到封包P1及標籤值L1後，根據標籤值L1至交換表90(繪示於第5B圖)獲得對應的下一傳送路徑，並根據獲得之路徑轉送封包P1。

如此一來，封包P1經由轉送元件一20轉送時係查找轉送表60及封包P1的目的位址。而轉送元件二30於接收封包P1及標籤值L1後，僅需根據標籤值L1至交換表90直接獲得對應的下一路徑。自交換表90中獲得下一傳送路徑的資訊，係以標籤值L1作為標籤對應(label mapping)之索引。也就是說，若標籤值L1為x，則標籤值L1所對應之下一傳送路徑較佳地儲存於交換表90中第x筆交換資料。如此一來，當轉送元件二30接收到標籤值L1及封包P1後，可根據標籤值L1直接到對應的欄位進行抓取資訊的操作。因此，能夠大幅度減少查找之時間進而提高路由效率。

另外，再以轉送元件一20透過連接埠3自外部網路接收一封包P2，且封包P2之目的位址連接於轉送元件一20之連接埠2為例做說明。當轉送元件一20透過連接埠3自外部網路接收封包P2，則轉送元件一20至轉送表60找出對應於封包P2之目的位址的一標籤值L2。轉送元件一20根據標籤值L2將封包P2由標籤值L2對應之連接埠2直接傳送至外部網路。

當轉送元件一20自外部網路接收封包後，係根據封包之目的位址至轉送表60獲得標籤值，並根據標籤值決定封包是否直接由轉送元件一20輸出至封包之目的位置。若封包由轉送元件二30輸出，則轉送元件二30接收封包及標籤值，並根據標籤值至交換表90找出對應之下一路徑，以轉送封包。於本實施例中，封包由轉送元件一20或轉送元件二30輸出之決定方法，係判斷標籤值是否為特定值。當標籤值不為特定值，則轉送元件一20將封包及標籤值輸出至轉送元件二30。當標籤值為特定值，則轉送元件一20直接依據轉送表60之其他欄位資訊將封包輸出至外部網路。

路由系統100運作時，控制元件10可藉由既有的標準協定或其他方式獲得轉送元件一20及轉送元件二30之連接埠的資訊。獲得連接埠資訊的協定，例如是網路工程工作小組(Internet Engineer Task Force，IETF)制訂之協定：轉送與控制元件分離架構(Forwarding and Control Element Separation，ForCES)協定。請參照第2圖，其繪示第1圖之轉送元件一及轉送元件二的資訊。控制元件10獲得第2圖之資訊後，可得知轉送元件一20之連接埠2及連接埠3係分別對外(即連接於外部網路)且連接埠5對內(即連接於內部網路)，轉送元件二30之連接埠1係對外(即連接於外部網路)且連接埠4係對內(即連接於內部網路)。

此外，轉送元件一20及轉送元件二30可將外部連接埠所收集到之標準的路由資訊封包，例如是路由資訊協定(routing information protocol，RIP)，分別計算距離向量(distance vector)以獲得路由資訊，或者是開放式最短路徑優先(open shortest path first，OSPF)協定或其他標準協定，分別透過連接埠5及連接埠4傳送至控制元件10。如此一來，控制元件10可根據接收到的路由資訊以計算出路由表。

請參照第3圖，其繪示根據第1圖之路由系統獲得之路由表。路由表50包括數筆路由資料50(1)~50(7)，各筆路由資料包括一路由網段欄位51、一路由介面(interface)欄位52及一路由閘道(gateway)欄位53。路由網段欄位51分別標示網段a~網段g。路由介面欄位52分別記錄轉送元件一20或轉送元件二30中，連接於路由網段欄位51標示之網段的連接埠編號。路由閘道欄位53分別具有自路由介面欄位52記錄之連接埠至路由網段欄位51記錄之網段編號的下一跳(Next Hop)節點。其中，當路由介面欄位52記錄之連接埠直接連接至路由網段欄位51標示之網段，表示無下一跳節點，則將路由閘道欄位53記錄為「*」。另外，路由閘道欄位53可記錄為另一路由設備的編號或另一路由設備中連接埠的編號。

以路由資料50(1)為例，路由網段欄位51標示「網段a」，路由介面欄位52記錄「連接埠1」，且路由閘道欄位53記錄為「*」，表示路由系統100係透過連接埠1直接連接至網段a。同樣地，路由資料50(2)表示路由系統100係透過連接埠2直接連接至網段b；路由資料50(3)表示路由系統100透過連接埠3直接連接至網段c。

再以路由資料50(4)為例，路由網段欄位51標示「網段d」，路由介面欄位52記錄「連接埠2」，且路由閘道欄位53記錄為「路由設備A」，表示路由系統100之連接埠2且經由路由設備A連接至網段d。同樣地，路由系統50(5)表示路由系統100之連接埠2且經由路由設備A連接至網段e；路由系統50(6)表示路由系統100之連接埠2且經由路由設備A連接至網段f；路由系統50(7)表示路由系統100之連接埠2且經由路由設備A連接至網段g。

請參照第4A、第4B、第5A及第5B圖，第4A圖繪示第1圖之轉送元件一的轉送表，第4B圖繪示第1圖之轉送元件二的轉送表，第5A圖繪示第1圖之轉送元件一的交換表，第5B圖繪示第1圖之轉送元件二的交換表。根據第2圖之轉送元件一20及轉送元件二30的資訊及第3圖之路由表50之後，可分別獲得轉送元件一20之轉送表60及交換表80，且可獲得轉送元件二30之轉送表70及交換表90。

如第4A圖所示，轉送元件一20之轉送表60包括數筆轉送資料60(1)~60(7)，各筆轉送資料包括一網段欄位61、一標籤值欄位62、一介面欄位63及一閘道欄位64。網段欄位61分別標示網段a~網段g。標籤值欄位62分別具有對應網段欄位61標示之網段a~網段g的標籤值。標籤值係為特定值或非特定值。特定值例如是預先設定之常數。於本實施例中，特定值係設定為「0」，然特定值亦可為其他常數。介面欄位63記錄轉送元件一20之連接埠之一，轉送元件一20根據介面欄位63記錄之連接埠輸出封包。閘道欄位64係為自介面欄位63記錄之連接埠至網段欄位61記錄之網段編號的下一跳節點。

當轉送元件一20自外部網路接收封包，則比對轉送表60之網段欄位61及封包之目的位址，以獲得對應封包之目的位址的轉送資料。若獲得之轉送資料的標籤值欄位62的標籤值為非特定值，則轉送元件一20將封包及標籤值由介面欄位63記錄之連接埠將封包轉送至閘道欄位64記錄之下一跳節點，使封包及標籤值轉送至轉送元件二30。若獲得之轉送資料的標籤值欄位62的標籤值為特定值，則轉送元件一20將封包由介面欄位63記錄之連接埠轉送至閘道欄位64記錄之下一跳節點，使封包轉送至目的位址。

以轉送資料60(1)為例，網段欄位61記錄為「網段a」，標籤值欄位62記錄為「1」，介面欄位63記錄為「連接埠5」，閘道欄位64記錄為「連接埠4」，其中標籤值「1」為非特定值，表示當轉送元件一20接收到目的位址為網段a之封包時，則將封包及標籤值「1」透過連接埠5轉送至連接埠4，以使封包及標籤值「1」轉送至轉送元件二30。

另外，再以轉送資料60(2)為例，網段欄位61記錄為「網段b」，標籤值欄位62記錄為「0」，介面欄位63記錄為「連接埠2」，閘道欄位64記錄為「*」，其中標籤值「0」係為特定值，表示當轉送元件一20接收到目的位址為網段b之封包時，轉送元件一20將封包透過連接埠2直接轉送至網段b。同樣地，轉送元件一20可根據轉送資料60(3)~60(7)轉送封包。

如第4B圖所示，轉送元件二30之轉送表70與轉送元件一20之轉送表60具有相同之資料型態。轉送元件二30之轉送表70包括數筆轉送資料70(1)~70(7)，各筆轉送資料包括一網段欄位71、一標籤值欄位72、一介面欄位73及一閘道欄位74。網段欄位71分別標示網段a~網段g。標籤值欄位72分別具有對應網段欄位71標示之網段a~網段g的標籤值。標籤值係為特定值或非特定值。介面欄位73記錄轉送元件二30之連接埠之一，轉送元件二30根據介面欄位73記錄之連接埠輸出封包。閘道欄位74係為自介面欄位73記錄之連接埠至網段欄位71記錄之網段編號的下一跳節點。

當轉送元件二30自外部網路接收封包，則比對轉送表70之網段欄位71及封包之目的位址，以獲得對應封包之目的位址的轉送資料。若獲得之轉送資料的標籤值欄位72的標籤值為非特定值，則轉送元件二30將封包及標籤值由介面欄位73記錄之連接埠將封包轉送至閘道欄位74記錄之下一跳節點，以轉送封包及標籤值至轉送元件一20。若獲得之轉送資料的標籤值欄位72的標籤值為特定值，則轉送元件二30將封包由介面欄位73記錄之連接埠轉送至閘道欄位74記錄之下一跳節點，以轉送封包至目的位址。

以轉送資料70(1)為例，網段欄位71記錄為「網段a」，標籤值欄位72記錄為「0」，介面欄位73記錄為「連接埠1」，閘道欄位74記錄為「*」，其中標籤值「0」為特定值，表示當轉送元件二30接收到目的位址為網段a之封包時，轉送元件二30將封包透過連接埠1直接轉送至網段a。

另外，以轉送資料70(2)為例，網段欄位71記錄為「網段b」，標籤值欄位72記錄為「1」，介面欄位73記錄為「連接埠4」，閘道欄位74記錄為「連接埠5」，其中標籤值「1」係為非特定值，表示當轉送元件二30接收到目的位址為網段b之封包時，轉送元件二30將封包透過連接埠4轉送至連接埠5，以將封包轉送至網段b。同樣地，轉送元件二30可根據轉送資料70(3)~70(7)轉送封包。

如第5A圖所示，轉送元件一20之交換表80包括數筆交換資料80(1)~80(3)，各筆交換資料包括一標籤值欄位81、一介面欄位82及一閘道欄位83。標籤值欄位81係對應於轉送元件二30之轉送表70中，標籤值欄位72所記錄的標籤值。介面欄位82記錄轉送元件一20之連接埠之一，轉送元件一20根據介面欄位82記錄之連接埠輸出封包。閘道欄位83係為自介面欄位82記錄之連接埠所經過之下一跳節點。再者，標籤值欄位81記錄之標籤值，較佳地為連續之正整數「1」、「2」…等，且交換資料80(1)~80(3)於交換表80之位置，係依據標籤值欄位81所記錄之標籤值的大小依序儲存。

當轉送元件一20接收到封包及標籤值時，根據標籤值至交換表80獲得對應之交換資料，透過介面欄位82記錄之連接埠轉送至閘道欄位83記錄之下一跳節點，以將封包轉送至目的位址。

以交換資料80(1)為例，標籤值欄位81記錄為「1」，介面欄位82記錄為「連接埠2」，閘道欄位83記錄為「*」，表示當轉送元件一20接收到封包及標籤值「1」時，轉送元件一20根據交換表80之第1筆交換資料80(1)將封包透過連接埠2轉送至目的位址。再以交換資料80(2)為例，標籤值欄位81記錄為「2」，介面欄位82記錄為「連接埠2」，閘道欄位83記錄為「路由設備A」，表示當轉送元件一20接收到封包及標籤值「2」時，轉送元件一20根據交換表80之第2筆交換資料80(2)將封包透過連接埠2轉送至路由設備A，以將封包轉送至目的位址。另外，交換資料80(3)表示，當轉送元件一20接收到封包及標籤值「3」時，轉送元件一20根據交換表80之第3筆交換資料80(3)將封包透過連接埠3轉送至目的位址。

如第5B圖所示，轉送元件二30之交換表90與轉送元件一20之交換表80具有相同之資料型態。轉送元件二30之交換表90包括交換資料90(1)，各筆交換資料包括一標籤值欄位91、一介面欄位92及一閘道欄位93。標籤值欄位91係對應於轉送元件一20之轉送表60中，標籤值欄位62所記錄的的標籤值。介面欄位92記錄轉送元件二30之連接埠之一，轉送元件二30根據介面欄位92記錄之連接埠輸出封包。閘道欄位93係為自介面欄位92記錄之連接埠所經過之下一跳節點。再者，標籤值欄位91記錄之標籤值，較佳地為連續之正整數「1」、「2」…等，且各筆交換資料於交換表90之位置，係依據標籤值欄位91所記錄之標籤值的大小依序儲存。

當轉送元件二30接收到封包及標籤值時，根據標籤值至交換表90獲得對應之交換資料，透過介面欄位92記錄之連接埠轉送至閘道欄位93記錄之下一跳節點，以將封包轉送至目的位址。

以交換資料90(1)為例，標籤值欄位91記錄為「1」，介面欄位92記錄為「連接埠1」，閘道欄位93記錄為「*」，表示當轉送元件二30接收到封包及標籤值「1」時，轉送元件二30根據交換表90之第1筆交換資料90(1)將封包透過連接埠1轉送至目的位址。

請參照第6圖，其繪示第1圖之控制元件的功能方塊圖。控制元件10包括一轉送表產生單元11及一交換表產生單元12。轉送表產生單元11係根據路由表50產生轉送元件一20之轉送表60及轉送元件二30之轉送表70。交換表產生單元12用以根據路由表50產生轉送元件一20之交換表80及轉送元件二30之交換表90。

請參照第7圖，其繪示控制元件之交換表及轉送表的產生方法的流程圖。在此係以產生轉送元件一20之轉送表60及產生轉送元件二30之交換表90為例做說明。首先，如步驟S610所示，控制元件10分別判斷各筆路由資料的路由介面欄位52記錄之連接埠是否屬於轉送元件二30，以產生各筆交換資料。其次，如步驟S620所示，控制元件10分別判斷各筆路由資料的路由介面欄位52記錄之連接埠是否屬於轉送元件一20，以產生各筆轉送資料。

請參照第8圖，其繪示第7圖中產生各筆交換資料之細部流程圖。首先，如步驟S611所示，判斷各筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠是否屬於轉送元件二30。若此筆路由資料之路由介面欄位52不屬於轉送元件二30，表示此筆路由資料不具對應之交換資料，則結束此筆交換資料之產生方法。若此筆路由資料之路由介面欄位52屬於轉送元件二30，表示此筆路由資料具對應之交換資料，則執行步驟S612。

其次，如步驟S612所示，判斷此筆路由資料之路由介面欄位52及路由閘道欄位53是否已具有對應之標籤值。若是，結束此筆交換資料之產生方法；若否，則執行步驟S613。

然後，如步驟S613所示，將此筆交換資料之標籤值欄位91設定為新的標籤值。新的標籤值較佳地依序設定為連續之正整數。

再來，如步驟S614所示，將此筆交換資料之介面欄位92設定為此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠，並將此筆交換資料之閘道欄位93設定為此筆路由資料之路由閘道欄位53記錄之下一跳節點。

根據上述步驟S611~S614即可獲得轉送元件二30之交換表90。於本實施例中，雖以產生轉送元件二30之交換表90為例做說明，然亦可藉由相似之方法產生轉送元件一20之交換表80，在此不再加以贅述。

請參照第9圖，其繪示第7圖中產生各筆轉送資料之細部流程圖。首先，如步驟S621所示，判斷各筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠是否屬於轉送元件一20。

接著，如步驟S622所示，若此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠屬於轉送元件一20，將此筆轉送資料之介面欄位63設定為此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠，將閘道欄位64設定為此筆路由資料之路由閘道欄位53記錄之下一跳節點，並將標籤值欄位62之標籤值設定為特定值。

然後，如步驟S623所示，若此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠屬於轉送元件二30，將轉送表60中此筆轉送資料之標籤值欄位62設定為根據此筆路由資料獲得之轉送元件二30之交換表90的交換資料中，介面欄位92及閘道欄位93所對應之標籤值。

其次，如步驟S624所示，若此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠屬於轉送元件二30，將此筆轉送資料之介面欄位63設定為轉送元件一20中，連接內部網路40之連接埠，即連接埠5。

接著，如步驟S625所示，若此筆路由資料之路由介面欄位52記錄之連接埠屬於轉送元件二30，將此筆轉送資料之閘道欄位64設定為轉送元件二30中，連接內部網路40之連接埠，即連接埠4。

然後，如步驟S626所示，將此筆轉送資料之網段欄位61記錄為此筆路由資料對應之網段。

於本實施例中，路由系統100係以兩個轉送元件(轉送元件一20及轉送元件二30)為例做說明。因此，於上述步驟S621~S626中，係藉由判斷路由介面欄位52所記錄之連接埠屬於轉送元件一20或轉送元件二30，以產生轉送表60。然而於實際應用時，若路由系統更包括轉送元件三，則產生各筆轉送資料的方法更包括判斷路由介面欄位52所記錄之連接埠是否屬於轉送元件三，以產生相對的轉送資料。根據上述步驟S621~S626即可獲得轉送元件一20之轉送表60。於本實施例中，雖以產生轉送元件一20之轉送表60為例做說明，然亦可藉由相同之方法產生轉送元件二30之轉送表70，在此不再加以贅述。

為了能在轉送元件一20及轉送元件二30之間傳遞標籤值，係可於路由系統100內利用虛擬區域網路標籤(VLAN tag)、多協議標籤交換(Multi－Protocol Label Switching，MPLS)或其他可應用於內部網路40且不影響轉送功能的方式攜帶標籤值。

於本實施例中，封包攜帶標籤值之方式係將標籤值記錄至封包之虛擬區域網路標籤。請參照第10圖，其繪示具有虛擬區域網路標籤之封包的示意圖。當封包攜帶標籤值時，係為符合802.1Q協定之封包，並包括一乙太網路表頭(Ethernet header)15、一虛擬區域網路標籤13及一乙太網路資料(Ethernet payload)19。相較於一般的乙太網路封包，封包更包括虛擬區域網路標籤13，且虛擬區域網路標籤13包括一虛擬區域網路標籤協定辨識碼(VLAN protocol ID)16及一標籤控制資訊(tag control information)17。

當虛擬區域網路標籤協定辨識碼16之值為0×8100，表示封包符合802.1Q協定。標籤控制資訊17紀錄虛擬區域網路的資訊，並包括一優先權(priority)欄位17a、一規範格式指示符(canonical format indicator，CFI)17b及一虛擬區域網路辨識碼(VLAN indicator)17c。優先權欄位17a標示封包之優先權順序。規範格式指示符17b標示為「0」，表示封包不包括路徑資訊欄位(routing information field，RIF)。於虛擬區域網路之規範中，虛擬區域網路辨識碼17c用以標示封包屬於哪一個虛擬區域網路，於本實施例中，係藉由虛擬區域網路辨識碼17c記錄封包之標籤值，藉此將封包攜帶標籤值。乙太網路資料19包括一IP表頭18及一資料14。封包之內容係記錄在資料14中。

虛擬區域網路標籤13僅存在於封包於路由系統100內轉送時。也就是說，當轉送元件一20或轉送元件二30自外部網路接收封包時，封包僅具有乙太網路表頭15及乙太網路資料19。而當封包由轉送元件一20轉送至轉送元件二30，或由轉送元件二30轉送至轉送元件一20時，封包會加上虛擬區域網路標籤協定辨識碼16及標籤控制資訊17，藉此以攜帶標籤值。而當封包由轉送元件一20或轉送元件二30直接轉送至外部網路時，封包僅具有乙太網路表頭15及乙太網路資料19。如此一來，封包攜帶標籤值之方法係不影響封包於外部網路之間之傳送方式及格式。

此外，封包之IP表頭18包括一存活時間(time－to－live)參數18a，用以記錄封包之存活時間。當存活時間參數18a為0時，表示此封包之轉送路徑過久，則將此封包丟棄。

請參照第11圖，其繪示路由方法之流程圖。並請同時搭配第1圖、第4A圖及第5B圖之元件標號。首先，如步驟S710所示，控制元件10之轉送表產生單元11根據路由表50產生轉送元件一20之轉送表60，控制元件10之交換表產生單元12根據路由表50產生轉送元件二30之交換表90。

接著，如步驟S720所示，轉送元件一20自外部網路接收封包。

然後，如步驟S730所示，轉送元件一20根據封包的目的位址至轉送表60找出對應之標籤值，並根據標籤值決定封包由轉送元件一20或轉送元件二30輸出。若由轉送元件一20輸出，則直接輸出至封包之目的位址。

接著，如步驟S740所示，若由轉送元件二30輸出，則轉送元件二30自內部網路40接收封包及標籤值。封包例如是將標籤值記錄至封包之虛擬區域網路標籤，藉此以攜帶標籤值。然封包亦可以多協議標籤交換的格式攜帶標籤值。

然後，如步驟S750所示，轉送元件二30根據標籤值至交換表90找出對應之下一路徑，以傳送封包。

請參照第12圖，其繪示第11圖之路由方法之細部流程圖。並請同時搭配第1圖、第4A圖及第5B圖之元件標號。第12圖中之步驟S710、S720、S740及S750係相同於第11圖之步驟S710、S720、S740及S750，因此不再贅述。

步驟S730包括步驟S731~步驟S733。首先，如步驟S731所示，轉送元件一20根據封包的目的位址至轉送表60找出對應之標籤值。接著，如步驟S732所示，判斷標籤值是否為特定值。若標籤值不為特定值，則執行步驟S740；若標籤值為特定值，則執行步驟S733。接著，如步驟S733所示，將封包由轉送元件一20直接傳送至外部網路，藉此以轉送封包。

舉例來說，當轉送元件一20透過連接埠3自外部網路接收目的位址為網段a之封包P1，轉送元件一20至轉送表60找出網段欄位61標示為網段a之轉送資料60(1)，以獲得轉送資料60(1)之標籤值欄位62所記錄之標籤值「1」。轉送元件一20判斷標籤值「1」為非特定值，則轉送元件一20根據轉送資料60(1)之介面欄位63記錄之「連接埠5」及閘道欄位64記錄之「連接埠4」，將封包P1及標籤值「1」透過連接埠5轉送至連接埠4，以使封包P1及標籤值「1」轉送至轉送元件二30。

接著，轉送元件二30接收封包P1及標籤值「1」後，轉送元件二30根據標籤值「1」至交換表90找出標籤值欄位91記錄為「1」之交換資料90(1)，並根據介面欄位92記錄之「連接埠1」及第二閘道欄位93記錄之「*」，將封包P1經由連接埠1傳送至目的位址。

另外，當轉送元件一20透過連接埠3自外部網路接收目的位址為網段e之封包P2，轉送元件一20至轉送表60找出網段欄位61標示為網段e之轉送資料60(5)，以獲得轉送資料60(5)之標籤值欄位62所記錄之標籤值「0」。轉送元件一20判斷標籤值「0」為特定值，則轉送元件一20根據轉送資料60(5)之介面欄位63記錄之「連接埠2」及閘道欄位64記錄之「路由設備A」，將封包P1透過連接埠2轉送至路由設備A，以使封包P1轉送至網段e。

此外，路由方法於轉送元件一20或轉送元件二30自外部網路接收封包時，遞減存活時間參數18a，如第10圖所示。當存活時間參數18a遞減至0時，表示此封包之轉送路徑過久，則將此封包丟棄。再者，當轉送元件一20或轉送元件二30自外部網路接收封包時，會檢查封包之乙太網路表頭15，以確定封包之正確性。另外，當轉送元件一20或轉送元件二30自內部網路40接收到封包及標籤值後，較佳地移除虛擬區域網路標籤協定辨識碼16及標籤控制資訊17。接著，再檢查封包之乙太網路表頭15，以確定封包之完整性。

依照本發明較佳實施例揭露之路由系統、控制元件、路由方法及交換表和轉送表的產生方法，係由轉送元件一自外部網路接收封包，並根據封包之目的位址至轉送元件一之轉送表獲得標籤值。若轉送元件一判斷標籤值為非特定值，則將封包及標籤值轉送至轉送元件二。若轉送元件一判斷標籤值為特定值，則將封包直接由轉送元件一之連接埠輸出至外部網路。轉送元件二接收封包及標籤值後，再根據標籤值至交換表獲得下一傳送路徑，以傳送封包。如此一來，轉送元件二藉由標籤值對應(label mapping)以獲得封包之下一傳送路徑，可節省比對封包之時間，進而提高路由效率。此外，封包僅於路由系統內部傳送時攜帶標籤值，因此不影響封包於外部網路之間的傳送方式及格式。另外，路由系統可依照不同方法及協定攜帶標籤值，因此可適用於任何路由系統。

綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、2、3、4、5．．．連接埠

10．．．控制元件

11．．．轉送表產生單元

12．．．交換表產生單元

13．．．虛擬區域網路標籤

14．．．資料

15．．．乙太網路表頭

16．．．虛擬區域網路標籤協定辨識碼

17．．．標籤控制資訊

17a．．．優先權欄位

17b．．．規範格式指示符

17c．．．虛擬區域網路辨識碼

18．．．IP表頭

18a．．．存活時間參數

19．．．乙太網路資料

20．．．轉送元件一

30．．．轉送元件二

40．．．內部網路

50．．．路由表

60．．．轉送元件一之轉送表

70．．．轉送元件二之轉送表

80．．．轉送元件一之交換表

90．．．轉送元件二之交換表

P1、P2．．．封包

第1圖繪示具有依照本發明較佳實施例之路由系統的網路拓樸示意圖。

第2圖繪示第1圖之轉送元件一及轉送元件二的資訊。

第3圖其繪示根據第1圖之路由系統獲得之路由表。

第4A圖繪示第1圖之轉送元件一的轉送表。

第4B圖繪示第1圖之轉送元件二的轉送表。

第5A圖繪示第1圖之轉送元件一的交換表。

第5B圖繪示第1圖之轉送元件二的交換表。

第6圖繪示繪示第1圖之控制元件的功能方塊圖。

第7圖繪示繪示控制元件之交換表及轉送表的產生方法的流程圖。

第8圖繪示第7圖中產生各筆交換資料之細部流程圖。

第9圖繪示第7圖中產生各筆轉送資料之細部流程圖。

第10圖繪示具有虛擬區域網路標籤之封包的示意圖。

第11圖繪示路由方法之流程圖。

第12圖繪示第11圖之路由方法之細部流程圖。

Claims (21)

1. 一種路由系統，包括：一控制元件，根據一路由表產生一轉送表及一交換表；一第一轉送元件，用以接收一封包，根據該封包的目的位址至該轉送表找出對應之一標籤值，並根據該標籤值決定該封包是否直接由該第一轉送元件輸出至該封包之目的位址；以及一第二轉送元件，若該封包由該第二轉送元件輸出，則該第二轉送元件用以接收該第一轉送元件輸出之該封包及該標籤值，並根據該標籤值至該交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送該封包；其中該路由系統係連接於一外部網路，該外部網路具有複數個網段，該路由系統藉由複數個連接埠連接於該些網段，該轉送表包括：一第一網段欄位，用以標示該些網段之一；一第一標籤值欄位，具有對應於該第一網段欄位標示之該網段的標號；一第一介面(interface)欄位，記錄屬於該第一轉送元件之該些連接埠之一；以及一第一閘道(gateway)欄位，記錄自該第一介面欄位記錄之該連接埠連接至該第一網段欄位記錄之該網段的下一跳(Next Hop)節點；其中，該第一轉送元件根據標示為該封包之目的位址 的該第一網段欄位所對應之該第一標籤值欄位獲得該標籤值，並將該封包及該標籤值自該第一介面欄位記錄之該連接埠轉送至該第一閘道欄位記錄之下一跳節點；其中該交換表包括：一第二標籤值欄位，對應於該第一標籤值欄位，使該第二標籤值欄位的標號對應於該第一網段欄位標示之該網段；一第二介面欄位，記錄屬於該第二轉送元件之該些連接埠之一；以及一第二閘道欄位，記錄自該第二介面欄位記錄之該連接埠連接至該第二標籤值欄位的標號所對應之該網段的下一跳節點；其中，該第二轉送元件根據標示為該標籤值之該第二標籤值欄位，將該封包自對應之該第二介面欄位記錄之該連接埠轉送至該第二閘道欄位記錄之下一跳節點且該標籤值於該第二標籤值欄位中的位置係依據該標籤值之數值大小依序儲存。
2. 如申請專利範圍第1項所述之路由系統，其中該第一轉送元件判斷該標籤值是否為一特定值，當該標籤值不為該特定值時，該標籤值及該封包輸出至該第二轉送元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之路由系統，其中該第一轉送元件判斷該標籤值是否為一特定值，當該標籤值為該特定值時，該封包經該第一轉送元件直接輸出至該封 包之目的位址。
4. 如申請專利範圍第1項所述之路由系統，其中該第一轉送元件自該外部網路接收該封包後，檢查該封包之一表頭並遞減該封包之存活時間(time-to-live，TTL)參數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之路由系統，其中該第二轉送元件自一內部網路接收該封包及該標籤值後，將該標籤值自該封包移除並檢查該封包之一表頭。
6. 一種控制元件，係應用於一路由系統，該控制元件包括：一轉送表產生單元，用以根據一路由表產生一第一轉送元件之一轉送表，該第一轉送元件接收一封包，並根據該封包的目的位址至該轉送表找出對應之一標籤值；以及一交換表產生單元，用以根據該路由表產生一第二轉送元件之一交換表，該第二轉送元件接收該第一轉送元件輸出之該封包及該標籤值，並根據該標籤值至該交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送該封包；其中該路由系統係連接於一外部網路，且該外部網路具有複數個網段，該路由系統藉由複數個連接埠連接於該些網段，該轉送表包括：一第一網段欄位，用以標示該些網段之一；一第一標籤值欄位，具有對應於該第一網段欄位標示之該網段的標號；一第一介面欄位，記錄屬於該第一轉送元件之該些連 接埠之一；以及一第一閘道欄位，記錄自該第一介面欄位記錄之該連接埠連接至該第一網段欄位記錄之該網段的下一跳節點；其中，該第一轉送元件根據標示為該封包之目的位址的該第一網段欄位所對應之該第一標籤值欄位獲得該標籤值，並將該封包及該標籤值自該第一介面欄位記錄之該連接埠轉送至該第一閘道欄位記錄之下一跳節點；其中該交換表包括：一第二標籤值欄位，對應於該第一標籤值欄位，使該第二標籤值欄位的標號對應於該第一網段欄位標示之該網段；一第二介面欄位，記錄屬於該第二轉送元件之該些連接埠之一；以及一第二閘道欄位，記錄自該第二介面欄位記錄之該連接埠連接至該第二標籤值欄位的標號所對應之該網段的下一跳節點；其中，該第二轉送元件根據標示為該標籤值之該第二標籤值欄位，將該封包自對應之該第二介面欄位記錄之該連接埠轉送至該第二閘道欄位記錄之下一跳節點且該標籤值於該第二標籤值欄位中的位置係依據該標籤值之數值大小依序儲存。
7. 如申請專利範圍第6項所述之控制元件，其中該第一轉送元件判斷該標籤值是否為一特定值，當該標籤值不為該特定值時，該標籤值及該封包輸出至該第二轉送元 件。
8. 如申請專利範圍第6項所述之控制元件，其中該第一轉送元件判斷該標籤值是否為一特定值，當該標籤值為該特定值時，該封包經該第一轉送元件之該些連接埠之一直接輸出至該封包之目的位址。
9. 如申請專利範圍第6項所述之控制元件，其中該第一轉送元件自該外部網路接收該封包後，檢查該封包之一表頭並遞減該封包之存活時間(time-to-live，TTL)參數。
10. 如申請專利範圍第6項所述之控制元件，其中該第二轉送元件自一內部網路接收該封包及該標籤值後，將該標籤值自該封包移除並檢查該封包之一表頭。
11. 一種路由方法，包括：(a)一控制元件根據一路由表產生一轉送表及一交換表；(b)一第一轉送元件接收一封包；(c)該第一轉送元件根據該封包的目的位址至該轉送表找出對應之一標籤值，並根據該標籤值決定該封包由該第一轉送元件或一第二轉送元件輸出，若由該第一轉送元件輸出，則直接輸出至該封包之目的位址；(d)若由該第二轉送元件輸出，則該第二轉送元件接收該封包及該標籤值；以及(e)該第二轉送元件根據該標籤值至該交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送該封包； 其中，該控制元件、該第一轉送元件及該第二轉送元件係為一路由系統；其中該路由表具有複數筆路由資料，各該筆路由資料具有一路由介面欄位及一路由閘道欄位，該交換表具有複數筆交換資料，該轉送表具有複數筆轉送資料，該步驟(a)包括：(a1)分別依據各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於該第二轉送元件以產生各該筆交換資料；以及(a2)分別依據各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於該第一轉送元件以產生各該筆轉送資料；其中產生各該筆交換資料之該步驟(a1)包括：(a11)判斷各該筆路由資料之該路由介面欄位記錄之連接埠是否屬於該第二轉送元件；(a12)若該路由介面欄位記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，判斷該路由介面欄位及該路由閘道欄位是否已具有對應之該標籤值；以及(a13)若該路由介面欄位及該路由閘道欄位不具對應之該標籤值，將該筆交換資料之一第二標籤值欄位設定為另一標籤值；其中該標籤值於該第二標籤值欄位中的位置係依據該標籤值之數值大小依序儲存。
12. 如申請專利範圍第11項所述之路由方法，其中 該步驟(c)包括：判斷該標籤值是否為一特定值，若該標籤值為該特定值，則將該封包由該第一轉送元件之該些連接埠之一直接輸出至該封包之目的位址，若該標籤值不為該特定值，則該封包及該標籤值由該第二轉送元件輸出。
13. 如申請專利範圍第11項所述之路由方法，其中該步驟(b)包括：該第一轉送元件自一外部網路接收該封包後，檢查該封包之一表頭並遞減該封包之存活時間(time-to-live，TTL)參數。
14. 如申請專利範圍第11項所述之路由方法，其中該步驟(d)包括：該第二轉送元件自一內部網路接收該封包及該標籤值後，將該標籤值自該封包移除並檢查該封包之一表頭。
15. 如申請專利範圍第11項所述之路由方法，更包括：(a14)將該筆交換資料之一第二介面欄位紀錄為該路由介面欄位所記錄之連接埠，並將該筆交換資料之一第二閘道欄位紀錄為該筆路由資料之該路由閘道欄位所記錄之下一跳節點。
16. 如申請專利範圍第15項所述之路由方法，其中產生各該筆轉送資料之該步驟(a2)包括：(a21)判斷各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於該第一轉送元件； (a22)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第一轉送元件，將該筆轉送資料之一第一介面欄位及一第一閘道欄位分別記錄為該路由介面欄位及該路由閘道欄位，並將該筆轉送資料之一第一標籤值欄位設定為一特定值；(a23)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，將該筆轉送資料之該第一標籤值欄位設定為根據該筆路由資料獲得之該筆交換資料中，該第二介面欄位及該第二閘道欄位所對應之該標籤值；(a24)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，將該筆轉送資料之該第一介面欄位設定為該第一轉送元件中連接於一內部網路之連接埠；以及(a25)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，將該筆轉送資料之該第一閘道欄位設定為該第二轉送元件中連接於該內部網路之連接埠。
17. 如申請專利範圍第16項所述之路由方法，其中該外部網路包括複數個網段，該路由方法更包括：(a26)將該筆轉送資料之一第一網段欄位記錄為該筆路由資料對應之該網段。
18. 一種控制元件之交換表及轉送表之產生方法，一控制元件藉由一路由表產生一轉送表及一交換表，該路由表具有複數筆路由資料，各該筆路由資料具有一路由介面欄位及一路由閘道欄位，該交換表具有複數筆交換資料，該轉送表具有複數筆轉送資料，該控制元件之交換表及轉送表之產生方法包括： (a)分別依據各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於一第二轉送元件以產生各該筆交換資料；以及(b)分別依據各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於一第一轉送元件以產生各該筆轉送資料；其中，該控制元件、該第一轉送元件及該第二轉送元件係為一路由系統；其中，該第一轉送元件接收一封包，並根據該封包的目的位址至該轉送表找出對應之一標籤值，並根據該標籤值決定該封包是否直接由該第一轉送元件輸出至該封包之目的位址，若該封包由該第二轉送元件輸出，則該第二轉送元件接收該第一轉送元件輸出之該封包及該標籤值，並根據該標籤值至該交換表找出對應之下一傳送路徑，以轉送該封包；其中產生各該交換資料之該步驟(a)包括：(a1)判斷各該筆路由資料之該路由介面欄位記錄之連接埠是否屬於該第二轉送元件；(a2)若該路由介面欄位記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，判斷該路由介面欄位及該路由閘道欄位是否已具有對應之該標籤值；以及(a3)若該路由介面欄位及該路由閘道欄位不具對應之該標籤值，將該筆交換資料之一第二標籤值欄位設定為另一標籤值； 其中該標籤值於該第二標籤值欄位中的位置係依據該標籤值之數值大小依序儲存。
19. 如申請專利範圍第18項所述之控制元件之交換表及轉送表之產生方法，更包括：(a4)將該筆交換資料之一第二介面欄位紀錄為該路由介面欄位所記錄之連接埠，並將該筆交換資料之一第二閘道欄位紀錄為該筆路由資料之該路由閘道欄位所記錄之下一跳節點。
20. 如申請專利範圍第19項所述之交換表及轉送表之產生方法，其中產生各該筆轉送資料之該步驟(b)包括：(b1)判斷各該筆路由資料之該路由介面欄位所記錄之連接埠是否屬於該第一轉送元件；(b2)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第一轉送元件，將該筆轉送資料之一第一介面欄位及一第一閘道欄位分別記錄為該路由介面欄位及該路由閘道欄位，並將該筆轉送資料之一第一標籤值欄位設定為一特定值；(b3)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，將該筆轉送資料之該第一標籤值欄位設定為根據該筆路由資料獲得之該筆交換資料中，該第二介面欄位及該第二閘道欄位所對應之該標籤值；(b4)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二轉送元件，將該筆轉送資料之該第一介面欄位設定為該第一轉送元件中連接於一內部網路之連接埠；以及(b5)若該路由介面欄位所記錄之連接埠屬於該第二 轉送元件，將該筆轉送資料之該第一閘道欄位設定為該第二轉送元件中連接於該內部網路之連接埠。
21. 如申請專利範圍第20項所述之交換表及轉送表之產生方法，其中該路由系統係連接於一外部網路，該外部網路包括複數個網段，該控制元件之交換表及轉送表之產生方法更包括：(b6)將該筆轉送資料之一第一網段欄位記錄為該筆路由資料對應之該網段。