WO2010135957A1 - Vpn报文的转发方法及其路由标签的分配、删除方法 - Google Patents

Vpn报文的转发方法及其路由标签的分配、删除方法 Download PDF

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WO2010135957A1
WO2010135957A1 PCT/CN2010/072812 CN2010072812W WO2010135957A1 WO 2010135957 A1 WO2010135957 A1 WO 2010135957A1 CN 2010072812 W CN2010072812 W CN 2010072812W WO 2010135957 A1 WO2010135957 A1 WO 2010135957A1
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label
route
routing
forwarding
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胡志锋
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中兴通讯股份有限公司
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/50—Routing or path finding of packets in data switching networks using label swapping, e.g. multi-protocol label switch [MPLS]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/02—Topology update or discovery
    • H04L45/04—Interdomain routing, e.g. hierarchical routing

Definitions

  • the present invention relates to network communications, and more particularly to a VPN (Virtual Private in a Multi-Protocol Label Switching VPN network).
  • VPN Virtual Private in a Multi-Protocol Label Switching VPN network
  • Network, virtual private network packet forwarding method and its routing label assignment and deletion methods.
  • MPLS Multi-Protocol Label Switching
  • FEC Forwarding Equivalent Class
  • the MPLS edge router In an MPLS network, when an IP packet enters the first MPLS device, the MPLS edge router analyzes the contents of the IP packet and selects the appropriate label for these IP packets. In the future, these IP packets are transmitted in the MPLS network according to the label as a forwarding basis, and the labels are separated by the edge router when the IP packets leave the MPLS network.
  • the network device In the MPLS network, the network device is divided into an edge network device and a core network device, and the edge network device provides a function of traffic classification and label mapping, and label removal. Core network devices provide label switching and label distribution.
  • MPLS provides a flexible and scalable technology foundation for VPN implementation.
  • the MPLS VPN network consists of three types of network devices: (1) CE (Custom Edge), an edge device in the user network, directly connected to the service provider;
  • PE Provide Edge
  • FIG. 1 shows a network architecture model diagram of a typical MPLS VPN network.
  • the MPLS VPN network consists of the operator's bone network and the user's sites.
  • the VPN is the division of the site collection. A collection consisting of thousands of sites.
  • the MPLS VPN network structure is completed by the service provider.
  • the service provider provides the VPN service to the user, and the user does not feel the existence of the public network as if it had an independent network resource. All VPN construction, connection and management work is done on the PE. From the PE point of view, a connected IP system of the user is regarded as a site, and each site is connected to the PE through the CE, and the site constitutes the basic unit of the VPN.
  • a VPN consists of multiple sites, and a site can belong to different VPNs at the same time. Any two VPNs that do not have a common site can use overlapping address spaces, that is, use their own independent address space in the user's private network, regardless of whether they conflict with other VPN or public network address spaces, which depends on VPN Routing & Forwarding Instance (VRF).
  • VRF VPN Routing & Forwarding Instance
  • 2 is a diagram showing a relationship between a VPN routing forwarding instance VRF and each VPN in a bone network edge router PE.
  • a bone network edge router PE manages VPN1, VPN2, and VPN3, where VPN1 includes two CEs;
  • a routing table, the routing table includes a public network routing table and a private network routing table.
  • each of the 40 pairs of VPNs has an independent VRF.
  • the VRF exists only on the PE. On the PE, 40 pairs of each site are created with a corresponding VRF. Each VRF includes a routing table, a forwarding table, a set of interfaces using the VRF, and a set. Group related strategies. VRF can be thought of as a virtual router.
  • a detailed description of MPLS VPN can be found in RFC 2547. Since each VPN has a separate address space, how do you distinguish which VPN the packet belongs to when the PE processes the received data packet in the MPLS VPN network? This requires the use of MPLS to support the multi-layer tag nesting function, that is, to assign an inner label to the route in the VPN through MP-BGP (Multi-Protocol Extension BGP (Border Gateway Protocol)). The VPN route is released together.
  • MP-BGP Multi-Protocol Extension BGP (Border Gateway Protocol)
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the most basic MPLS network networking.
  • the forwarding of VPN data in the MPLS VPN network includes: First, CE1 sends a data packet to CE2, and the processing on PE1: 1. Obtain the ID number of the VPN according to the VRF attribute of the inbound interface of the packet;
  • the outgoing label is not 3, then the next hop is not the last node of the LSP. Then, the outer label of the data packet needs to be removed, and the new outer label is encapsulated. If the outgoing label is a 3 label, then the description is as follows. One hop is the last node in the LSP. Then, according to the next-hop pop-up rule, the outer label of the packet needs to be removed and directly forwarded. In this example, the second case is removed, and then the outer label is removed. The interface is forwarded out.
  • the forwarded structure is as follows:
  • CE1 sends a data packet to CE2, and processes it on PE2:
  • the outgoing interface corresponding to the label in the VPN data 4 is the outgoing interface of the VPN, and If the outgoing label is empty, then the outgoing label in the packet is stripped and the packet is forwarded out from the outgoing interface. In this example, the 17 label is stripped and the packet is forwarded to CE2.
  • the forwarded structure is as follows:
  • IP packet (IP packet) Label distribution is a core part of the router device in the MPLS network.
  • the label is assigned to the public network route through the Label Distribution Protocol (LDP), and the MP-
  • LDP Label Distribution Protocol
  • the BGP protocol assigns labels to private network routes, and of course includes other statically assigned labels.
  • the label resource is limited.
  • the label forwarding table space is limited at the forwarding level.
  • the label forwarding table space that different devices can use is different. Some devices can support a large number, and some devices can support very small.
  • the present invention proposes a method for optimizing the allocation of the VPN routing label, thereby making the label forwarding table space small.
  • the MPLS VPN function can be run normally on the device.
  • the object of the present invention is to provide a method for forwarding VPN packets in an MPLS VPN network and a method for allocating and deleting routing labels, and implementing MPLS VPN functions with as few label spaces as possible, thereby being more fully effective.
  • the label resource can be used to configure a VPN to form an MPLS VPN network on a device with a small label forwarding table space.
  • the invention discloses a routing label allocation method for a VPN packet, comprising: creating a virtual private network VPN; and assigning a routing label to the virtual private network VPN from the label pool according to the MP-BGP protocol; All routes in the virtual private network VPN are assigned the same routing label.
  • the routing label allocation method disclosed by the present invention further includes the following subordinate technical features: the routing label is allocated to the virtual private network VPN from the label pool according to the MP-BGP protocol, including: when the public network edge device PE is When the private network edge device CE creates a valid VPN routing forwarding instance VRF, a routing label is allocated from the label pool to the VPN routing forwarding instance VRF. The same routing label is allocated to all the routes in the VPN, including: Establishing an EBGP neighbor relationship between the private network edge device CE and the public network edge device PE, and then injecting a VPN route from the private network edge device CE to the public network edge device PE, and assigning the VPN route to the VPN The routing label of the routing forwarding instance VRF is assigned to the VPN route that is flooded.
  • the VPN route is added to the VRF tag reverse check bidirectional chain, and the route label is written into the drive label forwarding table, and the route label is marked with a secondary route lookup flag.
  • the invention also discloses a method for deleting a routing label of a VPN packet, which includes: first deleting all VPN routes corresponding to the VPN of the virtual private network on the PE of the public network edge device, and deleting the PE on the public network edge device PE
  • the VPN configuration which in turn collects the route labels assigned to the VPN. Deleting all the VPN routes corresponding to the virtual private network VPN on the PE of the public network edge device includes: deleting all the routes corresponding to the VPN forwarding instance VRF of the virtual private network, and deleting the configuration of the VPN forwarding instance VRF.
  • Deleting all VPN routes corresponding to the virtual private network VPN on the PE of the public network edge device includes: deleting a VPN route, and then removing the VPN route from the VRF label reverse check bidirectional chain, and then determining the corresponding routing label The label reverses whether the two-way chain is empty. If yes, the routing label is deleted from the driver label forwarding table.
  • the invention also discloses a method for forwarding a VPN message, which includes the following steps: Step 1: The VPN packet enters the public network edge device PE through the public network, and the public network edge device PE takes out the routing label and searches for the label forwarding table.
  • Step 2 The public network edge device PE determines, according to the routing label in the VPN packet, the virtual private network VPN that sends the VPN message, and extracts the destination IP address in the VPN message, and then The route matching table in the routing table corresponding to the virtual private network VPN performs the optimal matching and forwarding.
  • Step 3 When the VPN packet leaves the MPLS VPN network, the edge router separates the routing label.
  • the public network edge device PE that receives the VPN packet first determines whether there is a secondary search mark in the routing label, and if there is a secondary search mark, obtains according to the routing label.
  • the ID of the virtual private network VPN is used to perform route matching and forwarding according to the destination address in the VPN 4; if there is no secondary route lookup flag, the outgoing label is directly found according to the routing label. Text forwarding.
  • the step 1 further includes: the first public network edge device PE obtains the ID number of the virtual private network VPN according to the VRF attribute of the VPN 4 ⁇ incoming interface; using the virtual private network Find the VRF table by the ID number and destination IP address of the VPN, and obtain the outgoing interface and the path.
  • the label is encapsulated into the VPN packet as an inner label and an outer label; and the VPN packet is forwarded from the outbound interface.
  • the router that receives the VPN message first takes out the outer label, and then searches the label forwarding table according to the additional layer label, and obtains the outbound interface and the next hop and the outgoing label; If the next hop is not the last node of the LSP, the outer label of the VPN packet is removed, and the new outer label is encapsulated for the VPN packet and then forwarded out from the outbound interface.
  • the invention discloses a method for forwarding a VPN message in an MPLS VPN network and a method for allocating and deleting a route label, and labeling the FEC by using a VPN for the VPN route on the edge router PE in the MPLS network
  • the MPLS VPN function can be implemented with as little label space as possible, so that the label resources can be fully utilized, especially for those routers or switch devices with limited hardware resources and small label forwarding table space, which is originally caused by A device with limited resources and cannot implement the MPLS VPN function enables the MPLS VPN function, which can save a lot of resources and make full use of limited resources.
  • FIG. 2 is a relationship diagram between a VPN routing forwarding instance and each VPN in a bone network edge router;
  • FIG. 3 is a basic MPLS network group.
  • FIG. 4 is a flow chart of label allocation management per VPN per label mode described in the present invention;
  • FIG. 5 is a flow chart of label collection management per VPN per label method described in the present invention;
  • Figure 6 is a flow chart of assigning a label to each route of the present invention;
  • Figure 7 is a flow chart for label recovery management of the routing entry every time a VPN is deleted after each VPN per label method described in the present invention; .
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be further described in detail below in conjunction with the drawings and specific embodiments. As shown in Figure 3, it is an example of a basic MPLS network.
  • the hardware part consists of five routers, two of which are private network client CEs, two are edge routers PE, and the other is a P router.
  • the PE device uses the static configuration mode to perform VPN route label distribution by using the solution provided by the embodiment of the present invention. Then, the CEs of the two ends exchange VPN data packets, and the traffic can communicate with each other.
  • the processing step 4 of the software part is as follows: Step 1: Enable MPLS between PE1 and PE2, and establish an MPLS label switching channel LSP. And establish a BGP neighbor.
  • Step 2 Create a VRF for the CE on the two PE routers. A label is assigned to the VRF from the label pool.
  • the label distribution process is as shown in Figure 4. First, create a VRF and determine whether to use it.
  • Step 3 Establish EBGP neighbors between CE1 and CE2 and PE1 and PE2 respectively, and inject VPN routes from PE1 and CE2 to PE1 and PE2. Label each VPN route. As shown in FIG.
  • the process of allocating including: adding a VPN route, determining whether to use a method for assigning a label to each VPN in the embodiment of the present invention, otherwise, the normal label distribution process is terminated, and the process ends; Continue to determine whether the VRF corresponding to the current VPN ID has been assigned a label, and then proceed to the next step; otherwise, the label assignment is abnormal, and the label is re-assigned to the VRF. If the route is not successfully discarded, the process ends. If yes, go to the next step. Assign the label assigned to the VRF to the added VPN route, and then add the added VPN route to the VRF label to check the two-way chain, and then determine the current allocation.
  • Step 4 On PE1 and PE2, you can see that the same VPN is assigned to the VPN routes that CE1 and CE2 are flooding.
  • Step 5 CE1 and CE2 send packets to each other, and traffic can be interworked. At this time, only one of the label forwarding table spaces occupied by the VPN routes in the two PEs is used.
  • the process of sending data packets to CE2 by CE1 includes: First, processing on PE1:
  • next hop is not the last node of the LSP.
  • the outer label of the data packet needs to be removed, and the new outer label is encapsulated. If the outgoing label is a 3 label, then the next hop is The last node in the LSP needs to remove the outer label of the packet and then directly forward it according to the next-hop pop-up rule. In this example, the second-layer label is removed, and the outer label is removed and forwarded from the outbound interface.
  • the structure of the forwarded message is as follows: IP packet (IP packet) 17 Third, processing on PE2:
  • the interface cannot be determined simply by the label, but it is necessary to first determine whether there is a secondary search mark. If there is a secondary search mark, then the VPN ID needs to be obtained according to the label. No. Then, according to the destination IP address in the packet, the route matching is searched and forwarded. If there is no secondary route lookup token, the outgoing interface can be directly found by the label to forward the packet.
  • Step 6 Delete thousands of VPN routes on PE1 and PE2. The message is sent on other routes during the deletion process. At this time, no packet loss is found, indicating that the corresponding label forwarding table is always normal when the VPN route is not deleted.
  • the process of deleting a label when the route is deleted is as shown in FIG. 7 , including: after starting, deleting a VPN route, and determining whether the label of the currently deleted VPN route is allocated according to each VPN-label method according to the embodiment of the present invention.
  • Step 7 Delete all VPN routes on PE1, and then view the label forwarding table. You can see that the label corresponding to the VPN has been deleted from the label forwarding table. Then delete the VPN configuration on PE 1 and view the label pool. You can see that the label originally assigned to the VPN is recycled to the label pool. As shown in FIG.
  • the VPN label recovery process includes: after starting, deleting a VRF, deleting all the routes in the VRF, and then determining whether to configure a label for each VPN in the embodiment of the present invention. Otherwise it ends, yes Then, it is further determined whether the VRF is assigned a label, otherwise it ends, and the label is deleted after the label assigned to the VRF is deleted.
  • Step 8 On the PE2, the route in the VPN is not deleted first, but the configuration of the VPN is deleted directly. In this case, when the configuration of the VPN is deleted, the routing entries in the VPN are deleted first. As shown in Figure 7;), after that ⁇ ! The configuration of the VPN is deleted, and the label assigned to the VPN is deleted from the label forwarding table.
  • Embodiments of the present invention provide a method for allocating labels for VPN routes used in an edge router PE in an MPLS network to more effectively utilize limited label resources, and a related method for forwarding related VPN packets.
  • the method of recycling route labels As described above, in the MPLS VPN network, the PE device takes out the inner layer label when it receives the VPN data. The inner label is bound to the VPN route. The label can be used to determine the outgoing interface and forward it. There may be a large number of routes in a VPN.
  • the tag occupancy is very large.
  • the inner label can be used to determine the outgoing interface, and of course, the VPN can be determined. Then, all the routes in a VPN can share a label, and the data is forwarded within the data. The layer label is no longer used to determine the interface but is used to determine the VPN.
  • the destination IP address in the packet can be retrieved, and then the route optimal matching forwarding is performed in the routing table corresponding to the VPN.
  • This VPN routing label allocation method is actually to regard the VPN as an FEC (Forwarding Equivalence Class).
  • FEC Forwarding Equivalence Class
  • the so-called forwarding equivalence class is a grouping of data that is processed in an equivalent manner during the forwarding process.
  • the principle of label allocation is to assign the same label to a forwarding equivalence class. After treating the VPN as an FEC, you can assign a label to each VPN. All routing entries in the VPN share this label.
  • the reason why the VPN can be regarded as a forwarding equivalence class is that the data packets in the same VPN can be identified by the label, and then the destination IP address in the message is used for route matching and forwarding. They are handled in the same way, and can be used as a FEC.
  • the label allocation is based on the routing entry as the FEC. Each additional route is assigned a label. Now all the routes in the same VPN share a label. Thus, the label will exist.
  • the method provided by the embodiment of the present invention is to create a VPN and then from the label pool according to the MP-BGP protocol. Assign a label to the VPN, and then assign the label as long as there is a route belonging to the VPN.
  • This route is no longer assigned to routes imported from other VPNs into the VPN, because the route that is imported is only The VPN accepts, but it actually belongs to other VPNs, so the routing label has been allocated in other VPNs, and it cannot be repeated again here. If the label is deleted, you need to delete the route in the VPN and delete the configuration of the VPN. Because the VPN is no longer valid, the label assigned to the VPN can be released.
  • the solution provided by the embodiment of the present invention solves this management problem by using a label reverse check bidirectional chain, that is, all routing entries corresponding to the label are linked together by a doubly linked list for management. Since the label assigned by the VPN as the FEC no longer has the forwarding function, it is only used to identify the VPN. Therefore, once the label is used by the VPN route, the label can only be written to the label forwarding table of the forwarding plane, and cannot be added to the label forwarding table every time a route is added. Write in the middle, this will bring a lot of unnecessary operations.
  • a VPN route When a VPN route is deleted, it can be directly removed from the doubly linked list of routing entries corresponding to this tag. When there is no routing entry in the doubly linked list, it indicates that the label has no routing, and the label can be deleted from the label forwarding table of the forwarding plane. In such a way, it is convenient to efficiently manage such a label assigned by the VPN to the FEC.
  • the forwarding table obtains the interface forwarding, but only obtains the VPN ID from the label forwarding table, and then takes out the destination IP of the 4 , ,, to the routing forwarding table corresponding to the VPN ID. Perform routing optimal matching lookup forwarding. To do this, you need to bring a flag attribute when you write the tag to the tag forwarding table. It is used to distinguish whether the tag is a label assigned by the VPN for FEC or a label that is otherwise allocated. Label switching is performed at the forwarding level. In the data forwarding process, each time the corresponding label is found in the label forwarding table, the attribute field of the label is first obtained to determine whether the label needs to be searched and forwarded by the secondary route. If yes, the label switching forwarding process is not continued but the label is taken out. The corresponding VPN ID is then used to perform secondary route lookup and forwarding. In this way, it is really feasible to assign a label to the FEC by using a VPN.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在MPLS VPN网络中的VPN报文的转发方法及其路由标签的分配、删除方法，以虚拟私有网VPN为FEC进行标签分配：根据MP-BGP协议从标签池中为创建的虚拟私有网VPN内的所有路由分配同一个路由标签。在转发过程中，公网边缘设备PE根据VPN报文中的路由标签判断虚拟私有网VPN，并取出其中的目的IP地址，然后在对应的路由表中进行路由最优匹配转发。标签删除时首先删除所有VPN路由，再删除PE上的VPN配置，回收路由标签。本发明使用尽可能少的标签空间实现 MPLS VPN功能，更加充分利用标签资源，使得标签转发表空间较小的设备上也可以配置VPN。

Description

VPN 艮文的转发方法及其路由标签的分配、 删除方法 技术领域 本发明涉及网络通讯， 尤其涉及一种在 MPLS (Multi-Protocol Label Switching, 多协议标记交换协议 ) VPN 网络中的 VPN(Virtual Private Network, 虚拟私有网）报文的转发方法及其路由标签分配、 删除方法。 背景技术
VPN 是利用公用网络构建的私人专用网络， 以其独具特色的优势赢得 了越来越广泛的应用。 用户使用 VPN 可以缩减费用， 方便管理。 运营商推 广使用 VPN, 可以利用现有的基础设施提供增值服务， 扩大运营业务量的同 时也创造了新的商业机会。 多协议标记交换协议 (Multi-Protocol Label Switching, MPLS)是一种将 具有相同转发处理方式的分组归为一类（即转发等价类， Forwarding Equivalent Class, FEC)的分类转发技术。 MPLS最初是用来提高路由器的转 发速度而提出的一个协议， 但是由于 MPLS在流量工程和 VPN这两个在目 前 IP网络中非常关键的技术中的优越表现， 使得 MPLS 已日益成为扩大 IP 网络规模的重要标准。 MPLS 协议的关键是引入了标签 (Label)交换概念， 在 MPLS网络中， IP包在进入第一个 MPLS设备时， MPLS边缘路由器分析 IP 包的内容并为这些 IP包选择合适的标签。以后就是依据这个标签作为转发依 据在 MPLS网络中传输这些 IP包， 当 IP包离开 MPLS网络时标签被边缘路 由器分离。 在 MPLS网络中将网络设备分为边缘网络设备和核心网络设备， 边缘网络设备提供流量分类和标签映射， 标签移除的功能。 核心网络设备提 供标签交换和标签分发功能。
MPLS作为一种高效的 IP骨千网技术平台， 为实现 VPN提供了一种灵 活的并且具有可扩展性的技术基础。 MPLS VPN网络由三种网络设备组成： (1) CE(Custom Edge),用户网络中的边缘设备，直接与服务提供商相连；
(2) PE(Provider Edge) , 骨千网中的边缘设备， 直接与用户的 CE相连；
(3) Ρ路由器 (Provider Router), 骨千网中不与 CE直接相连的设备。 如图 1所示是一个典型的 MPLS VPN组网的网络架构模型图， MPLS VPN网络由运营商的骨千网与用户的各个站点（ site )组成， VPN就是对 site 集合的划分， 一个 VPN对应由若千 site组成的集合。 MPLS VPN网络构造 由服务提供商来完成， 在这种网络构造中， 由服务提供商向用户提供 VPN 服务， 用户感觉不到公网的存在， 就好像拥有独立的网络资源一样。 所有的 VPN的构建， 连接和管理工作都是在 PE上进行的。 从 PE的角度来看， 用 户的一个连通的 IP系统被视为一个 site,每一个 site通过 CE与 PE相连， site 就构成了 VPN的基本单元。 一个 VPN由多个 site组成， 一个 site也可以同 时属于不同的 VPN。 任何两个没有共同的 site的 VPN 可以使用重叠的地址空间， 即在用 户的私有网络中使用自己独立的地址空间， 而不用考虑是否与其他 VPN 或 公网的地址空间冲突， 这就需要依赖于 VPN路由转发实例 (VPN Routing & Forwarding Instance, VRF)。 图 2是在骨千网边缘路由器 PE中 VPN路由转发实例 VRF与各个 VPN 之间的关系图， 图中骨千网边缘路由器 PE管理 VPN1、 VPN2和 VPN3 , 其 中 VPN1包括两个 CE; PE中包括一张路由表， 路由表中包括公网路由表和 私网路由表， 在私网路由表中 4十对每一个 VPN都有一个独立的 VRF。 VRF 只存在于 PE上， 在 PE上 4十对每一个 site都创建一个与之对应的 VRF, 每个 VRF都包括一张路由表， 一张转发表， 一组使用这个 VRF的接口集合以及 一组与之相关的策略。 VRF 可以被看作是一个虚拟的路由器。 有关 MPLS VPN的详细描述见 RFC 2547。 由于各个不同的 VPN都有独立的地址空间，那么在 MPLS VPN网络中 PE处理接收到数据报文时， 如何区分该报文属于哪个 VPN呢？ 这就需要利 用 MPLS支持多层标签嵌套的功能， 也就是为 VPN内的路由通过 MP-BGP (多协议扩展 BGP ( Border Gateway Protocol, 边界网关协议 ) ) 来分配一个 内层标签， 这个标签与 VPN 路由一同发布出去。 这样当有私网数据需要通 过公网转发时会封装 2层标签， 外层标签用于在公网进行数据转发， 内层标 签就用于指示往哪个 VPN转发。当该数据报文到达末端 PE时弹出外层标签， 取出内层标签， 由于这个内层标签是和 VPN 路由绑定的， 那么就可以直接 找到对应的下一跳出接口， 然后直接将这个 VPN数据报文转发出去。 图 3是一个最基本的 MPLS 网络组网示意图， VPN数据 4艮文在 MPLS VPN网络中转发包括： 第一， CE1向 CE2发送数据报文， 在 PE1上的处理： 1、 根据报文入接口的 VRF属性获得 VPN的 ID号；
2、 使用 VPN ID号和目的 IP地址查找 VRF表， 得到出接口、 内层出 标签 （即 VPN1标签） 和外层出标签 （即 P分配给 PE1的标签）；
3、 将内外两层标签封装到 4艮文中；
4、 将报文从出接口中转发出去。 £设此时查到的内层标签和外层标签分别是 17, 23 , 那么封装后 4艮文 结构如下：
IP packet ( IP包） 17 23 第二， CE1向 CE2发送数据报文， 在 P上的处理： 1、 判断该数据包是一个标签包；
2、 取出第一层 MPLS转发标签 （本例中是 23 );
3、 才艮据此标签查找标签转发表， 得到出接口及下一跳及出标签；
4、 如果出标签不是 3 , 那么说明下一跳不是 LSP的末节点， 那么就需 要去除该数据报文的外层标签，再封装新的外层标签； 如果出标签是 3标签， 那么说明下一跳是 LSP中的末节点， 那么根据次末跳弹出规则需要将该报文 的外层标签去除后直接转发， 在本例中属于第二种情况， 于是去除 23 这个 外层标签， 从出接口转发出去。 转发的 4艮文结构如下所示:
IP packet ( IP包） 17 第三， CE1向 CE2发送数据报文， 在 PE2上的处理：
1、 判断该数据包是一个标签包；
2、 取出第一层 MPLS转发标签 （本例中是 17 );
3、 才艮据此标签查找标签转发表， 得到出接口及下一跳及出标签；
4、 对于 VPN数据 4艮文中的标签对应的出接口就是 VPN的出接口， 并 且出标签是空的， 那么此时就会剥离报文中的出标签， 将报文从出接口转发 出去。 在本例中就是将 17标签剥离后将报文转发给 CE2。 转发的 4艮文结构如下所示：
IP packet ( IP包） 标签分配是 MPLS网络中路由器设备的一个核心部分， 尤其是对于 PE 设备， 既要通过 LDP协议 ( Label Distribution Protocol 标签分发协议） 为公 网路由分配标签， 还需要通过 MP-BGP协议为私网路由分配标签， 当然还要 包括其他静态分配的标签。 而标签资源是有限的， 尤其是在转发层面标签转 发表空间也是有限的， 不同的设备能够使用的标签转发表空间也不同， 有的 设备可以支持很大， 有的设备能够支持的很小。 为了能在标签转发表空间较 小的 PE设备上支持 MPLS VPN功能， 就有必要对标签分配进行优化， 本发 明提出了一种对 VPN 路由标签分配优化的方法， 从而使得标签转发表空间 较小的设备上能够正常运行 MPLS VPN功能。 发明内容 本发明的目的在于提供一种在 MPLS VPN网络中的 VPN报文的转发方 法及其路由标签的分配、删除方法，使用尽可能少的标签空间实现 MPLS VPN 功能， 从而可以更加充分效地利用标签资源， 使得标签转发表空间较小的设 备上也可以配置 VPN, 组建 MPLS VPN网络。 本发明公开了一种 VPN报文的路由标签分配方法， 包括： 创建一个虚 拟私有网 VPN; 才艮据 MP-BGP协议从标签池中分配一个路由标签给所述虚 拟私有网 VPN; 为所述虚拟私有网 VPN内的所有路由啫分配这同一个路由 标签。 本发明公开的这种路由标签分配方法， 还包括如下从属技术特征： 才艮据 MP-BGP 协议从标签池中分配一个路由标签给所述虚拟私有网 VPN , 包括： 当公网边缘设备 PE为私网边缘设备 CE创建有效的 VPN路由 转发实例 VRF时， 从标签池中分配一个路由标签给所述 VPN路由转发实例 VRF; 为所述 VPN内的所有路由都分配这同一个路由标签， 包括： 将所述私 网边缘设备 CE分别与所述公网边缘设备 PE建立 EBGP邻居， 再从所述私 网边缘设备 CE分别向所述公网边缘设备 PE灌入 VPN路由， 将分配给所述 VPN路由转发实例 VRF的路由标签分配给灌入的所述 VPN路由。 将灌入的所述 VPN路由加入到 VRF标签反查双向链中，将所述路由标 签写入驱动标签转发表， 为所述路由标签打上二次路由查找标记。 本发明还公开了一种 VPN报文的路由标签删除方法， 包括： 首先删除 公网边缘设备 PE上对应于所述虚拟私有网 VPN的所有 VPN路由， 再删除 所述公网边缘设备 PE上的 VPN配置， 随之将分配给该 VPN的路由标签回 收。 删除公网边缘设备 PE上对应所述虚拟私有网 VPN的所有 VPN路由包 括： 先删除对应于所述虚拟私有网 VPN转发实例 VRF中的所有路由， 再删 除该 VPN转发实例 VRF的配置。 删除公网边缘设备 PE上对应所述虚拟私有网 VPN的所有 VPN路由包 括： 先删除一条 VPN路由， 再将所述 VPN路由从 VRF标签反查双向链中摘 除， 再判断所述路由标签对应的标签反查双向链是否为空， 若是则将所述路 由标签从驱动标签转发表中删除。 本发明还公开了一种 VPN 4艮文的转发方法， 包括： 步骤 1 , 所述 VPN报文通过公网进入公网边缘设备 PE , 所述公网边缘 设备 PE取出路由标签， 查找标签转发表； 步骤 2 ,所述公网边缘设备 PE根据所述 VPN报文中的路由标签判断发 出所述 VPN 4艮文的虚拟私有网 VPN, 并取出所述 VPN 4艮文中的目的 IP地 址， 然后在所述虚拟私有网 VPN对应的路由表中进行路由最优匹配转发； 步骤 3 , 当所述 VPN报文离开所述 MPLS VPN网络时， 边缘路由器分 离所述路由标签。 在所述步骤 2中： 收到所述 VPN报文的所述公网边缘设备 PE先判断 所述路由标签中是否有二次查找标记， 如果有二次查找标记， 则根据所述路 由标签获取所述虚拟私有网 VPN的 ID号， 再才艮据所述 VPN 4艮文中的目的 地址进行路由匹配查找转发； 如果没有二次路由查找标记， 则根据所述路由 标签直接查找到出接口进行报文转发。 在所述步骤 1 中进一步包括： 所述第一个公网边缘设备 PE才艮据所述 VPN 4艮文入接口的 VRF属性获得所述虚拟私有网 VPN的 ID号； 使用所述 虚拟私有网 VPN的 ID号和目的 IP地址查找 VRF表， 得到出接口和所述路 由标签， 并作为内层出标签和外层出标签封装到所述 VPN报文中； 并将所 述 VPN报文从出接口中转发出去。 在所述步骤 2中，收到所述 VPN 4艮文的路由器先取出所述外层出标签， 才艮据此外层出标签查找标签转发表， 得到出接口及下一跳及出标签； 如果下 一跳不是 LSP的末节点， 则去除所述 VPN报文的外层标签， 再为所述 VPN 艮文封装新的外层标签以后从出接口转发出去。 本发明公开的一种在 MPLS VPN网络中的 VPN 4艮文的转发方法及其路 由标签的分配、 删除方法， 通过在 MPLS网络中的边缘路由器 PE上对 VPN 路由釆用以 VPN为 FEC进行标签分配的方式， 可以使用尽可能少的标签空 间实现 MPLS VPN功能， 使得标签资源得以充分地利用， 尤其对于那些硬件 资源有限， 标签转发表空间较小的路由器或交换机设备更为适用， 使得原先 由于资源限制而不能实现 MPLS VPN功能的设备启用 MPLS VPN功能， 可 以大量地节约资源， 使得有限的资源得到充分地利用。 附图说明 图 1是一个典型的 MPLS VPN网络的架构模型图； 图 2是在骨千网边缘路由器中 VPN路由转发实例与各个 VPN之间的关 系图； 图 3是一个最基本的 MPLS网络组网示意图； 图 4是釆用本发明中所描述的每 VPN每标签方式时标签分配管理的流 程图； 图 5是釆用本发明中所描述的每 VPN每标签方式时标签回收管理的流 程图； 图 6是本发明的为每条路由分配标签的流程图； 图 7是釆用本发明中所描述的每 VPN每标签方式后每删除一条路由时 为该路由条目进行标签回收管理的流程图。 具体实施方式 下面结合附图和具体实施方式对本发明故进一步详细说明。 如图 3所示， 是一个最基本的 MPLS 网络的实例， 硬件部分由五台路 由器组成， 其中 2台作为私有网络客户端 CE, 二台作为边缘路由器 PE, — 台作为 P路由器， 组网在 PE设备上釆用静态配置的方式， 使用本发明实施 例提供的方案进行 VPN路由标签分配， 然后两端 CE互发 VPN数据报文， 流量能够互通。 软件部分的处理步 4聚如下： 第 1步：在 PE1和 PE2之间开启 MPLS ,建立 MPLS标签交换通道 LSP。 并建立 BGP邻居。 第 2步： 在 2台 PE路由器上， 分别为 CE创建 VRF, 此时会从标签池 中分配一个标签给该 VRF„ 标签分配流程如图 4所示： 首先， 创建 VRF, 再判断是否釆用本发明 实施例的每 VPN 每标签方式， 否则结束标签分配流程， 是则继续判断标签 池中是否有空闲标签， 有则从标签池中分配一个标签给 VRF, 无则撤销该 VRF的配置， 并给出告警 VRF失败， 结束。 第 3步： 将 CE1、 CE2分别与 PE1和 PE2建立 EBGP邻居， 并从 CE1、 CE2分别向 PE1和 PE2灌入 VPN路由。此时会为每一条 VPN路由进行标签 分配， 分配流程如图 6所示， 包括： 添加一条 VPN路由，判断是否釆用本发明实施例的为每个 VPN分配一 个标签的方法， 否则走普通标签分配流程， 结束本次流程； 是则继续判断针 对当前的 VPN ID对应的 VRF是否已经分配了标签， 是则进入下一步； 否则 说明标签分配异常， 重新为该 VRF分配标签， 如果标签分配不成功丢弃该路 由， 结束本次流程； 是则进入下一步。 将分配给 VRF的标签分配给添加的 VPN路由， 再将添加的 VPN路由 加入到 VRF标签反查双向链中，再判断当前分配给该路由的标签是否还没有 写驱动， 是则为该标签打上二次路由查找标记， 并将该标签写入驱动标签转 发表， 结束； 否则直接结束。 第 4步： 在 PE1和 PE2上可以看到为 CE1和 CE2灌入的 VPN路由都 分配了一个相同的标签。 第 5步： CE1和 CE2相互发包， 流量可以互通。 而此时 2台 PE设备中 VPN路由占用的标签转发表空间只有 1个。
CE1向 CE2发送数据报文的流程包括： 第一， 在 PE1上的处理：
1、 根据报文入接口的 VRF属性获得 VPN的 ID号；
2、 使用 VPN ID号和目的 IP地址查找 VRF表， 得到出接口、 内层出 标签 （即 VPN标签） 和外层出标签 （即 P分配给 PE1的标签）；
3、 将内外两层标签封装到 4艮文中；
4、 将报文从出接口中转发出去。 £设此时查到的内层标签和外层标签分别是 17, 23 , 那么封装后 4艮文 结构如下：
IP packet ( IP包） 17 23 第二， 在 P上的处理:
1、 首先， 判断该数据包是一个标签包；
2、 取出第一层 MPLS转发标签 （本例中是 23 );
3、 才艮据此标签查找标签转发表， 得到出接口及下一跳及出标签；
4、 如果出标签不是 3 , 说明下一跳不是 LSP的末节点， 需要去除该数 据报文的外层标签， 再封装新的外层标签； 如果出标签是 3标签， 那么说明 下一跳是 LSP中的末节点，根据次末跳弹出规则需要将该报文的外层标签去 除后直接转发， 在本例中属于第二种情况， 于是去除 23 这个外层标签， 从 出接口转发出去。 转发的报文结构如下所示： IP packet( IP包） 17 第三， 在 PE2上的处理:
1、 判断该数据包是一个标签包；
2、 取出第一层 MPLS转发标签 （本例中是 17 );
3、 由于釆用了本发明的标签分配技术， 这里不能简单根据标签确定出 接口， 而是需要先判断是否有二次查找标记， 如果有二次查找标记， 那就需 要根据该标签获取 VPN ID号， 再根据报文中的目的 IP地址进行路由匹配查 找转发， 如果没有二次路由查找标记， 那就可以根据标签直接查找到出接口 进行报文转发；
4、 根据查找到的出接口， 将报文从出接口转发出去。 在本例中就是将 17标签剥离后将 4艮文转发给 CE2。 转发的 4艮文结构如下所示：
I IP packet ( IP包） | 第 6步： 在 PE1和 PE2上删除若千条 VPN路由。 在删除过程保持其他 路由上的报文发送。 此时可以发现没有丢包现象， 说明 VPN 路由没有删除 完时对应的标签转发表始终保持正常。 路由删除时标签删除的流程如图 7所 示， 包括： 开始后， 删除一条 VPN路由， 判断当前删除的 VPN路由的标签是否是 按照本发明实施例的每个 VPN —个标签的方法分配的， 否则走普通标签的 删除流程； 是则将分配待删除的 VPN路由从 VRF标签反查双向链中摘除， 再判断当前该标签对应的标签反查双向链是否为空， 否则结束， 是则将该标 签从驱动标签转发表中删除后结束。 第 7步： 在 PE1上删除所有 VPN路由， 再查看标签转发表， 可以看到 该 VPN对应的标签已经从标签转发表中删除了。再删除 PE 1上的 VPN配置， 并查看标签池，可以看到原先分配给该 VPN的标签被回收到标签池中。 VPN 标签回收流程如图 5所示， 包括： 开始后， 先删除某个 VRF, 再删除该 VRF内的所有路由， 然后判断当 前是否釆用本发明实施例的每个 VPN 配置一个标签的方法， 否则结束， 是 则进一步判断该 VRF是否被分配了标签， 否则结束， 是则删除分配给 VRF 的标签后结束。 第 8步： 在 PE2上先不删除 VPN内的路由， 而是直接删除 VPN的配 置，此时会发现在删除 VPN的配置时， VPN内的路由条目都是先被删除（此 时标签删除流程如图 7所示；)，之后才 ^！夺 VPN的配置删除，同时分配给该 VPN 的标签从标签转发表中被删除。 最后查看标签池也同样看到分配给该 VPN 的标签被回收 （此时标签回收流程如图 5所示；)。 从以上这些实施步骤可以证明本发明实施例是有效并且可行的。 本发明实施例提供了在 MPLS网络中的边缘路由器 PE上为了更有效地 利用有限的标签资源而使用的为 VPN 路由分配标签的方法， 以及由此产生 的相关的 VPN报文的转发方法及其路由标签的回收方法。 如前所述在 MPLS VPN网络中 PE设备收到 VPN数据 4艮文时取出内层 标签， 这个内层标签是与 VPN 路由相绑定的， 通过该标签可以确定出接口 并进行转发。 而一个 VPN 内可能存在大量路由， 如果对每条路由都分配一 个标签的话， 这个标签占用量是非常巨大的。 考虑到内层标签与 VPN 路由 相绑定， 通过内层标签可以确定出接口， 当然也就能确定 VPN, 那么就可以 让一个 VPN 内的所有路由共用一个标签， 在数据 4艮文转发时内层标签不再 用来确定出接口而是用来确定 VPN, 当 VPN确定后就可以取出 4艮文中的目 的 IP地址， 然后在该 VPN对应的路由表中进行路由最优匹配转发。 这样做 虽然由于需要二次路由查找转发而对转发效率有一定的影响， 但是这种影响 并不会降低网络性能， 在实际实施中是可以接受的。 这种 VPN 路由标签分配方式其实就是将 VPN 看成是一个 FEC ( Forwarding Equivalence Class, 转发等价类）， 所谓转发等价类就是在转发 过程中以等价的方式处理的一组数据的分组， 标签分配的原则就是对一个转 发等价类分配相同的标签。将 VPN看作一个 FEC后就可以为每个 VPN分配 一个标签， 该 VPN内的所有路由条目都共用这个标签。 之所以可以将 VPN 看作是一个转发等价类是因为对于同一 VPN 内的数据报文都可以通过标签 确定 VPN, 然后通过 4艮文中的目的 IP地址进行路由匹配转发的方式处理， 这样一来它们的处理方式是相同的， 完全可以作为一个 FEC, 为这种 FEC分 配的标签的作用也就仅仅是区分不同的 VPN, 并不能根据这个标签直接进行 标签交换转发数据 4艮文， 只能通过二次路由匹配查找转发。 要实现这种按 VPN进行标签分配的功能需要考虑并解决以下几个问题：
1. 原先按照通常意义上的标签分配是按照路由条目作为 FEC进行分配 的， 每增加一个路由都会分配一个标签， 那么现在同一个 VPN 内的所有路 由共用一个标签， 这样， 就会存在这个标签何时分配给这个 VPN, 然后又如 何分配给该 VPN 内的路由条目， 又在什么时候被释放的问题， 本发明实施 例提供的方法是在创建一个 VPN后， 根据 MP-BGP协议从标签池中分配一 个标签给这个 VPN, 之后只要有属于该 VPN的路由就分配这个标签， 对于 从其他 VPN多导入到该 VPN内的路由就不再分配这个标签， 因为这种多导 入过来的路由只是被该 VPN接受， 但是它实际是属于其他 VPN的， 所以该 路由标签已经在其他 VPN 内分配， 在这里就不能再重复分配了。 关于标签 删除， 则需要在该 VPN内路由都清除， 并清除了该 VPN的配置时进行删除， 因为此时该 VPN不再生效， 分配给该 VPN的标签自然可以释放。
2. 虽然一个 VPN内的所有路由都共用一个标签， 但是标签始终是要和 路由相绑定的， 这样就会出现一个标签对应大量的路由， 这时， 就会存在对 这种标签的管理问题， 本发明实施例提供的方案是釆用一个标签反查双向链 解决这种管理问题的， 也就是将标签对应的所有路由条目用双向链表链接在 一起进行管理。 由于以 VPN为 FEC分配的标签不再具有转发作用仅仅用于 标识 VPN , 所以该标签一旦被 VPN路由使用时只能往转发层面的标签转发 表写一次， 不能每增加一条路由都往标签转发表中写， 这样会带来很多不必 要的操作， 当有 VPN 路由删除时可以直接从这个标签对应的路由条目双向 链表中直接摘除。 当该双向链表中没有路由条目时就表明该标签已没有路由 使用， 此时就可以将该标签从转发层面的标签转发表中删除。 通过这样一种 方式就可以 艮方便地对这种以 VPN为 FEC分配的标签进行有效地管理。
3. 由于现在一个 VPN内的所有路由共用一个标签， 此时这个标签不能 直接用于标签交换转发， 而需要进行二次路由查找转发， 但是对于公网路由 标签是需要进行 MPLS标签交换转发的， 而公网使用的标签与 VPN使用的 标签在一个标签转发表中， 这样， 在转发时， 就会存在如何确定该标签是需 要二次路由查找转发还是直接进行标签交换转发的问题， 本发明实施例提供 的方案是通过控制层面和转发层面相互配合来实现的， 因为以 VPN为 FEC 分配的标签仅仅用于标识 VPN 不再具有转发作用， 当收到打上这种标签的 报文不能直接从标签转发表中获取出接口转发， 而是只能从标签转发表中获 取 VPN ID, 然后取出该 4艮文的目的地 IP, 到 VPN ID对应的路由转发表中 进行路由最优匹配查找转发。 要做到这一步就需要在将标签写入标签转发表 中时带入一个标志属性， 用于区分该标签是以 VPN为 FEC分配的标签还是 以其他方式分配的标签， 在转发层面进行标签交换数据转发流程中每次在标 签转发表中找到对应标签时首先获取该标签的属性字段判断该标签是否需要 进行二次路由查找转发， 如果是则不再继续进行标签交换转发流程而是取出 该标签对应的 VPN ID, 然后进行二次路由查找转发， 通过这种方式就使得 以 VPN为 FEC分配标签方式真正可行。

Claims

权 利 要 求 书 一种虚拟私有网 VPN报文的路由标签分配方法， 其特征在于， 包括： 创建一个虚拟私有网 VPN;
才艮据 MP-BGP 协议从标签池中分配一个路由标签给所述虚拟私 有网 VPN;
为所述虚拟私有网 VPN内的所有路由都分配所述路由标签。 如权 1所述的路由标签分配方法， 其特征在于， 才艮据 MP-BGP协议从 标签池中分配一个路由标签给所述虚拟私有网 VPN, 包括：
当公网边缘设备 PE为私网边缘设备 CE创建有效的 VPN路由转 发实例 VRF时， 从标签池中分配一个路由标签给所述 VPN路由转发 实例 VRF;
为所述 VPN内的所有路由都分配所述路由标签， 包括： 将所述私网边缘设备 CE分别与所述公网边缘设备 PE建立 EBGP 邻居， 再从所述私网边缘设备 CE分别向所述公网边缘设备 PE灌入 VPN路由， 将分配给所述 VPN路由转发实例 VRF的路由标签分配给 灌入的所述 VPN路由。 如权 2所述的路由标签分配方法， 其特征在于， 还包括：
将灌入的所述 VPN路由加入到 VRF标签反查双向链中， 将所述 路由标签写入驱动标签转发表， 为所述路由标签打上二次路由查找标 记。 一种 VPN报文的路由标签删除方法， 其特征在于， 包括：
删除公网边缘设备 PE 上对应于所述虚拟私有网 VPN 的所有 VPN路由；
删除所述公网边缘设备 PE上的 VPN配置；
将分配给该 VPN的路由标签回收。 如权 4所述的路由标签删除方法， 其特征在于， 删除公网边缘设备 PE 上对应所述虚拟私有网 VPN的所有 VPN路由包括： 删除对应于所述虚拟私有网 VPN转发实例 VRF中的所有路由； 删除该 VPN转发实例 VRF的配置。
6. 如权 5所述的路由标签删除方法， 其特征在于， 删除公网边缘设备 PE 上对应于所述虚拟私有网 VPN的所有 VPN路由包括：
删除一条 VPN路由；
将所述 VPN路由从 VRF标签反查双向链中摘除； 判断所述路由标签对应的标签反查双向链是否为空， 若是则将所 述路由标签从所述驱动标签转发表中删除。
7. —种 VPN 4艮文的转发方法， 其特征在于， 包括：
步骤 1 , 所述 VPN报文通过公网进入公网边缘设备 PE, 所述公 网边缘设备 PE取出路由标签， 查找标签转发表；
步骤 2, 所述公网边缘设备 PE根据所述 VPN报文中的路由标签 判断发出所述 VPN 4艮文的虚拟私有网 VPN, 并取出所述 VPN 4艮文中 的目的 IP地址， 然后在所述虚拟私有网 VPN对应的路由表中进行路 由最优匹配转发；
步骤 3 , 当所述 VPN报文离开所述 MPLS VPN网络时， 所述边 缘路由器分离所述路由标签。
8. 如权 7所述的方法， 其特征在于， 在所述步骤 2中： 收到所述 VPN报 文的所述公网边缘设备 PE 先判断所述路由标签中是否有二次查找标 ΐ己， 如果有二次查找标 ΐ己， 则才艮据所述路由标签获取所述虚拟私有网
VPN的 ID号，再根据所述 VPN报文中的目的地址进行路由匹配查找 转发； 如果没有二次路由查找标记， 则才艮据所述路由标签直接查找到 出接口进行报文转发。
9. 如权 8所述的方法， 其特征在于， 在所述步骤 1 中进一步包括： 所述 第一个公网边缘设备 PE根据所述 VPN报文入接口的 VRF属性获得所 述虚拟私有网 VPN的 ID号； 使用所述虚拟私有网 VPN的 ID号和目 的 IP地址查找 VRF表， 得到出接口和所述路由标签， 并作为内层出 标签和外层出标签封装到所述 VPN报文中； 并将所述 VPN报文从出 接口中转发出去。 如权 9所述的方法， 其特征在于， 在所述步骤 2中， 收到所述 VPN报 文的路由器先取出所述外层出标签， 根据此外层出标签查找标签转发 表， 得到出接口及下一跳及出标签； 如果下一跳不是 LSP的末节点， 则去除所述 VPN 4艮文的外层标签， 再为所述 VPN 4艮文封装新的外层 标签以后从出接口转发出去。
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