CN1287565C - 网络隧道 - Google Patents

Abstract

可以使用MPLS标记使数据分组经隧道穿过IP网络。在诸如路由器或网络终端连接器的起始点，检验IP目的地地址并且产生出涉及网络拓扑的一个或多个标记。这些标记能包括QoS信息。然后将数据分组经标记交换路径发送至目的地。在目的地，通过按所接收的标记检验IP地址以及产生出用于数据分组通过另一标记交换路径的通路的一个或多个新标记，可以将数据分组经过此另一标记交换路径予以转送。

Description

网络隧道

本发明涉及到将数据路由通过网络各部分的隧道技术的使用，其中在源或目的地均不知道各不同网络单元的地址。

已经知道有各种各样的隧道技术并且通常在网络技术中使用。它们大多依赖于在通过网络路由数据分组时向该数据分组增添附加的路由信息来隐瞒最终目的地，以及在某一点上映射专用和公用IP地址。

已经开发了多协议标记交换MPLS把关于网络链路的诸如带宽、等待时间和利用率的OSI层2信息集成进一特定自治系统或ISP之内的层3(IP)中以便简化并改善IP分组的交换。MPLS赋予网络操作员灵活性以使业务量绕转链路故障、拥塞和瓶颈以及路由。

在分组进入基于MPLS的网络时，标记边缘路由器(LER)给分组一个标记。这些标记包含路由表项目信息并涉及到IP头标字段、源IP地址、层4套接字号码信息以及区别的服务。不同的分组被赋给相应的加标记的交换路径(LSP)，其中标记交换路由器(LSR)把输出标记置于分组上。网络操作员可利用这些LSP来根据数据流类型和互联网接入客户而使业务量转向和路由。

我们已经了解到，可以使用MPLS来使数据经隧道穿过网络。因而，提供了一种方法将数据通过IP通信网络从第一网络点发送至目的地点，该方法包括的步骤为：在第一网络点处基于数据的目的地IP地址将至少一个标记附加到该数据上，该标记包括由网络拓扑确定的、通过IP网络到目的地点的路由信息，以及通过网络经标记交换路径而把该数据路由到目的地点，此标记交换路径包括含在该至少一个标记内的路由。

本发明还提供了一个通信网络，其包括一个第一网络点、一个目的地网络点以及多个中间网络点，各第一和目的地网络点包括：依据该数据的目的地IP地址产生出至少一个标记的装置，将该至少一个标记附加到该数据上的装置，以及将该数据和至少一个标记经标记交换路径而路由到另一第一和目的地网络点的装置，该标记交换路径由网络拓扑确定。

本发明实施方案的优点是，可以使用标记来经隧道穿过网络。是标记，而不是MAC地址或IP地址，决定了通过网络的物理路径。

最好是，可以使用标记来通过两个或多个网络发送数据分组。在连接两个网络的标记交换路径的端接点，目的地地址可以从所收到的标记提取，并且产生一个新标记或标记集，以将该数据分组通过另一网络、经另一标记交换路径予以发送。

可以使用标记交换路径把消息发送至DHCP服务器。一个DHCP发现消息被通过标记交换路径发送。由服务器来分配公用IP地址并将其回送给始发者。形成该标记隧道端点的路由器利用此地址来产生一个或多个标记，以便将该消息通过标记交换路径发回。

本发明还提供了通过IP通信网络发送数据的方法，IP通信网络包括一个第一网络点、一个目的地网络点以及多个中间网络点，该方法包括：把消息从该第一网络点发送到目的地网络点以建立网络拓扑，在目的地点将该网络拓扑映射到网络IP地址。

本发明还提供了一个通信网络，其包括一个第一网络点、一个目的地网络点和多个中间网络点，该第一网络点包括将消息发送到目的地网络点来建立该网络拓扑的装置，而目的地网络点则包括将网络拓扑映射到网络IP地址的装置。

现将通过举例并参照附图来对本发明的实施方案予以说明，附图中：

图1表示出在IP接入网络中使用MPLS如何能够实现下行流隧道；

图2示出在图1的网络中如何能够实现上行流隧道；

图3示出为DHCP提供MPLS的结构；

图4示出如何能够自动地产生出MPLS标记；

图5示出MPLS隧道的下行流集成；

图6示出MPLS隧道的上行流集成；以及

图7示出用于显式下行流路由的一个单MPLS标记的分配。

将MPLS用于隧道有诸多优点，即可以用它来确定通过网络的物理路径。代替使用MAC或IP地址来路由分组，可以根据分组的目的地产生出MPLS。还可以使用MPLS来标识通过网络的路径的服务质量要求并提供通过该接入网络的多条路径。

分别参照图1和图2，首先通过考虑下行流和上行流隧道，而对MPLS的使用加以说明。

图1示出一接入网络10，它有一个网络终端连接器(networkterminator)18、一对集中器11以及一个接入网络路由器15。使用一个显式路由的LSP(标记交换路径)来使下行流数据经隧道穿过网络。接入路由器15保存IP地址对MPLS标记的映射。当分组到达接入路由器时，对其IP地址进行检验。三个MPLS标记D1、D2和D 3被插入分组内，同时将该分组发送至第一级集中器11a。所附加的标记数目将与该分组必须通过的、该网络中的级数相等。在此情况下就有三级：接入路由器到集中器11a；集中器11b；以及网络终端连接器18。

第一级集中器检验堆栈顶的标记D1并用它来路由该分组，从标记栈去除那个标记D1。D1可以包含将传输该分组的输出端口号。标记D1从该标记堆栈出栈，而该分组则被转发至第二级集中器11b。在此处完成类似的操作，使用标记D2并根据由标记D2所给出的目的地，将现在只包含原始分组和标记D3的分组转发至该网络终端连接器。在NT 18，再次完成类似的操作，由NT检验剩余的标记D 3并依靠标记D3中所包含的路由信息将裸分组(bare packet)路由到网络终端连接器中的适当单元。这个最终目的地就是隧道端点。

还可以通过利用该标记的一部分来给业务量分配某一等级，而使用MPLS标记来提供服务质量QoS管理，该等级控制了在集中点上使用的排队算法。

已经在通过IP接入网络的各级路由的标记方面，对实施方案进行了说明。如果MPLS标记在足够的长度之外，那么一个单标记就能够携带多于一级的路由和QoS信息。这将在稍后作进一步的描述。

现在参照图2，各数据分组的上行流路由较为简单，因为它们都是前往同一点，即接入路由器15。因而，只需要一个单标记并为所有各级所用。该标记不被任何一级所弹出(pop up)，而只是在分组与标记被传递到下一级之前受到检验。此标记只是在接入网络路由器处出栈。此外，图2中用U(上行流)表示的标记还能够包括QoS信息，对不同的业务量等级使用不同的标记值。

从图1和2的讨论将会了解到，接入网络不将IP地址用于用户分组的内部路由。IP地址只在接入网络必须与外部网络进行通信的末端，例如在接入路由器15和网络终端连接器18处才被使用。对由NT所提供的各类服务，诸如视频、IP上的话音和互联网接入，可以使用个别的地址域以简化防火墙安全性的供应。

图3说明可以如何为DHCP配备以MPLS隧道。相似的部件用与前述实例中同样的参考数字表示。

主机12将通过产生一个DHCP发现消息来请求一个IP地址。使用该DHCP来发现网络拓扑。DHCP消息到达网络终端连接器18中的MPLS隧道入口22。将该请求以相对图2所说明的方式沿上行流LSP发送至接入路由器15。接入路由器在这里充当隧道端点24。现在将由DHCP服务器26对DHCP发现请求进行作用。隧道端点储存网络拓扑的映象。DHCP服务器分配一个IP地址并使用所确定的网络拓扑来将一个公用IP地址回送给客户。后继消息接着便具有根据所分配的IP地址而产生的标记。为了使得能够做到这点，该接入服务器15建立了从IP地址到MPLS标记的必要映射并以相对图1所说明的方式将该消息沿着下行流LSP回送给客户。

MPLS标记可以自动地产生。将参照图4说明这种情况。首先，保留一个专用MPLS标记Ud用于DHCP发现和请求消息。网络终端连接器18对DHCP消息进行检测，因为它是一个IP广播消息。

广播消息通常不是由网络终端连接器转发的。NT将MPLS标记Ud和接收到该请求的端口的端口号插入到该DHCP消息中的一个保留字段。在图4的实例中，这个保留字段就是002十六进制。该DHCP请求然后被转发至第二集中器级11b。

在各集中级接收到该消息时，将会认出该消息是一个DHCP请求，因为该分组携带有独特的Ud标记。集中器将接收到该请求的端口的端口号插入该保留字段的某些位并继续传送该消息。在本实例中可以看到，在集中器110的端口3收到该消息，所以保留字段从002变到032。在下一个集中器，在端口1接收到该消息，故该保留字段变到132。

当在充当隧道端点的接入路由器接收到该DHCP消息时，该保留字段将包含在包括网络终端连接器的所有集中器级的、接收到该消息的端口号。该DHCP请求被发送到DHCP服务器26，而在收到响应时，必须由DHCP服务器回送的保留字段可以用来产生MPLS路由标记，其用于从接入路由器15到网络终端连接器18的下行流路径。

可以用作为保留字段的一种字段是chaddr字段。如果客户使用单播DHCP更新，那么NT还必须将这种更新作为一种特例来检测，以便能够应用正确的MPLS标记。

至此，已经完全在接入网络之内对MPLS进行了说明。接入隧道可以与外部MPLS隧道集成，正如将参照图5和6予以说明的。这种集成的目的是使外部隧道的QoS属性组能够在接入网络内维持。

图5说明了对下行流消息如何能够实现这种情况。这里有两个分离的下行流隧道LSP1和LSP2。在第一个隧道中，一个分组被从服务器50发送到IP接入网络路由器15。该分组有一个包括服务质量管理信息的附加标记L1。接入路由器15终止该隧道LSP1并使提取QoS管理信息和目的地的标记L1出栈，以及产生标记D1至D3，或者产生如相对图1所讨论的所需的任何标记。隧道LSP1的QoS特性能够被载入这些新的标记，使得使用适当的队列来在接入网络内转发该分组。

在图6中，通过在接入网络内、在接入网络路由器15处提取在上行标记U中所规定的服务质量信息并将其插入到第二隧道LSP2的标记以保持连续性，而很容易地集成上行流隧道。这样，隧道LSP1的QoS特性就能够被前向载入到LSP2的标记创建中。

前面提到，包括几个标记的下行流消息不一定对每一级都使用单独的标记。图7示出在一个三级接入网络中可如何分配一个20比特的以太网编码的MPLS标记。在图7中，两个集中器级11a，11b被分别标识为列节点(streetnode)和分配节点。接入路由器连接到16个列节点，每个列节点连接到32个分配节点，总共给出512个分配节点。分配节点各自连接48个NT，总共是24576个NT。每个NT连接8个服务点，每个服务点配有QoS四个等级中的一个等级。因此，20比特的MPLS标记由4比特的列节点号码、5比特的列节点端口、6比特的分配节点端口、3比特的NT端口以及2比特的QoS构成。

在比特的分配中可以进行折衷。例如，每个照管(parenting)16个分配节点的32个列节点能够通过把5比特分配给列节点号码，4比特分配给列节点端口号而得到支持。现在，一个两比特的QoS就足够了，因为只使用了四个QoS等级：视频、话音、LAN数据以及管理，但上述分配允许将来使用到八个。使用2个MPLS比特时，服务点的数目可以减少到四个，而使用单MPLS比特时，QoS等级的数目减少到2。这就让出了另外两个比特，以使得例如32个列节点能够各自支持多达64个分配节点。

将会了解到，在所述的各实施方案中，在隧道技术中已经使用MPLS来通过使用专用内部地址或公用地址的接入网络发送数据。在每种情况下，数据都能够通过该网络而不需要知道那些专用地址。这种情况的优点是，例如，使得有可能使用专用内部地址来构筑接入网络，因而降低了在这种网络中使用并不充足的公用IP地址的需要。此外，通过使用MPLS标记，能够同时把QoS信息包括在内。

已经给出的说明只是涉及到标记的产生。但是，使用DHCP发现消息来建立网络拓扑具有更广泛的应用。在服务器处该网络拓扑被映射到IP地址。对于生成标记同样有用的是，这一数据可以用于诸如接纳和接入控制的其他目的。

各实施方案的变动与修正是可能的，以及这将会被本领域的技术人员想到。例如，MPLS可用于其他情况下的隧道，而本发明也不限于公用或专用接入网络。这样的修正都在本发明的范围之内。

Claims (27)

1.一种发送数据通过IP通信网络从第一网络点到第二网络点的方法，该方法包括的步骤为：在该第一网络点处将一个单标记附加到第一数据上，该标记包括识别一个由网络拓扑所确定的、通过该IP网络到该第二网络点的路由的信息，以及将该第一数据通过该网络、经一标记交换路径路由至该第二网络点，该标记交换路径包括在该一个标记中所识别出的路由。

2.根据权利要求1的方法，包括的步骤为：在第二网络点处将多个标记附加到第二数据上，这些标记包括识别一个由网络拓扑结构所确定的、通过该IP网络到该第一网络点的路由的信息，以及将第二数据通过该网络、经一标记交换路径路由至该第一网络点，该标记交换路径包括在该多个标记中所识别出的路由。

3.根据权利要求2的方法，其中标记交换路径包括若干个中间点，其中该方法包括的步骤为：在该第二数据所通过的该网络的各个中间点处从该第二数据中去除该多个标记其中之一，并用它来路由该第二数据。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，其中该标记或每个标记是MPLS标记。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，其中该标记或每个标记包括服务质量信息。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，其中第一网络点包括一个网络终端连接器，以及该网络包括一个附接在该网络终端连接器上的客户终端和一个DHCP服务器，该方法包括将一个DHCP发现消息从网络终端连接器经一个标记交换路径发送到该第二网络点，将该DHCP发现消息通过该标记交换路径转发至该DHCP服务器，以及将一个公用IP地址分配给始发该DHCP发现消息的客户终端。

7.根据权利要求5的方法，其中第二网络点包括一个路由器，而该路由器把客户始发者的、被分配的公用IP地址映射到至少一个标记上。

8.根据权利要求6的方法，其中路由器将一个来自DHCP服务器的、包括客户IP地址的消息经一个标记交换路径发送到该网络终端连接器。

9.根据权利要求8的方法，其中网络终端连接器接收该至少一个标记并将该消息从该DHCP服务器转发至该客户始发者。

10.根据权利要求8的方法，包括把在该标记交换路径各级处接收该DHCP消息的端口号插入到该消息内的一个保留字段，并且产生路由标记用来依据该保留字段中的端口号将该消息从DHCP服务器路由到该网络终端连接器。

11.根据权利要求10的方法，其中该标记在路由器处产生。

12.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，还包括在一标记交换路径内将该数据从第三网络点经隧道送到该第二网络点，以及在第二网络点，去除附加在从第三网络点接收到的数据上的标记并且从其中提取最终的IP目的地地址，以及产生多个标记以使该数据能够通过另一标记交换路径发送到该第一网络点。

13.根据权利要求1至3中任一权利要求的方法，包括：在第二网络点，去除附加在从第一网络点接收到的数据上的单标记并从其中提取出最终的IP目的地地址，以及产生一个或多个用来附加到该数据上的标记以将该数据经另一个标记交换路径发送到该第三网络点。

14.根据权利要求13的方法，其中该单标记包括来自第一网络点的服务质量信息，该方法包括的步骤为：提取服务质量信息并将所提取的服务质量信息用在该一个或多个标记的产生中。

15.一种通信网络，包括一个第一网络点、一个第二网络点以及多个中间网络点，其中该第一网络点包括：产生用于与该第二网络点通信的标记的装置，将该标记附加到第一数据上的装置，以及将该第一数据和该标记通过一标记交换路径路由至该第二网络点的装置，该标记交换路径是由网络拓扑确定的。

16.根据权利要求15的通信网络，其中第二网络点包括：依据第二数据的目的地IP地址产生多个标记的装置，将该多个标记附加到第二数据上的装置，以及将该第二数据和该多个标记通过一标记交换路径路由到第一网络点的装置，该标记交换路径是由网络拓扑确定的。

17.根据权利要求16的通信网络，其中标记交换路径包括若干中间点，其中每个中间点包括将多个标记其中之一从该第二数据中去除并用它来路由该第二数据的装置。

18.根据权利要求16或17的通信网络，其中第二网络点包括将用于每个中间点和目的地第一点的标记附加到该第二数据上的装置。

19.根据权利要求15至17中任何一个权利要求的通信网络，其中该标记或每个标记是MPLS标记。

20.根据权利要求15至17中任何一个权利要求的通信网络，其中该标记或每个标记包括服务质量信息。

21.根据权利要求15到17中任何一个权利要求的通信网络，其包括一个DHCP服务器，其中第一网络点包括一个网络终端连接器，其中该数据包括来自与该网络终端连接器相连接的客户终端的DHCP发现消息以建立该网络的拓扑，其中网络终端连接器包括将该DHCP发现消息通过标记交换路径转发至该第二网络点的装置，以及其中该DHCP服务器包括将客户终端的公用IP地址分配到该网络拓扑的装置。

22.根据权利要求21的通信网络，其中，第二点包括一个路由器，以及该产生多个标记的装置根据该第一网络点的IP地址来产生至少一个标记，以及将来自DHCP服务器的、包括客户公用IP地址的消息经一标记交换路径发送到该网络终端连接器的装置。

23.根据权利要求22的通信网络，其中，该DHCP消息包括一个保留字段，以及在该标记交换路径中的每个中间点都包括将接收到该消息的端口的端口号插入到该保留字段的装置。

24.根据权利要求15至17中任何一个权利要求的通信网络，包括第三网络点，该第三网络点具有产生标记以通过一标记交换路径将数据发送到该第二网络点的装置，该第二网络点包括：从接收自该第三网络点的数据中去除一标记、提取该消息目的地的IP地址和产生附加到该数据上的多个标记的装置，以便通过另一标记交换路径将该数据发送到该第一网络点。

25.根据权利要求24的通信网络，其中第二网络点包括从自该数据中去除的标记提取服务质量信息的装置，其中在该第二网络点产生的多个标记包括所提取的服务质量信息。

26.根据权利要求15至17中任何一个权利要求的通信网络，其中第二网络点包括：去除附加在从该第一网络点所接收数据上的单标记并从其提取最终IP目的地地址、以及产生用于附加到该数据上的一个或多个标记以将该数据通过另一标记交换路径发送至第三网络点的装置。

27.根据权利要求26的通信网络，其中第二网络点包括从来自该第一网络点的标记提取服务质量信息的装置，其中在该第二网络点产生的一个或多个标记包括所提取的服务质量信息。

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