一种IPv6网络环境中流传输路径建立方法和数据传输系统

摘要

本发明公开了一种IPv6网络环境中的流传输路径建立方法和数据包传输系统。核心在于：源节点向目的节点发送请求建立/删除流传输路径的报文，中间节点收到该报文后根据中间节点信息建立/删除流状态；当目的节点收到该报文时，在流的源节点和目的节点之间建立/删除端到端的流传输路径，从而在IPv6中建立端到端的能够支持QoS、可以管理和维持的连接。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种IPv6网络环境中流传输路径建立方法和数据传输系统。

背景技术

伴随着Internet技术的发展，IPv4地址资源的枯竭、移动和宽带对网络地址资源的海量需求等驱动因素正在推动着目前的IPv4网络向下一代的互联网协议IPv6网络演进。相对于IPv4，IPv6的变化体现在以下五个重要方面：

1、扩展地址

2、简化头格式

3、增强对于扩展和选项的支持

4、流标签

5、身份验证和保密

IPv6的这些变化除了解决IPv4存在的地址短缺问题以外，还具有以下几方面的优势：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善QoS(服务质量)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能等。在IPv4中，所有包头以32位为单位，即基本的长度单位是4个字节。而在IPv6中，包头以64位为单位，且包头的总长度是40字节。IPv6协议为对其包头定义了版本、类别、流标签、净荷长度、下一个头、跳极限、源地址、目的地址等字段，IPv6的数据包头格式如图1所示。

在IPv6定义的这些字段中，流标签为更加高效地处理流数据包提供了一种机制，这种机制对于实时应用业务尤其有用。

IPv6中关于流的定义，如IETF(Internet Engineering Task Force，因特网任务工作组)在RFC(草案)1883中所述：流是指特定源和目的之间的一组报文序列，这些报文从相同的源出发到达相同的目的地，并具有相同的流标签。源通过信令或其它方式要求中间节点对这些报文做特定处理。流标签用于标识属于同一业务流的数据包。一个节点可以同时作为多个业务流的发送源，流标签、源节点IP地址和目的节点IP地址唯一标识一个业务流。

当流的源节点发送报文时，如果需要把报文放在流中传输，需要在流标签域里填入相应的流编号。流标签域值为0的报文不属于任何流，被视为一般的报文处理。IPv6节点根据报文报头中的源地址、目的地址和流标签组成的三元组来识别流，并根据已建立的流状态处理该流中的报文。

IETF的IPv6组在RFC3697中定义了流标签域的用途，规定了源节点标记流、转发节点转发流数据包以及流状态建立的最小要求；其中，关于IPv6流状态建立的方法，RFC3697只做了以下两点要求：

1)为了能够对流进行特定处理，需要在源到目的路径上的全部或部分IPv6节点中建立IPv6流状态。IPv6流状态建立方法和流处理模型在单独的RFC中规定。

2)为了使各种IPv6流状态建立方法能并存，这些IPv6流状态建立方法必须满足两个基本要求：第一，必须提供流状态清除手段，源节点通过信令可以指定比缺省的120秒更长的流状态生命周期；第二，流状态建立方法必须能从所要求流状态不能被支持的情况中恢复。

RFC3697中虽然规定了对流状态建立方法的两点基本要求，但没有规定具体的方法和处理模型，并且到目前为止，还没有出现这方面的草案或个人提案。

目前尚未有一个令人满意的流状态建立方案，能够满足实时业务的要求，同时在IPv6中建立端到端的能够支持QoS、可以管理和维持的连接。

目前，IPv6现有的流状态建立方法如下：

步骤1：源节点向目的节点发送带有Hop-by-Hop(逐跳扩展头)或者路由头的IPv6报文；

步骤2：启动流状态建立功能的中间转发节收到第一个报文后，查询报文头的流标签域；

若流标签的值等于零，则按照普通的IPv6报文处理，即：根据源节点的IP地址查询本节点的路由表，确定转发接口并从该转发接口转发报文至下游节点；

若流标签的值不等于零，则根据源节点的IP地址查询本节点的路由表，确定转发接口，将流转发信息，即源节点IP地址、流标签和转发接口之间的对应关系，记录在流转发表中；然后从该转发接口转发报文至下游节点；

目的节点收到第一个报文后，所有启动流状态建立功能的中间节点建立流状态；

步骤3：已建立流状态的中间节点收到具有相同的源节点地址、目的节点地址、流标签的数据包后，根据源节点地址和流标签查询流转发表后，确定转发接口，并将流数据包从该转发接口发送至下一节点。

在上述流状态的建立过程中，属于同一个业务流的所有数据包必须包含相同的Hop-by-Hop扩展头或者路由头，才能保证所有建立流状态的中间节点快速转发流数据包。

流状态建立后，在流状态生命周期时间内，如果没有同一业务流的数据包从源节点发送到目的节点时，则中间节点将会删除该业务流的流转发信息，中间节点的流状态被删除。

由以上描述可以看出，目前IPv6中中间节点流状态的建立是通过属于同一业务流的数据包都必须携带相同的Hop-by-Hop扩展头或者路由头来实现同一业务流的数据包按照相同的路径传送，以及该路径上的中间节点按照已建立的流状态对流数据包进行快速转发。但是，这种方法存在的问题是：

1、在流状态的建立及流转发过程中，属于同一个流的所有数据包的包头都必须携带Hop-by-Hop扩展头或者路由扩展头，当流的源节点和目的节点之间存在很多的中间节点时，IPv6定义的这两种扩展头会占用较多的字节，减少了数据包的有效净荷。其次，中间节点接收到带有Hop-by-Hop扩展头或者路由头的数据包后，必须先对IPv6头和扩展头进行处理，然后才将数据包发送到下游节点，这种处理方式使中间节点对数据包的处理过程相对复杂，不利于中间节点对流数据包的快速转发。

2、当不需要某一个流时，不能及时删除中间节点已建立的流状态，必须在流生命周期的时间段内，源节点不向目的节点发送数据包，中间节点才能删除不需要的流转发信息。

3、IP网络在本质上是面向无连接的网络，所以在根本上难以解决QoS的问题。

发明内容

本发明提供了一种IPv6网络环境中流状态建立及数据传输方法和系统，用于解决上述现有技术存在流状态建立及流转发过程中所有属于同一个流的数据包都必须携带相同的逐跳扩展头或路由头而导致的减少有效净荷以及流状态不能及时、有效地删除的问题，从而在IPv6中建立端到端的能够支持QoS、可以管理和维持的连接。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种IPv6网络环境中流传输路径建立方法，包括：

源节点向目的节点发送请求建立流传输路径的报文，所述报文携带中间节点的信息；

所述流传输路径上的中间节点根据所述报文携带的中间节点的信息确定转发接口，建立流状态；

所述中间节点从确定的转发接口将所述报文转发给下一中间节点或目的节点。

其中，所述中间节点的信息是中间节点的IP地址，或中间节点的IP地址和转发接口标识符的组合。

其中，所述转发接口标识符可以是数值或字符串，且所述转发接口标识符在同一中间节点上是唯一的。

当所述中间节点的信息是中间节点的IP地址时，所述中间节点查询本节点的路由表确定转发接口；

当所述中间节点的信息是中间节点的IP地址和转发接口标识符的组合时，则所述中间节点根据本节点的IP地址确定转发接口。

其中，所述请求建立流传输路径的报文携带QoS参数信息，用于确定所述流路径上的各节点之间能否建立连接。

其中，当所述中间节点无法建立流状态时，向上游节点发送错误信息。

所述方法进一步包括：所述目的节点接收到所述报文后，确定本节点是流的目的节点，发送确认消息给源节点确认流传输路径建立成功。

其中，在流状态生存周期内，所述源节点向目的节点发送链路维持信息。

相应的，本发明提供一种IPv6网络环境中删除流传输路径的方法，包括：

源节点向目的节点发送请求删除流传输路径的报文，所述报文携带中间节点的信息；

所述流路径上的中间节点根据所述报文携带的中间节点信息确定转发接口，删除流状态；

所述中间节点从确定的转发接口将所述报文转发给下一中间节点或目的节点。

本发明还提供一种IPv6网络环境中的数据传输系统，包括：

源节点、目的节点和至少一中间节点；

至少一个中间节点设置有流状态处理单元，用于收到请求建立流传输路径报文时，根据该报文携带的中间节点信息在本节点建立流状态；在收到请求删除流传输路径的报文时，根据该报文的指示删除本节点的流状态。

其中，所述中间节点收到请求建立流传输路径报文后，根据所述中间节点的信息确定转发接口，建立流状态，从确定的转发接口将所述报文转发给下一中间节点或目的节点。

其中，所述流传输路径上的中间节点根据所述中间节点的信息确定转发接口，删除流状态，从确定的转发接口将所述报文转发给下一中间节点或目的节点。

本发明还提供一种节点，用于IPv6网络环境中的数据传输系统中，包括：该节点用作中间节点来转发数据包，该节点上设有流状态处理单元，用于收到上游发送的建立流传输路径报文时，根据该报文携带的中间节点信息在本节点建立流状态；在收到请求删除流传输路径的报文时，根据该报文的指示删除各中间节点的流状态。

其中，所述节点还包括错误信息发送单元，用于当所述中间节点无法建立流状态时，向上游节点发送错误信息。

由以上所述可以看出，本发明通过源节点向目的节点发送包含流标签、中间节点信息的请求建立流状态的报文，流转发路径上的所有中间收到该报文时，记录流转发信息，建立流状态。源节点在向目的节点发送流数据包时，无需携带逐跳扩展头或路由头，有效增加了数据包所能承载的有效净荷。

此外，请求建立流状态的报文中还可以携带QoS参数信息，作为各节点之间能否建立连接的条件，使源节点和目的节点之间建立的连接能够支持QoS，提高了数据传送的可靠性。

同时，当不需要某一个流状态时，源节点向目的节点发送删除流状态的报文，中间节点收到该报文后，即可及时删除该流的流抓发信息，避免无用的流转发信息占用中间节点的缓存空间。

附图说明

图1为现有技术中IPv6报文帧格式的示意图；

图2为本发明中流传输路径的示意图；

图3为本发明中请求建立/删除流传输路径的报文帧结构示意图；

图4本发明中建立流传输路径的方法流程图；

图5为本发明中删除流传输路径的方法流程图；

图6为本发明中数据传输系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心为：源节点向目的节点发送请求建立/删除流传输路径的报文，中间节点收到该报文后根据中间节点信息建立/删除流状态；当目的节点收到该报文时，流的源节点和目的节点之间建立/删除端到端的流传输路径。

下面基于本发明的核心思想对本发明提供的技术方案做进一步的描述。

本发明提供的流状态的建立方法流程图如图4所示，包括以下步骤：

步骤401：流的源节点发送建立流传输路径的报文；

首先需要配置流的源节点到目的节点之间流传输路径。如图2所示，节点A为流的源节点，节点B为流的目的节点，流从源节点A到目的节点B经过若干各中间节点F₁，F₂......F_n。源节点A的IP地址、目的节点B的IP地址、源节点A为该流分配非零的流标签用来唯一标识该流。

所述请求建立流传输路径的报文包括数据包头和净荷两个部分，其帧格式符合IETF制定的关于IPv6的帧格式所规定的用法。该报文帧格式的示意图如图3所示，数据包头中包含源节点A的IP地址、目的节点B的IP地址、源节点A分配的非零的流标签。该报文的净荷部分包含中间节点F₁，F₂......F_n的信息。中间节点的信息可以仅仅包括转发节点的IPv6 IP地址，也可以包括转发节点的IP地址和特定的转发接口标识符的组合，转发接口标识符可以用数值和字符串来标识，转发接口标识符在同一个转发节点上应该是有效而且是唯一的。

该报文还可以用某些字节来区分该报文是请求创建流传输路径的报文或者是请求删除流传输路径的报文或者标识是否执行某些可选的功能，如图3所示，可以用Flag1字节来标识该报文是请求建立或删除流传输路径的报文，用Flag2字节标识中间节点在无法建立流状态时，是否需要向上游节点发送错误信息及中断连接。

请求建立流传输路径的报文中还可以携带其它需求信息，比如QoS参数信息等，QoS参数将成为各节点之间能否建立连接的限制条件。如图2所示，如果中间节点F2与F1之间的链路L2不能满足QoS参数的要求，F2可以否决该连接建立的请求，并发送错误信息给上游节点。

步骤402：流路径上的中间节点根据所述中间节点的信息确定转发接口，并记录流转发信息；

当请求建立流传输路径的报文中只包含中间节点的IP地址时，中间节点可以通过查询本节点的路由表确定转发接口。

当请求建立流传输路径的报文中同时包含了中间节点的IP地址和转发接口标识符时，可直接确定转发接口，或者通过查询本节点的路由表核实该转发接口信息是否正确。

优选地，如经核实，报文中携带的转发接口和查询路由表得到的转发接口不一致，中间节点停止向下游节点转发建立流传输路径的报文，并向源节点返回路由信息不正确的错误信息。

优选地，如果本节点的流转发表空间不足或其它原因，不能记录该流转发信息，则停止向下游节点转发该请求建立流传输路径的报文，并返回错误信息给源节点。

步骤403：中间节点从所述转发接口将所述报文转发给下游节点。

步骤404：目的节点收到请求建立流传输路径的报文后，流传输路径建立成功。

目的节点接收到该报文以后，核对自己是流的目的点，可以返回确认消息给该报文的源节点确认流传输路径建立成功。

流传输路径建立成功后，流的源节点向目的通过发送链路维持信息，保证在流状态生命周期内，必然有不少于一个属于该流的数据包从流的源节点发送到目的节点，以确保在还需要该流存在的情况下，中间节点不会将流转发信息删除。

在建立流传输路径的过程中，不支持根据请求建立流传输路径建立流状态的中间节点按照现有的IPv6中的转发方式转发该报文。在规定的流状态生存周期内，该中间节点没有收到属于该流的数据包，则自动删除流转发信息。

不支持上述功能的IPv6路由器可以仅仅执行将流和转发接口的对应信息记录在转发表中，并转发报文到下一节点。这是目前标准的IPv6路由器可以执行的功能。

源节点在分配了一个流标签后，在流状态生存周期内不分配该标签给其它流使用。

该传输路径建立成功后，属于同一个流的数据包无需携带Hop-by-Hop扩展头或者路由头，属于同一个流的数据包在经过已建立流状态的中间节点时，中间节点无需处理扩展头，直接根据流转发信息快速转发数据包。

相应的，本发明提供的流传输路径的删除方法流程图如图5所示，包括以下步骤：

步骤501：流的源节点发送一个请求删除流传输路径的报文；

该报文的帧格式与请求建立流传输路径报文的帧格式基本相同，区别在于报文头的特定字节，比如使用Flag1字节可用于标识该报文是请求建立或者删除流传输路径的报文。

步骤502：流传输路径上的中间节点收到请求删除流传输路径的报文后，删除本节点存储的流转发信息，即：流标签、源节点和本节点的转发接口之间的对应关系；

步骤503：中间节点从所述转发接口将请求删除流传输路径的报文转发给下游节点。

步骤504：目的节点收到请求删除流传输路径的报文后，流传输路径被删除。

在删除流传输路径的过程中，不支持根据请求删除流传输路径的报文删除流转发信息的中间节点按照现有的IPv6中的转发方式转发该报文。在规定的流状态生存周期内，该中间节点没有收到任何属于该流的数据包，则自动删除流转发信息。

另一方面，本发明还提供一种数据传输系统和一种节点。

如图6所示为本发明提供的数据传输系统的示意图，该系统包括源节点、目的节点和若干中间节点。其中，至少一个中间节点设置有流状态处理单元和错误信息发送单元。当所述中间节点收到请求建立流传输路径的报文时，根据该报文携带的中间节点信息在本节点建立流状态，实现源节点和目的节点之间端到端的连接；在收到请求删除流传输路径的报文时，根据该报文的指示删除各中间节点的流状态，取消源节点到目的节点之间已经建立的端到端的连接。

具体的，当所述中间节点收到请求建立流传输路径的报文时，流状态处理单元根据报文净荷中的中间节点IP地址或者中间节点IP地址和转发接口标识符的组合确定转发接口，记录并存储流转发信息，建立流状态；然后将报文从确定的转发接口发送给下游节点。另一方面，当所述中间节点收到请求删除流传输路径的报文时，流状态处理单元根据该报文的指示删除已存储的流转发信息，删除流状态；然后将报文从确定的转发接口发送给下游节点。

当中间节点无法存储流转发信息或者不满足QoS参数要求的条件而未能建立流状态时，错误信息发送单元向上游节点发送错误信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。