一种在过渡环境中的QoS实现方法和PE路由器

摘要

本发明公开了一种在过渡环境中的QoS实现方法和PE路由器，涉及通讯网络中的路由器技术领域。本发明方法包括：在PE路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器收到数据包后，在该数据包头部增加专用于QoS映射的字段，根据QoS策略以及数据包头中的流标签将该新增字段的内容修改为预设的值，预设值对应一种或几种QoS处理，第一PE路由器发送经过修改的数据包；第二PE路由器收到从第一PE路由器发送的数据包后，对于包含有该专用于QoS映射的字段的数据包，根据所述字段的内容对数据包进行相应的QoS处理。本发明技术方案技术简单可行，对于运营商来说，管理上非常灵活和方便。

说明书

技术领域

本发明涉及到通讯网络中的路由器技术领域，尤其涉及到IPv6(InternetProtocol version 6，网际协议版本6)技术和QoS(Quality of Service，服务质量)技术中的一种在过渡环境中的QoS实现方法和PE路由器。

背景技术

在未来的IPv6环境中，现网上的业务流量类型的数量进一步增加，包括3G在内的各种新型数据类型层出不穷。方便的实现对于不同用户等级流量或相同用户等级不同业务流量的管理维护和QoS区分处理，势必是运营商的研究重点之一。IPv6数据包头中包括有traffic class(流量类别)和flow label(流标签)两个主要的QoS字段，其中traffic class用来区分不同用户类型(例如运营商定义的钻石，白金，金，银等类型的用户等级)，而flow label用来区分不同的业务流量类型(比如P2P流量，视频流量，语音流量等)。如何灵活的根据现网中各类用户的流量统计数据，针对各个不同用户类型以及各个业务流量类型进行统一管理或提供区分服务一直是各大运营商研究的热点技术之一。

在IPv4和IPv6的过渡环境中，有一种6PE的方法，即是用MPLS(Multi-Protocol Label Switch，多协议标签交换)协议对IPv6数据报文进行两层标签的封装，将IPv6数据报文作为MPLS协议的负载。在6PE典型组网环境中，PE路由器之间建立IGP(Internal Gateway Protocol，内部网关协议，包括OSPF和ISIS协议等)和BGP(Border Gateway Protocol，边界网关协议)邻居，通过在BGP上使能IPv6的标签分发能力来实现IPv6数据在IPv4环境中的透明传递。6PE是现网中IPv4v6过渡技术的主流方案之一。

传统的IPv4MPLS L3VPN(Level3 Virtual Private Network，3层虚拟专用网)中，运营商通常在入PE(Provide Edge，服务供应商边缘)路由器的入方向(即VPN的入口)将多条流量的TOS(Type of Service，服务类型)字段前三位precedence字段映射到MPLS标签中的同一exp字段，这样在出PE路由器的出方向(即VPN的出口)可以针对MPLS标签的exp值对多条流量采取同一QoS策略，也可以针对多条流量的precedence值来采取不同的QoS策略，灵活多变。

由于IPv6数据包中traffic class字段和IPv4数据包中的ToS字段长度相同，所以在IPv4环境中所有基于ToS字段的QoS策略都可以同样用于IPv6的traffic class字段，即可以在6PE组网环境中引入上述MPLS L3VPN方案，即采用将IPv6数据包中traffic class字段前三位映射到MPLS标签的exp字段的方式，这样就实现了针对各个不同用户类型进行统一管理或者提供区分服务。

但是，对于IPv6头部中的另一重要字段，flow label则无法简单采用此类方式实现。而flow label字段在同一用户类型用来区分不同的业务流量的重要作用不言而喻，故此研究针对不同flow label流量的管理方法势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在过渡环境中的QoS方法和PE路由器，方便运营商对多条IPv6流量采取相同或不同的QoS策略。

为解决上述技术问题，本发明提供一种在过渡环境中的QoS实现方法，包括：

在服务供应商边缘(PE)路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器收到数据包后，在该数据包头部增加专用于服务质量(QoS)映射的字段；

根据QoS策略以及数据包头中的流标签将该新增字段的内容修改为预设的值，所述预设值对应一种或几种QoS处理；

所述第一PE路由器发送经过修改的数据包；

第二PE路由器收到从第一PE路由器发送的数据包后，对于包含有该专用于QoS映射的字段的数据包，根据所述字段的内容对所述数据包进行相应的QoS处理。

进一步地，上述方法进一步包括：

在PE路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器收到数据包后，在该数据包的目的选项扩展头部增加一个专用于QoS映射的TLV，并将该数据包的流标签字段的内容映射到TLV中的value字段中，再根据QoS策略将数据包的value字段的值修改为预设的值，发送经过处理的数据包；

第二PE路由器收到从第一PE路由器发送的数据包后，对于包含有该专用于QoS映射的TLV的数据包，根据value字段的内容对所述数据包进行相应的QoS处理。

其中，所述第一PE路由器收到数据包后，先判断该数据包是否有目的选项扩展头部，如果有，则在该目的选项扩展头部的TLV区域增加一个TLV，如果没有，则增加目的选项扩展头部，然后再在该目的选项扩展头部的TLV区域增加一个TLV。

所述第二路由器对数据包进行QoS处理后，删除第一路由器添加的TLV，或删除第一路由器添加的目的选择扩展头部。

本发明还公开了一种实现上述方法的服务供应商边缘(PE)路由器，该PE路由器包括依次相连的平台子系统、驱动子系统和微码子系统，其中：

所述平台子系统，用于将配置的服务质量(QoS)系统命令和QoS模式命令下发到驱动子系统，以及将配置的QoS策略下发到驱动子系统；

所述驱动子系统，用于根据平台子系统发送的命令将系统命令标志位和QoS模式标志位置位；

所述微码子系统，用于根据系统命令标志位决定是否在收到的第一数据包头部增加专用于QoS映射的字段，在决定增加所述字段后，根据QoS策略和数据包头中的流标签将该新增字段的内容修改为预设的值，所述预设值对应一种或几种QoS处理，将经过修改的数据包作为第二数据包发送；还用于在收到第二数据包后，若判断该数据包包含有所述专用于QoS映射的字段，当QoS策略标志位和QoS模式标志位均有效时，根据所述字段的内容对所述第二数据包进行QoS处理。

进一步地，上述PE路由器中，所述平台子系统进一步包括OAM模块和QoS模块，其中：

所述OAM模块用于将配置的QoS系统命令和QoS模式命令下发到驱动子系统；

所述QoS模块用于将配置的QoS策略下发到驱动子系统。

进一步地，上述PE路由器中，所述微码子系统用于在收到的第一数据包的目的选项扩展头部增加一个专用于QoS映射的TLV，并将该数据包的流标签字段的内容映射到TLV中的value字段中，再根据QoS策略将数据包的value字段的内修改为预设的值。

其中，所述微码子系统在对数据包进行QoS处理后还用于删除目的选择扩展头部或专用于QoS映射的TLV。

进一步地，上述PE路由器中，当QoS策略标志位和QoS模式标志位均有效时，根据所述字段的内容对所述第二数据包进行QoS处理是指：根据QoS策略标志位是否有效决定是否进行QoS处理，需要进行QoS处理时，当QoS模式标志位有效时根据所述字段的内容进行相应的QoS处理。

本发明适用于具备三层数据路由或交换功能的数据设备，包括但不限于路由器和交换机等，例如，6PE典型组网环境中的PE设备。

采用本发明，有以下优点：

1、能够很好的提供对于不同业务类型的相同和不同的内部识别标志，对于运营商来说，可以非常方便的对多个特点类似的业务类型进行统一管理，比如视频流量，语音流量和IPTV流量作为同一类别进行相同的带宽和延迟管理，P2P和迅雷下载流量作为同一类别进行带宽总限速等等；或者为不同业务类型提供不同的区分服务，比如同一白金用户类型下包括视频会议流量、IP语音流量和数据流量等，可以方便的针对视频会议流量和IP语音流量进行高优先级低延迟处理，同时对数据流量进行带宽限速等等；甚至于这两种统一管理和区分服务可以同时进行。对于运营商来说，管理上非常灵活和方便；

2、在现有的网络环境中通过软件实现，无需额外的硬件投资和额外的网络资源占用；

3、在现有的6PE技术和QoS技术基础上实现，技术简单可行；

4、实现方式全部基于目前已有的IPv6规范，不同公司的设备对本文所述的IPv6数据包进行透明转发和处理，不会出现其他厂商设备无法识别此类IPv6数据包从而将其丢弃的问题。

附图说明

图1是6PE的典型组网示意图，图示6PE的建立和连接遵循典型的6PE的建立和连接过程；

图2是本次发明涉及到的各个业务模块之间的系统图；

图3是6PE典型组网上的入PE路由器平台和驱动子系统处理流程图；

图4是6PE典型组网上的入PE路由器上行微码处理流程图；

图5是6PE典型组网上的入PE路由器下行微码处理流程图；

图6是6PE典型组网上的出PE路由器平台和驱动子系统处理流程图；

图7是6PE典型组网上的出PE路由器上行微码处理流程图；

图8是6PE典型组网上的出PE路由器下行微码处理流程图；

图9是不带目的选项扩展头部的IPv6数据包经过PE路由器上各个子系统处理的格式流程图；

图10是带有目的选项扩展头部，并且目的选项扩展头部不带TLV结构的IPv6数据包经过PE路由器上各个子系统处理的格式流程图；

图11是带有目的选项扩展头部，并且目的选项扩展头部带有TLV结构的IPv6数据包经过PE路由器上各个子系统处理的格式流程图。

具体实施方式

本发明的发明构思是：在PE路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器收到数据包后，在该数据包头部增加专用于QoS映射的字段，根据QoS策略以及数据包头中的流标签将该新增字段的内容修改为预设的值，所述预设值对应一种或几种QoS处理，所述第一PE路由器发送经过处理的数据包；第二PE路由器收到从第一PE路由器发送的数据包后，对于包含有该专用于QoS映射的字段的数据包，根据所述字段的内容对数据包进行相应的QoS处理。

根据QoS策略以及流标签将该新增字段的内容修改为预设的值是指：根据QoS策略决定对哪些数据流中的数据包进行何种QoS处理，根据所要进行的QoS处理修改该新增字段的内容为预设的值。

下面对本发明的设计构思以及实现方法做具体介绍。

IPv6数据报文头部包括标准头部和扩展头部，扩展头部包括逐跳、目的选项、路由、分片等几种。其中，逐跳扩展头部和目的选项扩展头部中定义了一种可选的数据结构，称之为TLV结构，即Type类型、Length长度、Value数值，使用type来表示数据类型，length表示数据长度，value即数据内容部分。TLV结构目前没有固定的类型，可由各个厂商按照各自的定义使用。

因此本发明考虑在现有6PE技术基础之上，通过在IPv6数据包头中增加一个目的选项扩展头部的特定TLV结构，提出了一种为不同IPv6业务流量提供统一管理或者区分服务的方法。

所述方法可以是：在PE路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器收到数据包后，在该数据包的目的选项扩展头部增加一个专用于QoS映射的TLV，并将该数据包的flow label字段的内容映射到TLV中的value字段中，再根据QoS策略以及value字段的内容将value字段的值修改为预设的值，发送经过处理的数据包；第二PE路由器收到从第一PE路由器发送的数据包后，对于包含有该专用于QoS映射的TLV的数据包，根据value字段的内容以及QoS策略对数据包进行相应的QoS处理。

先将flow label的内容拷贝到value字段，然后再修改该value字段内容，是从稳定性的角度考虑。另外，也是为了与现有技术兼容。

所述第二PE路由器对数据包进行QoS处理，从整体上看，具有相同value字段内容的数据包所进行的QoS处理是相同的。

具体地，在6PE典型组网环境中，在PE路由器之间建立连接之后，当第一PE路由器(即入PE路由器)收到IPV6数据包后，判断该数据包是否有目的选项扩展头部，如果有，则在该目的选项扩展头部的TLV区域(TLV区域通常在扩展头部的最后)增加一个TLV，如果没有，则增加目的选项扩展头部，然后再在该目的选项扩展头部的TLV区域增加一个TLV；设置TLV中的Type字段的值用于表示该TLV是专用于QoS映射的TLV，将该数据包中flow label字段中的内容映射到value字段中，将value字段内容的长度填写在length字段中；然后根据QoS策略(QoS策略中包括需要进行QoS处理的flow label值)将所匹配的可能需要进行QoS处理的数据包对应的value修改为预先设定值(对于需要进行相同QoS处理的流来说，只需要配置相同的预设值，则可以实现进行相同的QoS处理)，将该经过处理的数据包按照6PE协议规程加上两层MPLS标签，发送至第二PE(即出PE路由器)，所述第二PE收到该数据包后，根据TLV中的Type确定该TLV用于QoS映射，根据QoS策略标志位是否有效决定是否进行QoS处理，根据是否配置了QoS模式命令决定是否根据value进行QoS处理，如果是，则根据value字段的内容对数据包进行QoS处理。

这样，在出PE路由器的出方向(即6PE的出方向)，运营商就可以针对TLV结构的value值(修改值)对多条IPv6流采取统一的QoS策略，也可以针对多条流的IPv6数据包头中的flow label值(原值)采取区分的QoS策略。

这里的对多条流量采取区分QoS策略，是根据多条流的TLV的不同Value值，提供不同的服务策略，包括流量限速，流量发送优先级，流量丢弃优先级。举例说明，3条流，其flow label值分别为A、B、C，但其TLV的value值被修改为相同的M。那么在出PE的出方向，这里的区分QoS策略可以是，为flow label值为A的流(简称A)提供最高的发送优先级QoS策略，即在链路产生拥塞的情况下优先保证A的报文不丢包；为flow label值为B的流(简称B)提供限速QoS策略，即为B报文的发送速率提供一个上限；为flow label值为C的流(简称C)提供最小丢包优先级QoS策略，即在链路产生拥塞的情况下优先丢弃C的报文。另外，也可以根据TLV的相同value值M，采取统一的QoS策略。

只有本发明相关的路由器设备才会识别上述这种TLV结构，其他不相关设备会将带有此种TLV结构的报文进行透明传输。

在6PE组网中提供QoS方法的步骤包括：

上述PE路由器之间建立连接是指：CE(Customer Edge，用户边缘)路由器和PE路由器之间建立IPv6直连路由连接；PE路由器之间建立IGP邻居；PE路由器之间建立MPLS邻居；PE路由器之间建立BGP邻居，并在BGP上使能针对IPv6路由的标签转发能力。这是典型的6PE组网环境，目前各个路由器厂商都已经很好的实现了典型的6PE技术，且6PE组网中使用的IGP协议，MPLS协议，BGP协议都是已经实现的现有技术。

为了实现在该数据包的目的选项扩展头部增加专用于QoS映射的TLV以及映射value的操作，可在入PE路由器上配置一QoS系统命令，用于为IPv6数据包头增加目的选项扩展头部，以及在目的选项扩展头部增加TLV结构，或者为已有目的选项扩展头部的IPv6数据包头增加TLV结构，并将IPv6数据包头的flow label字段映射到目的选项扩展报头的特定TLV结构的value字段。在底层通过代码实现时，可通过设置一QoS系统标志位来实现，当QoS系统标志位置为有效时，入PE路由器完成上述操作，否则不进行上述操作，与现有技术相同。

为了使出路由器能够对专用TLV进行处理，完成QoS匹配和QoS处理，在出PE路由器上配置一QoS模式命令，对于出PE的出方向的IPv6流，如果没有配置该命令，忽略TLV结构，按照flow label值进行QoS策略处理；如果配置了该命令，则按照TLV结构的value值进行QoS策略处理。这样，用户可以在本发明定义的QoS模式下，对IPv6数据包头的目的选项扩展头部中TLV结构的已被修改成相同的value值来进行QoS处理，以实现不同业务类型的统一管理；也可以在非本发明定义的QoS模式下，对IPv6数据包头中的未被修改的不同flow label值，为不同业务类型提供区分服务。在底层通过代码实现时，可通过设置一QoS模式标志位来实现，当QoS模式标志位置为有效时，出PE路由器完成基于value值的QoS匹配和处理，否则基于流标签进行QoS匹配和处理，与现有技术相同。

所述入PE路由器上和出PE路由器上均配置有基于flow label的QoS策略。这是已经实现的现有技术。在底层实现时，通过设置QoS策略标志位来实现。

实现上述方法的PE路由器包括依次相连的平台子系统、驱动子系统和微码子系统，其中，

平台子系统用于将配置的QoS系统命令和QoS模式命令下发到驱动子系统，以及将配置的QoS策略下发到驱动子系统；

驱动子系统根据平台子系统传递过来的命令将系统命令标志位和QoS模式标志位置位；上述标志位可保存在端口属性表中。

微码子系统用于根据系统命令标志位决定是否在收到的第一数据包头部增加专用于QoS映射的字段，在决定增加所述字段后，根据QoS策略和数据包头中的流标签将该新增字段的内容修改为预设的值，所述预设值对应一种或几种QoS处理，将经过修改的数据包作为第二数据包发送；还用于在收到第二数据包后，若判断该数据包包含有所述专用于QoS映射的字段，当QoS策略标志位和QoS模式标志位均有效时，根据所述字段的内容对所述第二数据包进行QoS处理。

所述平台子系统进一步包括OAM(操作、管理与维护)模块和QoS模块，其中，OAM模块主要用于将配置的QoS系统命令和QoS模式命令下发到驱动子系统，QoS模块主要用于将配置的QoS策略下发到驱动子系统。

进一步，所述微码子系统，用于在收到的第一数据包的目的选项扩展头部增加一个专用于QoS映射的TLV，并将该数据包的流标签字段的内容映射到TLV中的value字段中，再根据QoS策略将数据包的value字段的内修改为预设的值。

当QoS策略标志位和QoS模式标志位均有效时，根据所述字段的内容对所述第二数据包进行QoS处理是指：根据QoS策略标志位是否有效决定是否进行QoS处理，需要进行QoS处理时，当QoS模式标志位有效时根据所述字段的内容进行相应的QoS处理。具体地，如果QoS模式标志位有效，则根据value字段的内容以及QoS策略进行相应的QoS处理；如果QoS模式标志位无效，则根据flow label字段的内容以及QoS策略进行QoS处理。

进一步地，所述微码子系统在对数据包进行QoS处理后还用于删除目的选择扩展头部或专用于QoS映射的TLV。

下面通过入PE路由器和出PE路由器上各个子系统的数据处理流程的具体说明来详细表述发明内容。

如图3所示，入PE路由器平台子系统和入PE路由器驱动子系统处理流程包括：

步骤301，平台子系统的OAM模块将用户配置的本次发明定义的QoS系统命令传递至驱动子系统；QoS模块将用户配置的QoS策略传递至驱动子系统；

步骤302，驱动子系统根据平台子系统传过来的QoS系统命令，将上行端口属性表中本发明定义的系统标志位赋值；根据平台子系统传过来的QoS策略，将对应的上行端口属性表中的相应QoS策略标志位赋值，以及保存该QoS策略。

所述上行端口属性表是用于存放本文所述标志位的。

如图4所示，入PE路由器上行微码子系统处理流程：

步骤401，当端口收到需要处理的IPv6数据包时，微码首先检查上行端口属性表；

步骤402，判断上行端口属性表中各个QoS策略的绑定关系标志位，以查看是否配置了基于IPv6数据包flow label字段的QoS策略(根据QoS策略标志位)，如果是，执行步骤403，否则，执行步骤409；

步骤403，如果配置了QoS策略，然后再检查本发明定义的系统标志位，以查看是否配置了QoS系统命令，如果配置了，执行步骤404，否则执行步骤408；

步骤404，检查IPv6数据包头是否已经包含有目的选项扩展头部，如果没有，执行步骤405，否则，直接执行步骤406；

步骤405，微码子系统为IPv6数据包增加一个目的选项扩展头部；

步骤406，在目的选项扩展头部后TLV区域中增加一个TLV结构，使其成为目的选项扩展头部的第一个TLV结构(不限于是第一个)，并将该TLV结构的Type类型设置为专用于QoS映射的值T，length长度定义为IPv6数据包头中flow label字段的长度，并将flow label字段拷贝至TLV结构的value字段，这样就完成了上行微码的添加头部和赋值过程；

步骤407，上行微码继续对IPv6数据包头进行QoS策略处理；

如果配置了本发明定义的QoS系统命令，则使用IPv6数据包的目的选项扩展头部中TLV结构的value值来匹配QoS策略，根据QoS策略中配置的修改命令，将IPv6数据包目的选项扩展头部中TLV结构的value值修改为M，修改完毕后，IPv6数据包头的flow label值为N，而目的选项扩展头部中TLV结构的value值为M。

步骤408，上行微码根据IPv6数据包头的flow label字段进行与QoS相关的处理；

如果没有配置QoS系统命令，则根据IPv6数据包头中的flow label值进行与QoS相关的处理，属于现有技术。

步骤409，微码继续对IPv6数据包头进行后续处理，直至发送到下行微码；

参见图5，入PE路由器下行微码处理流程：

步骤501，下行微码为上行发送过来的IPv6数据包头查找路由表和标签转发表；

步骤502，根据查表结果，将经过处理的IPv6数据包加上两层标签，发送到对端PE设备。

参见图6，出PE路由器平台子系统处理流程和出PE路由器驱动子系统处理流程如下：

出PE路由器平台子系统处理流程：

平台子系统的OAM模块将用户配置的QoS模式命令传递至驱动子系统；QoS模块将用户配置的QoS策略传递至驱动子系统；

出PE路由器驱动子系统处理流程：

驱动子系统根据平台传过来的QoS模式命令，将下行端口属性表中的QoS模式标志位赋值；根据平台传过来的QoS策略，将对应的下行端口属性表中的相应QoS策略标志位赋值，同时保存该QoS策略。

如图7所示，出PE路由器上行微码处理流程包括：

步骤701，端口收到IPv6数据包后，微码直接对数据包头部进行检查，按照下列顺序依次进行检查：

步骤702，判断IPv6数据头后是否存在目的选项扩展头部，如果是，执行步骤703，否则执行步骤709；

步骤703，判断目的选项扩展头部是否带有TLV结构，如果是，执行步骤704，否则执行步骤709；

步骤704，检查目的选项扩展头部的第一个TLV结构的type字段是否为本发明定义的type值T，如果是，执行步骤705，否则执行709；

步骤705，将该TLV结构的value字段值连同IPv6数据包头，拷贝至一数据结构中，并发送至下行微码留待处理；

步骤706，TLV结构查找成功后，判断IPv6数据包的目的选项扩展头部是否为入PE路由器上行微码增加的，如果是，执行步骤707，否则执行步骤708；

根据数据包中是否有入PE路由器的添加指示位来进行判断，如果入PE路由器执行了添加操作，则可在数据包中添加一指示位，指示添加的内容，出PE路由器则根据该指示位可以判断入PE路由器所添加的内容，从而进行删除操作。删除所添加内容的好处是可以保证数据的完整性，实现透明转发和处理，不影响其他厂商设备对该数据包的处理。

步骤707，上行微码直接将这个目的选项扩展头部删除，执行步骤709；

步骤708，仅仅只是删除掉本发明定义的TLV结构；

步骤709，上行微码继续对IPv6数据头进行后续处理，直至发送至下行微码。

处理(如增加、删除)前后的数据包结构参见图9、10、11。

在删除入PE路由器增加的TLV结构之前或者同时，把该TLV结构中的value值复制到一数据结构中，如图9、10、11中所示的“带有TLV中value字段的数据结构”，以方便出PE路由器的下行微码子系统根据该value值做QoS处理，上述数据结构为设备内部专用，用户不可见。

如图8所示，出PE路由器下行微码处理流程包括：

步骤801，当有IPv6数据包需要处理时，微码仍然首先检查下行端口属性表的QoS策略标志位；

步骤802，查看是否配置了基于IPv6数据包头的flow label字段的QoS策略，如果是，执行步骤803，否则执行步骤806；

步骤803，如果配置了QoS策略的话，再检查QoS模式标志位是否置位，如果是，执行步骤804，否则执行步骤805；

步骤804，如果该标志位置位的话，则根据IPv6数据包的目的选项扩展头部中TLV结构的value值M，即入PE路由器上行QoS策略修改后的flowlabel值，进行QoS处理；

步骤805，如果QoS模块标志位没有置位，则根据IPv6数据包头的flowlabel值N，即没有修改的原flow label值，进行QoS处理；

步骤806，将IPv6数据包发送至CE设备。

本文所述的入PE路由器也可能是出PE路由器，出PE路由器也可能是入PE路由器，也就是说，每个PE路由器都有入PE路由器的功能也有出PE路由器的功能。