三层虚拟专用网等价路由的生成及转发方法和边缘路由器

摘要

本发明提供了一种三层虚拟专用网等价路由的生成及转发方法和服务商边缘路由器(PE)，等价路由的生成方法包括：A、PE对从下游PE接收的路由保存，并进行等价路由优选，为优选出的等价路由增加等价路由标识属性并激活；B、对于上游设备是PE的，将优选出增加了等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE。等价转发方法和PE均基于该方法实现，提高了链路带宽的利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种三层虚拟专用网等价路由的生成及转发方法和边缘路由器。

背景技术

多协议标签交换(MPLS)三层虚拟专用网(L3VPN)是服务提供商VPN解决方案中一种基于服务提供商边缘(PE)的L3VPN技术，它使用边界网关协议(BGP)在服务提供商骨干网上发布VPN路由，使用MPLS在服务提供商骨干网上转发VPN报文。目前MPLS L3VPN在运营商中广泛应用，为客户提供VPN服务。

MPLS L3VPN模型由三部分组成：用户网络边缘(CE)、服务提供商边缘(PE)和服务提供商(P)。

CE设备，有接口直接与服务提供商(SP)相连。CE可以是路由器或交换机，也可以是一台主机。CE“感知”不到VPN的存在，也不需要必须支持MPLS。

PE路由器，是服务提供商网络的边缘设备，与用户的CE直接相连。在MPLS网络中，对VPN的所有处理都发生在PE上。

P路由器，服务提供商网络中的骨干路由器，不与CE直接相连。P设备只需要具备基本MPLS转发能力。

在基本MPLS L3VPN应用中，不包括跨域的情况，VPN报文转发采用两层标签方式：

第一层标签，即外层标签在骨干网内部进行交换，指示从PE到对端PE的一条标签交换路径(LSP)。VPN报文利用这层标签，可以沿LSP到达对端PE；

第二层标签，即内层标签在从对端PE到达CE时使用，指示报文应被送到哪个站点(Site)，或者更具体一些，到达哪一个CE。这样，对端PE根据内层标签可以找到转发报文的接口。

特殊情况下，属于同一个VPN的两个Site连接到同一个PE，这种情况下只需要知道如何到达对端CE。

参见图1，图1为现有MPLS L3VPN组网示意图。以图1为例，说明VPN路由的学习和报文的转发，此时MPLS L3VPN组网配置已经完成。

VPN路由的学习：

1、Site 2将本地路由1.1.1.2，即私网路由，发布给CE2；

2、CE2收到以后将该路由发送给PE2，下一跳为自己；

3、PE2收到该路由，发现该路由来自自己的私网，将该路由加入到VPNv4路由表中的临时最优链表，优选出一条最优路由，VPNV4路由表通过BGP邻居将最优路由发送给PE2。根据私网接口绑定的VPN实例配置路由区分符(RD)和路由目标(RT)，在发送该路由时，添加这两个属性；

4、假设PE1、两个P、PE2属于同一个自治系统(AS)域，P上需要使能反射功能，将该路由进行反射，不改路由下一跳；

5、PE1收到该私网路由以后，优选出一条最优路由，将优选出的最优路由激活、迭代到公网隧道。根据私网路由的RT属性将该路由插入VPN路由表里面，并向CE1发布该路由，下一跳为自己；

6、CE1收到该路由以后，将该路由发布给Site 1；这样Site 2的路由就传到了Site 1上，Site 1上就有了对应路由表项。

VPN报文的转发：

1、Site 1发出一个目的地址为1.1.1.2的IP报文，由CE1将报文发送至PE1；

2、PE1根据报文到达的接口及目的地址查找VPN实例表项，匹配后在公网隧道中将报文转发出去，同时打上内层和外层两个标签；

3、MPLS网络利用报文的外层标签，将报文传送到PE2，报文在到达PE2前一跳时已经被剥离外层标签，仅含内层标签。

4、PE 2根据内层标签和目的地址查找VPN实例表项，确定报文的出接口，将报文转发至CE2。

5、CE2根据正常的IP转发过程将报文传送到目的地。

参见图2，图2为现有CE双归属组网示意图。CE1分别与PEA、PEB相连，保证链路冗余备份。当CE1与PEA之间链路故障后，CE1向PEC发送故障信息，PEC重新选择路由，反射给PED，流量就会切换到CE2与PEB之间的链路上。

现有实现中，在PEA和PEB将路由发送给PEC后，PEC利用优选规则从这两个路由中优选出一条路由，其中的优选规则为，PEC将收到的路由存放在一个临时最优链表中，根据BGP规则，将不符合规则的从临时最优链表中摘除，直到优选出一条符合规则的最优路由。将优选出的路由作为最优路由，通过BGP邻居向PED反射最优路由，利用同样的优选规则优选出一条最优路由，并将优选出的最优路由激活，迭代到公网隧道，这时在PED上只会存在一条路由，那么PED收到的CE1路由下一跳要么为PEA，要么为PEB，无法进行等价转发。

发明内容

本发明提供了一种三层虚拟专用网等价路由的生成方法，提高了链路带宽的利用率。该方法包括：

A、服务商边缘路由器PE对从下游PE接收的路由保存，并进行等价路由优选，为优选出的等价路由增加等价路由标识属性并激活；

B、对于上游设备是PE的，将优选出增加了等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE。

其中，所述的等价路由标识属性，包括用于区分等价路由的等价路由标识号ECMP ID；所述为优选出的等价路由增加等价路由标识属性的方法为：为同一个前缀对应的等价路由分配不同的ECMP ID。

所述的等价路由优选方法为：在VPNv4路由表中的临时最优链表中，优选有公网隧道的路由、Preferred-value值最大的路由、本地优先级最高的路由、聚合路由、AS路径最短的路由、ORIGIN类型级别高的路由、MED值最低的路由且按照从EBGP、联盟到IBGP的顺序选择学来的路由，或者优选有公网隧道的路由、Preferred-value值最大的路由、本地优先级最高的路由、聚合路由、AS路径最短的路由、ORIGIN类型级别高的路由、MED值最低的路由、按照从EBGP、联盟到IBGP的顺序选择学来的路由且下一跳公网路由Cost值最低的路由，当优选出的路由条数小于等于预设最大等价路由条数时，优选完成；当优选出的路由条数超过预设最大等价路由条数时，则随机取预设最大等价路由条数的路由作为等价路由条数。

该方法进一步包括：当需要向邻居发送更新路由时，如果之前发送过与此更新路由同一前缀的路由，且该更新路由为等价路由，为该路由同一前缀处于优选状态而无等价属性标识的路由增加等价属性标识，若该更新路由为非等价路由，将与该更新路由同一前缀的处于非优选状态的路由的等价属性标识去掉；如果之前未发送过与此更新路由同一前缀的路由，且该更新路由为等价路由，则为该路由分配等价标识属性；将有等价属性标识的同一前缀的等价路由发送给上游PE。

所述向邻居发送更新路由时为重新进行路由优选，优选路由发生变化、邻居状态发生变化触发路由更新、配置变化触发路由更新或者邻居刷新请求时触发路由更新。

该方法进一步包括：如果发送的更新路由的属性标识中ECMP ID出现异常情况时，则只保留此路由；如果之前收到与所述ECMP ID出现异常情况的路由有相同RD和前缀的路由，则将此路由覆盖掉所有与之相同RD和前缀的路由。

所述步骤A中PE对从下游PE接收的路由保存的方法为：将收到的路由存放在临时堆栈中，根据路由的前缀和路由标识RD属性到VPNv4路由表中的临时最优链表中查找，如果不存在收到的对应前缀的路由，将所述收到的路由存放在本地VPNv4路由表；如果存在收到的对应前缀的路由，且所述收到的路由为等价路由，按照路由的等价标识属性确定路由存储到本地VPNv4路由表或者更新。

所述等价路由标识属性进一步包括：用于表示路由更新状态的动作标识OPT；

所述为优选出的等价路由增加等价路由标识属性的方法进一步包括：将同一前缀对应的路由，将要最先更新的路由的OPT标识为第一条等价路由，将要最后更新的路由OPT标识为最后一条等价路由；

所述按照路由的等价标识属性确定路由存储到本地路由表或者更新的方法为：如果收到的等价路由中，等价标识属性中OPT为非第一条等价路由也非最后一条等价路由，且和本地所有相同前缀的ECMP ID不相等，则将所述收到的等价路由保存到本地VPNv4表里；

如果收到的等价路由中，OPT位显示为第一条等价路由，则为本地VPNv4路由表中该前缀的所有路由添加更新标记，开始更新，将更新过的路由的更新标记删除，直到收到OPT显示为最后一条等价路由，此次更新结束，并将有更新标记的路由删除。

本发明还提供了一种三层虚拟专用网等价转发的方法，提高了链路带宽的利用率，实现了报文的等价转发。该方法包括：

A、服务商边缘路由器PE对从下游PE接收的路由保存，并进行等价路由优选，为优选出的等价路由增加等价路由标识属性并激活；

B、对于上游设备是PE的，将优选出增加了等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE；对于上游设备是CE的，将优选出增加了等价路由标识属性的等价路由，迭代到公网隧道；

C、PE接收到CE发来的报文，用所述公网隧道发送给目标CE。

其中，所述步骤D中PE接收到CE发来的报文之后进一步包括：在逐流转发模式下，通过HASH算法确定一条路径，将收到的报文通过此路径发送给目标CE。

本发明还提供了一种三层虚拟专用网中的PE，提高了链路带宽的利用率。该PE包括：

所述路由接收模块，用于接收从下游PE发来的路由、保存并发送给所述等价路由优选模块；

所述等价路由优选模块，与所述路由接收模块相连，用于对所述路由接收模块接收到的路由进行等价优选，优选出的等价路由发送给所述等价路由标识属性增加模块；

所述等价路由标识属性增加模块，与所述等价路由优选模块相连，用于对所述等价路由优选模块优选出的等价路由增加等价路由标识属性；

所述等价路由发送模块，与所述等价路由标识属性增加模块相连，将增加等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE；

所述等价路由迭代模块，与所述等价路由标识属性增加模块相连，将增加等价属性标识的等价路由激活、并迭代到公网隧道。

其中，所述等价路由标识属性增加模块进一步包括：路由判断模块，所述路由判断模块用来判断路由优选后、邻居状态发生变化或者配置变化，是否触发路由的更新，如果是，将所述路由发送给所述等价路由标识属性增加模块，否则将所述路由发送给所述等价发送模块或所述等价路由迭代模块。

由以上技术方案可见，本方案在PE上优选出等价路由，通过对优选出的等价路由增加等价属性标识迭代到公网隧道，通过公网隧道实现报文的等价转发，提高了链路带宽的利用率。

附图说明

图1为现有MPLS L3VPN组网示意图；

图2为现有CE双归属组网示意图；

图3为本发明L3VPN等价转发组网示意图；

图4为本发明的等价标识属性格式示意图；

图5为本发明等价路由生成方法的PEC处理方法流程图；

图6为本发明等价路由生成方法的PED处理方法流程图；

图7为本发明L3VPN中的PE结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明的基本思想为PE对从下游PE接收的路由保存，并进行等价路由优选，为优选出的等价路由增加等价路由标识属性并激活；对于上游设备是PE的，将优选出增加了等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE。报文的等价转发方法和PE均基于上述思想实现，提高了链路带宽的利用率。

在PE设备上配置等价路由选择算法，下文均称此算法为等价路由优选规则。

当使能VPNv4路由等价能力后，VPNV4路由优选按如下步骤执行优选：

1、首先丢弃到下一跳(NEXT_HOP)没有公网隧道的路由；

2、优选值(Preferred-value)最大的路由，将Preferred-value值最大的路由加入临时最优链表，存在多个时相同的最大值时，对应的路由都加入临时最优链表，其中临时最优链表存在于VPNv4路由表中；

3、优选本地优先级(LOCAL_PREF)最高的路由，将本地优先级不是最高的路由，从临时最优链表中摘掉；

4、优选聚合路由，将不是聚合路由的路由，从临时最优链表中摘掉；

5、优选AS路径(AS_PATH)最短的路由，将AS_PATH长的路由，从临时最优链表中摘掉；

6、依次选择ORIGIN类型为IGP、EGP、Incomplete的路由，将没有优选的路由从临时最优链表中摘掉，即ORIGIN类型中没有IGP的优选EGP，没有EGP的优选Incomplete；

7、优选多出口区分属性(MED)值最低的路由，将MED值大的路由从临时最优链表中摘掉；

8、依次选择从外部边界网关协议(EBGP)、联盟、内部边界网关协议(IBGP)学来的路由；

若此时临时最优链表中有多条路由且没有超过预设最大等价路由条数，则优选完成，若此时超过预设最大等价路由条数，则随机取预设最大等价路由条数的路由作为等价路由。其中预设最大等价路由条数用户或运营商可以根据实际应用情况预先进行配置。

经过上述优选后，临时最优链表中路由即为最优路由，如果有多条，则形成等价VPNv4路由。

在实际应用中，用户或运营商可以根据具体情况决定是否在第8步后增加第9步优选，第9步优选方法如下：优选下一跳公网路由Cost值最低的路由，若Cost相同则形成等价；若配置忽视下一跳公网路由Cost，则下一跳Cost不同的路由也可以形成等价；对下一跳公网路由为不同协议的路由，不比较Cost，认为相同；从临时最优链表中摘除无法与最优链路形成等价的路由。

将优选的VPNv4路由放入对应的VPN的路由表，在VPN路由表中优选，带有不同RD的路由可以在VPN路由表中形成等价，等价条件是具有相同的本地优先级，AS_PATH，MED和Origin属性。

在路由反射的情况下，反射器上VPNv4路由存在多条等价优选路由时，应该反射这些优选路由。为实现这个能力，新增一种属性，称为等价标识属性。这是一种可选的非传递的属性。参见图4，图4为这种等价标识属性的格式。

图4中，标识符(Flag)为0x00，标识该属性是一种可选的非传递性属性；等价路由类型(ECMPT)，根据具体情况，赋一个特定的值，表示此属性为等价标识属性；载荷长度为4，为OPT和ECMP ID共占有的字节数；OPT，表示此ECMPT的路由更新动作标识，最高位为Start位，有效时，表示第一条要更新的路由，第二高位为End位，有效时，表示最后一条要更新的路由。等价路由标识号(ECMP ID)为无符号整数，2个字节。ECMP ID为0时，表示该路由出错，为异常情况，保留此路由，若之前接收到相同RD且相同前缀的路由，则此路由覆盖掉所有相同RD且相同前缀的路由；其他有效值表示这条路由在相同前缀中的编号。

这个属性出现在UPDATA报文中路径属性(Path Attributes)里，此属性只在两个邻居之间有意义，不会向其他邻居转发这个属性。对于不识别此属性的设备，这个属性会被忽略，路由学习不受影响。

在路由器中为每个优选的具体等价路由分配一个等价标识属性，同一个前缀对应的等价路由都分配不同的ECMP ID，用于区分等价路由。具体实施时，这些ECMP ID范围可以是从1到预设最大等价路由条数，ECMP ID最小的等价标识属性中OPT Start位置1表示有效，表示该路由为第一条要更新的路由，ECMP ID最大等价标识属性中OPT End位置0表示有效，表示该路由为最后一条要更新的路由，其他等价标识属性中OPT位置00。使用者可以根据实际使用情况来设置具体数值表示相关意思。在本发明的实施例中均认为将OPT End位和OPT Start位置1表示有效，置0表示无效。

以下，对本发明具体实施例进行详细说明。

参见图3，图3为L3VPN等价转发组网示意图。CE1分别与PEA和PEB相连，PEA和PEB分别与PEC相连，PEC与PED通过P相连，PED分别与CE2和CE3相连。

在图3中，以PEC为例介绍路由的发送端处理，以PED为例介绍路由接收端的处理。

PEC接收下游PEA和PEB发来的路由，将收到的路由存放到VPNv4路由表中临时最优路由链表中，用优选规则选择等价路由，其中，优选规则选择等价路由的方法、过程见前文所述，不再赘述。

参见图5，图5为本发明等价路由生成方法的PEC处理方法流程图。具体步骤如下：

步骤501，当需要向邻居发送更新路由时，判断之前是否发送过与此路由同一前缀的路由，如果否，执行步骤502；如果是，执行步骤503；

重新进行优选路由，优选路由发生变化，邻居状态发生变化、配置变化或者邻居刷新请求，触发了路由的更新时向邻居发送更新路由。

步骤502，若该更新路由为等价路由，则为该更新路由分配等价标识属性，并将ECMP ID最小的等价属性中OPT Start位置为1，ECMP ID最大的等价标识属性OPT End位置为1，其它ECMP ID路由的OPT都置为00，继续执行步骤506；若该更新路由不为等价路由，则按现有方式处理。

为每个路由按照ECMP ID从小到大的顺序分配等价标识属性，ECMP ID分配的方法为从1开始依次分配。这里发明人以具体实际应用的一种情况举例说明，ECMP ID也可以按照从大到小或者其它顺序赋值，OPT Start位和OPT End位也可以按照使用者习惯去设定路由更新的开始和结束。下述三个参数的选择和使用均为发明人认为的一种较佳实现方式而已。

步骤503，若该更新路由为等价路由，则判断这些更新路由是否之前已分配过等价标识属性，如果是，执行步骤505，如果否，则执行步骤504；若该更新路由为非等价路由，将与该路由同一前缀的处于非优选状态的路由的等价标识属性去掉。

步骤504，对于与该路由同一前缀处于优选状态而无等价属性标识的路由增加等价标识属性，继续执行步骤505。

增加等价标识属性分配ECMP ID的时候，该ECMP ID为在此前缀中没有被使用的

步骤505，为ECMP ID最小的等价属性中OPT Start位置为1，ECMP ID最大的等价标识属性OPT End位置为1，其它路由的OPT都置为00。

上述讲述某条路由发生更新时，进行的响应处理，如果多条路由更新时，可按照上述一样的方法进行处理。

步骤506，将等价路由按照ECMP ID从小到大的顺序将路由放到发送链表上。

此方法只为本发明举的较佳实施例，实际应用中，可以按照ECMP ID的赋值顺序放到发送链表上。

步骤507，BGP建立网络邻居，发送时将不同ECMP ID的路由进行报文组装，同时将每条路由的等价属性标识打包到报文中，发送给PED。

将VPNV4路由表中的等价路由放到发送链表的同时，将VPNv4表中的等价路由放入对应的VPN的路由表，在VPN路由表中优选，带有不同RD的路由可以在VPN路由表中形成等价，等价条件是具有相同的本地优先级，AS_PATH，MED和Origin属性。在此PE上，如果优选出的等价路由为VPNv4表中的路由，收到报文后，按本发明形成的公网隧道转发报文，否则按现有技术实现报文转发。

参见图6，图6为本发明等价路由生成方法的PED处理方法流程图。具体步骤如下：

步骤601，PED收到携带路由的报文，对路由的属性进行解析，按属性将收到的路由保存到临时堆栈。

进行解析的属性包括等价标识属性。

步骤602，根据路由的前缀和RD属性到VPNv4路由表中临时最优链表里查找是否存在收到对应前缀的路由，如果是，执行步骤604，否则执行步骤603。

步骤603，将收到的路由存放到本地VPNv4路由表，根据优选规则进行优选，优选后激活。

步骤604，若收到的路由为等价路由，且等价标识属性中的OPT置为00，且和本地所有相同前缀的ECMP ID不相等，则将该路由存放在本地VPVv4路由表，根据优选规则进行优选，优选后激活。

若收到的路由为等价路由，且等价标识属性中的OPT位信息显示为第一条等价路由，即OPT置为10的路由，则将本地路由表中该前缀的所有路由进行标记，比如说全部标记为stale状态，然后根据ECMP ID对该前缀的所有路由进行更新，更新完一条，需要将该条路由的标记删除，直到收到最后一条等价路由，即OPT置为01的路由。更新结束后，将仍然有所述标记，如stale的路由删除。最后，根据优选规则，对更新的路由进行优选，优选后激活。

若收到的路由为非等价路由，按照现有技术处理。

步骤605，将VPNV4路由表中的等价路由迭代到公网隧道。

将VPNV4路由表中的等价路由迭代到公网隧道的同时，将VPNv4路由表中的等价路由放入对应的VPN的路由表，在VPN路由表中优选，带有不同RD的路由可以在VPN路由表中形成等价，等价条件是具有相同的本地优先级，AS_PATH，MED和Origin属性。在此PE上，如果优选出的等价路由为VPNV4表中的路由，收到报文后，按本发明形成的公网隧道转发报文，否则按现有技术实现报文转发。

发送的更新路由信息不排除会出现异常情况，如果出现异常情况，本实施例中，如果收到的ICMP ID为0，则表示出现异常，则只保留此路由。如果之前收到相同RD和前缀的路由，则将此路由覆盖掉所有相同RD和前缀的路由。

下面继续以图3为例，举例说明路由学习过程和报文转发过程，虚线为路由传播过程，实线为流量转发过程。CE1将路由分别发送给PEA和PEB。PEA和PEB将CE1的路由发送给PEC，同时分别给这条路由分配各自的标签给PEC，当PEC将这两条路由作为等价路由进行反射给PED时，将上述的标签续传给了PED，这时PED上已经有了到PEA和PEB的公网隧道。PED等价优选出2条路由，激活这两条路由并形成等价。下一跳分别是PEA和PEB，同时又有到PEA和PEB的公网隧道，可以迭代到公网隧道，称到PEA的隧道为Ta，到PEB的隧道称为Tb，这样就可以形成两条路径：1，PED-＞P1-＞PEA-＞CE1；2，PED-＞P2-＞PEB-＞CE1；就可以进行正常的报文转发了。如，从CE2有流量要转发，目的地址匹配到路由，CE2将流量转发给PED，在PED上路由存在等价路由，在逐流转发模式下，可以走其中的一个路由，这里HASH到路径1；CE3上也有流量要转发，目的地址匹配到路由，在流量到达PED时，可以从两条路径中选一条，HASH到路径2。这样流量在公网上以及专用网上可以形成等价转发。本发明在PE上实现VPNv4路由等价，通过BGP向VPNv4邻居发送等价路由，在VPNv4和VPN中形成等价路由，在公网上形成专用网路由等价，进而在转发VPN报文时，实现专用网和公网流量全面的等价转发。

另外，基于与上述方法同样的发明构思，本发明还提出了一种三层虚拟专用网中的PE。

图7为本发明L3VPN中的PE结构示意图。如图7所示，该PE包括：路由接收模块701、等价路由优选模块702、等价路由标识属性增加模块703、等价路由发送模块704和等价路由迭代模块705。

路由接收模块701，用于接收从下游PE发来的路由，保存并发送给等价路由优选模块702。

等价路由优选模块702，与路由接收模块701相连，用于对路由接收模块701接收到的路由进行等价优选，优选出的等价路由发送给等价路由标识属性增加模块703。

等价路由优选模块702的优选规则为上文所述，不再赘述。

等价路由标识属性增加模块703，与等价路由优选模块702相连，用于对等价路由优选出的一条或多条等价路由增加等价路由标识属性。

等价路由标识属性增加模块703进一步包括：路由判断模块7031，用来判断路由优选后、邻居状态发生变化或者配置发生变化，是否触发路由更新。

如果触发路由更新将所述路由发送等价路由标识增加模块703，否则将所述路由发送给等价路由发送模块704。

等价标识属性的格式以及增加等价标识属性的方法如上文所述，不再赘述。

等价路由发送模块704，与等价路由标识属性增加模块703相连，将增加等价路由标识属性的等价路由发送给上游PE或者CE。

等价路由迭代模块705，与等价路由标识属性增加模块703相连，将增加属性标识的等价路由激活，并迭代到公网隧道。

其中，本发明各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个模块。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。