复杂度减小的多协议标签交换的制作方法
【专利摘要】本发明提供了利用多协议标签交换（MPLS）操作体系的MPLS网络、MPLS网络元件、以及复杂度减小的MPLS方法，从而一个或多个MPLS标签的不相交集唯一且具体地仅与一个交换机相关联，即每个交换节点分配有来自RFC3032?20比特标签空间的一个或多个不相叠的标签，以结合至具体的服务端点；于是这样会允许这些标签体现其所用于的网络子域中的目的地地址（DA）的核心特性。中心特性为，这些DA标签对于在整个子域上的给定传送路径是恒定的，在网络中的任一点处保持不变。一旦实现上述效果，任何和所有逐跳信令协议都是非必需的，因为不需要标签交换，并且标签交换节点结合信息可仅通过内部路由协议进行洪泛。
【专利说明】复杂度减小的多协议标签交换
【技术领域】
[0001]本公开大体上涉及网络系统和方法。更具体地，本公开涉及复杂度减小的多协议标签交换(MPLS)系统和方法。
【背景技术】
[0002]多协议标签交换(MPLS)是应用在网络中的机制，其基于本地显著短的路径标签而不是整个网络上显著长的网络地址指引数据从一个网络节点或网络元件到达下一网络节点或网络元件，从而避免在路由表中进行复杂的查找。例如，在请求注解(RFC)3032 “MPLS标签堆栈编码”中(2011年I月)部分地描述了 MPLS，RFC3032的内容通过引用并入本文。兼容RFC3032、用于包交换的能够实施MPLS的硬件的使用和可得性是普遍存在的，并且工业上认识到其是用于包传送的经济有效的技术。即使在软件或网络处理器单元(NPU)传送系统内，RFC3032包处理提供相似的简单性和由此导致的高性能。然而目前RFC3032包传送的操作需要对协议复杂度进行显著的控制，其根本上起源于创建和维持链路本地标签的需要(以支持标签推进、交换、以及除去)，其中该链路本地标签用于网络上的端到端路径，创建和维持链路本地标签利用了一系列信令协议如与路由协议结合并基于路由协议的标签分发协议(LDP)、资源预留协议-流量工程(RSVP-TE)以及多播LDP，其中路由协议可以是如中间系统至中间系统(IS-1S)以及开放式最短路径优先(OSPF)，这些信令协议可具有或没有流量工程(TE)扩展，以及边界网关协议(BGP)。
[0003]除这些协议固有的复杂度之外，在很多情况下仅当位于下层的单播拓扑结构收敛时才可执行标签路径信令，因此使得故障恢复被延迟。因此经常应用快速重路由(FRR)和/或无环交替(LFA)路径形式的附加控制复杂度，以掩盖故障直到发生重收敛。如上所述，MPLS存在并被非常广泛地部署，并且MPLS可配置成提供各种功能和服务。但是因为其设计，MPLS需要很多复杂的协议。
【发明内容】
[0004]在示例性实施方式中，复杂度减小的多协议标签交换(MPLS)方法包括:限定MPLS标签空间的预留块；将来自预留块的一个或多个标签的不相叠子集唯一地分配给网络中的每个网络元件；利用减小的控制面复杂度，操作具有所述预留块的网络；以及，在每个标签交换路由器处，传送包括预留块的标签中的一个标签的包且不改变其上的标签。复杂度减小的MPLS方法还可包括通过使未改变的标签洪泛至其他所有网络元件，为每个网络元件分发不相叠的标签子集。复杂度减小的MPLS方法还可包括利用没有流量工程扩展的内部网关协议，为每个网络元件分发不相叠的标签子集。复杂度减小的MPLS方法还可包括消除标签分发步骤中的资源预留协议-流量工程和标签分发协议。复杂度减小的MPLS方法还可包括利用用于跨域和域内传送的标签分发协议、边界网关协议、以及Openflow中的一个或多个，调节子域边界处的流。
[0005]复杂度减小的MPLS方法还可包括通过内部边界网关协议路由反射器，交换用于每个网络元件的不相叠的标签子集，其中内部边界网关协议路由反射器与网络中的每个MPLS网络元件对等。复杂度减小的MPLS方法还可包括通过内部边界网关协议，交换用于于每个网络元件的不相叠的标签子集，其中所述内部边界网关协议在网络中的每个MPLS网络元件之间对等。复杂度减小的MPLS方法还可包括对包括预留块的标签之外的标签的包，执行标准MPLS标签交换操作。复杂度减小的MPLS方法还可包括通过执行查找以确定出口而不需要标签交换操作，传送包括预留块中的标签中一个标签的包。复杂度减小的MPLS方法还可包括通过对与包上包括的子集中一个标签相同的标签执行标签交换操作，传送包括预留块中的标签中的一个标签的包。
[0006]在另一示例性实施方式中，多协议标签交换(MPLS)网络元件包括至少一个端口、传送电路、以及控制电路。其中传送电路可通信地联接至端口，控制电路可通信地联接至传送电路和端口。其中，传送电路和控制电路被配置成接收来自多协议标签交换标签空间的限定的预留块中的标签，每个标签可用于与网络中的分离逻辑目的地相关联，并且为在至少一个端口处进入网络的包分配限定的预留块中的标签中的一个标签，所分配的标签由包在所述网络中的最终逻辑目的地确定，以及对于位于通过至少一个端口的标签交换路径上的包，基于限定的预留块中的标签，传送位于标签交换路径上的、包括相同标签的包。传送电路和控制电路还可配置成通过使未改变的标签洪泛至其他所有元件，分发限定的预留块中的标签。传送电路和控制电路还可配置成利用没有流量工程扩展的内部网关协议，分发所述限定的预留块中的标签。
[0007]传送电路和控制电路还可配置成通过内部边界网关协议，交换所述限定的预留块中的标签，其中内部边界网关协议在网络的每个多协议标签交换网络元件之间是对等的。传送电路和控制电路还可配置成利用用于跨域和域内传送的标签分发协议、边界网关协议、以及Openflow中的一个或多个，调节子域边界处的流。传送电路和控制电路还可配置成通过内部边界网关协议路由反射器，交换限定的预留块中的标签，其中内部边界网关协议路由反射器与网络中的每个参与的多协议标签交换网络元件对等。限定的预留标签块可包括22°地址空间中的标签的一部分，传送电路和控制电路还可配置成对包括限定的预留块中的标签之外的标签的包执行标准MPLS标签交换操作。传送电路和控制电路还可配置成通过执行查找且不需要标签交换操作，传送包括所述预留块中的标签中的一个标签的包。传送电路和控制电路还可配置成通过对与包上包括的限定的预留块中的标签中的一个标签相同的标签执行标签交换操作，传送包括限定的预留块中的标签中的一个标签的包。
[0008]在又一示例性实施方式中，多协议标签交换(MPLS)网络包括彼此连接的多个网络元件、多协议标签交换标签空间的限定的预留块、唯一地分配的标签子集以及复杂度减小的控制面。其中，唯一地分配的标签子集来自限定的预留块并被分配至每个所述网络元件。其中，在多个网络元件之一处进入网络的包被分配有唯一地分配的标签子集中由该网络元件学习的一个标签，所分配的标签由包在网络中的最终逻辑目的地确定。其中，位于标签交换路径上的包在其通过所述网络的整个过程中包括相同的标签。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]参照附图图示并描述了本公开，在附图中相同的附图标记用于表示相同的系统部件/方法步骤(视情况而定)，在附图中:[0010]图1是包括三个网络元件的示例性MPLS网络的网络图；
[0011]图2是在图1的MPLS网络中使用的复杂度减小的MPLS交换方法的流程图；以及
[0012]图3是可与图1和图2的复杂度减小的MPLS系统和方法一起使用的网络元件的示例性实施的框图。
【具体实施方式】
[0013]在各个示例性实施方式中，当前MPLS操作体系中出现了多种变化，从而一个或多个MPLS标签的不相交集唯一且具体地仅与一个交换机相关联，即每个交换节点分配有来自RFC3032 20比特标签空间的一个或多个不相叠的标签，以结合至具体的服务终端；于是这样会允许这些标签体现其所用于的网络子域中的目的地地址(DA)的核心特性。中心特性为，这些DA标签对于整个子域上的给定传送路径是恒定的，从而在网络的任一点处保持不变。这是可能的，因为虽然历史上在平寻址方案中需要庞大的标签空间来表示各个网络协议(IP)前缀，虚拟化和伴随网络架构越来越多的使用意味着标签仅需要分配给位于分层域的边界处的节点，并且仅需要在该域中是唯一的。一旦实现上述实施，任何和所有逐跳(hop-by-hop)信令协议都是非必需的，因为不需要标签交换，并且可仅通过内部路由协议使未改变的标签-节点结合信息洪泛。因此，低复杂度的内部网关协议(IGP) (S卩，没有TE扩展)是操作网络子域绝对需要的唯一剩余的协议。另外，为了提供跨域操作和域内传送，需要诸如额外的协议(例如LDP、BGP或OpenFlow)的功能或其他机制，以调节子域边际处的流。
[0014]有利地，复杂度减小的MPLS系统和方法允许关闭所有的MPLS逐跳信令协议，从而导致操作复杂度减小且没有损失MPLS功能。用于支持自由标签保留以恢复所必需的大量存储状态被去除且由置换运算所替代。另外，因为在收敛的单播拓扑结构上的逐跳信令被消除，并且也由置换运算所替代，所以实现了多播树的更快恢复。因为传送等价类(FEC)与其链路本地表示之间不再存在间接层，所以通过操作、管理、以及维护(OAM)探测的错误集被减小。因为这些系统和方法利用现有的广泛部署的MPLS传送机制，所以期望的是复杂度减小的MPLS系统和方法将被广泛地采用。标签交换至今被认为是MPLS操作所固有的，所以从MPLS消除标签交换、每个标签的分配唯一地与整个网络域中的一个节点或网络元件相关联、然后使用IGP通过洪泛分发这些标签具有新颖性。
[0015]参照图1，在示例性实施方式中，网络图示出了包括三个网络元件12、14、16的MPLS网络10。网络元件12、16为标签边缘路由器(LER)，其还可被认为是提供商边缘(PE)节点。网络元件14为标签交换路由器(LSR)，其还可被认为是提供商(P)节点。MPLS网络10在本文中用于图示的目的并且本领域的普通技术人员将认识到，其他部署可包括附加的网络元件。在MPLS网络10内，LSR14配置成沿位于LER12与LER16之间的标签交换路径(LSP)传送流量。MPLS使用在MPLS网络10中，以减少在各个网络元件12、14、16处执行的查找的数目。例如，可由LER12接收包，LER12通常执行查找以确定哪个标签应被推至该包上，以将该包交换到LSP上，从而在下一跳跃中通过MPLS网络10到达其目的地。当该包达到LSR14时，LSR14将读取MPLS标签并利用新的MPLS标签替换该MPLS标签。因此MPLS允许在MPLS网络10的边缘处执行单个路由查找，并允许使用标签交换而不是查找，以在MPLS网络10上传送包。通过在每次跳跃时除去媒介访问控制(MAC)头部之后交换标签来执行MPLS网络10中的传送。
[0016]参照图2，在示例性实施方式中，流程图示出了用于MPLS网络10中的复杂度减小的MPLS交换方法30。复杂度减小的MPLS交换方法30旨在修改MPLS网络10的操作体系，以减小控制面(control plane)复杂度。首先，注意到，每RFC3032的MPLS标签空间为22°(SP，0 (106))。通过该MPLS标签空间，限定了 MPLS标签的预留块(步骤32)。MPLS标签空间足够大以使得可将包含大量标签的块封闭在预留块中，并足以排他地分配用于网络域中每个交换机的块。在示例性实施方式中，预留块可包括整个MPLS标签空间(22°)的一部分。在另一示例性实施方式中，预留块可包括整个MPLS标签空间(22°)。标签的不相叠子集唯一地从预留块分配至MPLS网络10的每个网络元件12、14、16 (步骤34)。由于该大标签空间，可从预留块向MPLS网络10的每个网络元件12、14、16唯一地分配合理数量的标签，并且仍然有大部分标签可用于传统MPLS每跳跃标签交换(如果需要的话)。例如，包括500个网络元件(每个分配有20个标签)的子域使用总标签空间的约百分之一。
[0017]复杂度减小的MPLS交换方法30将MPLS操作体系从局部分配之一(即，每个网络元件从整个MPLS标签空间中取得标签，以发送给下游网络元件)变换为网络范围分配之一(即，每个网络元件具有供使用的不相叠的子集，基于步骤32、34这些子集保证是唯一的)。以这种方式，以类似于处理网络协议(IP)前缀和MAC地址子集的方式处理MPLS标签。每个网络元件预先知道其唯一的、包含大量标签的块，从而减小了控制面的复杂度。一旦被分配，不相叠的标签子集可通过每个网络元件进行洪泛/交换(步骤36)。例如，可单独基于内部路由协议进行洪泛。
[0018]复杂度减小的MPLS交换方法30包括利用复杂度减小的控制面操作MPLS标签空间的预留块(步骤38)。因为预留块预先唯一地分配，来自网络元件的标签的分发可以简单的方式在整个网络上执行，而没有信令。例如，通过利用与网络10中每个网络元件对等的内部边界网关协议(iBGP)路由反射器进行交换，或者通过在IGP中使标签洪泛(如最短路径桥接MAC (SPBM)那样)进行交换，带有标签的路由可在网络10内进行交换。这样，各个复杂协议(如RSVP-TE、LDP等)在网络10中都是不必要的。也就是说，低复杂度的IGP (BP,没有TE扩展)是操作网络10的子域绝对需要的唯一剩余的协议。此外，为了提供跨域操作和域内传送需要诸如额外的协议(例如LDP、BGP或OpenFlow)的功能或其他机制，以调节子域边际处的流。
[0019]可操作地，在LSP上的每个网络元件处，具有标签的预留块之一的每个包被传送而没有标签交换操作(步骤40)。例如，在LER12处进入的初始包可由LER12从其多个标签中分配一个标签，并被发送至LSR14。所分配的标签基于该包在MPLS网络10中的最终目的地。在LSR14处，该包不需要标签交换操作，但需要简单的查找，以仅确定朝向目的地的下一跳跃的出口。在示例性实施方式中，复杂度减小的MPLS交换方法30实际上可执行标签交换操作，但交换成与已提供在包上的标签相同的标签。LSR14传送包至LER16，在LER16处标签被除去并进行相应地处理。这可看作，在MPLS内提供新的信道服务，并且控制面中的复杂度显著地减小。
[0020]用于复杂度减小的MPLS交换方法的一个示例性驱动为新兴SPBM规范。SPBM利用寻址的全网络配置，从而具有显著减小的复杂度。然而，不同于MPLS，SPBM没有广泛地部署。示例性目的是利用MPLS的广泛部署的基础并且同时提供减小的复杂度。例如，可以与在SPBM中管理以太网MAC头部的方式类似的方式管理MPLS标签空间。路由将在位于该域与其他域之间的自治系统(AS)边界上进行交换，通过按照RFC3107使标签放置在外部边界网关协议(eBPG)网络层可达性信息(NLRI)中，“在BGP-4中携带标签信息”，2001年5月，其内容通过引用并入本文。
[0021]参照图3，在示例性实施方式中，框图示出了可与复杂度减小的MPLS系统和方法一起使用的网络元件的示例性实施。在该示例性实施方式中，网络元件40是用于图示目的的交换机，但是本领域的普通技术人员应认识到，本文中描述的复杂度减小的MPLS系统和方法可以考虑其他种类的网络元件及其他实施。在该示例性实施方式中，网络元件40包括多个端口 50、传送电路52以及控制电路54。网络元件40可以是LER、LSR、P节点、PE节点
坐寸ο
[0022]端口 50提供网络元件40与其他网络元件、交换机、路由器等的物理连接。端口 50配置成提供包(如利用复杂度减小的MPLS方法30的包)的进入和离开。传送电路52配置成按照复杂度减小的MPLS方法30为包分配与网络元件40相关联的多个标签之一，或利用与另一网络元件相关联的多个标签之一传送接收的包。控制电路54配置成按照复杂度减小的MPLS方法30提供与网络元件40相关联的多个标签的交换和/或洪泛。例如，控制电路54可执行基本的IS-1S协议，而不需要使用复杂度减小的MPLS方法30的包的IS-1S流量工程扩展或RSVP-TE和/或LDP。
[0023]对于MPLS网络10、复杂度减小的MPLS方法30、以及网络元件40，应理解，本文中描述的一些不例性实施方式可包括一个或多个通用或专用处理器(“ 一个或多个处理器”)(如微处理器、数字信号处理器、定制处理器、以及现场可编程门阵列(FPGA))以及存储的独特程序指令(包括软件和固件)，其中该程序指令控制该一个或多个处理器，以结合一些非处理器电路来实施本文中描述的方法和/或系统的一些功能、大多数功能或所有功能。可替代地，一些功能或所有功能可通过没有存储的程序指令的状态机实施，或实施在一个或多个专用集成电路(ASIC)中，其中每个功能或某些功能的一些组合被实施为定制逻辑。当然，可使用上述手段的组合。此外，一些示例性实施方式可实施为非暂时计算机可读存储媒介，该非暂时计算机可读存储媒介上存储有计算机可读代码，用于为可包括处理器的计算机、服务器、电器、设备等编程，以执行本文中描述并声明的方法。这种计算机可读存储媒介的示例包括但不限于硬盘、光存储设备、磁存储设备、ROM (只读存储器)、PR0M (可编程只读存储器)、EPR0M (可擦除可编程序只读存储器)、EEPR0M (电可擦除可编程只读存储器)、闪速存储器等。当存储在非暂时计算机可读媒介中时，软件可包括指令，该指令能够由处理器执行，并响应于该执行，该指令致使处理器或任何其他电路执行一组操作、步骤、方法、过程、算法等。
[0024]虽然本文中已参照优选实施方式及其具体示例示出并描述了本公开，但对本领域普通技术人员显而易见的是，其他实施方式和示例可执行相似的功能和/或实现相似的结果。所有这种等同实施方式和示例均在本公开的范围和精神内并应相应地进行考虑，并且旨在由以下权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.复杂度减小的多协议标签交换方法，包括: 限定多协议标签交换标签空间的预留块； 将所述预留块的一个或多 个标签的不相叠子集唯一地分配至网络中的每个网络元件； 利用减小的控制面复杂度，操作具有所述预留块的网络；以及在每个标签交换路由器处，传送包括所述预留块的标签中的一个标签的包且不改变其上的标签。
2.如权利要求1所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 通过使未改变的标签洪泛至所有其他网络元件，为每个网络元件分发所述不相叠的标签子集。
3.如权利要求2所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 利用没有流量工程扩展的内部网关协议，为每个网络元件分发所述不相叠的标签子集。
4.如权利要求2所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 消除标签分发步骤中的资源预留协议-流量工程和标签分发协议。
5.如权利要求2所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 利用用于跨域和域内传送的标签分发协议、边界网关协议、以及Openflow (开源协议)中的一个或多个，调节子域边界处的流。
6.如权利要求2所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 通过内部边界网关协议路由反射器，交换用于每个网络元件的所述不相叠的标签子集，其中所述内部边界网关协议路由反射器与所述网络中的每个多协议标签交换网络元件对等。
7.如权利要求2所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 通过内部边界网关协议，交换用于每个网络元件的所述不相叠的标签子集，其中所述内部边界网关协议在所述网络的每个多协议标签交换网络元件之间是对等的。
8.如权利要求1所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 对包括所述预留块的标签之外的标签的包，执行基于标准多协议标签交换的标签交换操作。
9.如权利要求1所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 通过执行查找以确定出口而不需要标签交换操作，传送包括所述预留块中的标签中一个标签的包。
10.如权利要求1所述的复杂度减小的多协议标签交换方法，还包括: 通过对与所述包上包括的所述子集中一个标签相同的标签执行标签交换操作，传送包括所述预留块中的标签中的一个标签的所述包。
11.复杂度减小的多协议标签交换网络元件，包括: 至少一个端口； 传送电路，可通信地联接至所述端口 ；以及 控制电路，可通信地联接至所述传送电路和所述端口； 其中所述传送电路和所述控制电路被配置成:接收来自多协议标签交换标签空间的限定的预留块中的标签，每个标签可用于与网络中的分离逻辑目的地相关联； 为在所述至少一个端口处进入所述网络的包分配所述限定的预留块中的标签中的一个标签，所分配的标签由所述包在所述网络中的最终逻辑目的地确定；以及 对于位于通过所述至少一个端口的标签交换路径上的包，基于所述限定的预留块中的标签，传送位于所述标签交换路径上的、包括相同标签的所述包。
12.如权利要求11所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 通过使未改变的标签洪泛至所有其他网络元件，分发所述限定的预留块中的标签。
13.如权利要求12所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 利用没有流量工程扩展的内部网关协议，分发所述限定的预留块中的标签。
14.如权利要求12所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 通过内部边界网关协议，交换所述限定的预留块中的标签，其中所述内部边界网关协议在所述网络的每个多协议标签交换网络元件之间是对等的。
15.如权利要求12所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 利用用于跨域和域内传送的标签分发协议、边界网关协议、以及Openflow (开源协议)中的一个或多个，调节子域边界处的流。
16.如权利要求12所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 通过内部边界网关协议路由反射器，交换所述限定的预留块中的标签，其中所述内部边界网关协议路由反射器与所述网络中的每个参与的多协议标签交换网络元件对等。
17.如权利要求11所述的多协议标签交换网络元件，其中，所述限定的预留块中的标签包括22°地址空间中的标签的一部分，所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 对包括所述限定的预留块中的标签之外的标签的包执行标准多协议标签交换的标签交换操作。
18.如权利要求11所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 通过执行查找而不需要标签交换操作，传送包括所述预留块中的标签中的一个标签的包。
19.如权利要求11所述的多协议标签交换网络元件，其中所述传送电路和所述控制电路还被配置成: 通过对与所述包上包括的所 述限定的预留块中的标签中的一个标签相同的标签执行标签交换操作，传送包括所述限定的预留块中的标签中的一个标签的包。
20.多协议标签交换网络，包括: 彼此连接的多个网络元件； 多协议标签交换标签空间的限定的预留块；唯一地分配的标签子集，来自所述限定的预留块并被分配至所述多个网络元件中的每一个；以及 复杂度减小的控制面； 其中，在所述多个网络元件之一处进入所述网络的包被分配有唯一地分配的标签子集中由该网络元件学习的一个标签，所分配的标签由所述包在所述网络中的最终逻辑目的地确定；以及 其中，位于标签交换路径上的包在其通过所述网络的整个过程中包括相同的标签。
【文档编号】H04L12/723GK103905308SQ201310713345
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2012年12月21日
【发明者】伊恩·哈米什·邓肯, 奈杰尔·劳伦斯·布拉格 申请人:希尔纳公司