[發明專利]一種實現動態隧道報文轉發的方法及交換機

有效

• 申請號: 200910205540.2
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN101695047A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 劉曉東
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 王藝;龍洪

技術領域

本發明涉及數據通信技術，尤其涉及一種實現動態隧道報文轉發的方法 及交換機。

背景技術

隨著互聯網絡規模的迅速發展，IP協議設計之初的許多局限性日漸凸 顯。特別是原來32位的IP地址空間已經遠遠不能滿足當前互聯網的發展需 要了。在這種情況下，IPv6協議應運而生。雖然說從IP協議過渡到IPv6協 議將是歷史的必然，但這個過程并不是一蹴而就的。在部署IPv6網絡的過 程中，IPv4網絡肯定還會大規模存在。在解決IPv4向IPv6網絡進行過渡這 一問題的過程中，促生了許多過渡技術，其中最為人所關注的就是隧道技術 和雙棧技術。隧道技術由于只需在IPv4/IPv6網絡的邊緣進行部署，因此大 大降低了設備更新的代價，成為了一種主要的過渡技術。

隧道技術的主要內容是：IPv6網絡的邊緣設備在收到報文后，在其上進 行IPv6路由查找，如果IPv6路由指向隧道，則根據隧道信息對接收到的報 文進行IPv4協議封裝，然后再根據IPv4路由在IPv4網絡中對該封裝好的報 文進行轉發；當該報文到達IPv4網絡的邊緣后去掉IPv4首部，再重新按照 IPv6路由轉發該報文。在這個過程中，比較顯著的特點就是，IPv6報文經 過的網絡邊緣設備必須是IPv4/IPv6雙協議棧的，并且需要經過兩次路由查 找。這對處于網絡邊緣的雙棧網絡設備提出了很高的性能要求，尤其是對以 ASIC(Application?Specific?Integrated?Circuit，專用集成電路)轉發為主的三 層交換設備的硬件轉發功能提出了挑戰。

三層交換功能是通過在交換機上增加三層路由功能來實現的。簡單地 說，三層交換首先需要對收到的第一個陌生數據流進行軟件路由轉發，然后 將根據第一次路由轉發獲取的二層信息綁定到三層路由表中；在后續對具有 相同目的地址的報文進行轉發時，可直接利用該三層路由表中綁定的二層信 息進行封裝轉發，即“一次路由，多次交換”，有效地提高了數據包轉發的 效率。因為硬件緩存可以由ASIC交換芯片實現，所以采用上述方法可大大 提高數據轉發效率，并能有效降低設備成本。

三層交換技術在處理靜態隧道的報文轉發時，并不困難，由于一條靜態 隧道只會對應一個IPv4目的地址，出接口相對固定，因此即使IPv4網絡的 路由發生動態變化，也可以根據變化后的新出接口信息動態更新三層路由 表，從而實現快速轉發。

但對于動態隧道技術實現起來就困難的多了。一般動態隧道技術使用固 定格式的IPv6地址，在該地址中包含一個IPv4地址。在對報文進行隧道封 裝時，要按照IPv6報文中的IPv6目的地址獲取IPv4目的地址進行封裝。由 于目的IPv4地址是動態變化的，因此必然會導致下一跳地址的不同，進而 導致出接口二層信息的多樣性，這樣就面臨著一個IPv6路由集、IPv4路由 集、二層信息集之間的一種多對多的映射關系。當然利用通過二次路由查找 實現轉發的NP(Network?Processor，網絡處理器)實現技術解決該問題并不 困難，但對于直接由IPv6路由索引到二層信息進行交換轉發的ASIC交換芯 片來說就顯得捉襟見肘了。

如圖1所示，為一個簡單的利用6to4隧道來互聯IPv6孤島的拓撲圖， 其中站點A、B、C、D只能與IPv4網絡相連，因此需要在站點邊緣部署 IPV6/IPV4雙棧網絡設備。假定站點A邊緣部署一臺三層交換機，支持 IPv6/IPv4雙棧協議。在該設備上配置6to4隧道，其IPv6站點網絡前綴為 2002::101:101::/48。并通過配置2002::/16前綴的出口為隧道來實現與其它三 個站點的互通。當數據報文需要從站點A發送到站點B時，交換機根據該 報文的目的地址2002:201:101::/48查找路由，發現出口為隧道，則根據其中 的IPv4地址2.1.1.1進行IPV4封裝，再查找IPV4路由表，找到下一跳網段 為1.0.1.0/24。然后根據IPV4路由的下一跳信息，獲取二層信息，進行封裝 轉發。按照三層交換原理，此時應該把獲取的二層信息直接綁定到IPV6的 路由前綴2002::/16，從而在后續的報文轉發中實現ASIC的快速轉發。但這 樣會導致到其它站點的報文無法轉發的問題。