[发明专利]一种实现动态隧道报文转发的方法及交换机

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信技术，尤其涉及一种实现动态隧道报文转发的方法 及交换机。

背景技术

随着互联网络规模的迅速发展，IP协议设计之初的许多局限性日渐凸 显。特别是原来32位的IP地址空间已经远远不能满足当前互联网的发展需 要了。在这种情况下，IPv6协议应运而生。虽然说从IP协议过渡到IPv6协 议将是历史的必然，但这个过程并不是一蹴而就的。在部署IPv6网络的过 程中，IPv4网络肯定还会大规模存在。在解决IPv4向IPv6网络进行过渡这 一问题的过程中，促生了许多过渡技术，其中最为人所关注的就是隧道技术 和双栈技术。隧道技术由于只需在IPv4/IPv6网络的边缘进行部署，因此大 大降低了设备更新的代价，成为了一种主要的过渡技术。

隧道技术的主要内容是：IPv6网络的边缘设备在收到报文后，在其上进 行IPv6路由查找，如果IPv6路由指向隧道，则根据隧道信息对接收到的报 文进行IPv4协议封装，然后再根据IPv4路由在IPv4网络中对该封装好的报 文进行转发；当该报文到达IPv4网络的边缘后去掉IPv4首部，再重新按照 IPv6路由转发该报文。在这个过程中，比较显著的特点就是，IPv6报文经 过的网络边缘设备必须是IPv4/IPv6双协议栈的，并且需要经过两次路由查 找。这对处于网络边缘的双栈网络设备提出了很高的性能要求，尤其是对以 ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)转发为主的三 层交换设备的硬件转发功能提出了挑战。

三层交换功能是通过在交换机上增加三层路由功能来实现的。简单地 说，三层交换首先需要对收到的第一个陌生数据流进行软件路由转发，然后 将根据第一次路由转发获取的二层信息绑定到三层路由表中；在后续对具有 相同目的地址的报文进行转发时，可直接利用该三层路由表中绑定的二层信 息进行封装转发，即“一次路由，多次交换”，有效地提高了数据包转发的 效率。因为硬件缓存可以由ASIC交换芯片实现，所以采用上述方法可大大 提高数据转发效率，并能有效降低设备成本。

三层交换技术在处理静态隧道的报文转发时，并不困难，由于一条静态 隧道只会对应一个IPv4目的地址，出接口相对固定，因此即使IPv4网络的 路由发生动态变化，也可以根据变化后的新出接口信息动态更新三层路由 表，从而实现快速转发。

但对于动态隧道技术实现起来就困难的多了。一般动态隧道技术使用固 定格式的IPv6地址，在该地址中包含一个IPv4地址。在对报文进行隧道封 装时，要按照IPv6报文中的IPv6目的地址获取IPv4目的地址进行封装。由 于目的IPv4地址是动态变化的，因此必然会导致下一跳地址的不同，进而 导致出接口二层信息的多样性，这样就面临着一个IPv6路由集、IPv4路由 集、二层信息集之间的一种多对多的映射关系。当然利用通过二次路由查找 实现转发的NP(Network Processor，网络处理器)实现技术解决该问题并不 困难，但对于直接由IPv6路由索引到二层信息进行交换转发的ASIC交换芯 片来说就显得捉襟见肘了。

如图1所示，为一个简单的利用6to4隧道来互联IPv6孤岛的拓扑图， 其中站点A、B、C、D只能与IPv4网络相连，因此需要在站点边缘部署 IPV6/IPV4双栈网络设备。假定站点A边缘部署一台三层交换机，支持 IPv6/IPv4双栈协议。在该设备上配置6to4隧道，其IPv6站点网络前缀为 2002::101:101::/48。并通过配置2002::/16前缀的出口为隧道来实现与其它三 个站点的互通。当数据报文需要从站点A发送到站点B时，交换机根据该 报文的目的地址2002:201:101::/48查找路由，发现出口为隧道，则根据其中 的IPv4地址2.1.1.1进行IPV4封装，再查找IPV4路由表，找到下一跳网段 为1.0.1.0/24。然后根据IPV4路由的下一跳信息，获取二层信息，进行封装 转发。按照三层交换原理，此时应该把获取的二层信息直接绑定到IPV6的 路由前缀2002::/16，从而在后续的报文转发中实现ASIC的快速转发。但这 样会导致到其它站点的报文无法转发的问题。