張勛俊，劉亞萍，鄧文平

（1.國(guó)防科學(xué)大學(xué)并行與分布處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410073；2.國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073）

LISP與非LISP站點(diǎn)間交互機(jī)制研究

張勛俊1，劉亞萍1，鄧文平2

（1.國(guó)防科學(xué)大學(xué)并行與分布處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410073；2.國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073）

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)存在著路由可擴(kuò)展性、多宿主、流量工程及對(duì)移動(dòng)性和安全性支持不足等問(wèn)題。LISP協(xié)議作為一種基于身份與位置分離的解決方案，可在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的基礎(chǔ)上增量式部署，而增量式部署必須實(shí)現(xiàn)LISP站點(diǎn)與傳統(tǒng)的非LISP站點(diǎn)間的交互。對(duì)Proxy-ITR和Proxy-ETR這兩種交互機(jī)制進(jìn)行分析與研究，并實(shí)驗(yàn)?zāi)MProxy-ITR和Proxy-ETR在交互中的作用。結(jié)果表明通過(guò)設(shè)置Proxy-ITR和Proxy-ETR可以很好地解決LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)間正常通信的問(wèn)題。

身份與位置分離；LISP；非LISP；交互機(jī)制

0 引言

近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，全球邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由表呈現(xiàn)出“超線性”增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)。數(shù)據(jù)顯示全球BGP路由表已從20世紀(jì)90年代末的5萬(wàn)余條飛速增長(zhǎng)為2011年的約35萬(wàn)條。BGP路由表的高速膨脹導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)路由系統(tǒng)的可擴(kuò)展性面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。產(chǎn)生這一問(wèn)題的關(guān)鍵就在于隨著多宿主站點(diǎn)的普及以及PI地址的分配，大量不可聚合IP地址前綴被通告至核心路由表。

此外，在傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議中，IP地址既可作為節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)用于建立通信連接，同時(shí)又表示節(jié)點(diǎn)的位置用于報(bào)文的尋址和路由。IP地址的語(yǔ)義過(guò)載這一特性使得互聯(lián)網(wǎng)表現(xiàn)出對(duì)移動(dòng)性支持的先天不足。

思科提出的LISP協(xié)議作為一種基于身份和位置分離的解決方案，它將邊緣網(wǎng)絡(luò)（一般是用戶網(wǎng)絡(luò)）與傳輸網(wǎng)絡(luò)（通常指運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行分離，進(jìn)而引入兩類地址：EID（End Identifier）和RLOC（Routing Locator）。EID用于全局唯一標(biāo)識(shí)站點(diǎn)內(nèi)的主機(jī)，屬于PI地址，不可全局路由，因此不會(huì)出現(xiàn)在核心路由表中。而RLOC主要用在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，可表示邊緣網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)位置，屬于PA地址，須嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分配，因此便于按拓?fù)渚酆?，從而減小了核心路由表的規(guī)模。同時(shí)，LISP作為一種“漸變”的方案，無(wú)須對(duì)現(xiàn)有的終端協(xié)議棧做任何修改，并可在目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的基礎(chǔ)上增量地部署，開(kāi)銷低。LISP這一優(yōu)點(diǎn)也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：在部署初期，必須實(shí)現(xiàn)LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)之間的交互，以實(shí)現(xiàn)LISP機(jī)制的增量式部署。

本文為對(duì)Proxy-ITR和Proxy-ETR這兩種交互機(jī)制進(jìn)行分析與研究，詳細(xì)介紹這兩種機(jī)制的工作原理，并實(shí)驗(yàn)?zāi)M了部署Proxy-ITR和Proxy-ETR的通信環(huán)境。

1 LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)間的交互

在LISP部署初期，傳統(tǒng)的非LISP站點(diǎn)與新興的LISP站點(diǎn)并存于互聯(lián)網(wǎng)中。主機(jī)到主機(jī)如何發(fā)送單播報(bào)文有四種基本情形，分別是：傳統(tǒng)非LISP站點(diǎn)間的通信，新興LISP站點(diǎn)間的通信，新興LISP站點(diǎn)與傳統(tǒng)非LISP站點(diǎn)間通信以及傳統(tǒng)非LISP站點(diǎn)與新興LISP站點(diǎn)間通信。如圖1所示。本文重點(diǎn)研究第三種和第四種情形下的交互機(jī)制。

圖1 LISP與非LISP站點(diǎn)交互的四種基本情形

傳統(tǒng)非LISP站點(diǎn)中的地址前綴一般是可路由的，所以通常LISP站點(diǎn)根據(jù)目的地址可以正常轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到傳統(tǒng)非LISP站點(diǎn)中，非LISP站點(diǎn)不需要做任何改變就可以接收?qǐng)?bào)文。而LISP站點(diǎn)唯一要做的是確定何時(shí)無(wú)需LISP封裝即可轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。當(dāng)LISP站點(diǎn)的ITR對(duì)報(bào)文中目的地址進(jìn)行映射查詢，如果所匹配的負(fù)映射緩存項(xiàng)中的action位為Natively-Forward，則意味著目的地址為一個(gè)非LISP地址，因此即可立即轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。

不過(guò)有兩種情況下，LISP站點(diǎn)所生成的報(bào)文，未經(jīng)LISP封裝，是不能通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到非LISP站點(diǎn)中。第一，為了避免反路徑轉(zhuǎn)發(fā)檢查失敗，某些提供商的接入網(wǎng)要求發(fā)出的報(bào)文，其源地址必須位于接入網(wǎng)的編址范圍內(nèi)。第二，LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)通信路線上的中間網(wǎng)絡(luò)并不支持未封裝報(bào)文所用的特定IP層協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)這兩種情況下LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)間正常通信，本文分析了Proxy-ETR機(jī)制的工作原理，利用LISP協(xié)議的封裝功能，改寫(xiě)源地址，使源地址符合接入網(wǎng)的要求。同時(shí)LISP協(xié)議對(duì)混合協(xié)議封裝的支持，可使報(bào)文“跳過(guò)”中間網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示。

當(dāng)非LISP站點(diǎn)中的主機(jī)希望發(fā)送報(bào)文到LISP站點(diǎn)中，如果源主機(jī)使用一個(gè)不可路由的EID作為目的地址，數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)在源站點(diǎn)（非LISP站點(diǎn)）內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，直到邊緣路由器因?yàn)槿鄙倌J(rèn)路由而丟棄它。為了實(shí)現(xiàn)非LISP站點(diǎn)能夠向LISP站點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，可以采用Proxy-ITR這種機(jī)制。它使得目的EID變得可路由，從而可以轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到目的LISP站點(diǎn)中。如圖3所示。

圖2 LISP到non-LISP的傳輸過(guò)程

圖3 non-LISP到LISP的傳輸過(guò)程

1.1 Proxy-ITR

Proxy-ITR是一種新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，擁有很多LISP ITR的特性。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中部署了Proxy-ITR后，非LISP站點(diǎn)無(wú)需做任何協(xié)議上或設(shè)備上的改變，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文給LISP站點(diǎn)。Proxy-ITR主要實(shí)現(xiàn)兩大基本功能：第一，Proxy-ITR將代表LISP站點(diǎn)通告那些高度聚合過(guò)的EID前綴；第二，Proxy-ITR會(huì)封裝非LISP站點(diǎn)發(fā)出的報(bào)文，然后轉(zhuǎn)發(fā)到目的LISP站點(diǎn)的ETR上。

（1）Proxy-ITR對(duì)EID的通告

實(shí)現(xiàn)Proxy-ITR關(guān)鍵在于如何向全球路由系統(tǒng)的局部區(qū)域通告那些高度聚合EID前綴的路由。一方面，EID前綴的主動(dòng)聚合有利于減少通告路由項(xiàng)的數(shù)目。另一方面，慎重地部署Proxy-ITR的位置可以縮小路由項(xiàng)的通告范圍。出于這個(gè)目的，Proxy-ITR應(yīng)當(dāng)部署在靠近非LISP站點(diǎn)的位置，而不是更接近于LISP站點(diǎn)。這樣的部署安排不僅可以很好地限制EID前綴路由的通告范圍，還可以允許數(shù)據(jù)流負(fù)載分流到多個(gè)Proxy-ITR中去。

（2）Proxy-ITR機(jī)制下的數(shù)據(jù)流

使用Proxy-ITR機(jī)制，數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)牧鞒倘鐖D4所示。

圖4 Proxy-ITR機(jī)制

①源主機(jī)查詢DNS，得到目的EID地址192.0.2.1。

②源主機(jī)有一條到CE路由器的默認(rèn)路由，于是轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到CE。

③CE也有一條到PE路由器的默認(rèn)路由，再次轉(zhuǎn)發(fā)給PE。

④PE有一條到192.0.2.0/24的路由，且下一條就是Proxy-ITR。

⑤Proxy-ITR緩存有或從映射系統(tǒng)獲得EID為192.0.2.1的映射項(xiàng)，然后LISP封裝報(bào)文。其外IP首部中的目的地址為目的站點(diǎn)ETR的RLOC。外首部中的源地址為Proxy-ITR的RLOC。

⑥傳輸網(wǎng)絡(luò)基于目的RLOC查詢路由表，最終轉(zhuǎn)發(fā)到目的站點(diǎn)的ETR上。

⑦ETR對(duì)報(bào)文進(jìn)行解封裝，并根據(jù)目的EID在站點(diǎn)內(nèi)路由至目的主機(jī)。

⑧主機(jī)192.0.2.1的返回報(bào)文將通過(guò)LISP站點(diǎn)的ITR。ITR通過(guò)查詢映射數(shù)據(jù)庫(kù)，知道目的地址不在EID地址空間內(nèi)，從而無(wú)需封裝即可本地路由。

（3）Proxy-ITR的擴(kuò)展性

通過(guò)通告LISP EID地址前綴，Proxy-ITR吸收那些目的地址為EID的數(shù)據(jù)流。這里，本文介紹兩種方法來(lái)控制數(shù)據(jù)報(bào)文的流向，以防止Proxy-ITR收到超出處理能力的流量。

第一，Proxy-ITR中的聚合地址路由項(xiàng)可以被選擇性的通告。某些路由的通告范圍因提供商的路由策略而受限，這樣就可以控制Proxy-ITR的接收流量。

第二，相同的EID地址可能會(huì)被多個(gè)Proxy-ITR通告，這樣目的地址為此EID的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)流向離自己最近的Proxy-ITR，從而達(dá)到分流的目的。

1.2 Proxy-ETR

LISP站點(diǎn)需要發(fā)送報(bào)文到非LISP站點(diǎn)，當(dāng)LISP站點(diǎn)的接入網(wǎng)并不接受源地址為L(zhǎng)ISP站點(diǎn)EID的數(shù)據(jù)包時(shí)，需要引入Proxy-ETR機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)正常通信。Proxy-ETR也是一種新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它一般充當(dāng)非LISP站點(diǎn)的ETR，接收發(fā)往此非LISP站點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文。同時(shí)，部署Proxy-ETR可以避免源LISP站點(diǎn)中的ITR決定是否封裝報(bào)文。因?yàn)镮TR總是要封裝報(bào)文，然后轉(zhuǎn)發(fā)到ETR或Proxy-ETR。當(dāng)目的地址為L(zhǎng)ISP EID時(shí)，ITR封裝并轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到目的站點(diǎn)的ETR上。而目的地址為傳統(tǒng)IP的報(bào)文將被ITR封裝并轉(zhuǎn)發(fā)到所配置的Proxy-ETR上。

通常的情況下，源站點(diǎn)的ITR無(wú)需封裝即可本地轉(zhuǎn)發(fā)目的地址為傳統(tǒng)IP的報(bào)文。在某些時(shí)候接入網(wǎng)限制源地址的范圍或接入網(wǎng)不支持特定協(xié)議，可以配置ITR封裝并轉(zhuǎn)發(fā)非LISP數(shù)據(jù)包到Proxy-ETR上。當(dāng)ITR通過(guò)Map-Resolver來(lái)請(qǐng)求映射信息，映射查找匹配一個(gè)Negative Map-Cache，此時(shí)ITR會(huì)封裝并轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到所配置的Proxy-ETR。還有一種情況，ITR直接連接到映射數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)上，ITR對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查找并無(wú)對(duì)應(yīng)的映射項(xiàng)，這些報(bào)文也會(huì)被封裝并轉(zhuǎn)發(fā)到所配置的Proxy-ETR上。注意，封裝后報(bào)文使用的IP層協(xié)議可能不同于被封裝的數(shù)據(jù)報(bào)文。路由器將會(huì)根據(jù)LISP首部中的目的地址來(lái)路由報(bào)文至所配置的Proxy-ETR上。Proxy-ETR在對(duì)接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行解封裝之前，可能會(huì)檢查源EID是否位于所配置的LISP站點(diǎn)內(nèi)。這是為了防止源站點(diǎn)由于欺騙而封裝并發(fā)送報(bào)文到Proxy-ETR。

使用Proxy-ETR機(jī)制后，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦旅枋?。LISP-NR站點(diǎn)的EID前綴為192.0.2.0/24，目的非LISP站點(diǎn)的IP前綴為198.51.100.0/24。LISP站點(diǎn)希望同非LISP站點(diǎn)內(nèi)主機(jī)交互。核心路由表中存在傳統(tǒng)目的IP地址（198．51．100．0/24）。報(bào)文的具體流程如下:

①源主機(jī)查詢DNS，得到目的地址為198．51．100．100。

②源主機(jī)有一條到CE路由器的默認(rèn)路由，于是轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文到CE。

③CE作為L(zhǎng)ISP站點(diǎn)的ITR，它會(huì)封裝那些目的地址為傳統(tǒng)IP的報(bào)文到所配置的Proxy-ETR。

④Proxy-ETR解封裝收到的報(bào)文，隨后根據(jù)目的IP地址198．51．100．100路由到目的主機(jī)。

注意到返回流不經(jīng)過(guò)Proxy-ETR，這意味著為了返回報(bào)文到源LISP站點(diǎn)，目的非LISP站點(diǎn)需要部署Proxy-ITR。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)MProxy-ITR和Proxy-ETR

實(shí)驗(yàn)環(huán)境如下所述。LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)通過(guò)傳統(tǒng)IP網(wǎng)連接起來(lái)。其中LISP站點(diǎn)的EID-Prefix為192．168．1．0/24，而非LISP站點(diǎn)的地址塊為56．56．56．0/ 24。Proxy-ITR與Proxy-ETR合成一臺(tái)設(shè)備PxTR。PxTR和MS/MR都位于傳統(tǒng)IP網(wǎng)中。如圖5所示：

圖5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

具體的實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖6所示：

R1模擬LISP站點(diǎn)，其Loopback0接口模擬EID地址塊（192．168．1．0/24）。R5和R6模擬非LISP站點(diǎn)，其中R5作為CE，R6模擬非LISP站點(diǎn)內(nèi)的主機(jī)。R2，R3和R4共同模擬傳統(tǒng)IP網(wǎng)，R3作為PxTR，R4作為MS/ MR。LISP站點(diǎn)的xTR需定時(shí)向MS/MR注冊(cè)EID信息。網(wǎng)段規(guī)劃如圖所示，路由器的接口地址的最后一位使用設(shè)備名。例如R1的接口地址為12．12．12．1，而R2左接口地址為12．12．12．2。

為了驗(yàn)證LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)之間能否正常通信，我們從LISP站點(diǎn)中源主機(jī)（192．168．1．1）ping非LISP站點(diǎn)中的Host（56．56．56．6）。結(jié)果如下所示。

R1#ping 56．56．56．6 source 192．168．1．1

Type escape sequence to abort．

Sending 5,100-byte ICMP Echos to 56．56．56．6,timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 192．168．1．1．．!!!

Success rate is 60 percent（3/5）,round-trip min/avg/max= 136/157/168 ms

可以看到源主機(jī)一共發(fā)了5個(gè)報(bào)文，在前兩個(gè)報(bào)文失敗后，后三個(gè)報(bào)文都ping通了。通過(guò)在各條鏈路上抓包分析，可知第一個(gè)ICMP請(qǐng)求報(bào)文引發(fā)了一個(gè)發(fā)往MS/MR的map-request報(bào)文，請(qǐng)求目的地址56．56．56．6的RLOC。MS/MR直接返回給R1一個(gè)negative mapreply報(bào)文，表明目的地址是一個(gè)普通的IP。第二個(gè)ICMP請(qǐng)求報(bào)文在xTR上LISP封裝后，轉(zhuǎn)發(fā)到Proxy-ETR（R3）上。R3解封裝后本地轉(zhuǎn)發(fā)到目的Host。隨后Host構(gòu)造一個(gè)ICMP應(yīng)答報(bào)文，其中源地址為56．56．56．6，目的地址為192．168．1．1。因?yàn)镻roxy-ITR會(huì)生成到達(dá)EID前綴（192．168．1．0/24）的路由，并通告局部網(wǎng)絡(luò)，所以R5會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)ICMP應(yīng)答報(bào)文給Proxy-ITR。Proxy-ITR收到ICMP應(yīng)答報(bào)文后，會(huì)向MS/MR請(qǐng)求目的EID（192．168．1．1）的RLOC。MS/MR轉(zhuǎn)發(fā)map-request到R1（xTR），由xTR直接返回map-reply。Proxy-ITR在收到map-reply后緩存這條EID-to-RLOC映射。隨后的三個(gè)報(bào)文都可以根據(jù)map-cache中的信息直接ping通了。

圖6 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)設(shè)置Proxy-ITR和Proxy-ETR，可以很好地解決LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)之間的通信問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

本文為了解決LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)間的交互問(wèn)題，對(duì)Proxy-ITR和Proxy-ETR這兩種機(jī)制的工作原理進(jìn)行分析與研究。Proxy-ITR和Proxy-ETR一般相互配合使用，充當(dāng)LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)之間的代理xTR，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)文往返的正常通信。通過(guò)對(duì)ping報(bào)文流程的分析，模擬實(shí)驗(yàn)表明Proxy-ITR和Proxy-ETR可以很好地實(shí)現(xiàn)LISP站點(diǎn)與非LISP站點(diǎn)間的交互。

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Research on the Interworking Mechanism between LISP and Non-LISP Sites

ZHANG Xun-jun1，LIU Ya-ping1，DENG Wen-ping2

（1．Science and Technology on Parallel and distributed Processing Laboratory,National University of Defense Technology, Changsha 410073；2．School of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha 410073）

The current Internet has been faced with many problems such as routing scalability,multi-homing traffic engineering and lack of support for mobility and security．As a solution based on the identity and location separation,the Location/ID Separation Protocol（LISP）can be incrementally deployed on the basis of the existing network infrastructure,while the interworking between LISP and non-LISP sites must be solved．Investigates the mechanisms on the Proxy Ingress Tunnel Router and the Proxy Egress Tunnel Router,simulates the function of the Proxy-ITR and Proxy-ETR．The results reveal that the Proxy-ITR and Proxy-ETR can solve the normal communication problem between LISP and non-LISP sites well．

Identity and Location Separation;LISP;Non-LISP;Interworking Mechanism

973項(xiàng)目資助（No.2012CB315906）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.61472438、No.61202486）

1007-1423（2017）11-0036-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.11.007

張勛?。?989-），男，安徽池州人，研究生，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)

2016-12-07

2017-03-02