MPLS TE技術白皮書

MPLS TE技術白皮書

關鍵詞:MPLSMPLS TERSVP TECR LDPCSPFOSPF TEIS-IS TE

    要:本文介紹了MPLS TE的技術特色和H3C的實現方案,並給出了相關的組網應用。

縮略語:

縮略語

英文全名

中文解釋

BFD

Bidirectional Forwarding Detection

雙向轉發檢測

CR LDP

Constraint-based Routing LDP

基於約束路由的LDP

CSPF

Constraint-based Shortest Path First

受約束的最短路徑優先算法

FEC

Forwarding Equivalence Class

轉發等價類

FRR

Fast ReRoute

快速重路由

IGP

Interior Gateway Protocol

內部網關協議

IS-IS

Intermediate System-to-Intermediate System intra-domain routing information exchange protocol

中間係統到中間係統的域內路由信息交換協議

LDP

Label Distribution Protocol

標簽分發協議

LSP

Label Switched Path

標簽交換路徑

L3VPN

Layer 3 VPN

三層VPN

L2VPN

Layer 2 VPN

二層VPN

MPLS

MultiProtocol Label Switching

多協議標簽交換

MPLS TE

MPLS Traffic Engineering

MPLS流量工程

OSPF

Open Shortest Path First

開放路徑最短優先

RSVP

Resource reSerVation Protocol

資源預留協議

RSVP-TE

RSVP Traffic Engineering extension protocol

RSVP流量工程擴展協議

TEDB

Traffic Engineering DataBase

流量工程數據庫

TE

Traffic Engineering

流量工程

VPN

Virtual Private Network

虛擬私有網

 



概述

1.1  傳統路由的問題

路由器根據傳統路由協議計算出的最短路徑轉發流量,即使某條路徑發生擁塞,也不會將流量切換到其他的路徑上。在網絡流量比較小的情況下,這種問題不是很嚴重,但是隨著Internet的應用越來越廣泛,傳統的最短路徑優先的路由問題暴露無遺。

圖1 傳統路由問題

1中所示,假設每條鏈路的Metric值相同,則從Router ARouter H的最短路徑為Router ARouter CRouter GRouter FRouter H。盡管存在Router CRouter DRouter ERouter FRouter H這條路徑,但是流量轉發隻會從最短路徑Router ARouter CRouter GRouter FRouter H上經過。這樣就有可能形成一條路徑Router ARouter CRouter GRouter FRouter H過載,一條鏈路Router ARouter CRouter DRouter ERouter FRouter H閑置。

可以通過負載分擔,即修改Metric值使得到達同一目的地存在多條開銷相同路由的方法,解決上述問題。但是這種方法可能會引起其他鏈路擁塞。在拓撲複雜的網絡中,Metric值的調整更加困難,一條鏈路的改動可能會引起多條路由變動。

1.2  流量工程的解決辦法

通過流量工程,服務提供商可以精確地控製流量流經的路徑,從而可以避開擁塞的節點,解決一部分路徑過載,另一部路徑空閑的問題,使現有的帶寬資源得到充分利用。如2所示,從Router ARouter H存在兩條路徑:Router ARouter CRouter GRouter FRouter HRouter ARouter CRouter DRouter ERouter FRouter H,前者的帶寬為40M,後者的帶寬為100M。流量工程可以根據帶寬等因素合理地分配流量,從而有效地避免鏈路擁塞。例如,Router ARouter H存在兩種業務,流量分別為40M70M,流量工程可以把前者分配到帶寬為40M的路徑上,將後者分配到帶寬為100M的路徑上。

圖2 建立流量工程的網絡

流量工程關注網絡整體性能的優化,其主要目標是方便地提供高效、可靠的網絡服務,優化網絡資源的使用,優化網絡流量。流量工程分兩個層麵:一是麵向流量的,關注如何提高網絡的服務質量;二是麵向資源的,關注如何優化網絡資源的使用,最主要是帶寬資源的有效利用。通過實施流量工程,可以減少網絡的管理成本,使網絡資源充分有效的使用,可以在網絡擁塞或者抖動的情況下動態調節資源,同時還可以實現增值服務和附加業務。

1.3  MPLS TE技術優勢

流量工程可以通過在IGP上使用重疊模型來實現,如IP over ATMIP over FR等。重疊模型在網絡的物理拓撲結構之上提供了一個虛擬拓撲結構,從而擴展了網絡設計的空間,為支持流量與資源控製提供了許多重要功能,可以實現多種流量工程策略。然而,由於協議之間往往存在很大差異,重疊模型在可擴展性方麵存在不足。

為了在大型骨幹網絡中部署流量工程,必須采用一種可擴展性好、簡單的解決方案。MPLS TE就是為這一需求而提出的。

MPLS本身具有一些不同於IGP的特性,其中就有實現流量工程所需要的,例如:

l              MPLS支持顯式LSP路由;

l              LSP較傳統單個IP分組轉發更便於管理和維護;

l              CR-LDP可以容易地集成約束路由,實現流量工程的各種策略;

l              基於MPLS的流量工程的資源消耗較其它實現方式更低。

MPLS TE結合了MPLS技術與流量工程,具備以下優勢:

l              在建立LSP隧道的過程中,可以預留資源,保證服務質量;

l              LSP隧道有優先級、搶占等多種屬性,可以方便地控製LSP隧道的行為;

l              通過備份路徑和快速重路由技術,在鏈路或節點失敗的情況下,提供保護;

l              建立LSP隧道的負荷小,不會影響網絡的正常業務。

正是這些優勢,使得MPLS TE成為非常吸引人的流量工程方案。通過MPLS TE技術,服務提供商能夠充分利用現有的網絡資源,提供多樣化的服務。同時可以優化網絡資源,進行科學的網絡管理。

MPLS TE技術特色

MPLS TE具有以下特點:

l              支持靜態建立LSP隧道

l              支持顯式路徑建立LSP隧道

l              支持鏈路著色

l              支持LSP隧道優先級

l              支持LSP隧道搶占

l              支持LSP隧道的優化

l              支持LSP隧道的備份

l              支持快速重路由

l              支持自動帶寬調節

l              支持自動路由發布

l              支持MPLS L2VPNMPLS L3VPN

2.1  靜態LSP隧道建立

類似於在路由中,靜態路由不需要路由協議,而是逐跳配置。靜態LSP隧道是指不需要動態信令協議(LDPCR-LDPRSVP-TE),通過在隧道經過的每個路由器上配置資源、標簽等信息,而建立的LSP隧道。這種方式建立的LSP不受信令的影響,隻要不刪除,一直存在,最為穩定。

2.2  顯式路徑

通過顯式路徑技術,可以指定到達某個目的地所必須經過的路徑、不經過的路徑等。將顯示路徑作為約束條件,可以動態計算出所規劃的LSP路徑。

2.2.1  嚴格顯式路徑

圖3 嚴格顯式路徑

所謂的嚴格顯式路徑,就是下一跳與前一跳直接相連。

通過嚴格顯式路徑,可以最精確地控製LSP所經過的路徑。在3中,“Router B strict”表示該LSP必須經過Router B,並且Router B的前一跳是Ingress LSRRouter A),“Router C strict”表示該LSP必須經過Router C,並且Router C的前一跳是Router B

2.2.2  鬆散顯式路徑

圖4 鬆散顯式路徑

鬆散方式可以指定路徑上必須經過哪些節點,但是該節點和前一跳之間可以存在其他路由器。在4中,“Router E loose”表示該LSP必須經過Router E,但是Router EIngress LSRRouter A)之間可以經過多個路由器,不必直接相連。

2.2.3  嚴格與鬆散混合

圖5 混合顯示路徑

嚴格方式與鬆散方式可以混合使用。在5中,“Router B strict”表示該LSP必須經過Router B,並且Router BIngress LSRRouter A)必須直接相連;“Router E loose”表示該LSP必須經過Router E,但是Router ERouter B之間可以經過多個路由器,不必直接相連。

2.3  鏈路著色

通過賦予鏈路以顏色屬性,可以幫助選擇鏈路。每條鏈路最多支持32種顏色。在指定路徑時,可以增加一種顏色的約束,要求所經曆的路徑是某種顏色,或要求所經曆的路徑不是某種顏色。

圖6 鏈路著色

6中,LSP要求所經曆的路徑的顏色不能是Bronze,在進行路徑計算時,就會把鏈路屬性為Bronze的鏈路刪掉,然後計算,從而避開這種屬性的鏈路。

2.4  優先級與搶占

2.4.1  優先級

LSP隧道有一個建立優先級,一個保持優先級。優先級的範圍從077為最低優先級。需要建立多個LSP隧道的情況下,建立優先級高的LSP隧道優先占有資源、優先建立。當帶寬等資源不夠時,保持優先級低的、已建立的LSP隧道的帶寬資源可能被一個建立優先級高的並且資源不夠的LSP隧道搶占。

2.4.2  搶占

圖7 LSP搶占

7標明了鏈路的帶寬(假設兩個方向的帶寬相同),每個鏈路的Metric值都相同。存在兩條TE隧道,Tunnel1Router ARouter BRouter E,帶寬需求為155M,優先級為0Tunnel2Router CRouter BRouter F,帶寬需求為155M,優先級為7

假設Router BRouter E的鏈路down了,Router B通過信令通知Router A鏈路錯誤,Router A會計算出新的路徑Router ARouter BRouter FRouter E。顯然鏈路Router BRouter F的帶寬不夠Tunnel1Tunnel2共同使用,Tunnel2會被搶占。新的Tunnel1建立過程為:

(1)          Path消息沿著Router ARouter BRouter FRouter E發送,Resv消息沿著Router ERouter FRouter BRouter A發送。
(2)          Resv消息從Router F發送到Router B時,發生搶占。Router B會拆除Tunnel2,往Router FPathTear消息,往Router C發送ResvTear消息。

Tunnel2上如果存在流量,這個拆除將會導致流量的丟失。可以通過make-before-break機製,在拆除Tunnel2之前為其建立新的隧道,從而避免流量丟失。

2.5  隧道優化

流量工程一個主要的目標就是優化網絡上流量的分布。隧道建立之後,可以根據網絡上的帶寬變化、流量變化、管理策略變化等對已經建立的LSP隧道進行優化。

對於某條隧道而言,當發現更優的路徑時進行優化。所謂更優,至少需要滿足Metric值小、跳數更小並且不會引起搶占等條件。

在優化時,用戶的業務流不中斷是非常重要的。即新的LSP隧道必須先建立,業務在舊的LSP隧道被拆除前切換到新的LSP隧道上。在新舊LSP隧道共享的鏈路上,由於舊的LSP隧道使用的資源不能在新的LSP隧道建立前釋放,共享鏈路上資源不能被重複計算,否則可能會由於資源缺乏而導致新的LSP隧道無法建立。

RSVP-TE信令的SE預留風格能夠非常好的解決這個問題,SE預留風格允許新舊的LSP隧道共享資源,使新的LSP隧道不會因為鏈路資源缺乏而必須等到舊的LSP隧道拆除才能完成。

2.6  隧道備份

對於重要的LSP隧道,需要進行備份。可以為一條CR-LSP隧道創建備份的CR-LSP。作為流量保護的一個重要組成部分,在主LSP隧道失敗後,係統可以把業務流量切換至備份隧道上,當主CR-LSP恢複時,再把業務切換回來。

圖8 LSP及其備份

1. 主隧道LSPPrimary LSP

主隧道LSP是期望的較優的路徑,它是隧道備份的對象。主隧道LSP失敗後,流量會切換,然後發起重建主隧道LSP

2. 熱備份隧道LSPHot-standby LSP

熱備份隧道LSP在主隧道LSP建成之後,發起建立。當主隧道LSP失敗消息傳到入口路由器後,流量會切換到熱備份隧道LSP。當主隧道LSP恢複後,將流量切換回去。

熱備份通過建立額外的LSP,消耗成倍的資源,來保證主隧道發生故障時快速進行切換。熱備份適用於對時延敏感的業務。

3. 普通備份隧道LSPOrdinary backup LSP

普通備份隧道LSP在主隧道LSP失敗消息傳到入口路由器後,發起建立。建立成功後,將流量切換到該隧道LSP上。當主隧道LSP恢複後,將流量切換回去。

普通備份中備份隧道和主隧道通過的路徑不同,從而繞過可能的失效鏈路。但是由於沒有提早建立備份隧道,普通備份的切換速度較慢,適用於對時延不敏感的業務。

2.7  快速重路由

2.7.1  FRR可以解決的問題

快速重路由(Fast ReRoute),也稱為快速恢複(Fast RestorRation),是MPLS TE中用於鏈路保護和節點保護的機製。

CR-LSP鏈路或者節點失效時,在發現失敗的節點上進行保護,這樣可以允許流量繼續從保護鏈路或者節點的隧道中通過以使得數據傳輸不至於中斷。同時頭節點就可以在數據傳輸不受影響的同時繼續發起主隧道的重建。FRR的最終目的就是利用Bypass隧道繞過失敗的鏈路或者節點從而達到保護主路徑的功能。FRR快速恢複的時間小於50毫秒,這是一些時延敏感的業務如VoIP等可以容忍的範圍。

圖9 快速重路由

9中,主隧道LSP路徑為Router ARouter BRouter DRouter FRouter G。隧道Router ARouter CRouter D對節點Router B及對鏈路Router ARouter B進行保護,隧道Router BRouter CRouter F對節點Router D及對鏈路Router BRouter D進行保護,隧道Router DRouter CRouter ERouter G對節點Router F及對鏈路Router DRouter F進行保護。當鏈路Router BRouter D發生故障後,流量則通過Router ARouter BRouter CRouter FRouter G

圖10 Router BRouter D鏈路失敗後的流量切換

2.7.2  FRR切換所需的時間

快速重路由需要的時間由兩部分組成:

l              一部分是鏈路/節點失效的檢測時間,可以通過硬件檢測、BFDRSVP hello來進行檢測。檢測的時間相差比較大,SDH/SONET鏈路失效比GE鏈路失效檢測快,而節點失效檢測則比鏈路失效檢測更慢。失效檢測速度從高到低依次為硬件檢測、BFD檢測和RSVP hello檢測。

l              另一部分是切換流量的時間,該時間主要由CPU以及係統的負載程度來決定。

2.7.3  FRR的局限性

FRR的保護是一種臨時性措施,因為它可能無法提供足夠的帶寬等資源,或者會給其他鏈路帶來擁塞。在被保護LSP恢複正常後,FRR將不起作用。

FRRBypass隧道不能夠提供首尾節點的保護,這種保護可以通過前麵介紹的備份LSP來實現。

另外,同時有多個鏈路/節點失敗的情況下,FRR本身也可能失效。

2.8  自動帶寬調節

建立LSP隧道時,會為其分配一定的帶寬。在基於以往該LSP隧道上的流量統計基礎上,自動帶寬分配技術允許對該隧道占用的帶寬進行調節,這種調節不會影響當前通過隧道的流量。

通過定時(比如5分鍾)采樣,可以獲得在一個采樣周期通過該隧道的平均帶寬。通過一段時間(比如24小時)的多次采樣然後,獲得采樣的最大值,然後用其作為帶寬,發起建立一條新的LSP隧道。建立成功後,將流量切換到新的LSP隧道上,同時拆除原來的LSP隧道;如果建立不成功,則流量繼續沿原來的LSP隧道轉發,在下一個采樣周期結束後再做調節。

為了減少不必要的調節,可以配置調節閾值。隻有本次的最大平均帶寬與上次的最大平均帶寬變化百分比達到一定的閾值,才發起調節。同時,還可以配置帶寬的最小值和最大值,所調節的帶寬必須在這個範圍之內。

2.9  自動路由發布

自動路由發布包括IGP ShortcutForwarding Adjacency兩種方式,他們的原理都是使TE Tunnel接口參與IGP SPF計算。在TE Tunnel的頭節點,TE Tunnel可以看作他的直連接口,配置合適的Metric,使TE Tunnel遠端(TE尾節點後麵的網絡)在路由表中體現為通過TE Tunnel進行轉發,也就是說使用CR-LSP作為出接口。在這種應用中,CR-LSP被看做點到點鏈路。

2.9.1  自動路由(IGP Shortcut

IGP Shortcut應用中,使能此特性的路由器使用CR-LSP作為出接口,但它不將這條鏈路發布給鄰居路由器,因此,其他路由器的路由表中不存在這條路由信息,當然也不能使用。

2.9.2  轉發鄰接(Forwarding Adjacency

自動路由是基於單個路由器的,隻有入口路由器才可以在IGP計算中利用該TE隧道。比如在11中,IGP Shortcut隻能在IGP計算Router B到其他節點的路由時使用LSP隧道Router BRouter G。而在計算Router ARouter G的路由時,盡管使用LSP隧道Router BRouter GMetric20,小於Router ARouter CRouter ERouter GMetric 30,但是由於Router A不知道該LSP的存在,Router ARouter G的路由計算不能使用該隧道。

圖11 自動路由發布

使能Forwarding Adjacency特性的路由器在使用CR-LSP作為出接口的同時,為了取得全網最優的路徑,也將這條CR-LSP作為一條普通的LSA/LSP發布給鄰居路由器,宣告該隧道的存在。通過宣告這個單向的鏈路,在鏈路狀態數據庫中維護這些鏈路狀態。同時為了SPF的雙向需求,需要一個從Router GRouter B的鏈路。從Router ARouter GIGP路由選擇則為Router ALSP Router BRouter G

2.10  MPLS L3/L2 VPN Over TE

TE也可以支持目前主流的MPLS L3/L2 VPN應用。TE隧道可以作為VPN應用的公網隧道,為VPN用戶提供帶寬保證。

MPLS TE技術實現方案

以下四個功能配合使用,可以實現MPLS TE

l              信息發布:負責搜集網絡信息,通過IS-IS/OSPF TE來實現。

l              路徑選擇:負責路徑的計算,通過CSPF來實現。

l              信令協議:通過RSVP TECR-LDP協議建立LSP

l              數據轉發:實現MPLS轉發。

圖12 MPLS TE實現框架

3.1  信息發布

除了網絡的拓撲信息外,流量工程還需要知道網絡上各鏈路和TE相關屬性以及負載信息。為此,信息發布功能通過對現有的IGP進行擴展,來發布鏈路狀態信息,包括最大鏈路帶寬、最大可預留帶寬、當前預留帶寬、鏈路顏色等。這些承載的信息,借助於IGP得以在網絡上泛洪,在需要進行CSPF計算的設備上形成流量工程(TE)使用的鏈路狀態數據庫TEDB。和普通OSPF LSDB數據庫類似,TEDB數據庫中不僅收集了網絡拓撲信息,還增加了TE所關心的鏈路屬性,使用TEDB可以監控整個網絡中使能了TE功能的鏈路狀態,並通過CSPF算法計算出以自己為根節點的、基於限製的到目的網絡的路徑。

對於OSPF協議而言,它使用Type 91011三種類型Opaque LSA來承載TE相關的鏈路屬性。接口上的TE相關屬性變化會及時通過這三類LSA更新並泛洪到OSPF的其它鄰居,最終在每個運行TELSR上形成TEDB。通常,使用Type 10LSA在一個Area內部承載並泛洪擴展的鏈路屬性信息。

同樣的,對於標準的IS-IS協議,也對其進行擴展來承載TE所需要的各種信息。ISRouter)通過IS-IS Link State Protocol Data UnitsLSPs)發布路由信息,在LSP中增加新的TLV用於承載構建TE Tunnel所用的鏈路附加信息,例如,TLV Type 22為擴展IS可達TLVTLV Type 134TE Router ID TLVTLV Type 135為擴展IP可達TLV

通過IGP擴展,在每個路由器上維護網絡的鏈路屬性和拓撲屬性,並泛洪形成TEDB,利用TEDB,可以計算出滿足各種約束的路徑。

3.2  路徑選擇

MPLS TE利用CSPF算法,根據通過IS-IS TEOSPF TE擴展產生的TEDB,計算符合帶寬、顏色、搶占/保持優先級、顯示路徑等約束條件的路徑。

CSPF是一種改進的最短路徑優先算法,在計算通過網絡的最短路徑時,將特定的約束也考慮進去。CSPF基於資源的可用性和所選部分是否違反用戶策略約束,在當前拓撲結構中刪除不滿足條件的節點和鏈路,然後再通過SPF算法計算出一條滿足約束條件的最短路徑,包括一組LSR地址。

路徑計算的具體過程為:

l              對比TEDB中的每一個鏈路,裁減不滿足帶寬和顏色等要求的鏈路;

l              在剪切以後的拓撲中采用最短路徑算法(SPF算法),得到一條滿足LSP的約束條件的最短路徑;

l              如果仍有多條路徑,選擇跳數最少的路徑;

l              如果仍有多條路徑,根據配置的負載分擔策略進行選擇。

IS-ISOSPFSPF計算出來的下一跳就是直接的下一跳,每一個路由器都需要運行SPF算法。而CSPF計算的結果是一條滿足約束條件的完全明確的路由,它通常隻在需要建立的LSP的入口點(TE的頭節點)進行計算。在TE的頭節點上,CSPF計算出來的路由被看作邏輯接口,它們可以提供一條到達目的端(TE的尾節點)的LSP,稱為TE TunnelsTraffic Engineering TunnelsTE隧道)。

MPLS信令協議把CSPF計算出來的完全明確路徑通過信令中的明確路徑傳到下遊節點,沿著路徑中的LSR建立TE隧道。TE隧道建立成功以後,把需要進入這個TE隧道的IP包在TE隧道入節點打上相應的MPLS標簽,沿著TE隧道進行MPLS轉發,直到到達TE隧道的出口。

3.3  信令協議

信令協議用來預留資源,建立LSPComware支持RSVP-TECR LDP兩種動態信令協議,還支持靜態CR-LSPRSVP-TECR LDP這兩種信令都使用DoD模式(下遊設備按需分配)進行標簽發布。通過信令協議可以實現LSP的建立、顯式路由、資源信息攜帶等功能。

3.3.1  RSVP-TE

1. RSVP-TE概述

RSVP是為Integrated Service模型而設計的,用於在一條路徑的各節點上進行資源預留。RSVP工作在傳輸層,但不參與應用數據的傳送,是一種Internet上的控製協議,類似於ICMP

RSVP經擴展後可以支持MPLS標簽的分發,並在傳送標簽綁定消息的同時攜帶資源預留信息,這種擴展後的RSVP稱為RSVP-TE,作為一種信令協議用於在MPLS TE中建立LSP隧道,可以實現:

l              TE LSP的建立和維護

l              TE LSP路徑的拆除

l              錯誤通告

2. RSVP-TE基本概念

(1)        軟狀態

“軟狀態”是指在RSVP中,通過消息的定時刷新來維持節點上保存的資源預留狀態。

資源預留狀態包括由路徑狀態(Path State)和預留狀態(Reservation State)。這兩種狀態分別由Path消息和Resv消息定時刷新。對於某個狀態,如果連續一定的次數沒有收到刷新消息,這個狀態將被刪除,TE LSP也會被刪除。

(2)        資源預留類型

資源預留類型(Reservation Style)是指RSVP-TE協議在建立的LSP時,預留帶寬資源的方式。TE LSP使用的資源預留方式,由隧道的首端決定,並通過RSVP協議在路徑上的各個節點實現。

Comware支持以下兩種預留類型:

l              FFFixed-Filter style):固定過濾器類型。為每個發送者單獨預留資源,不能與同一會話中其他發送者共享資源。

l              SEShared-Explicit style):共享顯式類型。為同一個會話的發送者建立一個預留,可以共享資源。

SE資源預留方式主要用於中斷前建立(make-before-break)。

3. make-before-break

make-before-break是指一種可以在盡可能不丟失數據,也不占用額外帶寬的前提下改變MPLS TE隧道屬性的機製。

圖13 make-before-break示意圖

13中,假設需要建立一條Router ARouter D的路徑,保留30M帶寬,開始建立的路徑是Router ARouter BRouter CRouter D

現在希望將帶寬增大為40MRouter ARouter BRouter CRouter D路徑不能滿足要求。而如果選擇Router ARouter ERouter CRouter D,則Router CRouter D也存在帶寬不夠的問題。

采用make-before-break機製,新建立的路徑在Router CRouter D可以共享原路徑的帶寬,新路徑建立成功後,流量轉到新路徑上,之後拆除原路徑。

4. RSVP-TE消息類型

RSVP-TE使用RSVP的消息類型,並進行了擴展。RSVP使用以下消息類型:

l              Path消息:由發送者沿數據報文傳輸的方向向下遊發送,在沿途所有節點上保存路徑狀態。

l              Resv消息:由接收者沿數據報文傳輸的方向逆向發送,在沿途所有節點上進行資源預留的請求,並創建和維護預留狀態。

l              PathTear消息:此消息產生後馬上向下遊發送,並立即刪除沿途節點的路徑狀態和相關的預留狀態。

l              ResvTear消息:此消息產生後馬上向上遊發送,並立即刪除沿途節點的預留狀態。

l              PathErr消息:如果在處理Path消息的過程中發生了錯誤,就會向上遊發送PathErr消息,PathErr消息不影響沿途節點的狀態,隻是把錯誤報告給發送者。

l              ResvErr消息:如果在處理Resv消息的過程中發生了錯誤,或者由於搶占導致預留被破壞,就會向下遊節點發送ResvErr消息。

l              ResvConf消息:該消息發往接收者,用於對預留消息進行確認。

RSVPTE擴展主要是在Path消息和Resv消息中增加新的對象,新增對象除了可以攜帶標簽綁定信息外,還可以攜帶對沿途LSR尋徑時的限製信息,從而支持LSP約束路由的功能,並支持快速重路由FRRFast ReRoute)。

5. 建立LSP隧道

14是使用RSVP建立LSP隧道的示意圖。

圖14 RSVP建立LSP隧道

使用RSVP建立LSP隧道的過程可以簡單描述為:

(1)          Ingress上依據TE隧道所配置的約束,如指定路徑、帶寬約束、鏈路著色等條件通過CSPF計算得出CR-LSP隧道所要經過的路徑。
(2)          Ingress LSR產生攜帶相應帶寬預留信息和路徑信息的Path消息,依據計算的路徑向Egress LSR方向發送。Path消息經過的LSR,都依據Path消息生成路徑狀態。
(3)          Egress LSR收到Path消息後,產生攜帶預留信息和標簽的Resv消息,沿Path消息發送的相反路徑逐跳返回Ingress LSR。同時,Resv消息在沿途的LSR上預留資源,並生成預留狀態,生成標簽交換路徑;
(4)          Ingress LSR收到Resv消息時,CR-LSP建立成功。

采用RSVP-TE建立的CR-LSP具有資源預留功能,沿途的LSR可以為該CR-LSP分配一定的資源,使在此LSP上傳送的業務得到保證。

6. LSP隧道的維護

由於RSVP是軟狀態協議,因此需要定時發送消息來維護路徑和預留狀態,從而實現LSP隧道的維護。

RSVP是通過Refresh消息完成刷新,這並不是一種新的消息,它是將以前發布過的消息的再次傳送。Refresh消息中攜帶的主要信息和傳送時使用的路徑都與它要刷新的消息完全一致。Refresh消息隻能刷新Path消息和Resv消息。CR-LSP路徑上各節點間的消息刷新是獨立的,即並不需要Ingress LSR或者Egress LSR定時發送消息來觸發。

由於Refresh消息是定時發送的,當網絡中的RSVP會話比較多時,Refresh消息會加重網絡負載;而對於時延敏感的應用,當消息丟失時,等待通過Refresh消息恢複的時間可能無法接受。簡單地調整刷新間隔並不能同時解決這兩類問題。

用於解決Refresh消息帶來的上述問題,定義了幾種新的擴展機製。

(1)          Message_ID擴展

RSVP本身使用Raw IP發送消息,Message_ID擴展機製增加了可以在RSVP消息中攜帶的對象,其中,Message_IDMessage_ID_ACK對象用於RSVP消息確認,從而提高RSVP消息發送的可靠性。

在接口使能Message_ID機製後,可以配置重傳功能,設定RSVP消息的重傳參數。如果在重傳時間間隔內(假設為Rf秒),沒有收到應答消息ACK,經過(1Delta)×Rf秒後,將重傳此消息。Delta決定發送方增加重傳間隔的速率。重傳將一直持續到收到一個ACK消息或達到增量值RI

(2)          摘要刷新擴展

摘要刷新SrefreshSummary Refresh)可以不傳送標準的PathResv消息,而仍能實現對RSVP的狀態刷新。從而可以減少網絡上的Refresh消息流量,並加快節點對這類消息的處理速度。

在連接兩個鄰居路由器的接口上使能Srefresh可以減少開銷,提高性能。

摘要刷新擴展需要與Message_ID擴展配合使用。隻有那些已經被包含Message_ID對象的PathResv消息發布過的狀態才能使用摘要刷新擴展機製刷新。

3.3.2  CR-LDP

如同前麵介紹的RSVP協議擴展後支持TE相同,為了使LDP協議可以作為信令協議建立TE LSP Tunnel,必須進行擴展。擴展後的CR LDP可以配合MPLS一起支持對經過網絡的流量進行基於約束的路由(Constraint-based routing)。普通的LSP隻是簡單的基於路由表建立或者由管理員分配,而CR-LSP是在網絡的邊緣基於一些標準進行計算出來的,這些用於計算的標準包含路由表但是不完全依賴路由表信息。這樣設計的目的就是更關注於LSP的其他特殊特性,比如一定的預留帶寬、著色等。

使用CR-LDP建立LSP隧道的過程如15所示。

圖15 CR-LDP建立LSP隧道

使用CR-LDP建立的過程簡略描述如下:

(1)          利用LDP協議在LSR之間建立LDP會話。
(2)          Ingress上依據TE隧道所配置的約束,如指定路徑、帶寬約束、鏈路著色等條件通過CSPF計算得出CR-LSP隧道所要經過的路徑。
(3)          Ingress LSR產生攜帶相應的帶寬預留信息和路徑信息TLVLable Request消息,依據計算的路徑向下遊LSR方向發送;
(4)          下遊的LSR收到Lable Request消息後,依據消息中的TLV繼續向下遊LSR發送Lable Request消息直至Egress
(5)          Egress上確認資源預留並向上遊發送Mapping消息。
(6)          Mapping消息逐跳向上遊發送的過程也是CR-LSP資源預留的過程,當Mapping消息抵達Ingress後,CR-LSP建立成功。

3.4  數據轉發

對於MPLS轉發,LSP建立後,流量就會在LSP的入口節點根據分配好的標簽通過這條LSP進行轉發。對應到相同標簽的報文的集合被稱作同一個FEC。一般情況下,是根據報文的網絡層目的地址劃分FEC。屬於相同FEC的報文在MPLS網絡中將獲得完全相同的處理。在TE流量轉發中,需要通過同一隧道轉發的報文集合也可以稱之為FEC。目前,可以通過三種方式實現流量通過TE隧道進行轉發:靜態路由指定、策略路由指定和自動路由發布。

1. 靜態路由指定

靜態路由指定,是最簡便的方法。因為TE Tunnel的接口地址在網絡中沒有任何實際意義,所以,通常情況下不會發布到IGP中。在TE Tunnel的頭節點定義一條到達目的網絡地址通過TE Tunnel接口的靜態路由,就可以把流量引入到TE Tunnel上進行轉發。

2. 策略路由指定

策略路由指定是指在TE Tunnel的頭節點通過ACL匹配需要從TE Tunnel轉發的流量,並定義策略路由:如果匹配該流量,則將下一跳的接口指向TE Tunnel的接口。在流量的入接口應用策略路由,實現通過TE Tunnel轉發流量。

3. 自動路由發布

自動路由發布是指將TE Tunnel的接口發布到IGP路由中,參與路由的計算,在路由表中體現為通過隧道路由到達隧道末端。這樣,到達隧道末端的流量都會通過TE隧道轉發。自動路由發布的詳細介紹請參見“2.9  自動路由發布”。

典型組網應用

4.1  帶寬保證

如果網絡中兩點間的不同業務要求不同的帶寬保證,可以通過部署到同一目的地的多條TE隧道,實現為每種業務提供獨立的帶寬保證。

16IngressEgress之間存在數據和語音兩種業務,通過建立TE隧道分別為兩種業務提供服務,為語音業務提供帶寬保證,讓數據業務通過其他路徑轉發,避免數據與語音經過相同的路徑造成擁塞。

圖16 帶寬保證

16中從IngressEgress存在兩條鏈路,在低延遲鏈路上建立Tunnel 2,在另一鏈路上建立Tunnel 1。從IngressEgress上的語音業務流量通過Tunnel 2上傳輸,在Tunnel 1上實現數據流量的傳輸。

4.2  提供保護功能

保護功能包括:

l              通過FRR對網絡中的關鍵節點或鏈路進行保護,從而實現對通過關鍵節點的流量的保護,如17

 

圖17 MPLS FRR組網

l              通過建立備份隧道方式,配合MPLS OAM實現路徑保護。如18,為Tunnel 2建立備份路徑Tunnel 1,當通過MPLS OAM檢測到Tunnel 2發生故障時,可以將通過Tunnnel 2的流量切換到備份路徑Tunnel 1上。

圖18 備份隧道保護

4.3  TE隧道與MPLS VPN結合

建立的域內或跨域的TE隧道可以應用於MPLS VPN1920。對於MPLS L2VPN/L3VPNTE隧道作為其公網隧道可以為其提供帶寬保證。TE隧道也可以將不同VPN業務隔離到不同的隧道中,提供不同的帶寬保證和QoS服務。

圖19 VPN over TE組網

圖20 VPN over TE組網(跨域)

參考文獻

l              RFC 2205Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -- Version 1 Functional Specification

l              RFC 2209Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -- Version 1 Message Processing Rules

l              RFC 3209RSVP-TE: Extension to RSVP for LSP Tunnels

l              RFC 3210Applicability Statement for Extension to RSVP for LSP Tunnels

l              RFC 3212Constraint-Based LSP Setup using LDP

l              RFC 3213Applicability Statement for CR-LDP

l              RFC 3214LSP Modification Using CR-LDP

l              RFC 4090Fast Reroute Extensions to RSVP-TE for LSP Tunnels

l              RFC 2747RSVP Cryptographic Authentication

l              RFC 2961RSVP Refresh Overhead Reduction Extensions

 

 

 

 

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