MPLSTE 技术白皮书(H3C)


MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第1页,共26页 MPLS TE技术白皮书 关键词:MPLS,MPLS TE,RSVP TE,CR LDP,CSPF,OSPF TE,IS-IS TE 摘 要:本文介绍了MPLS TE的技术特色和H3C的实现方案,并给出了相关的组网应用。 缩略语: 缩略语 英文全名 中文解释 BFD Bidirectional Forwarding Detection 双向转发检测 CR LDP Constraint-based Routing LDP 基于约束路由的LDP CSPF Constraint-based Shortest Path First 受约束的最短路径优先算法 FEC Forwarding Equivalence Class 转发等价类 FRR Fast ReRoute 快速重路由 IGP Interior Gateway Protocol 内部网关协议 IS-IS Intermediate System-to-Intermediate System intra-domain routing information exchange protocol 中间系统到中间系统的域内路由信息交换 协议 LDP Label Distribution Protocol 标签分发协议 LSP Label Switched Path 标签交换路径 L3VPN Layer 3 VPN 三层VPN L2VPN Layer 2 VPN 二层VPN MPLS MultiProtocol Label Switching 多协议标签交换 MPLS TE MPLS Traffic Engineering MPLS流量工程 OSPF Open Shortest Path First 开放路径最短优先 RSVP Resource reSerVation Protocol 资源预留协议 RSVP-TE RSVP Traffic Engineering extension protocol RSVP流量工程扩展协议 TEDB Traffic Engineering DataBase 流量工程数据库 TE Traffic Engineering 流量工程 VPN Virtual Private Network 虚拟私有网 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第2页,共26页 目 录 1 概述 .......................................................................................................................................4 1.1 传统路由的问题 ...........................................................................................................4 1.2 流量工程的解决办法 ....................................................................................................4 1.3 MPLS TE技术优势.......................................................................................................5 2 MPLS TE技术特色.................................................................................................................6 2.1 静态LSP隧道建立 ........................................................................................................6 2.2 显式路径 ......................................................................................................................7 2.2.1 严格显式路径.....................................................................................................7 2.2.2 松散显式路径.....................................................................................................8 2.2.3 严格与松散混合 .................................................................................................8 2.3 链路着色 ......................................................................................................................9 2.4 优先级与抢占...............................................................................................................9 2.4.1 优先级................................................................................................................9 2.4.2 抢占 .................................................................................................................10 2.5 隧道优化 ....................................................................................................................10 2.6 隧道备份 ....................................................................................................................11 2.7 快速重路由.................................................................................................................12 2.7.1 FRR可以解决的问题........................................................................................12 2.7.2 FRR切换所需的时间........................................................................................13 2.7.3 FRR的局限性...................................................................................................14 2.8 自动带宽调节.............................................................................................................14 2.9 自动路由发布.............................................................................................................14 2.9.1 自动路由(IGP Shortcut) ..............................................................................15 2.9.2 转发邻接(Forwarding Adjacency)................................................................15 2.10 MPLS L3/L2 VPN Over TE ......................................................................................15 3 MPLS TE技术实现方案........................................................................................................16 3.1 信息发布 ....................................................................................................................16 3.2 路径选择 ....................................................................................................................17 3.3 信令协议 ....................................................................................................................18 3.3.1 RSVP-TE.........................................................................................................18 3.3.2 CR-LDP ...........................................................................................................22 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第3页,共26页 3.4 数据转发 ....................................................................................................................23 4 典型组网应用 .......................................................................................................................23 4.1 带宽保证 ....................................................................................................................23 4.2 提供保护功能.............................................................................................................24 4.3 TE隧道与MPLS VPN结合..........................................................................................25 5 参考文献 ..............................................................................................................................26 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第4页,共26页 1 概述 1.1 传统路由的问题 路由器根据传统路由协议计算出的最短路径转发流量,即使某条路径发生拥塞,也 不会将流量切换到其他的路径上。在网络流量比较小的情况下,这种问题不是很严 重,但是随着Internet的应用越来越广泛,传统的最短路径优先的路由问题暴露无 遗。 图1 传统路由问题 如图1中所示,假设每条链路的Metric值相同,则从Router A到Router H的最短路 径为Router A-Router C-Router G-Router F-Router H。尽管存在Router C- Router D-Router E-Router F-Router H这条路径,但是流量转发只会从最短路 径Router A-Router C-Router G-Router F-Router H上经过。这样就有可能形 成一条路径Router A-Router C-Router G-Router F-Router H过载,一条链路 Router A-Router C-Router D-Router E-Router F-Router H闲置。 可以通过负载分担,即修改Metric值使得到达同一目的地存在多条开销相同路由的 方法,解决上述问题。但是这种方法可能会引起其他链路拥塞。在拓扑复杂的网络 中,Metric值的调整更加困难,一条链路的改动可能会引起多条路由变动。 1.2 流量工程的解决办法 通过流量工程,服务提供商可以精确地控制流量流经的路径,从而可以避开拥塞的 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第5页,共26页 节点,解决一部分路径过载,另一部路径空闲的问题,使现有的带宽资源得到充分 利用。如图2所示,从Router A到Router H存在两条路径:Router A-Router C- Router G-Router F-Router H和Router A-Router C-Router D-Router E- Router F-Router H,前者的带宽为40M,后者的带宽为100M。流量工程可以根 据带宽等因素合理地分配流量,从而有效地避免链路拥塞。例如,Router A到 Router H存在两种业务,流量分别为40M和70M,流量工程可以把前者分配到带宽 为40M的路径上,将后者分配到带宽为100M的路径上。 1 1 11 1 Router C 40M带宽 Router F Router H Router D Router E 40M流量 70M流量 100M带宽 Router G Router A 图2 建立流量工程的网络 流量工程关注网络整体性能的优化,其主要目标是方便地提供高效、可靠的网络服 务,优化网络资源的使用,优化网络流量。流量工程分两个层面:一是面向流量 的,关注如何提高网络的服务质量;二是面向资源的,关注如何优化网络资源的使 用,最主要是带宽资源的有效利用。通过实施流量工程,可以减少网络的管理成 本,使网络资源充分有效的使用,可以在网络拥塞或者抖动的情况下动态调节资 源,同时还可以实现增值服务和附加业务。 1.3 MPLS TE技术优势 流量工程可以通过在IGP上使用重叠模型来实现,如IP over ATM、IP over FR等。 重叠模型在网络的物理拓扑结构之上提供了一个虚拟拓扑结构,从而扩展了网络设 计的空间,为支持流量与资源控制提供了许多重要功能,可以实现多种流量工程策 略。然而,由于协议之间往往存在很大差异,重叠模型在可扩展性方面存在不足。 为了在大型骨干网络中部署流量工程,必须采用一种可扩展性好、简单的解决方 案。MPLS TE就是为这一需求而提出的。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第6页,共26页 MPLS本身具有一些不同于IGP的特性,其中就有实现流量工程所需要的,例如: z MPLS 支持显式 LSP 路由; z LSP 较传统单个 IP 分组转发更便于管理和维护; z CR-LDP 可以容易地集成约束路由,实现流量工程的各种策略; z 基于 MPLS 的流量工程的资源消耗较其它实现方式更低。 MPLS TE结合了MPLS技术与流量工程,具备以下优势: z 在建立 LSP 隧道的过程中,可以预留资源,保证服务质量; z LSP 隧道有优先级、抢占等多种属性,可以方便地控制 LSP 隧道的行为; z 通过备份路径和快速重路由技术,在链路或节点失败的情况下,提供保护; z 建立 LSP 隧道的负荷小,不会影响网络的正常业务。 正是这些优势,使得MPLS TE成为非常吸引人的流量工程方案。通过MPLS TE技 术,服务提供商能够充分利用现有的网络资源,提供多样化的服务。同时可以优化 网络资源,进行科学的网络管理。 2 MPLS TE技术特色 MPLS TE具有以下特点: z 支持静态建立 LSP 隧道 z 支持显式路径建立 LSP 隧道 z 支持链路着色 z 支持 LSP 隧道优先级 z 支持 LSP 隧道抢占 z 支持 LSP 隧道的优化 z 支持 LSP 隧道的备份 z 支持快速重路由 z 支持自动带宽调节 z 支持自动路由发布 z 支持 MPLS L2VPN 和 MPLS L3VPN 2.1 静态LSP隧道建立 类似于在路由中,静态路由不需要路由协议,而是逐跳配置。静态LSP隧道是指不 需要动态信令协议(LDP、CR-LDP、RSVP-TE),通过在隧道经过的每个路由器 上配置资源、标签等信息,而建立的LSP隧道。这种方式建立的LSP不受信令的影 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第7页,共26页 响,只要不删除,一直存在,最为稳定。 2.2 显式路径 通过显式路径技术,可以指定到达某个目的地所必须经过的路径、不经过的路径 等。将显示路径作为约束条件,可以动态计算出所规划的LSP路径。 2.2.1 严格显式路径 图3 严格显式路径 所谓的严格显式路径,就是下一跳与前一跳直接相连。 通过严格显式路径,可以最精确地控制LSP所经过的路径。在图3中,“Router B strict”表示该LSP必须经过Router B,并且Router B的前一跳是Ingress LSR (Router A),“Router C strict”表示该LSP必须经过Router C,并且Router C 的前一跳是Router B。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第8页,共26页 2.2.2 松散显式路径 图4 松散显式路径 松散方式可以指定路径上必须经过哪些节点,但是该节点和前一跳之间可以存在其 他路由器。在图4中,“Router E loose”表示该LSP必须经过Router E,但是 Router E与Ingress LSR(Router A)之间可以经过多个路由器,不必直接相连。 2.2.3 严格与松散混合 图5 混合显示路径 严格方式与松散方式可以混合使用。在图5中,“Router B strict”表示该LSP必须 经过Router B,并且Router B与Ingress LSR(Router A)必须直接相连; “Router E loose”表示该LSP必须经过Router E,但是Router E与Router B之间 可以经过多个路由器,不必直接相连。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第9页,共26页 2.3 链路着色 通过赋予链路以颜色属性,可以帮助选择链路。每条链路最多支持32种颜色。在指 定路径时,可以增加一种颜色的约束,要求所经历的路径是某种颜色,或要求所经 历的路径不是某种颜色。 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D Bronze Bronze Bronze Bronze Egress Ingress 图6 链路着色 在图6中,LSP要求所经历的路径的颜色不能是Bronze,在进行路径计算时,就会 把链路属性为Bronze的链路删掉,然后计算,从而避开这种属性的链路。 2.4 优先级与抢占 2.4.1 优先级 LSP隧道有一个建立优先级,一个保持优先级。优先级的范围从0到7,7为最低优 先级。需要建立多个LSP隧道的情况下,建立优先级高的LSP隧道优先占有资源、 优先建立。当带宽等资源不够时,保持优先级低的、已建立的LSP隧道的带宽资源 可能被一个建立优先级高的并且资源不够的LSP隧道抢占。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第10页,共26页 2.4.2 抢占 图7 LSP抢占 图7标明了链路的带宽(假设两个方向的带宽相同),每个链路的Metric值都相 同。存在两条TE隧道,Tunnel1:Router A-Router B-Router E,带宽需求为 155M,优先级为0;Tunnel2:Router C-Router B-Router F,带宽需求为 155M,优先级为7。 假设Router B-Router E的链路down了,Router B通过信令通知Router A链路错 误,Router A会计算出新的路径Router A-Router B-Router F-Router E。显然 链路Router B-Router F的带宽不够Tunnel1、Tunnel2共同使用,Tunnel2会被抢 占。新的Tunnel1建立过程为: (1) Path消息沿着Router A-Router B-Router F-Router E发送,Resv消息沿 着Router E-Router F-Router B-Router A发送。 (2) 当Resv消息从Router F发送到Router B时,发生抢占。Router B会拆除 Tunnel2,往Router F发PathTear消息,往Router C发送ResvTear消息。 Tunnel2上如果存在流量,这个拆除将会导致流量的丢失。可以通过make-before- break机制,在拆除Tunnel2之前为其建立新的隧道,从而避免流量丢失。 2.5 隧道优化 流量工程一个主要的目标就是优化网络上流量的分布。隧道建立之后,可以根据网 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第11页,共26页 络上的带宽变化、流量变化、管理策略变化等对已经建立的LSP隧道进行优化。 对于某条隧道而言,当发现更优的路径时进行优化。所谓更优,至少需要满足 Metric值小、跳数更小并且不会引起抢占等条件。 在优化时,用户的业务流不中断是非常重要的。即新的LSP隧道必须先建立,业务 在旧的LSP隧道被拆除前切换到新的LSP隧道上。在新旧LSP隧道共享的链路上, 由于旧的LSP隧道使用的资源不能在新的LSP隧道建立前释放,共享链路上资源不 能被重复计算,否则可能会由于资源缺乏而导致新的LSP隧道无法建立。 RSVP-TE信令的SE预留风格能够非常好的解决这个问题,SE预留风格允许新旧的 LSP隧道共享资源,使新的LSP隧道不会因为链路资源缺乏而必须等到旧的LSP隧 道拆除才能完成。 2.6 隧道备份 对于重要的LSP隧道,需要进行备份。可以为一条CR-LSP隧道创建备份的CR- LSP。作为流量保护的一个重要组成部分,在主LSP隧道失败后,系统可以把业务 流量切换至备份隧道上,当主CR-LSP恢复时,再把业务切换回来。 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D 主CR-LSP EgressIngress 备CR-LSP 图8 LSP及其备份 1. 主隧道LSP(Primary LSP) 主隧道LSP是期望的最优的路径,它是隧道备份的对象。主隧道LSP失败后,流量 会切换,然后发起重建主隧道LSP。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第12页,共26页 2. 热备份隧道LSP(Hot-standby LSP) 热备份隧道LSP在主隧道LSP建成之后,发起建立。当主隧道LSP失败消息传到入 口路由器后,流量会切换到热备份隧道LSP。当主隧道LSP恢复后,将流量切换回 去。 热备份通过建立额外的LSP,消耗成倍的资源,来保证主隧道发生故障时快速进行 切换。热备份适用于对时延敏感的业务。 3. 普通备份隧道LSP(Ordinary backup LSP) 普通备份隧道LSP在主隧道LSP失败消息传到入口路由器后,发起建立。建立成功 后,将流量切换到该隧道LSP上。当主隧道LSP恢复后,将流量切换回去。 普通备份中备份隧道和主隧道通过的路径不同,从而绕过可能的失效链路。但是由 于没有提早建立备份隧道,普通备份的切换速度较慢,适用于对时延不敏感的业 务。 2.7 快速重路由 2.7.1 FRR可以解决的问题 快速重路由(Fast ReRoute),也称为快速恢复(Fast RestorRation),是MPLS TE中用于链路保护和节点保护的机制。 当CR-LSP链路或者节点失效时,在发现失败的节点上进行保护,这样可以允许流 量继续从保护链路或者节点的隧道中通过以使得数据传输不至于中断。同时头节点 就可以在数据传输不受影响的同时继续发起主隧道的重建。FRR的最终目的就是利 用Bypass隧道绕过失败的链路或者节点从而达到保护主路径的功能。FRR快速恢 复的时间小于50毫秒,这是一些时延敏感的业务如VoIP等可以容忍的范围。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第13页,共26页 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D EgressIngress 图9 快速重路由 图9中,主隧道LSP路径为Router A-Router B-Router D-Router F-Router G。隧道Router A-Router C-Router D对节点Router B及对链路Router A- Router B进行保护,隧道Router B-Router C-Router F对节点Router D及对链路 Router B-Router D进行保护,隧道Router D-Router C-Router E-Router G对 节点Router F及对链路Router D-Router F进行保护。当链路Router B-Router D 发生故障后,流量则通过Router A-Router B-Router C-Router F-Router G。 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D EgressIngress 图10 Router B-Router D链路失败后的流量切换 2.7.2 FRR切换所需的时间 快速重路由需要的时间由两部分组成: z 一部分是链路/节点失效的检测时间,可以通过硬件检测、BFD 或 RSVP hello 来进行检测。检测的时间相差比较大,SDH/SONET 链路失效比 GE 链 路失效检测快,而节点失效检测则比链路失效检测更慢。失效检测速度从高 到低依次为硬件检测、BFD 检测和 RSVP hello 检测。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第14页,共26页 z 另一部分是切换流量的时间,该时间主要由 CPU 以及系统的负载程度来决 定。 2.7.3 FRR的局限性 FRR的保护是一种临时性措施,因为它可能无法提供足够的带宽等资源,或者会给 其他链路带来拥塞。在被保护LSP恢复正常后,FRR将不起作用。 FRR的Bypass隧道不能够提供首尾节点的保护,这种保护可以通过前面介绍的备 份LSP来实现。 另外,同时有多个链路/节点失败的情况下,FRR本身也可能失效。 2.8 自动带宽调节 建立LSP隧道时,会为其分配一定的带宽。在基于以往该LSP隧道上的流量统计基 础上,自动带宽分配技术允许对该隧道占用的带宽进行调节,这种调节不会影响当 前通过隧道的流量。 通过定时(比如5分钟)采样,可以获得在一个采样周期通过该隧道的平均带宽。 通过一段时间(比如24小时)的多次采样然后,获得采样的最大值,然后用其作为 带宽,发起建立一条新的LSP隧道。建立成功后,将流量切换到新的LSP隧道上, 同时拆除原来的LSP隧道;如果建立不成功,则流量继续沿原来的LSP隧道转发, 在下一个采样周期结束后再做调节。 为了减少不必要的调节,可以配置调节阈值。只有本次的最大平均带宽与上次的最 大平均带宽变化百分比达到一定的阈值,才发起调节。同时,还可以配置带宽的最 小值和最大值,所调节的带宽必须在这个范围之内。 2.9 自动路由发布 自动路由发布包括IGP Shortcut和Forwarding Adjacency两种方式,他们的原理都 是使TE Tunnel接口参与IGP SPF计算。在TE Tunnel的头节点,TE Tunnel可以看 作他的直连接口,配置合适的Metric,使TE Tunnel远端(TE尾节点后面的网络) 在路由表中体现为通过TE Tunnel进行转发,也就是说使用CR-LSP作为出接口。 在这种应用中,CR-LSP被看做点到点链路。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第15页,共26页 2.9.1 自动路由(IGP Shortcut) 在IGP Shortcut应用中,使能此特性的路由器使用CR-LSP作为出接口,但它不将 这条链路发布给邻居路由器,因此,其他路由器的路由表中不存在这条路由信息, 当然也不能使用。 2.9.2 转发邻接(Forwarding Adjacency) 自动路由是基于单个路由器的,只有入口路由器才可以在IGP计算中利用该TE隧 道。比如在图11中,IGP Shortcut只能在IGP计算Router B到其他节点的路由时使 用LSP隧道Router B-Router G。而在计算Router A到Router G的路由时,尽管使 用LSP隧道Router B-Router G的Metric为20,小于Router A-Router C-Router E-Router G的Metric 30,但是由于Router A不知道该LSP的存在,Router A到 Router G的路由计算不能使用该隧道。 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D EgressIngress 10 10 10 10 10 10 10 1010 图11 自动路由发布 使能Forwarding Adjacency特性的路由器在使用CR-LSP作为出接口的同时,为了 取得全网最优的路径,也将这条CR-LSP作为一条普通的LSA/LSP发布给邻居路由 器,宣告该隧道的存在。通过宣告这个单向的链路,在链路状态数据库中维护这些 链路状态。同时为了SPF的双向需求,需要一个从Router G到Router B的链路。从 Router A到Router G的IGP路由选择则为Router A-LSP Router B-Router G。 2.10 MPLS L3/L2 VPN Over TE TE也可以支持目前主流的MPLS L3/L2 VPN应用。TE隧道可以作为VPN应用的公 网隧道,为VPN用户提供带宽保证。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第16页,共26页 3 MPLS TE技术实现方案 以下四个功能配合使用,可以实现MPLS TE: z 信息发布:负责搜集网络信息,通过 IS-IS/OSPF TE 来实现。 z 路径选择:负责路径的计算,通过 CSPF 来实现。 z 信令协议:通过 RSVP TE 或 CR-LDP 协议建立 LSP。 z 数据转发:实现 MPLS 转发。 图12 MPLS TE实现框架 3.1 信息发布 除了网络的拓扑信息外,流量工程还需要知道网络上各链路和TE相关属性以及负 载信息。为此,信息发布功能通过对现有的IGP进行扩展,来发布链路状态信息, 包括最大链路带宽、最大可预留带宽、当前预留带宽、链路颜色等。这些承载的信 息,借助于IGP得以在网络上泛洪,在需要进行CSPF计算的设备上形成流量工程 (TE)使用的链路状态数据库TEDB。和普通OSPF LSDB数据库类似,TEDB数 据库中不仅收集了网络拓扑信息,还增加了TE所关心的链路属性,使用TEDB可以 监控整个网络中使能了TE功能的链路状态,并通过CSPF算法计算出以自己为根节 点的、基于限制的到目的网络的路径。 对于OSPF协议而言,它使用Type 9、10、11三种类型Opaque LSA来承载TE相关 的链路属性。接口上的TE相关属性变化会及时通过这三类LSA更新并泛洪到OSPF 的其它邻居,最终在每个运行TE的LSR上形成TEDB。通常,使用Type 10类LSA 在一个Area内部承载并泛洪扩展的链路属性信息。 同样的,对于标准的IS-IS协议,也对其进行扩展来承载TE所需要的各种信息。IS MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第17页,共26页 (Router)通过IS-IS Link State Protocol Data Units(LSPs)发布路由信息,在 LSP中增加新的TLV用于承载构建TE Tunnel所用的链路附加信息,例如,TLV Type 22为扩展IS可达TLV;TLV Type 134为TE Router ID TLV;TLV Type 135为 扩展IP可达TLV。 通过IGP扩展,在每个路由器上维护网络的链路属性和拓扑属性,并泛洪形成 TEDB,利用TEDB,可以计算出满足各种约束的路径。 3.2 路径选择 MPLS TE利用CSPF算法,根据通过IS-IS TE或OSPF TE扩展产生的TEDB,计算 符合带宽、颜色、抢占/保持优先级、显示路径等约束条件的路径。 CSPF是一种改进的最短路径优先算法,在计算通过网络的最短路径时,将特定的 约束也考虑进去。CSPF基于资源的可用性和所选部分是否违反用户策略约束,在 当前拓扑结构中删除不满足条件的节点和链路,然后再通过SPF算法计算出一条满 足约束条件的最短路径,包括一组LSR地址。 路径计算的具体过程为: z 对比 TEDB 中的每一个链路,裁减不满足带宽和颜色等要求的链路; z 在剪切以后的拓扑中采用最短路径算法(SPF 算法),得到一条满足 LSP 的 约束条件的最短路径; z 如果仍有多条路径,选择跳数最少的路径; z 如果仍有多条路径,根据配置的负载分担策略进行选择。 IS-IS或OSPF的SPF计算出来的下一跳就是直接的下一跳,每一个路由器都需要运 行SPF算法。而CSPF计算的结果是一条满足约束条件的完全明确的路由,它通常 只在需要建立的LSP的入口点(TE的头节点)进行计算。在TE的头节点上,CSPF 计算出来的路由被看作逻辑接口,它们可以提供一条到达目的端(TE的尾节点) 的LSP,称为TE Tunnels(Traffic Engineering Tunnels,TE隧道)。 MPLS信令协议把CSPF计算出来的完全明确路径通过信令中的明确路径传到下游 节点,沿着路径中的LSR建立TE隧道。TE隧道建立成功以后,把需要进入这个TE 隧道的IP包在TE隧道入节点打上相应的MPLS标签,沿着TE隧道进行MPLS转发, 直到到达TE隧道的出口。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第18页,共26页 3.3 信令协议 信令协议用来预留资源,建立LSP。Comware支持RSVP-TE和CR LDP两种动态 信令协议,还支持静态CR-LSP。RSVP-TE和CR LDP这两种信令都使用DoD模式 (下游设备按需分配)进行标签发布。通过信令协议可以实现LSP的建立、显式路 由、资源信息携带等功能。 3.3.1 RSVP-TE 1. RSVP-TE概述 RSVP是为Integrated Service模型而设计的,用于在一条路径的各节点上进行资源 预留。RSVP工作在传输层,但不参与应用数据的传送,是一种Internet上的控制协 议,类似于ICMP。 RSVP经扩展后可以支持MPLS标签的分发,并在传送标签绑定消息的同时携带资 源预留信息,这种扩展后的RSVP称为RSVP-TE,作为一种信令协议用于在MPLS TE中建立LSP隧道,可以实现: z TE LSP 的建立和维护 z TE LSP 路径的拆除 z 错误通告 2. RSVP-TE基本概念 (1) 软状态 “软状态”是指在RSVP中,通过消息的定时刷新来维持节点上保存的资源预留状 态。 资源预留状态包括由路径状态(Path State)和预留状态(Reservation State)。 这两种状态分别由Path消息和Resv消息定时刷新。对于某个状态,如果连续一定 的次数没有收到刷新消息,这个状态将被删除,TE LSP也会被删除。 (2) 资源预留类型 资源预留类型(Reservation Style)是指RSVP-TE协议在建立的LSP时,预留带宽 资源的方式。TE LSP使用的资源预留方式,由隧道的首端决定,并通过RSVP协 议在路径上的各个节点实现。 Comware支持以下两种预留类型: MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第19页,共26页 z FF(Fixed-Filter style):固定过滤器类型。为每个发送者单独预留资源,不 能与同一会话中其他发送者共享资源。 z SE(Shared-Explicit style):共享显式类型。为同一个会话的发送者建立一 个预留,可以共享资源。 SE资源预留方式主要用于中断前建立(make-before-break)。 3. make-before-break make-before-break是指一种可以在尽可能不丢失数据,也不占用额外带宽的前提 下改变MPLS TE隧道属性的机制。 Router A Router B Router C Router D Router E 30M 60M 60M 60M40M 图13 make-before-break示意图 在图13中,假设需要建立一条Router A到Router D的路径,保留30M带宽,开始建 立的路径是Router A-Router B-Router C-Router D。 现在希望将带宽增大为40M,Router A-Router B-Router C-Router D路径不能 满足要求。而如果选择Router A-Router E-Router C-Router D,则Router C- Router D也存在带宽不够的问题。 采用make-before-break机制,新建立的路径在Router C-Router D可以共享原路 径的带宽,新路径建立成功后,流量转到新路径上,之后拆除原路径。 4. RSVP-TE消息类型 RSVP-TE使用RSVP的消息类型,并进行了扩展。RSVP使用以下消息类型: z Path 消息:由发送者沿数据报文传输的方向向下游发送,在沿途所有节点上 保存路径状态。 z Resv 消息:由接收者沿数据报文传输的方向逆向发送,在沿途所有节点上进 行资源预留的请求,并创建和维护预留状态。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第20页,共26页 z PathTear 消息:此消息产生后马上向下游发送,并立即删除沿途节点的路径 状态和相关的预留状态。 z ResvTear 消息:此消息产生后马上向上游发送,并立即删除沿途节点的预留 状态。 z PathErr 消息:如果在处理 Path 消息的过程中发生了错误,就会向上游发送 PathErr 消息,PathErr 消息不影响沿途节点的状态,只是把错误报告给发送 者。 z ResvErr 消息:如果在处理 Resv 消息的过程中发生了错误,或者由于抢占导 致预留被破坏,就会向下游节点发送 ResvErr 消息。 z ResvConf 消息:该消息发往接收者,用于对预留消息进行确认。 RSVP的TE扩展主要是在Path消息和Resv消息中增加新的对象,新增对象除了可 以携带标签绑定信息外,还可以携带对沿途LSR寻径时的限制信息,从而支持LSP 约束路由的功能,并支持快速重路由FRR(Fast ReRoute)。 5. 建立LSP隧道 图14是使用RSVP建立LSP隧道的示意图。 图14 RSVP建立LSP隧道 使用RSVP建立LSP隧道的过程可以简单描述为: (1) 在Ingress上依据TE隧道所配置的约束,如指定路径、带宽约束、链路着色等 条件通过CSPF计算得出CR-LSP隧道所要经过的路径。 (2) Ingress LSR产生携带相应带宽预留信息和路径信息的Path消息,依据计算的 路径向Egress LSR方向发送。Path消息经过的LSR,都依据Path消息生成路 径状态。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第21页,共26页 (3) Egress LSR收到Path消息后,产生携带预留信息和标签的Resv消息,沿 Path消息发送的相反路径逐跳返回Ingress LSR。同时,Resv消息在沿途的 LSR上预留资源,并生成预留状态,生成标签交换路径; (4) 当Ingress LSR收到Resv消息时,CR-LSP建立成功。 采用RSVP-TE建立的CR-LSP具有资源预留功能,沿途的LSR可以为该CR-LSP分 配一定的资源,使在此LSP上传送的业务得到保证。 6. LSP隧道的维护 由于RSVP是软状态协议,因此需要定时发送消息来维护路径和预留状态,从而实 现LSP隧道的维护。 RSVP是通过Refresh消息完成刷新,这并不是一种新的消息,它是将以前发布过 的消息的再次传送。Refresh消息中携带的主要信息和传送时使用的路径都与它要 刷新的消息完全一致。Refresh消息只能刷新Path消息和Resv消息。CR-LSP路径 上各节点间的消息刷新是独立的,即并不需要Ingress LSR或者Egress LSR定时发 送消息来触发。 由于Refresh消息是定时发送的,当网络中的RSVP会话比较多时,Refresh消息会 加重网络负载;而对于时延敏感的应用,当消息丢失时,等待通过Refresh消息恢 复的时间可能无法接受。简单地调整刷新间隔并不能同时解决这两类问题。 用于解决Refresh消息带来的上述问题,定义了几种新的扩展机制。 (1) Message_ID扩展 RSVP本身使用Raw IP发送消息,Message_ID扩展机制增加了可以在RSVP消息 中携带的对象,其中,Message_ID和Message_ID_ACK对象用于RSVP消息确 认,从而提高RSVP消息发送的可靠性。 在接口使能Message_ID机制后,可以配置重传功能,设定RSVP消息的重传参 数。如果在重传时间间隔内(假设为Rf秒),没有收到应答消息ACK,经过(1+ Delta)×Rf秒后,将重传此消息。Delta决定发送方增加重传间隔的速率。重传将 一直持续到收到一个ACK消息或达到增量值RI。 (2) 摘要刷新扩展 摘要刷新Srefresh(Summary Refresh)可以不传送标准的Path或Resv消息,而 仍能实现对RSVP的状态刷新。从而可以减少网络上的Refresh消息流量,并加快 节点对这类消息的处理速度。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第22页,共26页 在连接两个邻居路由器的接口上使能Srefresh可以减少开销,提高性能。 摘要刷新扩展需要与Message_ID 扩展配合使用。只有那些已经被包含 Message_ID对象的Path和Resv消息发布过的状态才能使用摘要刷新扩展机制刷 新。 3.3.2 CR-LDP 如同前面介绍的RSVP协议扩展后支持TE相同,为了使LDP协议可以作为信令协议 建立TE LSP Tunnel,必须进行扩展。扩展后的CR LDP可以配合MPLS一起支持 对经过网络的流量进行基于约束的路由(Constraint-based routing)。普通的LSP 只是简单的基于路由表建立或者由管理员分配,而CR-LSP是在网络的边缘基于一 些标准进行计算出来的,这些用于计算的标准包含路由表但是不完全依赖路由表信 息。这样设计的目的就是更关注于LSP的其他特殊特性,比如一定的预留带宽、着 色等。 使用CR-LDP建立LSP隧道的过程如图15所示。 图15 CR-LDP建立LSP隧道 使用CR-LDP建立的过程简略描述如下: (1) 利用LDP协议在LSR之间建立LDP会话。 (2) 在Ingress上依据TE隧道所配置的约束,如指定路径、带宽约束、链路着色等 条件通过CSPF计算得出CR-LSP隧道所要经过的路径。 (3) Ingress LSR产生携带相应的带宽预留信息和路径信息TLV的Lable Request 消息,依据计算的路径向下游LSR方向发送; (4) 下游的LSR收到Lable Request消息后,依据消息中的TLV继续向下游LSR发 送Lable Request消息直至Egress。 (5) 在Egress上确认资源预留并向上游发送Mapping消息。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第23页,共26页 (6) Mapping消息逐跳向上游发送的过程也是CR-LSP资源预留的过程,当 Mapping消息抵达Ingress后,CR-LSP建立成功。 3.4 数据转发 对于MPLS转发,LSP建立后,流量就会在LSP的入口节点根据分配好的标签通过 这条LSP进行转发。对应到相同标签的报文的集合被称作同一个FEC。一般情况 下,是根据报文的网络层目的地址划分FEC。属于相同FEC的报文在MPLS网络中 将获得完全相同的处理。在TE流量转发中,需要通过同一隧道转发的报文集合也 可以称之为FEC。目前,可以通过三种方式实现流量通过TE隧道进行转发:静态 路由指定、策略路由指定和自动路由发布。 1. 静态路由指定 静态路由指定,是最简便的方法。因为TE Tunnel的接口地址在网络中没有任何实 际意义,所以,通常情况下不会发布到IGP中。在TE Tunnel的头节点定义一条到 达目的网络地址通过TE Tunnel接口的静态路由,就可以把流量引入到TE Tunnel 上进行转发。 2. 策略路由指定 策略路由指定是指在TE Tunnel的头节点通过ACL匹配需要从TE Tunnel转发的流 量,并定义策略路由:如果匹配该流量,则将下一跳的接口指向TE Tunnel的接 口。在流量的入接口应用策略路由,实现通过TE Tunnel转发流量。 3. 自动路由发布 自动路由发布是指将TE Tunnel的接口发布到IGP路由中,参与路由的计算,在路 由表中体现为通过隧道路由到达隧道末端。这样,到达隧道末端的流量都会通过 TE隧道转发。自动路由发布的详细介绍请参见“2.9 自动路由发布”。 4 典型组网应用 4.1 带宽保证 如果网络中两点间的不同业务要求不同的带宽保证,可以通过部署到同一目的地的 多条TE隧道,实现为每种业务提供独立的带宽保证。 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第24页,共26页 如图16在Ingress和Egress之间存在数据和语音两种业务,通过建立TE隧道分别为 两种业务提供服务,为语音业务提供带宽保证,让数据业务通过其他路径转发,避 免数据与语音经过相同的路径造成拥塞。 Ingress Egress Tunnel 1 Tunnel 2 图16 带宽保证 在图16中从Ingress到Egress存在两条链路,在低延迟链路上建立Tunnel 2,在另 一链路上建立Tunnel 1。从Ingress到Egress上的语音业务流量通过Tunnel 2上传 输,在Tunnel 1上实现数据流量的传输。 4.2 提供保护功能 保护功能包括: z 通过FRR对网络中的关键节点或链路进行保护,从而实现对通过关键节点的 流量的保护,如 图 17。 Router A 11 Router B Router C Router F Router E Router H Router G Router D EgressIngress 图17 MPLS FRR组网 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第25页,共26页 z 通过建立备份隧道方式,配合MPLS OAM实现路径保护。如 图 18,为 Tunnel 2 建立备份路径Tunnel 1,当通过MPLS OAM检测到Tunnel 2 发生故 障时,可以将通过Tunnnel 2 的流量切换到备份路径Tunnel 1 上。 Ingress Egress Tunnel 1 Tunnel 2 图18 备份隧道保护 4.3 TE隧道与MPLS VPN结合 建立的域内或跨域的TE隧道可以应用于MPLS VPN如图19和图20。对于MPLS L2VPN/L3VPN,TE隧道作为其公网隧道可以为其提供带宽保证。TE隧道也可以 将不同VPN业务隔离到不同的隧道中,提供不同的带宽保证和QoS服务。 图19 VPN over TE组网 MPLS TE技术白皮书 杭州华三通信技术有限公司 www.h3c.com.cn 第26页,共26页 图20 VPN over TE组网(跨域) 5 参考文献 z RFC 2205 : Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -- Version 1 Functional Specification z RFC 2209:Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -- Version 1 Message Processing Rules z RFC 3209:RSVP-TE: Extension to RSVP for LSP Tunnels z RFC 3210:Applicability Statement for Extension to RSVP for LSP Tunnels z RFC 3212:Constraint-Based LSP Setup using LDP z RFC 3213:Applicability Statement for CR-LDP z RFC 3214:LSP Modification Using CR-LDP z RFC 4090:Fast Reroute Extensions to RSVP-TE for LSP Tunnels z RFC 2747:RSVP Cryptographic Authentication z RFC 2961:RSVP Refresh Overhead Reduction Extensions Copyright ©2008 杭州华三通信技术有限公司 版权所有,保留一切权利。 非经本公司书面许可,任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部,并不得以任何形式传播。 本文档中的信息可能变动,恕不另行通知。
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idseaboy

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