MPLS－TE信令協(xié)議對(duì)比分析

程新麗

(武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子電氣工程系，武漢 430074)

MPLS通過(guò)使用標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)提供的QoS服務(wù)，使得其上承載的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)可以得到類似幀中繼(Frame Relay，F(xiàn)R)和異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)專線服務(wù)一樣的服務(wù)品質(zhì)［1］。因此，其在電信運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

在MPLS中引入了一個(gè)新字段－標(biāo)簽，用于作流量分組的轉(zhuǎn)發(fā)決策。盡管標(biāo)簽只具有本地意義，但必須將標(biāo)簽通告給可直達(dá)的對(duì)等體。這一過(guò)程，需要MPLS信令協(xié)議來(lái)完成。從而出現(xiàn)了LDP和RSVP等應(yīng)用于MPLS的標(biāo)簽傳遞協(xié)議。同樣，在MPLS－TE應(yīng)用中，基于這兩種信令協(xié)議的擴(kuò)展信令RSVP－TE和CR－LDP也起到非常關(guān)鍵的作用。在MPLS－TE的實(shí)際應(yīng)用中，兩種協(xié)議各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文從LSP的可靠性和靈活性兩個(gè)角度，對(duì)RSVP－TE及CR－LDP進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 MPLS-TE信令協(xié)議

1.1 RSVP-TE

RSVP-TE是RSVP協(xié)議擴(kuò)展，通常在綜合服務(wù)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中部署。由于其軟狀態(tài)的自然屬性，沿著路徑的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息需要周期性的刷新。RSVP-TE是面向接收器的協(xié)議，意即標(biāo)簽分配和帶寬資源預(yù)留是由接收節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的。具體說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)指定標(biāo)簽的分配必須是下游指定(Downstream on Demand，DOD)模式，也即標(biāo)簽由下游節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建并只發(fā)布到它的前一跳節(jié)點(diǎn)［2］。IETF發(fā)布的RSVP信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)是解決企業(yè)網(wǎng)中綜合業(yè)務(wù)的支持，是軟狀態(tài)資源預(yù)留。RSVP天生就是軟狀態(tài)協(xié)議，基于目的IP地址和協(xié)議ID，使用PATH和RESV命令建立LSP。分組的傳送是基于raw IP報(bào)文路由的。基于RSVP的LSP建立過(guò)程如圖1所示。入口標(biāo)簽交換路由器(Label Switching Router，LSR)使用PATH消息，通知LSP路徑中的每個(gè)路由器，這是建立目標(biāo)LSP。隨后，接收LSR使用RSEV消息，附帶流量和QoS參數(shù)，逐跳返回到源頭節(jié)點(diǎn)，按要求的參數(shù)進(jìn)行資源預(yù)留。沿著LSP的各路由器節(jié)點(diǎn)，將資源預(yù)留狀態(tài)裝入標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的條目中。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，PATH和RESV消息用來(lái)周期性刷新路徑和資源預(yù)留狀態(tài)。基于RSVP軟狀態(tài)機(jī)制，可能會(huì)產(chǎn)生資源預(yù)留的問(wèn)題，不能確保端到端的資源預(yù)留。RSVP-TE的提出，是為了支持 ER-LSP(Explicit Route，ER)(顯示路由)，同時(shí)提供一些RSVP的附加特性。RSVP協(xié)議的提出是支持MPLS LSP的建立，為了支持流量工程的要求，需要進(jìn)行大量的擴(kuò)展修訂。主要的擴(kuò)展修訂是增加流量工程能力并解決擴(kuò)展性問(wèn)題。擴(kuò)展的RSVP協(xié)議支持嚴(yán)格和松散顯示路由 LSP。對(duì)于 ER-LSP中的松散段，在發(fā)送PATH消息中可以部署逐跳路由信息。因而，RSVP也可以支持逐跳DoD模式順序標(biāo)簽分發(fā)模式［3］。

圖1 基于RSVP的LSP建立過(guò)程示意圖

1.2 CR-LDP

CR-LDP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)是使LDP協(xié)議具有顯示路由及傳輸各種流量參數(shù)以實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留的能力，同時(shí)也增強(qiáng)其CR-LSP的魯棒性。LDP和CRLDP都是硬狀態(tài)協(xié)議，其信令消息只傳送一次，不需要刷新狀態(tài)信息。LDP對(duì)等體的發(fā)現(xiàn)是使用UDP連接的，而會(huì)話中使用的LDP消息是基于TCP連接。如圖2所示，為了建立顯示路由，在發(fā)送的LABEL REQUEST消息中包含了基于約束路由的節(jié)點(diǎn)列表。如果請(qǐng)求的路徑滿足要求，信令消息將沿著選擇的路徑發(fā)送到目的對(duì)等體。而標(biāo)簽的分配和發(fā)布是用LABEL MAPPING消息，沿著反方向進(jìn)行傳遞，直至初始節(jié)點(diǎn)。假定要求的資源可獲得，一個(gè)信令消息來(lái)回就可以建立起要求的LSP。CR-LDP具有建立嚴(yán)格和松散LSP路徑的能力，而且這個(gè)建立過(guò)程具有保持優(yōu)先級(jí)、路徑搶占、路徑重優(yōu)化等特性。在CR-LDP中，失敗的報(bào)告過(guò)程是基于入口和出口路由器的TCP層的傳輸操作的。CR-LDP通過(guò)使用不透明轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(Forwarding E-quivalence Class，F(xiàn)EC)提供多協(xié)議操作。允許核心LSR對(duì)傳送的流量類型不需要關(guān)心。不透明的FEC也可以用著安全的目的，使得LSR不知道傳輸業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí)［3］。

圖2 CR-LDP標(biāo)簽分發(fā)過(guò)程示意圖

2 MPLS-TE信令協(xié)議對(duì)比分析

本文在這一部分對(duì)MPLS流量工作中兩個(gè)信令協(xié)議進(jìn)行了比較。CR-LDP和RSVP-TE信令協(xié)議的特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

2.1 LSP的可靠性

在RSVP-TE信令中，失敗通告處理有幾個(gè)問(wèn)題:基于raw IP可能導(dǎo)致邊緣路由器不能短時(shí)間內(nèi)知曉其間的連接已故障;另外，RSVP-TE雖然有顯示下線消息，但是由于是基于raw IP的，消息的傳送是不可靠的。結(jié)果，邊緣LSR可能因?yàn)槭詹坏皆撓?，?yīng)用超時(shí)機(jī)制重路由LSP承載的流量。如果降低這個(gè)時(shí)間間隔，流量負(fù)載由于刷新操作，可能引起更多的擴(kuò)展性問(wèn)題［4］。

相對(duì)于RSVP-TE，CR-LDP基于TCP端到端連接，可靠管理入口LSR和出口LSR之間的LSP。另外，由于CR-LDP是硬狀態(tài)的協(xié)議，可擴(kuò)展性是不需要考慮的問(wèn)題。如果一個(gè)鏈路失敗，TCP進(jìn)程將檢測(cè)到這個(gè)故障，入口LSR將決定如何有效處理這個(gè)過(guò)程。

2.2 LSP的靈活性

在RSVP-TE中，通過(guò)“make-before-break”過(guò)程使用，應(yīng)用共享顯示資源預(yù)留方式建立備用路徑。新選擇的LSP與最初的那個(gè)擁有不同的隧道ID。在RSVP-TE中，協(xié)議確實(shí)有顯示下線消息(雖然在高流量負(fù)荷下這種機(jī)制是無(wú)效的)，老的LSP將保留到超時(shí)(沒(méi)有刷新保活)，并最終終結(jié)。這個(gè)情況下，可能導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題:首先，骨干網(wǎng)等待路徑終結(jié)的超時(shí)周期過(guò)長(zhǎng)，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的帶寬消耗。其次是保留的LSP可能引起環(huán)回問(wèn)題，或其他LSR混亂。

表1 CR-LDP及RSVP-TE特性對(duì)比列表

針對(duì)路徑搶占情況，RSVP-TE使用建立和保持優(yōu)先級(jí)機(jī)制來(lái)決定新的路徑是否能搶占已存在的路徑。如前所示，RSVP-TE的傳輸機(jī)制采用的是raw IP。在支持路徑搶占特性時(shí)，也有可能引起一些問(wèn)題:因?yàn)閾屨冀?jīng)常出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)資源缺乏的時(shí)候。而RSVP-TE信令消息可能丟失，結(jié)果搶占特性就無(wú)法完全實(shí)施。相對(duì)于次，CR-LDP依賴于TCP，可以通過(guò)連續(xù)的檢測(cè)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)系列保護(hù)信令協(xié)議回話執(zhí)行。RSVP-TE的重路由能力，可以用來(lái)進(jìn)行路徑的重優(yōu)化。雖然RSVP-TE有阻塞選項(xiàng)，但標(biāo)準(zhǔn)的 RSVP沒(méi)有阻塞選項(xiàng)。在 CR-LDP中，重優(yōu)化通過(guò)入口LSR主動(dòng)，這是最合適的穩(wěn)定控制重路由的方法。這個(gè)過(guò)程是由入口LSR管理端到端檢查操作命令的序列號(hào)，并且通過(guò)TCP層機(jī)制進(jìn)行保護(hù)。

2.3 分析討論

上面討論了CR-LDP和RSVP-TE的幾個(gè)特性對(duì)比:CR-LDP是硬狀態(tài)協(xié)議而RSVP-TE是軟狀態(tài)協(xié)議。實(shí)際中LSR的處理速度可以處理刷新計(jì)算任務(wù)及其他的路徑修改請(qǐng)求，因軟狀態(tài)引起的擴(kuò)展性問(wèn)題不是關(guān)鍵問(wèn)題，關(guān)鍵問(wèn)題是可靠性。只要RSVP-TE是基于raw IP傳輸連接，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)一直是個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。尤其是在高負(fù)荷擁塞時(shí)，可靠性是最為關(guān)鍵的能力要求，以支持搶占或“makebefore-break”重路由機(jī)制。這種條件下，raw IP數(shù)據(jù)包很可能丟失。而另一方面，即使是在高負(fù)載條件下，面向TCP會(huì)話控制拓?fù)浔Ｗo(hù)端到端連接，保護(hù)了兩端用戶的業(yè)務(wù)，使其更可靠。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)CR-LDP和RSVP-TE兩種MPLS-TE信令協(xié)議在LSP建立過(guò)程中的使用方式進(jìn)行了分析和總結(jié)。通過(guò)對(duì)比，可以看到RSVP因其需要針對(duì)每條路徑進(jìn)行周期性的狀態(tài)刷新，導(dǎo)致其在大規(guī)模應(yīng)用中擴(kuò)展性能力不足。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性及QoS資源預(yù)留能力，CR-LDP也要優(yōu)于RSVP-TE，它們的特性對(duì)比見(jiàn)表1。

［1］Veni S，Kadhar Nawaz G M，Praba P.Performance Analysis of Network Traffic Behavior in Conventional Network over MPLS［C］//Proc of ICCCCT 2010 IEEE International Conference，India，Nagercoil，Tamil Nadu:IEEE Press 2010:222－226.

［2］Adami D，Callegari C，Giordano S，et al.Signalling Protocols in DiffServ-aware MPLS Networks:Design and Implementation of RSVP-TE Network Simulator［C］//Proc of IEEE GLOBECOM.［s.1］:IEEE Press，2005:792 －796.

［3］Mahesh Kr.Porwal，Anjulata Yadav，S.V.Charhate.Traffic Analysis of MPLS and Non MPLS Network including MPLS Signaling Protocols and Traffic distribution in OSPF and MPLS［C］//Proc.of First International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology.［s.1］:IEEE，Pres.2008:187－192.

［4］Jong-Moon Chung，Member，Analysis of MPLS Traffic Engineering［C］//Proc of 43rd IEEE Midwest Symp.on Circuits and Systems.Lansing，MI:IEEE Press 2002(2):550－553.