MPLS-TE技術(shù)在運營商網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

安剛

（中移鐵通吉林分公司，吉林 長春 130012）

MPLS-TE技術(shù)在運營商網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

安剛

（中移鐵通吉林分公司，吉林 長春 130012）

簡要論述了如何在運營商的網(wǎng)絡(luò)中嘗試部署MPLS流量工程，以期為日后相關(guān)工作的順利進行提供參考。在傳統(tǒng)的IP技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)能夠提供的服務(wù)類型有限，對于進入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流，都以先來先服務(wù)的方式為業(yè)務(wù)流分組提供服務(wù)，但無法保證高業(yè)務(wù)等級的質(zhì)量。隨著Internet規(guī)模的不斷擴大和網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)流量的日益增多，業(yè)務(wù)流具有很強的突發(fā)性和不可預(yù)測性。如何管理和靈活調(diào)度各種業(yè)務(wù)的流量負(fù)載，避免擁塞，是運營商需要研究的一個重要問題，而這也使得MPLS-TE流量工程在運營商網(wǎng)絡(luò)中部署的需求越來越大。在實際工作中，利用RSVP、CR-LDP和快速重路由等技術(shù)可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，提供可靠性較高的QoS服務(wù)保障，使得網(wǎng)絡(luò)資源的運用更加合理、高效。

多協(xié)議標(biāo)簽交換；流量工程；資源預(yù)留；快速重路由

隨著MPLS-TE技術(shù)的日趨成熟，國內(nèi)外多家ISP已經(jīng)成功應(yīng)用并大量部署。就網(wǎng)絡(luò)流量工程而言，在MPLS技術(shù)出現(xiàn)之前，網(wǎng)絡(luò)管理就已經(jīng)可以通過其他方式初步實現(xiàn)了，即調(diào)整IGP鏈路的Metric或者采用多個IGP平面來疏導(dǎo)不同POP節(jié)點之間的流量。MPLS-TE技術(shù)的優(yōu)勢是，它克服了傳統(tǒng)調(diào)整Metric方式的不足。

基于MPLS的流量工程在為人們提供了一個新的選擇的同時，也需要人們注意一些問題。這一選擇與其他新技術(shù)一樣，人們需要重新學(xué)習(xí)操作方式，打破傳統(tǒng)經(jīng)驗和思維，按照新的理論來配置網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。此外，在引入MPLSTE時，需要清醒地認(rèn)識到，任何技術(shù)都不是萬能的，它可以解決一些關(guān)鍵問題，但不能解決所有問題。每個運營商都會針對自身的網(wǎng)絡(luò)情況、業(yè)務(wù)特點，在是否采用各種新技術(shù)以及每種新技術(shù)給人們帶來的不便之間進行取舍。

1 MPLS相關(guān)概念介紹

1.1 MPLS協(xié)議概述

MPLS（Multi-Protocol Label Switching）即多協(xié)議標(biāo)記交換，是一種標(biāo)記（label）機制的包交換技術(shù)，通過簡單的2層交換來集成IP Routing的控制。MPLS屬于第三代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是新一代的IP高速骨干網(wǎng)絡(luò)交換標(biāo)準(zhǔn)，由IETF（Internet Engineering Task Force，因特網(wǎng)工程任務(wù)組）所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大廠所主導(dǎo)。

1.2 MPLS技術(shù)的特點

MPLS技術(shù)有以下幾個特點：①充分使用原有的IP路由，在此基礎(chǔ)上加以改進，并保證MPLS網(wǎng)絡(luò)路的靈活性；②采用ATM的高效傳輸交換方式，拋棄了復(fù)雜的ATM信令，無縫地將IP技術(shù)的優(yōu)點融合到ATM的高效硬件轉(zhuǎn)發(fā)中；③MPLS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與路由計算分開，是一種面向連接的傳輸技術(shù)，能夠提供有效的QoS保證；④MPLS支持大規(guī)模層次化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴展性；⑤MPLS的標(biāo)簽合并機制支持不同數(shù)據(jù)流的合并傳輸；⑥MPLS支持流量工程、CoS（服務(wù)等級）、QoS和大規(guī)模的虛擬專用網(wǎng)。

2 基于MPLS的流量工程體系

2.1 TE流量工程的定義

Internet流量工程（Traffic Engineering，TE）是Internet網(wǎng)絡(luò)工程的一個重要組成部分，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的情況下，優(yōu)化數(shù)據(jù)流量能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理配置和規(guī)劃。

2.2 MPLS-TE工作原理及結(jié)構(gòu)

流量工程是將業(yè)務(wù)流映射到網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)渖系囊环N極為有力的工具，它提供了將業(yè)務(wù)流從通過內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）計算出的最短路徑轉(zhuǎn)移到一條阻塞情況較輕的路徑上去的能力。MPLS-TE流量工程是指，為了平衡網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的流量，根據(jù)數(shù)據(jù)流量進行路徑選擇的過程，它主要用于提高網(wǎng)絡(luò)運作效率及其可靠性，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用和流量性能。MPLS-TE是采用將流量導(dǎo)入指定路徑的方式來實現(xiàn)其功能的，被指定的路徑就是LSP。

2.3 核心技術(shù)

MPLS支持流量工程的核心技術(shù)主要包括：顯式路由、負(fù)載平衡、路徑備份、故障恢復(fù)、路徑優(yōu)先級和碰撞等。采用標(biāo)簽形式為IP數(shù)據(jù)包建立一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的顯式路由，網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點不需要選擇路由，只需要根據(jù)標(biāo)簽值攜帶的路由信息將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。路由的選擇在MPLS入口LER上完成。

負(fù)載均衡是指，一個LSP可以承載多種FEC，一個FEC也可以分在多個LSP上來轉(zhuǎn)發(fā)。

路徑備份是配置主要和備份2條LSP，主要LSP發(fā)生故障后，啟用備份LSP。故障解除后，數(shù)據(jù)重新回到主要路徑。

3 吉林鐵通省干IP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和部署MPLS-TE的意義

3.1 吉林鐵通省干IP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

吉林省鐵通省干IP網(wǎng)絡(luò)承載著吉林鐵通寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。隨著IP over DWDM技術(shù)和設(shè)備的普及，吉林鐵通省網(wǎng)至各地市城域網(wǎng)全部利用OTN技術(shù)實現(xiàn)了光網(wǎng)絡(luò)化。

吉林鐵通省網(wǎng)主要分為省干核心層和接入層2層網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。省干核心A、核心B和匯聚節(jié)點A、匯聚節(jié)點B這4個核心節(jié)點與匯聚節(jié)點之間全部使用10 G以太網(wǎng)鏈路形成全互聯(lián)，地市城域網(wǎng)核心采用10 G鏈路雙歸屬至2個不同的匯聚節(jié)點A或B。在網(wǎng)絡(luò)中，IGP路由協(xié)議使用OSPF承載業(yè)務(wù)。在引入MPLS之前，只能簡單調(diào)整OSPF鏈路的Metric值，使流量盡可能平均地分布在省干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)鏈路上。

圖1 在省干網(wǎng)絡(luò)引入MPLS-TE流量工程隧道

圖2 在省干網(wǎng)絡(luò)部署MPLS

3.2 運營商部署MPLS-TE的意義分析

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障提出了更高的要求。其中，相關(guān)的語音和實時性高的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證非常重要。未來寬帶業(yè)務(wù)類型需求將逐步走向?qū)拵Щ?、多樣化、差異化?/p>

網(wǎng)絡(luò)中的流量模型越來越復(fù)雜，現(xiàn)有的調(diào)整IGP的方法已經(jīng)不能滿足ISP的業(yè)務(wù)需求。比如，某些省干鏈路承載著同一流向的流量，僅調(diào)整IGP的Metric值不可能將不同目的的流量分擔(dān)到不同的設(shè)備和鏈路上。由于在物理端口無法區(qū)分這些流量的目的地是哪里，所以，導(dǎo)致ISP不能分析細化的業(yè)務(wù)流量模型。在實際網(wǎng)絡(luò)中，某些設(shè)備和鏈路的負(fù)載流量過大，很難將部分流量分擔(dān)到空閑的鏈路，無法有效保證業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量。

3.3 流量統(tǒng)計分析

網(wǎng)絡(luò)的運行情況和業(yè)務(wù)流量流向模型的獲取往往都是利用探針設(shè)備等實現(xiàn)的，部署起來非常麻煩。采用MPLS技術(shù)之后，每條LSP的流量就可以成為一個流量統(tǒng)計單元，路由器可以記錄流經(jīng)這條LSP的流量，通過SNMP就可以將這些數(shù)據(jù)提取出來，從而靈活地掌控業(yè)務(wù)的流量流向模型。針對這種情況，具體的實現(xiàn)方法是，在源及宿路由器之間建立無帶寬限制的雙向LSP路徑，使其Metric值降低。利用相關(guān)的LSP統(tǒng)計功能來采集POP點路由器之間的流量統(tǒng)計信息，可以實現(xiàn)雙向統(tǒng)計。

4 吉林鐵通省干IP網(wǎng)絡(luò)MPLS-TE優(yōu)化實施方案

4.1 優(yōu)化實施方案介紹

目前，吉林鐵通省網(wǎng)主要采用華為的NE5000E路由器，省干節(jié)點主要由省干核心層和匯聚層構(gòu)成。鐵通骨干網(wǎng)至匯聚A下連的地市城域網(wǎng)流量會通過省干核心B與匯聚節(jié)點A的直連鏈路到達，流量比較大。為了保證鐵通骨干網(wǎng)訪問至省內(nèi)IDC業(yè)務(wù)的質(zhì)量，根據(jù)當(dāng)前實際流量模型，建議在省干核心B與匯聚節(jié)點A處建立雙向的LSP，引導(dǎo)省干核心B至匯聚節(jié)點A的流量繞經(jīng)匯聚節(jié)點B，避免省干核心B至匯聚節(jié)點A直達鏈路流量過大導(dǎo)致?lián)砣?/p>

另一方面，考慮到匯聚節(jié)點B到省干核心A和核心B直達鏈路正常時負(fù)載利用率已超過60%，一旦匯聚節(jié)點B至省干核心A直達鏈路中斷，必然會導(dǎo)致匯聚節(jié)點B至省干核心B上行鏈路擁塞。至此，我們可以利用MPLS-TE的鏈路保護技術(shù)，顯示定義備份保護LSP路徑。當(dāng)鏈路出現(xiàn)故障時，將業(yè)務(wù)流量繞經(jīng)上行剩余帶寬較為充裕的匯聚節(jié)點A迂回至省干和核心A。

4.2 優(yōu)化方案實施步驟

根據(jù)對具體情況的分析，在吉林鐵通省干互聯(lián)網(wǎng)部署MPLS-TE流量工程的實施步驟是：①在省干核心、匯聚節(jié)點和地市城域網(wǎng)核心部署MPLS；②在省干核心B與匯聚節(jié)點A之間建立快速的LSP隧道路徑，引導(dǎo)鐵通骨干網(wǎng)至省內(nèi)IDC業(yè)務(wù)的流量流經(jīng)匯接節(jié)點B迂回；③對于匯聚節(jié)點B至省干核心A的上行鏈路，采用MPLS-TE技術(shù)建立備份LSP隧道進行保護。

為了確保正常業(yè)務(wù)在MPLS-TE實施階段不受影響，使網(wǎng)絡(luò)可以平滑過渡，上述幾個步驟采用分布實施的方式。

4.2.1 MPLS的引入

為了更好地支持MPLS-TE在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，我們將省網(wǎng)核心和匯聚節(jié)點的IGP協(xié)議由OSPF替換成為IS-IS協(xié)議承載，這樣以便于更好地支持MPLS業(yè)務(wù)的擴展，具體MPLS引入情況如圖2所示。

4.2.2 部署MPLS-TE流量工程隧道

如圖3所示，我們將在省干核心B與匯聚節(jié)點A之間部署顯示MPLS-TE流量工程隧道。為了降低省干核心B與匯聚節(jié)點A直達鏈路的流量壓力，從鐵通骨干至省內(nèi)IDC業(yè)務(wù)的流量將經(jīng)由匯聚節(jié)點B到達。

在建立上述LSP路徑時，分別顯示指定了2個方向的LSP，同時，允許LSP參與IGP動態(tài)路由的選擇。在選擇路由的過程中，設(shè)置LSP的Metric值可以使LSP成為最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。此外，也可以通過網(wǎng)管統(tǒng)計此條LSP路徑的流量，全面掌握省內(nèi)IDC業(yè)務(wù)至鐵通骨干網(wǎng)的流量情況。

圖3 在省干網(wǎng)絡(luò)引入MPLS-TE流量工程隧道

4.2.3 部署TE-FRR快速重路由保護重要核心鏈路

為了保險起見，考慮到吉林鐵通省干互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從設(shè)備、鏈路等方面進行雙節(jié)點雙歸屬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，此次優(yōu)化選擇部分核心鏈路進行了MPLS-TE鏈路保護測試，在成功運行并積累一定維護經(jīng)驗后再全網(wǎng)部署。

如圖4所示，我們先在省干互聯(lián)網(wǎng)核心A與匯聚節(jié)點B之間部署了LSP路徑保護。如圖4所示，從匯聚節(jié)點B至核心A的流量通過LSPa隧道到達核心A，為了保護此LSP路徑，需要建立另外一條備份的LSPa+1隧道，這條備份的隧道經(jīng)過匯聚節(jié)點A到達核心A。

5 結(jié)束語

本文就MPLS-TE的運行原理已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，是否可以在運營商網(wǎng)絡(luò)中嘗試部署MPLS-TE技術(shù)以及如何使用，使用哪些功能進行了簡要論述，利用MPLS-TE技術(shù)，充分、合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源，更好地實現(xiàn)了流量管理、負(fù)載均衡，以提供更高質(zhì)量的Qos服務(wù)。總之，MPLS-TE與這個行業(yè)中的其他新技術(shù)一樣，都需要使用者花費時間和精力來學(xué)習(xí)和實踐，而每個運營商根據(jù)自身實際情況可以有不同的選擇。

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.034

2095－6835（2018）01－0034－03

〔編輯：白潔〕