MPLS流量工程及其路徑管理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

李洋 韓磊

[摘 要]隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷優(yōu)化，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)模及用戶數(shù)量不斷增加，社會(huì)各界對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作質(zhì)量提出了更高的要求?；ヂ?lián)網(wǎng)要針對(duì)不同領(lǐng)域的要求，提供相應(yīng)等級(jí)的服務(wù)保障。在這個(gè)過(guò)程中，多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）流量工程體系不斷完善，文章就該項(xiàng)目的路徑管理技術(shù)進(jìn)行分析，就不同度量參數(shù)的路由算法展開(kāi)研究。

[關(guān)鍵詞]MPLS流量工程;路徑管理機(jī)制;運(yùn)作成本;服務(wù)質(zhì)量;約束路由

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.24.054

[中圖分類號(hào)]F273;TN915[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2020）24-0-02

0? ? ?引 言

21世紀(jì)是信息化時(shí)代，隨著移動(dòng)技術(shù)體系的不斷完善，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。因此，互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用機(jī)制需要與時(shí)俱進(jìn)，以滿足不同領(lǐng)域、不同等級(jí)流量工程及不同等級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)展要求。

1? ? ?MPLS原理及應(yīng)用

在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)工作實(shí)踐中，其應(yīng)用的是逐跳式、無(wú)連接的工作方法，這種業(yè)務(wù)通信方式，不需要端到端地建立相應(yīng)連接，這種工作機(jī)制減少了一系列附加信令。這有利于簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)設(shè)備的復(fù)雜性，節(jié)約工作成本，促進(jìn)以IP技術(shù)為主的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展。但同時(shí)也存在相應(yīng)的弊端，復(fù)雜系數(shù)的下降，使互聯(lián)網(wǎng)使用者難以應(yīng)用科學(xué)性方法完成端到端的業(yè)務(wù)保障，不能滿足相關(guān)服務(wù)質(zhì)量的要求。

在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)及應(yīng)用過(guò)程中，一般需要根據(jù)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP）為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流進(jìn)行路徑的優(yōu)化，在這個(gè)過(guò)程中，不管網(wǎng)絡(luò)鏈路是否出現(xiàn)擁塞問(wèn)題，分組數(shù)據(jù)都需要根據(jù)這類途徑展開(kāi)信息輸送。具體情況如圖1所示。

根據(jù)圖1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，從不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸中，如果按照最短路徑選擇方案，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞驗(yàn)?、5、8。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載一定的情況下，數(shù)據(jù)資源可以進(jìn)行有效輸送。但如果超過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)承載量，某些數(shù)據(jù)在這類數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂街袑⒑苡锌赡艹霈F(xiàn)信息堵塞，導(dǎo)致信息轉(zhuǎn)發(fā)性能下降，進(jìn)而非常容易出現(xiàn)退服問(wèn)題。在這類數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋尘跋?，其他一些?shù)據(jù)鏈路，如1、6、7、8，得不到有效應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)綜合利用率較低。

在上述IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，為解決實(shí)際常見(jiàn)問(wèn)題，需要就互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的體系結(jié)構(gòu)模型展開(kāi)優(yōu)化。常見(jiàn)的體系結(jié)構(gòu)模型，包括資源預(yù)留的集成服務(wù)模型、基于優(yōu)先等級(jí)的區(qū)分服務(wù)模型，基于流量工程的多協(xié)議標(biāo)記交換模型。多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multi-Protocol Label Switching，

MPLS）基于IEIF轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，其涉及相應(yīng)的組件，包括轉(zhuǎn)發(fā)組件和控制組件，是一種利用路由器進(jìn)行信息標(biāo)記、傳輸、交換的模式。

在實(shí)際操作中，控制組件使用標(biāo)記進(jìn)行協(xié)議的分發(fā)，從而進(jìn)行MPLS網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，即維護(hù)及轉(zhuǎn)發(fā)所標(biāo)記的信息，就相鄰LSR間進(jìn)行路由狀態(tài)信息的交換，進(jìn)行路由表的更新。這部分工作需要應(yīng)用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，

BGP）、IGP路由協(xié)議。在轉(zhuǎn)發(fā)組件操作中，需要利用分組中的標(biāo)記信息以及控制組件的維護(hù)標(biāo)記，就各類信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)分組進(jìn)行標(biāo)記及交換。

在工作實(shí)踐中，MPLS技術(shù)相比傳統(tǒng)IP組網(wǎng)技術(shù)更具發(fā)展優(yōu)勢(shì)。MPLS在標(biāo)記狀態(tài)下，就數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序展開(kāi)優(yōu)化，這是一種路由多次交換的方法，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸能力得到提升，實(shí)現(xiàn)了路由和分組的轉(zhuǎn)發(fā)及利用，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)信息資源。這類MPLS模型保留了原有的路由技術(shù)及設(shè)備，保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商的投資，節(jié)約了用戶費(fèi)用。

2? ? ?MPLS流量工程路徑管理

2.1? ?路徑的建立

在引入流量工程機(jī)制后，需要完善MPLS模型，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，保障其優(yōu)良性及公平性。在MPLS流量工程運(yùn)作過(guò)程中，需要進(jìn)行多種路徑的管理，包括資源分配模塊、流量平衡模塊等，這類流量工程技術(shù)的應(yīng)用能夠適應(yīng)當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)規(guī)模發(fā)展要求。路徑管理體系涉及路徑建立機(jī)制及路徑選擇機(jī)制。

2.2? ?路徑的管理

在各類流量工程技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要做好路徑建立工作，在此基礎(chǔ)上，完善路徑管理機(jī)制?，F(xiàn)在比較流行的MPLS運(yùn)作機(jī)制為標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（Label Distribution Protocol，LDP）擴(kuò)展模式，這種擴(kuò)展模式擁有與LDP同樣的信息機(jī)制。通過(guò)約束路由算法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)路由信息的嵌入及管理，并將其嵌入LDP擴(kuò)展模式。在路徑建立過(guò)程中，入口節(jié)點(diǎn)完成相應(yīng)操作，其他節(jié)點(diǎn)需要從此路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

擴(kuò)展資源預(yù)留協(xié)議（Resource ReSerVation Protocol，RSVP）

也是重要的路徑管理方法，其是一種接收信號(hào)碼功率（Received Signal Code Power，RSCP）協(xié)議機(jī)制，基于MPLS信令運(yùn)作系統(tǒng)。這種協(xié)議區(qū)別于傳統(tǒng)的RSVP協(xié)議，豐富了傳統(tǒng)RSVP的擴(kuò)展方法，增加了一系列功能，滿足了顯示路由的建立要求，在MPLS系統(tǒng)中，有效解決了流量工程問(wèn)題。LDP擴(kuò)展模式和RSVP協(xié)議二者的功能存在一定的差異，在技術(shù)與運(yùn)作功能方面也存在不同，難以實(shí)現(xiàn)彼此的互通。同時(shí)，應(yīng)用這兩種技術(shù)并不會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。從技術(shù)方面來(lái)看，RSVP信令系統(tǒng)并不完善，而LDP擴(kuò)展技術(shù)更加成熟，在功能方面擁有更大的改進(jìn)空間，在流量工程項(xiàng)目的構(gòu)建過(guò)程中，需要靈活應(yīng)用LDP擴(kuò)展模式。

在應(yīng)用實(shí)用性方面，擴(kuò)展RSVP模式擁有良好的應(yīng)用速度，在發(fā)展初期，便被一系列的運(yùn)營(yíng)商及用戶所接受。從流量工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看，LDP擴(kuò)展模式的適應(yīng)性更好。在信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域內(nèi)，RSVP技術(shù)具備技術(shù)上的優(yōu)越性，能夠高效率解決流量工程問(wèn)題。

2.3? ?路徑選擇

在流量工程路徑選擇方面，必須深入分析流量主干概念。流量主干是同一業(yè)務(wù)等級(jí)的業(yè)務(wù)流的集合，其基于同一標(biāo)記交換路徑。流量主干是一種流量抽象信息的表示。在MPLS流量項(xiàng)目操作過(guò)程中，流量主干是可路由對(duì)象的承載對(duì)象。

在流量主干的路徑選擇過(guò)程中，必須分析約束條件背景下的顯示路由，應(yīng)用MPLS顯示路由方案。這種路由框架體系，可以滿足流量主干顯示路由的計(jì)算要求。在該體系的運(yùn)作過(guò)程中，其輸入條件包括流量主干屬性、網(wǎng)絡(luò)可用資源屬性、拓?fù)錉顟B(tài)屬性。在環(huán)境約束下，為不同節(jié)點(diǎn)的流量主干計(jì)算顯示路由狀況，不同的顯示路由需分層服務(wù)提供程序（Label Switched Path，LSP）根據(jù)輸入條件，根據(jù)LSP滿足流量主干屬性的要求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源可用性及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ艿姆治黾皯?yīng)用。

在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要利用簡(jiǎn)單的啟發(fā)式算法完成相應(yīng)工作。在實(shí)際操作中，需要?jiǎng)h除非流量主干屬性要求的資源。在剩下的拓?fù)鋱D中應(yīng)用最短的路徑算法。滿足網(wǎng)絡(luò)使用拓?fù)潋?qū)動(dòng)的要求，在路由約束過(guò)程中，需要采取相應(yīng)的拓展方法。就現(xiàn)有的IGP協(xié)議展開(kāi)拓展，支持約束路由的建立。在每個(gè)路由器上加上與現(xiàn)有IGP協(xié)議共存的約束路由進(jìn)程。

在約束路由的背景下，按照需驅(qū)動(dòng)路由規(guī)范，進(jìn)行約束路由的算法優(yōu)化。在路由選擇過(guò)程中，其涉及源路由算法、分布式路由算法。源路由算法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)的集中結(jié)合，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上具備全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括各類鏈路狀態(tài)信息。在這個(gè)節(jié)點(diǎn)生成的路由表存儲(chǔ)了不同目的節(jié)點(diǎn)的完整路徑。在MPLS流量工程的運(yùn)作中，需要將源路由算法的計(jì)算結(jié)果嵌入LSP建立項(xiàng)目，與相應(yīng)的標(biāo)記信息相結(jié)合，從而按照指定路徑建立LSP機(jī)制。在整個(gè)運(yùn)作環(huán)節(jié)中，涉及各類源節(jié)點(diǎn)的處理。而且，在MPLS域所引入的附加開(kāi)銷較少，達(dá)到了流量工程的實(shí)際應(yīng)用要求。

在分布式路由算法運(yùn)作中，路由的計(jì)算涉及不同節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)不同目的的節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，分布式路由信息的發(fā)送，需要在業(yè)務(wù)信號(hào)到達(dá)前提前操作。相比源路由算法，其路徑數(shù)據(jù)算法的應(yīng)用速度更快。

在路由選擇計(jì)算過(guò)程中，存在不同的度量參數(shù)。根據(jù)路由度量的特點(diǎn)，其涉及3種形式，包括加性度量方法、乘性度量方法、凹性度量方法。在計(jì)算過(guò)程中，需要分析路徑選擇的相應(yīng)約束條件，分析所選擇路徑的優(yōu)劣性。在流量工程操作過(guò)程中，傳輸路徑存在鏈路時(shí)延的特性，其數(shù)據(jù)狀況的每跳代價(jià)、時(shí)延抖動(dòng)等都具備加性度量的特點(diǎn)。在乘性度量過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)鏈路的可靠性、分組丟失率等都具備乘性度量的特點(diǎn)。在實(shí)際操作中，鏈路的帶寬約束等度量需要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)凹性度量的工作要求。在約束路由算法操作中，需要根據(jù)不同定義的度量參數(shù)狀況，找出滿足實(shí)際工作情況的路徑，在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。當(dāng)存在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)線路優(yōu)化方案時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)條件，選取相關(guān)度量進(jìn)行分析。在約束路由的算法運(yùn)作中，需要選擇相應(yīng)的路由選擇方法。

在最短算法操作中，需要分析給定源節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)，分析相應(yīng)的約束條件，如業(yè)務(wù)流量所需的帶寬，以及所需的業(yè)務(wù)流量代價(jià)，比如時(shí)延、鏈路、逐跳數(shù)等情況。在這類約束算法操作中，找到一條路徑，獲得該路徑的可用資源，在余下鏈路中應(yīng)用相應(yīng)算法，從而找到最低代價(jià)的方法。

相比最短算法，最寬算法與之有類似之處，首先需要給定源節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)，需要滿足多個(gè)約束條件的要求，如所需資源條件和帶寬等。在算法操作中，需要找到路徑可用資源，在余下鏈路中改進(jìn)相應(yīng)算法，找到最大可用資源路徑。

在以上算法操作中，需要充分考慮到負(fù)載均勻分布的背景，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)性能資源。在實(shí)際操作過(guò)程中，要根據(jù)具體情況，選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)資源線路。在某些情況下，最短路徑算法的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)，在操作過(guò)程中，其以時(shí)延、逐跳數(shù)為相應(yīng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠充分發(fā)揮其性能。若網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具備一定的復(fù)雜性，則需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇最寬算法方案。在具體路由算法操作中，需要分析不同度量參數(shù)的要求。

3? ? ?結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作規(guī)模不斷擴(kuò)大，社會(huì)各界對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作性能提出了更高的要求，需要相關(guān)單位優(yōu)化傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)，解決信息擁塞管理問(wèn)題、負(fù)載平均問(wèn)題、流量監(jiān)視問(wèn)題等。在MPLS流量工程操作中，需要完善MPLS隧道方法，為虛擬專用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供支持，為通信技術(shù)MPLS體系的長(zhǎng)遠(yuǎn)性發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，充分發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

主要參考文獻(xiàn)

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