MPLS TE在MPLS中的作用

2020-02-24 15:58:36 云杰通信 107

MPLS TE在MPLS中的作用

MPLS(Multiprotocol Label Switching)是多协议标签交换的简称,它用短而定长的标签来封装网络层分组。MPLS从各种链路层(如PPP、ATM、帧中继、以太网等)得到链路层服务,又为网络层提供面向连接的服务。MPLS能从IP路由协议和控制协议中得到支持,同时,还支持基于策略的约束路由,它路由功能强大、灵活,可以满足各种新应用对网络的要求。这种技术起源于IPv4,但其核心技术可扩展到多种网络协议(IPv6、IPX等)。MPLS最初是为提高路由器的转发速度而提出的一个协议,但是,它的用途已不仅仅局限于此,而是广泛地应用于流量工程(TE - Traffic Engineering)、VPN、QoS等方面,从而日益成为大规模IP网络的重要标准。

基于MPLS的流程工程即MPLS TE,正在成为一种重要的QoS工具,能够提供网络流量管理、减少拥塞等功能。同时,MPLS快速重路由(Fast Re-Route)技术在提高MPLS网络可靠性中扮演了重要角色。这种技术借助MPLS流量工程(Traffic Engineer)的能力,为LSP提供快速保护倒换。MPLS快速重路由事先建立本地备份路径,保护LSP不会受链路/节点故障的影响。当故障发生时,检测到链路/节点故障的设备可以快速将业务从故障链路切换到备份路径上,从而减少数据丢失。快速响应、及时切换是MPLS快速重路由的特点,它可以保证业务数据的平滑过渡,不会导致业务中断;同时,LSP的头节点会尝试寻找新的路径来重新建立LSP,并将数据切换到新路径上,在新的LSP建立成功之前,业务数据会一直通过保护路径转发。

FEC(Forwarding Equivalence Class)是MPLS中的一个重要概念。MPLS实际上是一种分类转发技术,它将具有相同转发处理方式(目的地相同、使用转发路径相同、具有相同的服务等级等)的分组归为一类,称为转发等价类,属于相同转发等价类的分组在MPLS网络中将获得完全相同的处理。

标签是一个长度固定、具有本地意义的短标识符,用于标识一个FEC。当分组到达MPLS网络边界时,入口路由器按一定规则划分分组所属的FEC,将对应的标签嵌入到分组头部。这样,MPLS在网络中,按标签进行分组转发即可。

标签位于链路层包头和网络层分组之间,长度为4个字节。标签共有4个域:

  •  Label:标签值字段,长度为20bits,用于转发的指针。

  •  Exp:3bits,保留,协议中没有明确规定,通常用于COS。

  •  S:1bit,MPLS支持标签的分层结构,即多重标签。值为1时表明为最底层标签。

  •  TTL:8bits,和IP分组中的TTL意义相同。

传统的路由器选择最短的路径进行路由,不考虑带宽等因素,这样,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,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路由的问题暴露无遗。

MPLS TE是一种将流量工程技术与MPLS模型相叠加结合的技术。通过MPLS TE,可以建立指定路径的LSP隧道,进行资源预留;并且可以进行定时优化,在资源紧张的情况下,依据优先级和抢占参数,抢占低优先级LSP隧道的带宽资源等。同时,MPLS TE还可以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,提供路由保护。

MPLS TE的实现需要四个部分:

  • 网络信息搜集,通过OSPF/ISIS 的TE扩展实现;

  • 路径计算,通过CSPF来实现;

  • 建立LSP的信令,采用RSVP TE或CR-LDP协议;

  • MPLS转发。

MPLS TE报文转发组件是基于标签的,通过标签交换沿着预先建立好的LSP进行报文转发。由于LSP隧道的路径可以指定,因而可以避免IGP的弊端。

人们希望IP网络能够提供高带宽、低延时的服务,这就要求在IP网上实现一定的QoS功能。由于IP网天生是一种面向无连接的网络,IP网中不可能实现和ATM网一样强大的QoS功能。在IP网中实现QoS的一个基本要求就是对现有网络结构改变尽量小。IP网中影响QoS的最主要原因是网络存在拥塞,IP包的网络延时主要来自于路由器调度时的排队延时。在一个没有拥塞的网络中QoS是可以得到很好的保证的,而流量工程的作用就是调配网络流量使得LSP的流量能够避开网络拥塞点,从而达到均衡网络流量,减少网络的拥塞的目的。从这个意义上讲,流量工程正是一种QoS机制!

另外采用MPLS流量工程可以支持快速重路由。在发现链路或路由器故障以后,通过硬件直接切换链路,可以做到从链路故障到快速重路由切换成功的延时小于50ms。