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MPLS TE快速重路由技术白皮书-6W100

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MPLS TE快速重路由技术白皮书

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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概述

1.1  产生背景

MPLS TE网络中一般都需要实施快速重路由保护,这主要是由MPLS TE自身的特点决定的。

对于纯IP网络,当局部失效出现的时候,如果到同一个目的地的还有其他路由可以使用,报文会按照这些路由进行转发。在失效引起的路由变化扩散到全网之前,仅靠这种机制就可以比较快速地在局部实现失效保护。

在没有布署TEMPLS网络,现在应用比较多的是LDP按照DU方式建立LSP。当局部失效出现时,如果还有其他路由可用,LDP会向上游节点发起LSP的建立。由于没有考虑到带宽、优先级和链路属性等TE有关的需求,这个LSP建立成功的机会相对较大,因此从失效到恢复的过程也相对较短。

MPLS TE网络中,LSP的建立一般是通过RSVP协议按照DoD的方式完成的。在头节点,CSPF利用域内所有路由信息计算出一条满足约束条件的路径,RSVP按照这个路径建立LSP。当网络中有局部失效时,需要重建整条LSP。而在失效引起的路由改变扩散到头节点之前,CSPF无法算出有效的路径。另外,局部失效可能会引起网络中多条LSP的重建。这样一来,利用新计算出来的路径建立LSP的过程中,出现带宽不够等问题的机会比较大。因此,与纯IP网络和没有布署TEMPLS网络比较而言,MPLS TE网络从局部失效中恢复的时间可能会更长,更需要一种能快速响应失效的机制。

MPLS TE快速重路由通过预先建立备份路径,实现对TE隧道的快速保护倒换,从而减少数据丢失。

1.2  技术优点

MPLS TE快速重路由是MPLS TE中用于保护链路和节点的机制,在MPLS TE网络中扮演了重要角色。MPLS TE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/节点故障的设备就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 TE快速重路由的特点,它可以将业务中断的时间控制在一个很小的时间段,保证业务数据的平滑过渡。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。

由于需要预先建立备份路径,MPLS TE快速重路由会占用额外的带宽。在网络带宽余量不多的情况下,建议只对关键的接口进行快速重路由保护,这一点是部署MPLS TE快速重路由时需要注意的。

MPLS TE快速重路由技术实现方案

2.1  概念介绍

·     LSP:被保护的LSP

·     保护LSP:用来保护主LSPLSP

·     Detour LSP:为每一条需要保护的LSP创建一条保护路径,该保护路径称为Detour LSP

·     Bypass LSP:用一条保护路径保护多条LSP,该保护路径称为Bypass LSP

·     PLRDetour LSPBypass LSP的头节点,它必须在主LSP的路径上,且不能是尾节点。

·     MPDetour LSPBypass LSP的尾节点,必须在主LSP的路径上,且不能是头节点。

·     链路保护:PLRMP之间由直接链路连接,主LSP经过这条链路。当这条链路失效的时候,可以切换到Detour LSPBypass LSP上。

·     节点保护:PLRMP之间通过一个LSR设备连接,主LSP经过这个LSR设备。当这个LSR设备失效时,可以切换到Detour LSPBypass LSP上。

2.2  FRR的基本原理

MPLS TE快速重路由的基本原理是用一条预先建立的LSP来保护一条或多条LSP。预先建立的LSP称为保护LSP,被保护的LSP称为主LSPMPLS TE快速重路由的最终目的就是利用保护LSP绕过故障的链路或者节点,从而达到保护主LSP的目的。

2.2.1  FRR的保护对象

根据保护的对象不同,FRR分为两类:

·     链路保护:PLRMP之间由直连链路连接,主LSP经过这条链路。当这条链路失效时,流量可以切换到保护LSP上。如1所示,主LSPDevice ADevice BDevice CDevice D,保护LSPDevice BDevice FDevice C

图1 FRR链路保护示意图

 

·     节点保护:PLRMP之间通过一台设备连接,主LSP经过这台设备。当这台设备失效时,流量可以切换到保护LSP上。如2所示,主LSPDevice ADevice BDevice CDevice DDevice E,保护LSPDevice BDevice FDevice DDevice C是被保护的设备。

图2 FRR节点保护示意图

 

2.2.2  FRR的实现方式

实现快速重路由有两种方式:

·     Detour方式:One-to-one Backup,分别为每一条被保护LSP提供保护,即为每一条被保护LSP创建一条保护路径,该保护路径称为Detour LSP

·     Bypass方式:Facility Backup,用一条保护路径保护多条LSP,该保护路径称为Bypass LSP

Detour方式实现了每条LSP的单独保护,但需要的开销相对较大。在实际使用中,Bypass方式被更广泛使用。目前,Comware只支持Bypass方式。

图3 Bypass方式快速重路由

 

Bypass方式快速重路由如3所示,Device ADevice BDevice CDevice DDevice E为主LSPDevice BDevice FDevice DBypass LSP。当Device BDevice C的链路失效或节点Device C失效时,主LSP上的数据会切换到Bypass LSP上。Device B发送报文时先压入Device DDevice C分配的标签,再压入Bypass LSP的标签,即Device FDevice B分配的标签。也就是,在Device BDevice FDevice D这条路径上,LSP使用两层标签。Device D收到报文后,弹出Device DDevice F分配的标签以后(如果Bypass LSPDevice DDevice F分配的标签是隐式空标签,那么Device F弹出标签,Device D收到的报文只有Device DDevice C分配的标签),继续用Device DDevice C分配的标签进行转发。

2.3  Bypass方式的详细介绍

MPLS TE快速重路由基于RSVP-TE建立保护LSP。为了实现快速重路由功能,需要扩展RSVP消息中SESSION_ATTRIBUTRECORD_ROUTE对象的几个标志位:

·     PATH消息的SESSION_ATTRIBUT对象中,使用标志位指明该LSP是否需要局部保护、是否记录标签、是否为SE风格、是否有要保护带宽。

·     RESV消息的RECORD_ROUTE对象中,使用标志位指明该LSP是否已经被保护、是否已经切换、是否被保护了带宽、是否是被节点保护。

被保护LSP建立与普通LSP建立的区别就在于这几个标志位的处理。

下面将结合3从以下几个方面详细介绍Bypass方式快速重路由:

·     LSP的建立

·     Bypass LSP的建立

·     绑定计算

·     失效检测

·     切换过程

·     切换后LSP的维护

·     重优化

2.3.1  LSP的建立

LSP的建立过程与普通LSP基本相同,只是增加了绑定计算,并在PATHRESV消息中增加了几个相关标记和子对象。

RSVP从头节点(3中的Device A)逐跳向下游发送PATH消息(经过Device ADevice BDevice CDevice DDevice E),从尾节点(3中的Device E)逐跳向上游发送RESV消息。在处理RESV消息时分配标签,预留资源,建立LSP

LSP的建立是通过在头节点(Device A)手工配置隧道来触发的。在建立主LSP前,如果通过命令指定该LSP具有快速重路由属性,RSVP就会在PATH消息的SESSION_ATTRIBUTE对象中增加局部保护标记、记录标签标记、SE风格标记。如果还为该LSP指定了带宽,则还会增加带宽保护的标记。下游节点在收到PATH消息以后,通过局部保护标记,就能分辨出该LSP是一条需要快速重路由保护的LSP

对需要快速重路由保护的LSP(根据先前的PATH消息中的标记判断),各个节点向上游发送RESV消息时,会在RRO中记录RESV消息的出接口、LSR ID和标签。这些信息被逐跳累计传递到各个上游节点。

各节点第一次收到RESV消息时,根据RRO中记录的这些信息,为该LSP选择合适的Bypass LSP。为主LSP选择合适的Bypass LSP的过程称为绑定,绑定的具体算法请参见“2.3.3  绑定计算”。

2.3.2  Bypass LSP的建立

当一个没有快速重路由属性的隧道被指定保护一个接口以后,它所对应的LSP就成为Bypass LSP

Bypass LSPDevice B上的Tunnel2)的建立是通过在PLRDevice B)手工配置触发的。Bypass LSP可以被指定保护多个接口,但不能保护它自己的出接口。它的配置与普通LSP的区别为:

·     不能为Bypass LSP配置快速重路由属性。也就是说,Bypass LSP不能同时是主LSPLSP不能被嵌套保护。

·     除了Bypass LSP的带宽之外,还需要配置保护带宽。

快速重路由只能进行链路保护或节点保护。在配置建立一条Bypass LSP时就应该规划好它所保护的链路或节点,并且要确保该Bypass LSP不会经过它所保护的链路或节点。否则,即使Bypass LSP建立成功,主LSP与它绑定计算成功,也不能真正起到保护作用。

Bypass LSP的带宽一般是用于保护主LSP的,Bypass LSP上所有资源仅为切换后使用。用户在配置时需要保证Bypass LSP的带宽大于等于被保护的所有LSP所需的带宽和,否则会有主LSP不能绑定到Bypass LSP上。

2.3.3  绑定计算

绑定计算是为一条主LSP绑定Bypass LSP的过程。绑定计算是为了获取切换时转发所需要的必要数据,如Bypass隧道接口、Bypass LSPNHLFEMP分配的标签等。计算结果将保存下来,当发生局部失效的时候可以立即使用,这也是MPLS TE快速重路由可以迅速响应失效的原因。绑定计算必须在切换之前完成,如果绑定计算成功,RESV会向上游节点通告该主LSP已经被保护。

当有多条Bypass LSP保护同一条主LSP时,按下面的规则选择Bypass LSP

·     节点保护优先于链路保护。

·     优先选择剩余带宽大于等于主LSP带宽的Bypass LSP

2.3.4  失效检测

失效检测的目标是尽快发现链路和节点失效并触发切换,缩短流量中断的时间。

可以通过三种方法检测链路或节点失效:

·     链路层协议检测:链路层发现失效的速度跟接口类型直接相关。

·     RSVPhello机制:为每个需要保护的物理接口使能hello,当对端接口也使能了hello,就会在两个LSR设备之间定时发送hello消息和回应。当链路或节点失效的时候,hello消息或回应消息会丢失,如果连续三次丢失消息,认为链路或节点失效。hello机制检测失效的速度相对比较慢。

·     利用BFD检测邻居连通性:BFD是一种快速检测机制,利用BFD可以迅速检测到链路或节点失效。

2.3.5  切换过程

切换是指启用Bypass LSP,主LSP的流量和RSVP协议消息都不再通过失效链路或节点转发。

转发的数据首先切换到Bypass LSP。在进行绑定计算时,数据转发所需要的内层标签2001MP分配的标签)已经存放在NHLFE中,这时只要标记该LSP已经切换,数据就可以通过Bypass隧道进行转发了。

2.3.6  切换后LSP的维护

切换以后,原有链路不再可用。为使LSP不被超时删掉,RSVP需要在PLRDevice B)和MPDevice D)之间维持消息刷新。

PATH消息经过修改以后通过Bypass隧道(Device BTunnel2)发给MPMP收到PATH消息,确认自己是MP节点,RESV消息也经过修改以后经过多跳IP转发(经过Device DDevice FDevice B),发送给PLR节点。

切换以后,主LSPPathTEARResvERRRescTEARPathERR消息的发送路径也相应变化。

在节点保护切换以后,被保护的节点(Device C)可能会因为PATH消息超时而向下游发送PATHTEAR消息,MPDevice D)节点会忽略这个消息。另外,MP切换的时候会在原来的LSP入接口(Device DInterface D1)上发ResvTear消息,这样可以让被保护的节点(Device C)尽快释放相应的资源。

2.3.7  重优化

重优化是指按照配置的时间间隔定时对已经建成的LSP进行路径计算,LSR设备按照计算出来的路径发起新的LSP建立过程。新的LSP建立成功以后会删除原来的LSPLSP隧道的转发切换到新的LSP

每条LSP隧道都可以配置重优化,当LSP建成以后,重优化就会启动。

对快速重路由来说,重优化的另一个作用是让被Bypass保护的主隧道(Device ATunnel1)恢复到正常状态。因为快速重路由保护主要用于临时性保护,所以一般需要为有快速重路由属性的隧道配置重优化。当主LSP还没有切换时,只有重优化计算出来的路径与原有路径不同时才会建立新的LSP;当主LSP发生了切换,即使重优化计算出来的路径与原有路径相同也会建立新的LSP

典型应用组网

在网络中的关键节点上配置FRR保护,可以实现对通过该节点流量的保护。

图4 MPLS FRR组网

 

4所示,运营商对用户提供了带宽批发业务,使用MPLS TE隧道接入用户的连接,使异地的用户网络通过运营商网络连接。因为承载业务为重要的业务,因此需要对主LSP Tunnel1经过的路径进行保护。利用MPLS TE FRR,可以实现通过保护路径Tunnel2Tunnel3Tunnel4Tunnel5分别保护主LSP路径上的Device BDevice CDevice DDevice E

参考文献

·     RFC 3209RSVP-TE: Extension to RSVP for LSP Tunnels

·     RFC 4090Fast Reroute Extensions to RSVP-TE for LSP Tunnels

·     Internet Draft, “draft-ietf-mpls-nodeid-subobject-01”

 

 

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