1、BGP/VPN快速收敛技术白皮书华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 ihttp:/ 录1 前言 .12 技术简介 .23 关键技术 .43.1 P 设备 IGP/LSP 更新 .43.2 VPN 按需迭代 .53.3 VPN 按照优选级的按需迭代 .53.4 VPN 下一跳分离 .63.5 VPN FRR.73.6 BGP/VPN 快速收敛技术总结 .84 典型应用 .95 结束语 .10附录 A 参考资料 .11附录 B 缩略语 .11BGP/VPN 快
2、速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 1http:/ 要：作为多业务的承载网络，IP/MPLS VPN技术已经成为当前 IP/MPLS网络中的基础技术特性。在一个MPLS VPN网络中，业务路由是通过BGP 技术来承载的，当前网络中发生链路或者节点故障后，不但需要公网路由进行收敛，同时BGP私网路由也需要重新迭代或者收敛，本文主要描述了BGP/VPN 快速收敛的一些技术和方法。 关键词：MPLS，MPLS VPN，BGP/VPN 快速收敛1 前言随着IP技术自己本身的发展，IP 技术在NGN 、IPTV等业务承载领域的应用，以及运营商对于IP 技术
3、的了解和熟悉，IP 网络也正在从一个单纯的 Internet、数据业务承载网络，逐步成为一个数据、语音、视频、企业专线/虚拟私有网络的多业务承载网络。图 1 IP/MPLS VPN 组网示意图当然这个转变的过程也对IP网络自己本身提出了越来越高的要求，其中网络可靠性是当前运营商最为关注和重视的一个方向。在一个IP/MPLS VPN多业务承载网络中，当网络的PE-P链路、 P-P链路、P设备、PE设备发生故障后，首先需要进行公网路由和 LSP的收敛，除此之外私网路由，即BGP/VPN路由还需要重新迭代，这个迭代的时间和迭代的方法BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为
4、技术有限公司 版权所有，侵权必究 2http:/ PE-PE端到端部署RSVP-TE，则只有PE 故障，才需要重新进行BGP/VPN路由的重新选择和迭代；其他故障情况下，RSVP-TE可以通过TE FRR等技术进行保护，不会涉及 BGP/VPN路由的迭代和收敛。2 技术简介在一个MPLS/VPN网络中，如下图2所示，通常在两个PE之间建立IBGP邻居，用来交换VPN私网路由，此私网路由的下一跳为PE设备；另外，还需要在物理直连的PE-P 、P-P之间建立IGP/LDP邻居，从而建立外层隧道。而最终VPN路由转发表项，则需要将VPN BGP路由的远端下一跳和 IGP/LDP外层隧道进行迭代，生成
5、最终的 VPN FIB表项，以此来指导PE设备上 VPN业务的转发。其中路由的迭代如图3所示。图 2 MPLS VPN 网络中公网 IGP/LDP 邻居以及私网 VPN/IBGP 邻居示意图BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 3http:/ FIB转发表两个表迭代VPN BGP路由表BGP前缀1IGP/LSP表BGP前缀2BGP前缀3直连下一跳1远端下一跳2远端下一跳2公网前缀1远端下一跳1 外层标签1公网前缀2 直连下一跳2 外层标签2BGP前缀1 直连下一跳1 外层标签1BGP前缀2 直连下一跳2 外层标签2BGP前缀3 直
6、连下一跳2 外层标签2图 3 VPN 转发表项的迭代过程示意图当MPLS/VPN网络中发生各种故障后，首先进行公网IGP/LDP路由的收敛，这个收敛在使用IGP/LDP快速收敛技术后，通常可以达到200ms-800ms左右的收敛速度。IGP/LDP收敛之后，新的外层隧道生成，同时原先旧的外层隧道删除，此时所有的BGP/VPN路由需要重新迭代一次，迭代到新的外层隧道后，下发到转发平面，此时VPN业务才能最终收敛。这个收敛迭代时间和VPN的路由数目成正比关系。在VPN路由数目比较多的情况下，通常需要几秒甚至几十秒钟才能完成。这个迭代时间对于MPLS/VPN网络上的实时语音、视频等业务来说，明显太长
7、了，为了加快这收敛时间，涌现出了一系列的技术，包括P设备 IGP/LSP更新、VPN按需迭代、VPN按优先级的按需迭代、VPN下一跳分离、VPN FRR等各种技术。下面我们就这些技术分别详细的解释和说明一下。BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 4http:/ 关键技术3.1 P 设备 IGP/LSP 更新在MPLS/VPN网络中，当P-P链路发生故障时，如下图4所示。由于先向PE 发送了一个LSP撤销消息，然后再发送新的更新的 LSP。这样的过程导致了 PE设备公网LSP隧道变化，所以必然要进行一次VPN路由迭代。图 4 P 设
8、备间链路故障引发的 PE 设备 VPN 重新迭代示意图新的P设备IGP/LSP 更新技术解决了这个问题。方法如图5所示。在P1设备上，由于使用了IGP/LSP更新技术， IGP/LDP收敛均使用收敛后的新路由直接替换原先的老路由，所以不再向上游的PE设备发送LSP删除以及更新消息，上游的PE设备没有收到影响，所以无需进行VPN路由迭代，这样当P1设备上完成IGP/LDP收敛之后，VPN业务即完成收敛。这样在P-P 链路故障，或者P设备故障（不引发PE-P链路故障）的情况，VPN业务端到端收敛时间完全取决于公网IGP/LDP收敛速度，而这个时间通常是200ms-800ms。图 5 P 设备 LS
9、P 更新技术示意图BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 5http:/ VPN 按需迭代当PE-P链路发生故障后（包括PE设备故障，以及P 设备故障引发的PE-P链路故障），由于去往远端PE 的LSP 发生了故障，所以本地VPN路由需要重新迭代，但并不是所有本地VPN路由都需要迭代，以图1中为例，假设PE2-P2链路发生故障，此时PE2至PE1、PE5、PE6的外层隧道没有任何变化，而PE至PE3、PE4的外层隧道则需要重新计算，生成新的LSP。针对这种情况出现了VPN按需迭代技术，此技术如下图6所示。将所有的BGP/VPN路由按
10、照不同的远端下一跳（即不同的PE）分别建立不同的队列，当公网隧道发生变化的时候，只需要对发生变化的外层隧道的BGP/VPN路由进行迭代即可，其他不受影响的VPN路由则无需迭代，这样往往可以节省大量的时间，从而加快网络收敛速度。以PE1为远端下一跳的所有VPN路由队列以PE2为远端下一跳的所有VPN路由队列BGP路由11BGP路由12BGP路由13BGP路由14Head1.BGP路由11BGP路由12BGP路由13BGP路由14Head2.以PEx为远端下一跳的所有VPN路由队列.Headx图 6 VPN 按需迭代示意图3.3 VPN 按照优选级的按需迭代在多业务MPLS/VPN承载网络中，通常
11、会有很多VPN，这些VPN业务有实时类业务，也有非实时类业务，所以它们的收敛速度和要求是有所区别的。针对这种情况，VPN按照优先级的按需迭代功能则能很好的适应和满足这种需求。如下图7所示，将已经按照远端下一跳分不同队列之后，将原先的每个队列按照用户的配置，将不同VPN的路由分别放到高、低两个队列中。当公网隧道故障，需要重新迭代的时候，首先迭代需要迭代的高优选级VPN路由，然后再迭代低优先级的VPN路由（类似BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 6http:/ 路由分离出来，从而大大减少高优先级VPN业务的收敛时间。以PE1为远端下
12、一跳的所有VPN路由队列以PE2为远端下一跳的所有VPN路由队列BGP路由11BGP路由12高优先级队列.以PEx为远端下一跳的所有VPN路由队列.HeadxBGP路由21BGP路由22BGP路由23BGP路由24.低优先级队列Head11 Head12BGP路由31BGP路由32高优先级队列.BGP路由41BGP路由42BGP路由43BGP路由54.低优先级队列Head21 Head22图 7 VPN 按优选级的按需迭代示意图3.4 VPN 下一跳分离不论是按需迭代，还是按优先级迭代，其本质是迭代过程的一个优化。那么有没有办法将迭代过程完全不做呢？答案是肯定的，那就是VPN下一跳分离技术。V
13、PN下一跳分离技术的实现原理如下图8所示。在转发平面，将VPN路由转发表按照VPN路由的远端下一跳做分离，将原先的一个VPN路由表分离成两张表，首先查找VPN路由表，查找出远端下一跳，然后再通过远端下一跳查出直连下一跳。当公网发生故障后，公网IGP/LDP收敛，针对每个远端下一跳，直接将原先老的LSP1删除，替换为新的LSP2，这样所有的 VPN都会按照新的LSP2进行转发。这样VPN路由不再需要迭代，当IGP/LSP收敛后 VPN路由可以立即收敛，即使得VPN路由的收敛速度提升到 IGP/LSP收敛的级别上来。VPN路由1VPN路由2VPN路由3远端下一跳1 直连下一跳1直连下一跳2LSP隧
14、道1LSP隧道2图 8 VPN 下一跳分离示意图BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 7http:/ FRR则可以很好的解决。3.5 VPN FRRVPN FRR技术实现原理如下：对于同一个VPN路由前缀在转发平面同时安装了主用路由和备用路由，同时使用快速检测机制检测主用路由外层隧道状态。一旦检测到某个外层隧道失效，则直接使用备用路由进行报文转发。由于备用路由已经安装在转发表中，所以VPN路由的收敛时间主要取决与外层隧道状态的检测时间。详细的说明可以参考VPN FRR技术白皮书。其中对于外层隧道状态检测技术的不同，VPN FRR又
15、可以分为BFD触发的VPN FRR和IGP触发的 VPN FRR。其中 BFD触发的VPN FRR技术，使用BFD进行外层隧道状态检测，这种方法的优点是检测速度比较快，通常可以做到200ms-500ms，不足点在于，需要整网配置多跳BFD；IGP触发的VPN FRR技术中，当网络发生故障后，IGP/LDP重新收敛，收敛之后即可得知原先的外层隧道失效，此时即可将转发平面中的外层隧道状态置为无效，触发VPN路由切换到备用路由上去。因此IGP触发的VPN FRR收敛时间为公网IGP/LDP收敛的时间。 IGP触发的VPN FRR技术中，充分利用了IGP/LDP 快速收敛技术，VPN FRR只是一个本
16、地PE 的处理，对网络没有其他协议和互通要求；不过相对 BFD触发的VPN FRR技术其收敛速度要慢一些。VPN FRR技术对组网有一定的要求，首先需要远端CE双归两个PE，同时要求本地PE上要同时存在去往两个PE的VPN路由。只有这两个条件具备了，才能部署VPN FRR。VPN FRR技术除了可以用来进行PE节点故障保护之外，同时也可以进行 PE-P链路、P-P链路、以及P设备故障保护。其原理如下图10所示。假设在PE1上部署VPN FRR，其中主用外层隧道为LSP1 （去往主用PE3 ），备用隧道为LSP2（去往备用PE4）。当P1 和P2之间链路故障后，检测到LSP1故障，触发VPN F
17、RR切换，流量切换到LSP2上。此后VPN重新迭代，重新迭代生成主用LSP3、备用LSP2的新的VPN路由，流量重新切回到LSP3上来。其中从 LSP1切换到 LSP2是一个VPN FRR切换过程，而 LSP2切回到LSP3是一个路由更新不会造成丢包。因此VPN FRR技术完全可以做到端到端的VPN业务的保护。BGP/VPN 快速收敛技术白皮书Copyright 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 8http:/ 9 VPN FRR 端到端保护示意图3.6 BGP/VPN 快速收敛技术总结上文分别对各种BGP/VPN快速收敛技术做了详细的说明和解释，下面用一个表格，将这些技术使用的
18、场景、需要的收敛时间，以及需要的网络拓扑做一个综合比较。表 1 BGP/VPN 快速收敛比较表PE-P链路故障(包括P设备故障引发的PE-P链路故障 )P-P链路故障(包括P设备故障引发的P-P 链路故障 )PE节点故障 收敛时间 说明P设备IGP/LDP更新不支持 支持 不支持 公网IGP/LDP收敛时间VPN按需迭代 支持 支持 支持 公网IGP/LDP收敛时间+需要迭代的VPN路由迭代时间VPN按照优先级的按需迭代支持 支持 支持 公网IGP/LDP收敛时间+需要迭代的高优先级VPN路由迭代时间VPN下一跳分离支持 支持 不支持 公网IGP/LDP收敛时间IGP触发的VPN FRR支持 支持 支持 公网IGP/LDP收敛时间远端CE需要双归两个PE，而且本地PE需要有到两个PE的路由BFD触发的VPN FRR支持 支持 支持 BFD检测时间，通常为200ms-500ms远端CE需要双归两个PE，而且本地PE需要有到两个PE的路由
