MPLSTE快速重路由技术白皮书.doc

1、MPLS TE FRR技术白皮书华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 i目 录1 前言 .12 技术简介 .12.1 MPLS TE 及其四个构件 .12.2 MPLS TE 快速重路由 .33 关键技术 .53.1 主 LSP 的建立 .53.2 Bypass LSP 的建立 .63.3 绑定计算 .73.4 失效检测 .83.5 切换过程 .93.6 切换后 LSP 的维护 .93.7 重优化 .103.8 转发 .114 典型应用 .125 结束语 .13

2、附录 A 参考资料 .14附录 B 缩略语 .14MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 1MPLS TE FRR 技术白皮书摘 要： MPLS TE 快速重路由技术是一项实现网络局部保护的技术，在应用了MPLS TE的网络中，当某处出现链路或节点失效时，配置有快速重路由保护的LSP可以自动将数据切换到保护链路上去。本文档介绍了MPLS TE快速重路由的关键技术和典型应用。关键词：FRR 、 MPLS TE、快速重路由、RSVP TE、LSP。1 前言目前传统的 IP 网络是一种“尽力而为”的服务模型，随着网络业务的进一步发展，作为多业

3、务统一承载的 IP 网络在可靠性方面，必须要达到传统电信网络的水平，如保护切换的速度50ms，才能满足电信级业务的需要。MPLS 技术自 20 世纪 90 年代中出现后，由于其具备快速转发、QoS 保证、多业务支持等优势，获得了长足的发展，在下一代电信网络中扮演着越来越重要的角色。为了保证 MPLS 网络的可靠性，MPLS 快速重路由（Fast Re-Route）技术扮演了重要角色。这种技术借助 MPLS 流量工程（Traffic Engineer）的能力，为 LSP 提供快速保护倒换能力。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

4、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 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。2 技术简介2.1 MPLS TE 及其四个构件传统的路由器选择最短的路径作为路由，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，这种问题不是很严重，但是随着 Internet 的应用越来越广泛，传统的最短路径优先的

5、路由的问题暴露无遗。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 2MPLS TE 是一种将流量工程技术与 MPLS 这种叠加模型相结合的技术。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，可以根据优先级和抢占参数的情况，抢占低优先级的 LSP 隧道的带宽资源等等；同时，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，提供保护。MPLS TE 的实现需要四个部分： 网络信息的搜集，现在通过 OSPF TE 来实现； 路径的计算，现在通过 CSPF 来实现； 建立

6、LSP 的信令，现在采用 RSVP TE 协议； MPLS 转发。链 路 状 态数 据 库 流 量 工 程数 据 库IGP路 由 选 择 LSP路 径 选 择IS-/OSPF路 由 信 令 协 议模 块报 文 转 发 模 块LSP建 立信 息扩 散报 文 进 入LSP建 立信 息扩 散报 文 离 开图 1 MPLS TE 的四个组件MPLS TE 的四个构件 报文转发组件MPLS TE 报文转发组件是基于标签的，通过标签沿着某条预先建立好的 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。 信息发布组件除了网络的拓扑信息外，流量工程还需要知道网络的负载信息

7、。为此，引入信息发布组件，通过对现有的 IGP 进行扩展，比如在 IS-IS 协议中引入新的 TLV，或者在 OSPF 中引入新的LSA，来发布链路状态信息，包括最大链路带宽、最大可预留带宽、当前预留带宽、链路颜色等。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 3通过 IGP 扩展，在每个路由器上，维护网络的链路属性和拓扑属性，形成流量工程数据库TED，利用 TED，可以计算出满足各种约束的路径。 路径选择组件MPLS TE 技术通过显式路由来指定数据转发的路径，即在每个入口路由器上指定 LSP 隧道经过的路径，这种显式路由可以是严格的，也

8、可以是松散的。可以指定必须经过某个路由器，或者不经过某个路由器，可以逐跳指定，也可以指定部分跳。此外，还可以指定带宽等约束条件。路径选择组件通过 CSPF 算法，利用 TED 中的数据来计算满足指定约束的路径。CSPF算法是最短路径优先算法的变种，它首先在当前拓扑结构中删除不满足条件的节点和链路，然后再通过 SPF 算法来计算。 信令组件信令组件用来预留资源，建立 LSP。LSP 隧道的建立可以通过 CR-LDP，或 RSVP-TE 协议完成。这两种信令都可以支持 LSP 的建立、显式路由、资源信息携带等功能。以 RSVP-TE 为例，为了能够建立 LSP 隧道，对 RSVP 协议进行扩展，在

9、 RSVP PATH消息中引入 Label Request 对象，支持发起标签请求；在 RSVP RESV 消息中引入 Label 对象支持标签分配，这样就可以建立 LSP 隧道了。为了支持显式路由，在 RSVP RESV 消息中引入 Explicit Route 对象。更详细的信息请参见 RFC3209。2.2 MPLS TE 快速重路由MPLS TE 快速重路由是 MPLS TE 中一套用于链路保护和节点保护的机制。当 LSP 链路或者节点故障时，在发现故障的节点进行保护，这样可以允许流量继续从保护链路或者节点的隧道中通过，以使得数据传输不至于发生中断，同时头节点就可以在数据传输不受影响的

10、同时继续发起主路径的重建。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 称为快速重路由 LSP，被保护的 LSP 称为主 LSP。MPLS TE 快速重路由的最终目的就是利用快速重路由隧道绕过故障的链路或者节点，从而达到保护主路径的功能。快速重路由 LSP 和主 LSP 的建立过程需要 MPLS TE 系统的各个构件参与。MPLS TE 快速重路由是基于 RSVP TE 的实现，遵循协议 RFC4090。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 4实现快速重路由有两种方式：

11、Detour 方式： One-to-one Backup，分别为每一条被保护 LSP 提供保护，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 的保护，相对需要更大的开销。在实际使用中，Bypass 方式被更广泛使用，以下重点介绍 Bypass 方式。R T AR T BR T CR T D R T ER T F图 2 快速重路由Bypass 方式如上图所示，蓝色为主 LSP，红色为 Bypass LSP

12、，当链路 RTB-RTC 失效或节点 RTC 失效时，主 LSP 上的数据会切换到 Bypass LSP 上。从 RTB 出去的报文头的顶层使用 RTF 为 RTB 分配的标签，同时 RTC 的出标签也被压入标签栈中作为下一层。在 RTB-RTF-RTD 这条路径上，LSP 使用两层标签。RTD 收到的报文，弹出 RTD 为 RTF分配的标签以后，继续用 RTD 为 RTC 分配的标签进行转发。下面介绍几个主要概念： 主 LSP：相对于 Detour LSP 或 Bypass LSP 而言，是被保护的 LSP。 PLR：Point of Local Repair，Detour LSP 或 By

13、pass LSP 的头节点，它必须在主LSP 的路径上，且不能是尾节点。 MP：Merge Point。Detour LSP 或 Bypass 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：PLR 和 MP 之间有直接链路连接，主 LSP 经过这条链路。当这条链路失效的时候，可以切换到 Detour LSP 或 Bypass LSP 上。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 5 节点保护：PLR 和 MP 之间通过一个路由器连接，主 LSP 经过这个路由器。当这个路由器失效时，可以切换到 Detour LS

14、P 或 Bypass LSP 上。3 关键技术Bypass 方式快速重路由如下图所示：说 明 ：主 L S P 和标签R T 7e t h 1R T 1 R T 2R T 3 R T 4R T 5R T 6F R R L S P 和标签栈 （ 节点保护 ）e t h 2e t h 1e t h 2e t h 3e t h 1e t h 21 2 0 02 0 0 0e t h 3e t h 2e t h 1e t h 3e t h 2e t h 1t u n n e l 1 2e t h 2e t h 1e t h 1e t h 2e t h 32 1 0 02 0 0 0 2 2 0 02

15、2 0 02 2 0 01 2 0 02 2 0 0t u n n e l 1图 3 Bypass 快速重路由本章描述的 Bypass 方式快速重路由按照 RFC4090（以下称协议）实现，通过扩展SESSION_ATTRIBUTE 和 RECORD_ROUTE 对象来实现 Bypass 方式快速重路由。本章举例都按照 0 的节点保护来说明。3.1 主 LSP 的建立主 LSP 的建立过程与普通 LSP 相同，RSVP 从头节点（0 中的 RT1）逐跳向下游发送PATH 消息（经过 RT1-RT2-RT3-RT4-RT5），从尾节点（ 0 中的 RT5）逐跳向上游发送RESV 消息。在处理 R

16、ESV 消息时分配标签，预留资源，建立 LSP。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 6在协议草案中，为 FRR 扩展了 SESSION_ATTRIBUT 和 RECORD_ROUTE 对象中的几个标志位，被保护 LSP 的建立与普通 LSP 的建立的区别也在于这几个标志位的处理。PATH 消息的 SESSION_ATTRIBUT 对象中，增加的标志位指明了该 LSP 是否需要局部保护、是否记录标签、是否 SE 风格、是否有要保护带宽。RESV 消息的 RECORD_ROUTE 对象中，增加的标志位指明了该 LSP 是否已经被保护、是

17、否已经切换、是否被保护了带宽、是否是被节点保护。主 LSP 的建立是通过在头节点（ RT1）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 风格标记的标记。如果还为该 LSP 指定了带宽，就还会有带宽保护的标记。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

18、 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，绑定的具体算法在后面有详细描述。在为主 LSP 进行了快速重路由绑定计算之后，向上游发送 RESV 消息的RECORD_ROUTE 对象中会指明该 LSP 是否已经被保护。如果有保护，会记录下这个被保护的出接口地址（RT2 的 eth1）和 RESV 消息的出接口（ RT2 的 eth3）。如果没有保护，RRO中相应

19、的标志会被清除，并且只记录 RESV 消息的出接口（ RT2 的 eth3）。在 Egress 上不进行绑定计算，它向上游发送的 RRO 中的各标志清零。有快速重路由保护的主 LSP 建立过程与普通 LSP 基本一致，只是增加了前面描述过的绑定计算，以及在 PATH 和 RESV 消息中增加了几个相关标记和子对象。3.2 Bypass LSP 的建立Bypass LSP 的建立可以有两种方式，一种是手工方式，一种是自动方式；MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 7手工 Bypass LSP 是当一个没有快速重路由属性的隧道被指定保护一

20、个物理接口以后，它所对应的 LSP 就成为 Bypass LSP。手工 Bypass LSP（RT2 上的 tunnel12）的建立是通过在PLR（RT2）手工配置触发的。它的配置与普通 LSP 基本没有分别，只是不能配置快速重路由属性。也就是说，Bypass LSP 不能同时是主 LSP，LSP 不能被嵌套保护。自动 Bypass LSP 是对手工方式的配置简化，当主 LSP 需要被 FRR 保护时，PLR 可以选择或自动建立一条 Bypass LSP，用来保护这个主 LSP，这种方式就叫自动 Bypass。自动Bypass 可以保护多个主 LSP，只要它可以满足这些主 LSP 的要求。By

21、pass LSP 可以保护多个物理接口，但不能保护它自己的出接口。快速重路由可以进行链路保护或节点保护。在需要 Bypass LSP 保护时就应该规划好它所要保护的链路或节点，并确定好保护方式是链路保护还是节点保护。一般来讲，节点保护可以同时保护被保护节点和 PLR 与被保护节点之间的链路，它看起来更优一些。如果可能的话，用户会更希望部署节点保护。华为公司提供了灵活的保护方式，在节点保护不能工作的时候，华为公司的设备支持保护方式自动降级为链路保护，当节点保护再次生效时，节点保护将重新起作用。Bypass 隧道的带宽一般是用于保护主 LSP 的，隧道上所有资源仅为切换后使用。用户在配置时需要保证

22、配带宽大于等于被保护的所有 LSP 所需的带宽和，否则发生 FRR 生效后，Bypass 将不能提供完全满足用户服务质量要求的保护。Bypass LSP 一般处于空闲状态，不承担数据业务。如果需要 Bypass 隧道在保护主 LSP的同时承担普通的数据转发任务，就需要配置足够的带宽。3.3 绑定计算“绑定”可以指为一个物理接口指定保护它的 Bypass 隧道，我们把这叫做把 Bypass 隧道与物理接口绑定。一个 Bypass 隧道可以绑定到多个物理接口，一个物理接口也可以绑定多个Bypass 隧道。“绑定”也可以指为一条主 LSP 选择一条合适的 Bypass LSP 来保护它，叫做把主 L

23、SP与 Bypass LSP 绑定。绑定计算是为一条主 LSP 绑定 Bypass LSP 的过程。绑定计算的结果是得到切换时转发所需要的必要数据，如 Bypass 隧道接口、 Bypass LSP 的出接口和NHLFE、MP 分配的标签等。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。MPLS TE FRR 技术白皮书 http:/ 2007 华为技术有限公司 版权所有，侵权必究 8绑定计算必须在切换之前完成，下列情况下会触发绑定计算： 在建立主 LSP 时会触发该 LSP 的绑定计算。 新增或减少一条 Bypass LSP 时会触发以 Bypass LSP 所保护的

24、物理接口为出接口的所有主 LSP 进行绑定计算，比如建成 Bypass LSP、或者把普通 LSP 配置成 Bypass LSP、或者删除一条 Bypass LSP。 系统定期计算所有以被保护的物理接口为出接口的 LSP 的绑定关系。绑定计算总是用一条主 LSP 的已知信息去逐条遍历保护它的出接口的 Bypass LSP，寻找到最合适的 Bypass LSP。在支持自动 FRR 保护的情况下，如果没有找寻到一个合适的Bypass LSP，就会试图去建立一条新的自动 Bypass LSP 对这条主 LSP 进行保护。在主 LSP 建立时记录了各个节点的接口地址， CSPF 可以根据接口地址获得对

25、应的 LSR ID，这样主 LSP 的下一跳（ NHOP）或下下一跳（NNHOP）的 LSR ID 就是已知的。如果路由器支持协议草案 draft-ietf-mpls-nodeid-subobject，主 LSP 建立时，RRO 就会记录各跳的 LSR ID。如果 Bypass LSP 的 Egress LSR ID 与 NHOP LSR ID 相等，就可能形成链路保护；如果 Bypass LSP 的 Egress LSR ID 与 NNHOP LSR ID 相等，就可能形成节点保护。如果主 LSP 带宽为 0，它只能被带宽为 0 的 Bypass LSP 保护。带宽为 0 的 Bypass

26、LSP保护一条主 LSP 以后，它的保护计数会加 1。如果主 LSP 带宽不为 0，它只能被有足够剩余带宽的 Bypass LSP 保护。带宽不为 0 的 Bypass LSP 最初的剩余带宽是它的配置值。它每保护一条主 LSP，剩余带宽就会被减去这条主 LSP 的带宽大小。当有多条 Bypass LSP 可以保护一条主 LSP 时，按下面的顺序进行优选： 节点保护优于链路保护。 如果主 LSP 带宽为 0，选择一条带宽为 0 且保护主 LSP 条数最少的 Bypass LSP。 如果主 LSP 带宽不为 0，选择剩余带宽大等于主 LSP 带宽且剩余带宽最小的Bypass LSP。绑定计算的结果包含下面几项，主要用于切换以后数据和信令消息从 Bypass 隧道的发送： 保护的类型，链路保护或节点保护，MP 的 LSR ID。 MP 为上一跳分配的标签。这个值就是主 LSP 的 RRO 中 MP LSR ID 对应的标签。 Bypass 隧道接口，bypass LSP 的 NHLFE 信息。