MPLS TE快速重路由技术白皮书Word文档格式.docx

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1.3.7切换后LSP的维护1-9

1.3.8重优化1-10

1.3.9转发1-10

1.4快速重路由的应用布署1-11

附录A参考资料1-1

附录B缩略语1-1

第1章MPLSTE快速重路由

1.1前言

本文描述了MPLSTE快速重路由FRR（FastReroute）的基本概念和工作原理，重点描述华为技术有限公司的实现。

我们假设您对MPLSTE知识有一定的了解，这些知识将有助于更好的理解本文。

MPLSTE快速重路由是实现网络局部保护的技术之一。

在应用了MPLSTE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。

迅速响应、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。

1.2概述

1.2.1MPLSTE及其四个构件

1.MPLSTE

随着网络发展，Internet网上的流量成几何级数爆炸性增涨，网络拥塞时常发生。

为了适应这种发展，满足客户的需求，服务提供商在不同的阶段采取了不同的措施，包括扩容、调整metric、流量工程技术。

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走出实验室，走出少数研究人员的范围，应用越来越广泛，传统的最短路径优先的路由的问题暴露无遗。

MPLSTE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MPLSTE，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。

2.MPLSTE的四个构件

MPLSTE的实现需要四个部分：

●网络信息的搜集，现在通过OSPFTE来实现；

●路径的计算，现在通过CSPF来实现；

●建立LSP的信令，现在采用RSVPTE协议；

●MPLS转发。

图1-1MPLSTE四个组件

●报文转发组件

MPLSTE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。

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。

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

MPLSTE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RSVPPATH消息中引入LabelRequest对象，支持发起标签请求；

在RSVPRESV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RSVPRESV消息中引入ExplicitRoute对象。

更详细的信息请参见RFC3209。

1.2.2MPLSTE快速重路由

1.FacilityBackup方式快速重路由

MPLSTE快速重路由是MPLSTE中一套用于链路保护和节点保护的机制。

当LSP链路或者节点失败时，在发现失败的节点进行保护，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同时继续发起主路径的重建。

MPLSTE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。

MPLSTE快速重路由的最终目的就是利用Bypass隧道绕过失败的链路或者节点，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MPLSTE系统的各个构件参与。

MPLSTE快速重路由是基于RSVPTE的实现，遵循草案draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-fastreroute-02。

实现快速重路由有两种方式：

●One-to-oneBackup：

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DetourLSP。

●FacilityBackup：

用一条保护路径保护多条LSP，该保护路径称为BypassLSP。

华为公司提供FacilityBackup方式快速重路由。

图1-1快速重路由

FacilityBackup方式又称为Bypass方式。

如图1-2，蓝色为主LSP，红色为BypassLSP，当链路RTB-RTC失效或节点RTC失效时，主LSP上的数据会切换到BypassLSP上。

从RTB出去的报文头使用RTF为RTB分配的标签，同时RTC的出标签也被压入标签栈中。

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。

2.几个概念

●主LSP：

相对于DetourLSP或BypassLSP而言，是被保护的LSP。

●PLR：

PointofLocalRepair，DetourLSP或BypassLSP的头节点，它必须在主LSP的路径上，且不能是尾节点。

●MP：

MergePoint。

DetourLSP或BypassLSP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DetourLSP或BypassLSP上。

●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DetourLSP或BypassLSP上。

1.3Bypass快速重路由

图1-1Bypass快速重路由

本章描述的Bypass方式快速重路由按照draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-fastreroute-02（以下称协议草案）实现。

通过扩展SESSION_ATTRIBUTE和RECORD_ROUTE对象来实现Bypass方式快速重路由。

本章举例都按照图1-3的节点保护来说明。

1.3.2主LSP的建立

主LSP的建立过程与普通LSP相同，RSVP从头节点（图1-3中的RT1）逐跳向下游发送PATH消息（经过RT1-RT2-RT3-RT4-RT5），从尾节点（图1-3中的RT5）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。

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RRO中记录RESV消息的出接口、LSRID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BypassLSP。

为主LSP选择合适的BypassLSP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。

1.3.3BypassLSP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物理接口以后，它所对应的LSP就成为BypassLSP。

BypassLSP（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，BypassLSP不能同时是主LSP，LSP不能被嵌套保护。

BypassLSP可以被指定保护多个物理接口，但不能保护它自己的出接口。

快速重路由只能进行链路保护或节点保护。

在配置建立一条BypassLSP时就应该规划好它所保护的链路或节点，并且要仔细确保该BypassLSP不会经过它所保护的链路或节点。

否则，即使BypassLSP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配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BypassLSP上。

BypassLSP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。

1.3.4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BypassLSP来保护它，叫做把主LSP与BypassLSP绑定。

绑定计算是为一条主LSP绑定BypassLSP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、BypassLSP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。

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BypassLSP时会触发以BypassLSP所保护的物理接口为出接口的所有主LSP进行绑定计算，比如建成BypassLSP、或者把普通LSP配置成BypassLSP、或者删除一条BypassLSP。

●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BypassLSP，寻找到最合适的BypassLSP。

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应的LSRID，这样主LSP的下一跳（NHOP）或下下一跳（NNHOP）的LSRID就是已知的。

如果路由器支持协议草案draft-ietf-mpls-nodeid-subobject-01.txt，主LSP建立时，RRO就会记录各跳的LSRID。

如果BypassLSP的EgressLSRID与NHOPLSRID相等，就可能形成链路保护；

如果BypassLSP的EgressLSRID与NNHOPLSRID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BypassLSP保护。

带宽为0的BypassLSP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BypassLSP保护。

带宽不为0的BypassLSP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BypassLSP可以保护一条主LSP时，按下面的顺序进行优选：

（1）节点保护优于链路保护。

（2）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BypassLSP。

（3）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BypassLSP。

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LSRID。

●MP为上一跳分配的标签。

这个值就是主LSP的RRO中MPLSRID对应的标签。

●Bypass隧道接口，bypassLSP的NHLFE信息。

绑定计算结果会保存下来，当发生局部失效的时候可以立即使用，这也是MPLSTE快速重路由可以迅速响应失效的原因。

1.3.5失效检测

失效检测的目标是尽快发现链路（RT2-RT3）和节点（RT3）失效，触发切换，减少数据包丢失。

检测失效并不判断具体是链路还是节点失效，最终都归结为“接口失效”（RT2的eth1）。

“接口失效”触发所有以该接口为出接口的LSP进行快速重路由切换。

如果LSP之前已经被绑定计算为链路保护，就会切换到链路保护，如果实际发生的是节点失效，这种情况下保护是不会成功的，该LSP最终会被删掉。

如果LSP之前已经被绑定计算为节点保护，就会切换到节点保护，如果实际发生的是链路失效，即使下一跳节点可用，也会被Bypass隧道越过。

部分的链路或节点失效可以通过链路层协议检测到，链路层发现失效的速度跟接口类型直接相关。

其他的失效是通过RESV的hello机制来发现的，hello检测失效的速度相对比较慢。

可以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，就会在两个路由器之间定时发送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，认为有失效发生。

1.3.6切换过程

切换是指启用BypassLSP，主LSP的数据和RSVP消息都不再从原有路径上发送。

用命令关闭接口（RT2的eth1）或者失效检测发现“接口失效”（RT2的eth1）都会触发切换。

失效接口上有保护的LSP的转发和信令都会切换到BypassLSP上，并向上游节点通告切换已经发生。

首先发生切换的转发组件。

在进行绑定计算时，转发所需要的内层标签2200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。

RESV随后会对切换事件进行响应。

对已经绑定BypassLSP的LSP，RESV会向上游发送有切换标记的PathError消息。

Bypass隧道主要用于临时性保护，头节点会对这些切换了的LSP进行适当的处理。

如果LSP没有绑定，RSVP直接发送ResvTear消息通知上游节点删除该LSP。

1.3.7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PLR（RT2）和MP（RT4）之间维持消息刷新。

PATH消息经过修改以后通过Bypass隧道（RT2的Tunnel12）发给MP。

MP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RT4-RT6-RT2），发送给PLR节点。

切换以后，PLR向MP发的PATH消息会经过下列修改：

●PHOP字段填写BypassLSP在PLR处的出接口（RT2的eth2）地址。

●SENDERTEMPLATE中的Ingresslsrid改成bypassLSP在PLR处的出接口（RT2的eth2）地址。

●RRO记录的PLR的地址改成BypassLSP在PLR处的出接口（RT2的eth2）地址。

●删除ERO中MP之前的所有节点，并把第一属于MP的地址换成MP的LSRID。

MP收到经过Bypass隧道发来的PATH消息。

由于SESSION没有改变，而SENDERTEMPLATE中的Ingresslsrid（本来应该是RT1的LSRID）被改成了BypassLSP在PLR处的出接口（RT2的eth2）地址，MP会判断出这一个快速重路由切换以后的PATH消息，并且本节点是MP。

MP向下游发送的PATH消息不会因为切换而变化。

MP向上游发送的RESV消息会做如下修改：

●消息中的FilterSpec源地址改为Path消息的PHOP地址（RT2的eth2的地址）。

●消息中的NHOP改为Bypasstunnel的在MP上的入接口（RT4的eth2）地址。

●Resv消息中RRO对象记录Bypasstunnel的在MP上的入接口（RT4的eth2）地址。

●消息的IP头中的目的地址是Bypass在PLR上的出接口（RT2的eth2）地址。

●消息中的TTL值设置为255，协议消息包头TTL值设置为1。

切换以后，PLR向上游发的RESV消息也会有所变化，RRO中会加入BypassLSP的出接口（RT2的eth2）地址。

切换以后，主LSP的PTEAR、RERR、RTEAR和PERR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（RT3）可能会因为PATH消息超时而向下游发送PATHTEAR消息，MP（RT4）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（RT4的eth3）上发ResvTear消息，这样可以让被保护的节点（RT3）尽快释放相应的资源。

1.3.8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，路由器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LSP，LSP隧道的转发切换到新的LSP上来。

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保护的隧道（RT1的Tunnel1）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，如果当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。

已经绑定到物理接口的BypassLSP也可以进行重优化。

但如果已经有主LSP切换到这条BypassLSP上来就不会进行重优化了。

BypassLSP被重优化以后，它与主LSP的绑定关系会全部被刷新。

1.3.9转发

在主LSP切换之前，数据转发与普通LSP相同；

当主LSP切换到Bypass隧道上以后，数据会从Bypass隧道转发到MP。

当主LSP与BypassLPS绑定成功，主LSP的NHLFE表项中记录BypassLSP的NHLFE表项索引以及MP为上一个节点分配的标签2200，即内层标签。

在切换的时候，主LSP的NHLFE表项会被转发组件置上切换标志。

报文到达PLR时，转发组件查找到主LSP的NHLFE，如果尚未切换，进行正常的标签交换和数据转发；

如果NHLFE表项中有切换标志，则继续查找到对应的BypassLSP的NHLFE表项，把内层标签2200压栈以后，按照BypassLSP的NHLFE表项的信息进行转发。

在Bypass隧道出口（或倒数第二跳），标签出栈，MP就可以继续用原有标签2200进行转发了。

因为内层标签可能会在MP的不同接口上使用，所以要求MP的标签分配必须是每平台的。

前面提到，部分失效检测是在链路层进行的。

在链路层检测到失效以后，如果在上层相应失效之前失效恢复，转发组件可以清除主LSP的NHLFE表项上的切换标志，这样，主LSP的数据转发又会按照原路进行，RESV也不会进行切换处理。

需要说明一下的是，切换以后，从PLR到MP的RSVP消息从Bypass隧道发送，这只是一般的IP报文从MPLS隧道转发。

从MP到PLR的RSVP消息是普通的IP转发。

1.4快速重路由的应用布署

MPLSTE快速重路由是MPLSTE的一个特性，它特点是快速的局部保护。

它一般布署在对可靠性要求比较高的网络中。

当网络中出现局部的失效的时候，快速重路由可以很快的切换到Bypass隧道，数据业务受到影响较小。

骨干网不仅容量大，对可靠性也有较高的要求。

在出现网络局部失效的情况，需要有自动保护和恢复机制，MPLSTE快速重路由就是实现网络局部保护的技术之一。

通过适当配置网络，当出现链路和节点失效的时候，如果接口配置有FRR快速重路由的保护，数据可以自动切换到保护链路上去。

当失效恢复时，正常的转发路径会自动重建。

实际上，MPLSTE的网络中一般都需要实施快速重路由保护。

这种主要是MPLSTE自身的特点决定的。

对于纯IP网络，当