基于SDL承載MPLS的一種方案研究

2019-11-03 10:15:09

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供稿：網(wǎng)友

基于SDL承載MPLS的一種方案研究（溫向明楊紅梅關(guān)若其朱祥華）摘要：針對(duì)目前Internet網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸速度和服務(wù)質(zhì)量越來(lái)越難以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求的問(wèn)題，本文提出一種在SDL（簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)鏈路）中承載MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）的方案。并探討了MPLS承載于SDL的幀結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了與WDM網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：SDL MPLS O-LER O-LSR WDM 一、引言目前，隨著Internet網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和業(yè)務(wù)量的迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的路由器轉(zhuǎn)發(fā)方式已成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）正是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其主要作用就是將三層的路由和二層的交換結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速轉(zhuǎn)發(fā)分組。由于MPLS具有固定長(zhǎng)度標(biāo)簽，因此通過(guò)申請(qǐng)一個(gè)缺省或非缺省的業(yè)務(wù)，使其與一組標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)，就可以在具有標(biāo)簽交換機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)中靈活傳送各種用戶業(yè)務(wù)信息。 SDL（簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)鏈路）協(xié)議是IETF于2000年1月提出的一種新的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于對(duì)同步或異步傳送的可變長(zhǎng)度的ip數(shù)據(jù)包進(jìn)行高速定界，相對(duì)于RFC1662中提出的HDLC和我國(guó)2000年10月發(fā)布的LAPS幀格式，其定幀速度更快、糾錯(cuò)檢錯(cuò)性更好、網(wǎng)絡(luò)安全可靠性能更高，可以在STM-16以上速率的SDH鏈路上傳送不同的PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）信息。顯然，MPLS和SDL具有可結(jié)合性，合理地利用它們各自的優(yōu)勢(shì)，必將進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)在定幀效率、路由選擇和安全及可靠性等方面的性能。根據(jù)Internet草案“PPP SDL on SONET／SDH”（2000／1）中的定義，作者提出了一種在SDL協(xié)議中實(shí)現(xiàn)MPLS的方案。二、SDL協(xié)議機(jī)制為了兼容各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，對(duì)草案中提出的幀格式進(jìn)行了補(bǔ)充，增加了可選的PRotocol域。LI為信息域長(zhǎng)度指示字段；CRC為頭部循環(huán)冗余校驗(yàn)域；Protocol域用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；信息域長(zhǎng)度為4-64K字節(jié)；FCS為幀校驗(yàn)序列域。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可使用基于CRC的捕獲方法或者通過(guò)SDH通道開銷中的H4字節(jié)指示來(lái)確定SDL的幀邊界。一旦找到SDL PDU的開始位置，便可根據(jù)LI值計(jì)算出整個(gè)幀的長(zhǎng)度，從而確定出本幀的幀尾位置和下一幀的幀頭位置，即實(shí)現(xiàn)幀定界。當(dāng)不傳數(shù)據(jù)時(shí)LI=0，SDL幀被稱為空閑幀，其幀長(zhǎng)為4字節(jié)，包括頭部LI域和CRC域，這種空閑幀在接收端都將被丟棄；當(dāng)LI=1時(shí)表示本幀傳送擾碼器狀態(tài)信息，此時(shí)無(wú)協(xié)議域，信息域的內(nèi)容是鏈路層的6字節(jié)擾碼器狀態(tài)信息，F(xiàn)CS選2字節(jié)CRC-16幀校驗(yàn)方式；LI=2或3表示傳送的是軟件規(guī)定的消息（SDL草案中叫做A、B消息），無(wú)協(xié)議域，信息域仍是6字節(jié)，這些消息在“PPP SDL on SONET／SDH”中目前尚未定義，保留給鏈路維護(hù)協(xié)議以模擬ATM的OAM信元的方式，此時(shí)FCS仍為2字節(jié)。因此，依據(jù)LI的值計(jì)算整個(gè)PDU長(zhǎng)度的方法如下： LI=0時(shí)，PDU長(zhǎng)=4字節(jié)；LI=1，2，3時(shí)，PDU長(zhǎng)=4字節(jié)（頭部長(zhǎng)度）＋6字節(jié)（擾碼器狀態(tài)信息長(zhǎng)度或A、B信息長(zhǎng)度）＋2字節(jié)（FCS）；LI＞3時(shí)，PDU長(zhǎng)=4字節(jié)（頭部長(zhǎng)度）＋1字節(jié)（協(xié)議域長(zhǎng)度）＋LI域的值（信息域的長(zhǎng)度）＋2字節(jié)（FCS）。采用CRC捕獲方法為SDL定幀時(shí)，每次都需要對(duì)SDL幀中的頭部（LI域和CRC域）進(jìn)行CRC校驗(yàn)，若CRC無(wú)效，則認(rèn)為L(zhǎng)I指示域無(wú)效而進(jìn)入搜索狀態(tài)，直到捕獲到要求數(shù)目的連續(xù)有效CRC校驗(yàn)，才停止搜索并進(jìn)入同步狀態(tài)。 SDL協(xié)議的另一特點(diǎn)是支持幀頭單比特錯(cuò)誤校正，這對(duì)于任何形式的定幀方式都很重要。在SDL幀中，LI域中的一個(gè)單比特錯(cuò)誤將直接使接收端進(jìn)入搜索狀態(tài)，因此具有單比特錯(cuò)誤校正功能可以避免由于隨機(jī)比特錯(cuò)誤而導(dǎo)致頻繁進(jìn)入搜索狀態(tài)。另外，當(dāng)SDL封裝完成之后，要映射進(jìn)SDHSPE或其它形式的物理層時(shí)，需要確保其負(fù)載的透明性，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。因此，在SDL系統(tǒng)中需要采用X（48次方）非自同步擾碼器，其生成多項(xiàng)式為l＋x＋x（27次方）＋x（28次方）＋x（48次方）。草案中規(guī)定，傳擾碼器狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，LI=0X0001，其狀態(tài)傳送間隔時(shí)間可通過(guò)編程改變。而且，由干擾碼器狀態(tài)信息的傳送與物理層的結(jié)構(gòu)或開銷無(wú)關(guān)，所以SDL協(xié)議可以在SDL／WDM或SDL／任何其它核心傳送網(wǎng)中應(yīng)用。三、MPLS標(biāo)簽機(jī)制 1.MPSL標(biāo)簽機(jī)制與傳統(tǒng)的路由器轉(zhuǎn)發(fā)方式傳統(tǒng)的路由器轉(zhuǎn)發(fā)方式是，當(dāng)一個(gè)無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分組從一個(gè)路由器傳向下一個(gè)路由器時(shí)，每個(gè)路由器都必須對(duì)分組頭部進(jìn)行分析處理和運(yùn)行路由算法，并根據(jù)結(jié)果為分組獨(dú)立地選擇下一跳。可見，這種轉(zhuǎn)發(fā)方式占用的分組頭部處理時(shí)間較長(zhǎng)，日益顯露出速度慢、時(shí)延大、時(shí)延抖動(dòng)大和實(shí)時(shí)傳輸性能差等問(wèn)題。MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)方式是，當(dāng)分組進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只有第一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)需要查找網(wǎng)絡(luò)層地址，其它后續(xù)節(jié)點(diǎn)均通過(guò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)分組傳送。這種通過(guò)簡(jiǎn)化地址查找過(guò)程的方法，有效地提高了轉(zhuǎn)發(fā)速度和實(shí)時(shí)傳輸性能。 2.MPLS標(biāo)簽機(jī)制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 MPLS網(wǎng)絡(luò)由兩大部件組成：標(biāo)簽交換路由器（LSR）和標(biāo)簽邊線路由器（LER）。LER位于MPLS網(wǎng)的邊緣，作為MPLS網(wǎng)的人口點(diǎn)和出口點(diǎn)，連接外部網(wǎng)（如 IP網(wǎng)）和標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)，至少有一個(gè)MPLS接口與LSR相連。LER負(fù)責(zé)FEC（前向等價(jià)類）的分類；LSR是構(gòu)成MPLS網(wǎng)絡(luò)主干的部件，它側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)容量和性能，負(fù)責(zé)FEC標(biāo)簽的分配和發(fā)布。在多協(xié)議標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須建立標(biāo)簽信息庫(kù)，該信息庫(kù)包含標(biāo)簽捆綁信息。LSR最基本的轉(zhuǎn)發(fā)操作包括查看入標(biāo)簽來(lái)決定出標(biāo)簽，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽交換。前向等價(jià)類（FEC）包括到某一目的地的通信業(yè)務(wù)，F(xiàn)EC的主要屬性是地址前綴，同時(shí)也可有其他屬性，如服務(wù)種類等。標(biāo)簽是與FEC綁定在一起分配與發(fā)布的，在MPLS中，是由下游LSR決定標(biāo)簽與FEC的綁定并通知上游LSR；還可以通過(guò)這種關(guān)系傳送一些其他屬性。標(biāo)簽及其綁定關(guān)系分配是由標(biāo)簽分配協(xié)議（LDP）完成的。LDP是MPLS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用來(lái)相互通知標(biāo)簽和信息流之間映射的一個(gè)協(xié)議。使用LDP交換標(biāo)簽信息流映射信息的兩臺(tái)LSR稱為“標(biāo)簽分配協(xié)議對(duì)”，它們具有一個(gè)“標(biāo)簽分配協(xié)議鄰接點(diǎn)”。共有三類標(biāo)簽分配協(xié)議消息：一類用于宣布在網(wǎng)絡(luò)中存在標(biāo)簽交換路由器，稱為“發(fā)現(xiàn)類消息”；一類用于建立、保持和關(guān)閉標(biāo)簽分配協(xié)議對(duì)之間的鄰接點(diǎn)，稱為“鄰接類消息”；一類用于處理發(fā)布新的標(biāo)簽映射，更改和撤消標(biāo)簽映射，稱為“廣告類消息”。 3.MPLS中標(biāo)簽交換路徑（LSP）的建立過(guò)程 LSP以分布方式產(chǎn)生和保持。每一個(gè)LSR節(jié)點(diǎn)利用LDP與其路徑上的上行和下行節(jié)點(diǎn)協(xié)商，為每個(gè)前向等價(jià)類分配一個(gè)標(biāo)簽，結(jié)果每個(gè)路由器建立一個(gè)標(biāo)簽信息庫(kù)。在標(biāo)簽信息庫(kù)中包含鏈路標(biāo)簽與相應(yīng)的FEC之間的關(guān)系。一旦由IP選路算法得出的前向信息庫(kù)發(fā)生變化，標(biāo)簽信息庫(kù)將得到更新。每個(gè)LSR根據(jù)各自的信息庫(kù)來(lái)選擇正確的路由即LSP。四、SDL承載MPLS的方案研究 1.具有MPLS功能的SDL幀格式用SDL協(xié)議機(jī)制傳送MPLS標(biāo)簽時(shí)，其標(biāo)簽格式的內(nèi)容依賴于鏈路層網(wǎng)絡(luò)的類型。由于SDL封裝中沒有內(nèi)在的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，因此不能象ATM和幀中繼封裝那樣直接借用VPI／VCI或DLCI作為標(biāo)簽，而必須在SDL機(jī)制中采用一種特殊的數(shù)值填充作為標(biāo)簽。Tag是標(biāo)簽的具體內(nèi)容；COS是用來(lái)區(qū)分不同的業(yè)務(wù)級(jí)別，從而提供不同的服務(wù)質(zhì)量保證；S是標(biāo)簽堆棧指示，用于指示在本幀中是否還有后續(xù)標(biāo)簽；TTL是生存時(shí)間數(shù)值，用于防止自環(huán)。具有MPLS功能的SDL幀格式，其協(xié)議數(shù)據(jù)單元的長(zhǎng)度計(jì)算方法與第二節(jié)相同，只是需增加一個(gè)標(biāo)簽域的長(zhǎng)度。接收端用該長(zhǎng)度值可以確定當(dāng)前PDU的結(jié)束和下一個(gè)PDU的開始。LI域占16比特，最大指示信息域長(zhǎng)度可達(dá)65535字節(jié)，最小指示長(zhǎng)度為4字節(jié)。CRC域的值是通過(guò)對(duì)LI域的內(nèi)容循環(huán)冗余校驗(yàn)后得到的，接收端可以檢出多比特錯(cuò)誤并通過(guò)比較圖案糾正單比特錯(cuò)。能夠糾正1比特錯(cuò)誤對(duì)于SDL高速定幀方式是非常重要的，否則CRC失效將使LI域指示的值失信，系統(tǒng)將頻繁地進(jìn)入同步搜索狀態(tài)。Protocol域規(guī)定處理數(shù)據(jù)鏈路幀的一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體類型。當(dāng)其取值分別為4；6；8；12；16；255時(shí)，分別表示數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體基于IPv4協(xié)議；IPv6協(xié)議；IS－IS協(xié)議；Ethernet IEEE802.3協(xié)議；MPLS協(xié)議和PPP協(xié)議。Label為標(biāo)簽域，此域內(nèi)存放標(biāo)簽的具體內(nèi)容。由于MPLS采用多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，因此標(biāo)簽長(zhǎng)度隨轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)數(shù)的差異而不同。目前標(biāo)簽的最大長(zhǎng)度暫定為32字節(jié)。當(dāng)Protocol域的值取16時(shí)，Label域內(nèi)是標(biāo)簽的具體內(nèi)容，可根據(jù)標(biāo)簽格式內(nèi)的標(biāo)簽堆棧指示比特（S）來(lái)確定出整個(gè)級(jí)聯(lián)標(biāo)簽的長(zhǎng)度；當(dāng)Protocol域取除16以外的其它值時(shí)，Label域?yàn)榭铡nformation為信息域，承載Protocol域指示的各種類型的PDU。FCS為幀校驗(yàn)域，其計(jì)算對(duì)象為SDL信息域中的所有用戶數(shù)據(jù)比特。校驗(yàn)方法可選擇CRC－16或CRC－32。 2.MPLS承載于SDL的基本網(wǎng)絡(luò)模型 SDL承載MPLS的基本網(wǎng)絡(luò)模型，其中O－LER是光的標(biāo)簽邊線路由器；O－LSR是光的標(biāo)簽交換路由器。它們都具有SDL協(xié)議功能，能夠承載MPLS標(biāo)簽及封裝和識(shí)別SDL幀格式。由于具有光傳送特性的MPLS網(wǎng)是一個(gè)透明的獨(dú)立選路網(wǎng)絡(luò)，還可用來(lái)傳送如前所述的多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的業(yè)務(wù)，因而其網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定性高和可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。 O－LER是網(wǎng)絡(luò)的邊緣入口點(diǎn)和出口點(diǎn)。作入口點(diǎn)時(shí)，首先要分析來(lái)自非MPLS接口的數(shù)據(jù)包包頭，進(jìn)行前向等價(jià)類分類，決定屬于哪個(gè)FEC并分配標(biāo)簽；然后將MPLS標(biāo)簽承載于SDL幀格式中，經(jīng)數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送。O－LSR是網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)。在該節(jié)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)包發(fā)送的路徑由標(biāo)簽信息決定，通過(guò)查找SDL幀中的標(biāo)簽，得到人口數(shù)據(jù)包標(biāo)簽；從標(biāo)簽信息庫(kù)（LIB）中檢索到出口標(biāo)簽和出接口，并進(jìn)行標(biāo)簽的交換及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。O－LER作為出口點(diǎn)時(shí)，去掉數(shù)據(jù)包的標(biāo)簽，在第三層轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到目的地。這種網(wǎng)絡(luò)模型也適用于基于MPLS的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)，O-LSR節(jié)點(diǎn)用分組標(biāo)簽來(lái)建立LSP并簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)和選路過(guò)程，根據(jù)接收到的標(biāo)簽來(lái)決定進(jìn)行哪些必要的操作。對(duì)于O-LSR，由于它以波長(zhǎng)作為L(zhǎng)SP的粒度，因此其操作少了許多，不需要標(biāo)簽合并和入棧／出棧操作。在LSP建立后，不需對(duì)光通道的凈荷做任何處理，所有操作均透明。在這里，標(biāo)簽與WDM波長(zhǎng)通道是對(duì)應(yīng)的，因此一個(gè)LSR接口端口上的不同LSP不能共享同一標(biāo)簽。另外，MPLS提供的一個(gè)重要服務(wù)是區(qū)分COS（業(yè)務(wù)級(jí)別）。傳統(tǒng)的IP選路是根據(jù)目的地址由一定的算法算出一條路由，而這條路由會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一些變化而發(fā)生改變，這對(duì)有些業(yè)務(wù)（如對(duì)時(shí)延變化敏感的業(yè)務(wù)）是不合適的。而MPLS首先在網(wǎng)絡(luò)邊界識(shí)別客戶數(shù)據(jù)流（通過(guò)分組頭中的多個(gè)字段），然后將這些流放置在一條具有區(qū)分COS或QOS（業(yè)務(wù)質(zhì)量）的特定LSP上。這條LSP在它建立后到拆除的這段時(shí)間內(nèi)，只要沒有明確的干預(yù)是不會(huì)改變的。并且選路結(jié)構(gòu)的變化也不會(huì)使LSP的轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生不必要的變化。這樣就可選定一些LSP并使其帶寬等性質(zhì)不發(fā)生影響業(yè)務(wù)質(zhì)量的變化，從而保證QOS。MPLS實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程由下列技術(shù)完成：一是附加在每個(gè)分組上的標(biāo)簽可以傳輸一個(gè)COS指示符；另外一個(gè)是COS值要與一個(gè)特定的LSP關(guān)聯(lián)，MPLS可采用LDP或其他協(xié)議（如RSVP）為L(zhǎng)SP分配一個(gè)COS值，從而正確處理該數(shù)據(jù)流。五、結(jié)束語(yǔ) IP承載于WDM網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)接入層，而SDL能夠完成接入層的基本功能；各種PDU業(yè)務(wù)承載于WDM網(wǎng)絡(luò)都需要路由選擇，而MPLS能夠完成選路的基本功能。因此，將MPLS承載于SDL協(xié)議并應(yīng)用于WDM網(wǎng)絡(luò)，既能提高節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)效率，又能提供良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，不失為一種有價(jià)值的應(yīng)用方案。摘自《數(shù)據(jù)通信》

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