GMPLS中的標記分配協議研究

2019-11-03 10:23:25

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供稿：網友

汪成義，石冰心

華中科技大學

　　摘要:文章首先詳細分析了傳統標記分配協議（LDP）的主要結構及不同層次信息的封裝格式與相互關系，隨后總結了約束路由的標記分配協議（CR-LDP）對LDP的主要擴展，舉例說明了通用多協議標記交換（GMPLS）對CR-LDP的增強，提出了對GMPLS的擴展CR-LDP的數據結構的設計.

　　關鍵詞：通用多協議標記交換；標記分配協議；約束路由的標記分配協議

　　標記分配協議(LDP)是通用多協議標記交換（GMPLS）的重要的信令協議之一.本文主要對LDP及其發展和演變情況進行分析、研究，并對具有共性的數據結構進行歸納、設計.

1傳統的LDP

　　傳統的LDP是在MPLS網絡中定義的，是專門用于標記交換路由器（LSR）之間交換“標記/轉發等價類（FEC）”綁定信息以便建立和維護標記交換路徑（LSP）的控制信令.LDP是通過將網絡層的選路信息直接映射到數據鏈路層交換路徑，從而建立LSP的一系列過程和消息.使用LDP進行標記/FEC綁定信息交換的兩個LSR稱為“LDP對等體”.當LDP對等體間存在綁定信息的交換時，我們稱在兩個LDP對等體間存在“LDP會話”.1.1LDP的消息類型

　　LDP定義了4類消息：

　　(1) 發現消息（Discovery Message）：使用UDP報文向物理連接的節點周期廣播或向非直接相連的節點定期發送，以宣布LSR的存在、發現近鄰和檢測鏈路的可靠性.

　　(2) 會話消息（session Message）：使用TCP傳輸，通過在近鄰間建立一條TCP鏈路，實現近鄰會話建立，并維護和關閉近鄰之間的會話.

　　(3) 公告消息（Advertise Message）：使用TCP傳輸，用于標記捆綁，包括請求標記、發布標記、回收標記、釋放標記、環路檢測和標記詢問.

　　(4) 通知消息（Notification Message）:使用TCP傳輸，用于報告鏈路狀態和事件的發生.LSR使用LDP發現機制發現潛在的LDP對等節點，針對鏈路層直接相連和鏈路層非直接相連的兩種鄰接節點，使用兩種不同的發現機制：基本發現機制和擴展的發現機制.

1.2LDP的建立過程

　　(1) 會話的建立過程

　　該過程分為兩步： TCP連接的建立過程和會話的初始化過程.通過LDP Hello消息的交互，兩個LSR（即LDP對等體）即可建立LDP會話，以便傳輸標記/FEC綁定信息.當一個LSR使用LDP廣播多個標記空間給另一個LSR時，它為每一個標記空間建立一個會話過程.LDP使用TCP提供可靠的傳輸服務，當兩個LSR之間存在多個LDP會話時，每個LDP會話對應一個TCP連接.

　　(2) LDP會話的維護

　　LDP通過定期接收LDP協議數據單元（PDU）來維護會話的完整性.

　　(3) 標記分配過程

　　LDP支持兩種類型的標記控制方式，即獨立控制方式和順序控制方式.在獨立控制方式下，LSR可以在任何時候向對等節點發送標記映射消息.在順序控制方式下，LSR只有當其為出口LSR，或者已接收到下游有關標記/指定FEC的綁定信息后，才可以向上游分發自己的標記綁定信息. 　　在獨立和順序標記分配控制方式中，標記能夠按照自由和保守方式來保留.自由方式的主要優點是對路由的改變反映非常迅速，其不足之處在于不需要的標記也被分配和保留.保守方式的主要優點在于只有用于數據轉發的標記才被分配和維護，其主要缺點在于當路由改變時，分組轉發以前必須獲得下一跳的標記.

1.3LDP消息的格式

　　LDP對等體之間的LDP消息交換，是通過在LDP會話的TCP連接上發送LDP PDU完成的.每個LDP PDU可以攜帶一個或多個LDP消息，而且其多個LDP消息的內容可以互不相關.

　　LDP PDU由LDP頭（header）和一個/多個LDP消息構成.LDP頭的格式見表1.

　　LDP采用TLV (TypeLengthValue)方案來對消息中攜帶的信息進行封裝.每個LDP TLV可分為4字節的公共TLV頭單元和可變長度值域單元.TLV格式見表2.

　　所有的LDP消息都由4字節的消息頭和相應的強制性參數和可選參數組成，所有的參數都采用TLV編碼格式，LDP消息格式如表3所示.

　　在該版本LDP協議中定義的消息類型見表4.

2CR-LDP對LDP擴展

　　CR-LDP信令基于傳統的LDP信令，它用于建立和維護可保證ip QoS業務的LSP.CR-LDP支持點到點的LSP，對多點到點和點到多點的支持還有待進一步研究.在CR-LDP中可在釋放前修改LSP的流量參數，如增加帶寬等，從而帶來巨大的靈活性.CR-LDP采用約束路由機制，其受限路由的約束條件包括顯式路由、通道預占、流量參數、鎖定路由和資源類別.CR-LDP新增的TLV編碼類型見表5.

3GMPLS對CR-LDP的增強

　　GMPLS對MPLS信令擴展，從支持分組(PSC)接口和交換擴展到支持3個新的接口和交換類型：時分復用 (TDM)、Lambda 交換 (LSC) 和光纖交換 (FSC).支持4個類型所需的TLV類型有：通用標記請求、通用標記、上行分類、標記集、波段標記、ERHop、可接受的標記集、Admin狀態、接口標識、IPv4 接口標識、IPv6 接口標識、IPv4 IF-ID 狀態和IPv6 IF-ID狀態，具體類型數值還有待IANA的宣布.

　　就通用標記請求而言，其TLV是由入口節點設置，透明經過經由節點, 并被出口節點所使用.通用標記請求TLV出現于CR-LDP請求消息中.一個請求消息應該盡量包含規范的LSP編碼類型，以允許經LSR的交換有最大的柔性.交換類型域也可能以逐跳方式更新.通用標記請求的格式見表6.

　　表中，PSC（PacketSwitch Capable）為分組交換，各級PSC可在LSP中構成層次結構的LSP隧道；L2SC（Layer2 Switch Capable）為基于第2層的交換（如ATM交換）；LSC(LambdaSwitch Capable)為波長交換.

4統一的數據結構的設計

　　擴展的CR-LDP是以傳統的LDP為基礎，經過CR-LDP的更新，到GMPLS的進一步擴展，其覆蓋的協議內容較多，相關消息、參數的變化較大.以標記請求消息為例，其字段變化如下：傳統LDP中標記請求消息字段包括：U比特、消息類型、消息長度、消息ID、FEC TLV和可選參數；CR-LDP中標記請求消息字段包括：U比特、消息類型、消息長度、消息ID、FEC TLV、LSPID TLV、顯式路由TLV、流量參數TLV、鎖定路由TLV、資源類別TLV和通道預占TLV；GMPLS擴展CR-LDP中標記請求消息字段包括：U比特、消息類型、消息長度、消息ID、FEC TLV、LSPID TLV、顯式路由TLV、流量參數TLV、鎖定路由TLV、資源類別 TLV、通道預占TLV和通用標記請求TLV.

　　另一方面，基于同一協議版本的不同消息、參數的差異也較大.

　　由此可見，正確、合理地分析不同消息、參數的相同點和差異性，對重要數據的格式進行恰當的抽象、整理，提出具有較大覆蓋性和對編程實現、系統運行更有效的數據結構是非常重要的.與此同時，對具有差異性的不同信息進行具體、合理的數據結構定義與設計，是整個系統編碼與實現的基礎.

　　依照數據結構需具有較大覆蓋性和對編程實現、系統運行效率有利的原則，通過分析不同消息、參數的相同點和差異性，對具有相同點的數據的結構設計如下：

　　（1）信息格式

　　對傳統LDP、CR-LDP 和GMPLS的擴展CR-LDP，其不同類消息的前幾個字段相同，后面字段各有不同，對相同部分提出并歸納為如下格式：

　　對不同部分依對象的不同分別進行處理.

　　(2) TLV格式對傳統LDP、CR-LDP和GMPLS的擴展CR-LDP，其不同類TLV的前幾個字段相同，后面字段各有不同，對相同部分提出并歸納為如下格式：

　　對不同部分依對象的不同分別進行處理.

　　(3) 交換類型、LSP編碼類型和通用凈荷標識

　　在GMPLS中，通用標記請求用到的數據項較多：交換類型有8項，LSP編碼類型有11項，通用凈荷標識有46項.考慮隨著時間的推移和相關草案的完善，可能出現新的數據項，同時為了簡化處理過程，它們均作列表，在數據結構中定義為數組.

5結束語

　　GMPLS是實現自動交換光網絡(ASON)的一條優先選擇的控制技術路徑，雖然至今仍沒有正式成相關標準文檔，但對其前期的研究、開發工作已在國外眾多機構展開.對GMPLS的信令協議——擴展的CR-LDP進行研究，是整個GMPLS研究工作的重點之一.繼承已有的對傳統LDP和CR-LDP的研究、開發成果，對GMPLS的擴展CR-LDP進行跟蹤研究，是本文的初衷，也是對其進行進一步研究的一條捷徑.

參考文獻

［1］IETF RFC30362001，LDP Specification [S].

［2］IETF RFC32122002,ConstraintBased LSP Setup using LDP [S].

［3］Lou Berger,Peter AshwoodSmith. Generalized MPLS SignalingCR-LDP Extensions[DB/OL].http://www.ietf.org/ids.by.wg/ccamp.html.2002-04.

［4］馮徑.多協議標記交換技術[M].北京：人民郵電出版社，2002.

摘自　北極星電技術網

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