隨著Internet持續(xù)高速的發(fā)展，人們開始對其服務質量、可靠性和效率進行重新思考，其中要害的解決方案之一就是采用多協(xié)議標記交換（MPLS）全面提高ip網絡性能。這種趨勢導致傳統(tǒng)的路由協(xié)議和ATM的核心技術發(fā)生融合，而其中最重要的內容之一就是讓MPLS借鑒ATM的流控機制實現(xiàn)MPLS的流量工程（Traffic Engineering）。

流量工程



什么是流量工程呢？流量工程實際上是一套工具和方法，無論是在網絡設備和傳輸線路正常還是失效的情況下，它都能從給定的基礎設施中提取最佳的服務。也就是說它要對已安裝的資源進行優(yōu)化。事實上，它是對網絡工程或網絡規(guī)劃的一種補充和完善措施。流量工程試圖讓實際網絡業(yè)務量以一種最優(yōu)的方式存在于物理網絡之中。 

目前Internet面臨兩個主要壓力。第一，目前的路由協(xié)議從本質上講是無連接的，因此導致了整個網絡容量利用率的非最佳特征。現(xiàn)在的路由選擇只是基于目的地IP地址和最短路徑進行的，忽略了網路可用鏈路容量和分組流本身的要求。這種情況如圖1所示，超級聚合將導致某些鏈路過載或擁塞，而其它一些鏈路則處于利用率不足的情況；第二，目前的IP服務從本質上講是沒有服務質量，或稱之為Best Effort。但是目前IP技術希望支撐廣泛的業(yè)務，其中包括話音和視頻。這一點對目前的IP技術而言是無能為力的，或者是力不從心。

到目前為止，在骨干網上提供流量工程都是靠的ATM技術，當然ATM是一種面向連接的交換技術，它從其規(guī)劃和設計的第一天開始就承諾要提供優(yōu)化網絡的流量工程機制，事實上該項技術也做到了這一點。但是由于目前高層應用大部分都是采用基于TCP/IP技術的，ATM技術的流量控制機制對IP業(yè)務是間接控制方式，所以IP技術才考慮在自己的功能中增加流量控制，或稱之為流量工程，顯然這是要提供一種直接方式的流量控制機制。MPLS正是在這種背景下才不得不采納ATM的思想，發(fā)動一場“技術和平演變”。

MPLS的流量工程

在以前相關的MPLS介紹中，我們已經介紹了MPLS的概念，即一個MPLS節(jié)點實際上是一個采用標記對其處理業(yè)務量進行交換的設備。ATM和幀中繼交換機都可以提供這里的交換功能，在采用ATM時，直接將標記映射為ATM信元的VPI/VCI。在IP網絡中，流量工程討論的問題是：解決擁塞，避免由于業(yè)務流和資源的無效映射所導致的有些網絡資源過渡利用，而其它資源則利用不足的矛盾；根據網絡拓撲，快速、準確、有效地動態(tài)重新分配業(yè)務流，尤其是在發(fā)生網絡線路或設備故障時更應如此。

高級MPLS的流量工程提供動態(tài)、實時的自動資源優(yōu)化，采用所謂的“智能連接”實現(xiàn)IP網絡流量工程的目標，即解決上面提出的兩項挑戰(zhàn)。

流量工程要解決的問題

智能連接

為了實現(xiàn)對網絡資源的優(yōu)化，減少治理人員的負擔，MPLS節(jié)點將采用信令協(xié)議建立端到端標記交換通道（LSR）。智能連接可以由用戶決定（明確路由），也可由通路計算算法實現(xiàn)。目前采用的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫可以是OSPF－TE（OSPF流量工程）或IS－IS－TE（IS－IS流量工程）庫，但是計算算法是一樣的。這里必須明確注重，沒有附加限制的通路計算算法將無疑于最小費用路徑。假如沒有附加限制條件，路徑算法只能明顯地改善治理人員配置明確路由工作量，但是對改善網絡業(yè)務量分布并沒有實質貢獻。 

帶寬估計

為了改善路徑計算算法分配業(yè)務量的有效性，還需要其它參數(shù)。估計帶寬便是其中之一。事實上，每個LSP都需要一個估計帶寬，而且每條鏈路還要有一個鏈路擁塞系數(shù)，而該系數(shù)又是根據該鏈路容量和已經占用LSP的容量和估值進行計算的結果。當增加新的路徑時，每條相關路徑都要重新計算其路徑擁塞系數(shù)。新的連接將選擇具有最低擁塞系數(shù)的鏈路構成。

帶寬測量

雖然估計帶寬對提高網絡資源利用率有很大的改進，但是這究竟還是一種估算。很顯然，對實際業(yè)務量的估算越準確，路徑選擇的有效性也就越高。由于前述的路徑計算算法采用的是一種靜態(tài)方式，沒有考慮實際的時變鏈路利用率，所以其結果可能是對一條鏈路的業(yè)務量估計過高或過低。過低的流量估計可能導致實際鏈路的業(yè)務量過載，造成我們希望避免的擁塞和分組丟失；而過高的流量估計則可導致實際鏈路利用不足，造成網絡其它部分不必要的潛在擁塞。 

因此，讓估計帶寬算法更好地發(fā)揮作用的辦法將是采用測量帶寬。定期測量鏈路的使用率，使用率波動，緩沖器占用和緩沖器占用率波動將至關重要。這些新的參數(shù)可以通過路由協(xié)議定期發(fā)布或是在超過某一門限時觸發(fā)發(fā)布。籍此，可以動態(tài)計算聚合業(yè)務量的有效帶寬。這種方法比普通的帶寬估計更精確，因此進一步提高了網絡資源的利用率。 

網絡彈性

目前Internet服務對企業(yè)的成功至關重要，因此用戶需要不同的服務可用性。MPLS的控制機制應能提供線路或設備的失效恢復功能。傳統(tǒng)的方法是采用超時檢測，即一種被動方式，新方法應采用主動方式，對故障進行早期檢測和猜測。底層的失效信息與路由和信令層應有直接的聯(lián)系，以便更早地觸發(fā)恢復對策。

連接優(yōu)先級 

讓某些連接比其它連接擁有更高的優(yōu)先級顯然是一種普遍性的需求，因此在MPLS中的LSR必須具有這種能力，其中包括建立連接的優(yōu)先級和釋放連接的優(yōu)先級。值得注重的是在故障條件下的優(yōu)先級處理對縮短高優(yōu)先級連接的恢復時間十分重要。在有迂回路由的地方，由于網絡故障的動態(tài)性，最佳迂回路由往往只能在最后一刻才能確定，因此連接的優(yōu)先級必須動態(tài)配置。 

網絡重組規(guī)則

在現(xiàn)代通信網中，網絡線路或設備造成的失效將影響數(shù)以百計，甚至是數(shù)以千計的LSP。無序的釋放，重組路由和二次信令將導致交換機控制系統(tǒng)的過載，造成網絡重組時間過長。因此，在MPLS中必須有一種文雅的重組機制，這時必須指定不同優(yōu)先級LSP組的重組策略。這樣做的好處還在于能夠更快地將重組后的網絡資源占用信息傳播至MPLS的相關節(jié)點，確保重組過程仍然具有優(yōu)化網絡資源的考慮。

標記堆棧 

MPLS的標記堆棧能力可以明顯地改善網絡核心的恢復時間。譬如當業(yè)務量在核心網絡聚合時，通過增加另一層標記可以降低核心網絡中LSP的數(shù)量。一旦網絡核心發(fā)生故障，只需對數(shù)量較少的LSP進行路由重組，簡化了重組任務。

復原恢復/路徑優(yōu)化 

當MPLS網絡中的故障設備恢復之后，網絡仍應該恢復到原來的最佳資源配置狀態(tài)。在無連接的網絡中，業(yè)務量將自動恢復到最短路徑面，而在面向連接的網絡中則必須采用一種類似機制，復原恢復/路徑優(yōu)化便是在面向連接網絡中經常采用的方法。MPLS網絡中的LSR可以定期檢測是否存在比現(xiàn)有LSP更好的路徑，假如存在，則老的LSP應該切換至新的LSP。典型的例子就是在網絡故障恢復之后，臨時的LSP又恢復至原來的LSP，另一種情況為恢復至用戶指定的路徑。

信令性能

雖然MPLS是一種拓撲驅動的網絡，大部分LSP存在的時間都比較長,對信令性能的要求相對較低。但是由于MPLS的目的是作為一種骨干網技術，必須迅速有效地對故障進行恢復，所以，實際上信令性能的好壞對MPLS的流量工程的自動化水平有至關重要的影響。 

網絡服務質量

MPLS的流量工程需要提供服務質量，具體而言是針對不同的服務，尤其是未來的多媒體服務提供可選/可控的網絡服務質量。這就要求MPLS的每個LSR都能針對所選的LSP分配特定的緩沖區(qū)和調度優(yōu)先級，并且預留相關的網絡資源。顯然，一個動態(tài)多服務網絡的服務質量優(yōu)化系統(tǒng)對MPLS的最終成功十分重要。

結論

MPLS是在IP網絡中提供流量工程的重要工具。雖然在MPLS之前的綜合服務（Integrated Services）和差異性服務（Differentiated Services）能夠解決一部分服務質量的問題，但只有MPLS才是一種最全面的服務質量保證體系。通過MPLS的流量工程技術，傳統(tǒng)的Best Effort IP網絡可以平滑地演進為受控的多業(yè)務網絡。另外，我們必須清醒地熟悉到MPLS技術實際上是ATM技術的一種化身，而ATM技術的先鋒Marconi通信公司在流量工程方面已經積累了大量的經驗，而這些經驗都可以在MPLS交換機上得到良好的體現(xiàn)。