運營商在實施MPLS TE時需要關注問題

2019-11-04 11:01:15

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　　中國電信股份有限公司研究院胡捷
　　一、前言

　　與MPLS技術相關的分支很多，例如MPLSRouting、L3VPN、L2VPN、MPLS Multi-cast、MPLS QoS等；其中的某些應用和技術，如基于RFC2547 bis的L3 VPN，在國內外多家ISP已經成功應用并大量部署，但是其它的技術和應用如組播和QoS正處在發展和成熟時期，另外也有些技術如MPLS TE已經基本成熟，在國外被部分運營商接受和采納，而在國內幾乎還沒有應用。

　　就網絡流量工程而言，在MPLS技術出現之前，網絡治理員就已經可以通過其他方式初步實現了，主要是通過調整IGP鏈路的Metric或者采用多個IGP平面來疏導不同POP之間的流量。MPLSTE帶來的好處是克服了傳統調整Metric方式的不足，這些不足包括：對IGPMetric的調整不像MPLSTE是站在全局角度綜合考慮網絡流量流向矩陣，對每條鏈路Metric的局部調整會影響整個網絡的流量變化，即牽一發而動全身；而且這種對局部鏈路的調整帶來的對全網變化可能是無法預知的，解決了這條鏈路的流量，卻帶來其他鏈路的擁塞，有“按下葫蘆浮起瓢”般的感覺；此外對IGP Metric的調整沒有有效的方法根據流量的來源控制傳送路徑，而只能根據它的去向；最后一點，調整Metric方式配置復雜，輕易引起路由環路。

　　當然，基于MPLS的流量工程在給了人們一個新的選擇的同時也是有代價的。這一選擇同其他任何新技術一樣，會迫使人們學習新的操作方式，打破傳統經驗和思維按新的理論來配置網絡以實現流量調節。

　　另外，在引入MPLSTE時，需要清醒地熟悉到，任何技術都不是萬能的，它可以解決一些要害問題，但是不能解決所有問題。每個運營商都會針對自身的網絡情況，業務特點對是否采用各種新技術以及每種新技術帶來的代價之間進行取舍。

　　二、TE功能描述

　　首先介紹一下MPLSTE的總體功能：

　　 1．提高、優化帶寬利用率，延緩對帶寬的擴容；

　　 2．可實現不同于傳統IGP Metric方式對帶寬、流量、流向、負載分擔實現控制，避免基于IGP Metric實施負載分擔會出現的針孔效應；

　　 3．可應對突發事件、網絡鏈路/節點故障導致拓撲變化造成的流量新格局；

　　 4．對網絡流量矩陣進行具體測量，及時了解帶寬需求和網絡資源狀況，指導網絡規劃和鏈路升級；

　　 5．基于TE的FRR可提供50ms級別的物理鏈路、設備節點保護；

　　 6．端到端TE LSP Tunnel本身也可提供快速保護。

　　在具體實施和部署TE時，由于不同的TE功能實現機制上存在差異和矛盾，因此很難在一個網絡中同時提供全部功能，需要對TE及FRR分類進行具體了解，才能制定符合運營商網絡實際需求的TE部署策略。

　　三、戰術式TE--Nativeip網絡環境下的TE

　　假如運營商的IP骨干網平時沒有啟用MPLS，屬于一個“RowIP”或“NativeIP”網絡，在這種網絡結構中我們可以采用“戰術TE”實現流量工程。所謂戰術式就是在需要的時候臨時配置，動態啟用RSVP信令，采用CSPF計算TE路徑，通過RSVP建立LSP。一旦TE的使命結束，再拆除TE隧道。這種TE主要解決網絡鏈路利用率不均衡的問題，直接的利益是可以延緩網絡帶寬擴容，或者給帶寬升級留出充足的時間。

　　在“NativeIP”情況下，我們通常只能利用到TE提高帶寬利用率這一優勢，對網絡流量流向矩陣的測量和統計，基本上還是需要通過其他方式解決，如Netflow、TMS或CEFAccounting等。因為戰術式TE都是在網絡的局部實施，沒有對全網所有路由器間的流量進行采樣，因此很難準確統計真實的網絡流量。

　　 “NativeIP”網絡下我們無法實現基于TE技術的快速重路由FRR來實現50ms級別的鏈路、節點故障恢復。

　　四、戰略式TE—適合各種網絡環境下的TE

　　 1．戰略式TE簡介

　　戰略式TE就是預先配置好RSVP信令、計算好TE路徑、并已經預先建立的TE隧道。從實施的范圍角度它還可以細分為局部式、全局式兩種。

　　局部式通常在網絡核心POP節點之間實現，因為網絡核心是全網流量交匯中心，對核心實施TE可以在盡可能小地配置工作量下，盡可能大地提供TE功能。運營商在實施局部戰略式TE中，外圍通常為NativeIP或LDPEnabledIP，前者主要是沒有在全網啟用MPLS技術的運營商采用，后者主要是在全網提供MPLS VPN業務（2547 bis）的運營商采用。對于后者，需要注重穿越核心TE Domain的LDP LSP需要在TE Domain內部實現IP Over RSVP功能，才能保證端到端PE之間的LDP LSP互通，從而實現端到端VPN業務。

　　全局戰略式TE就是在全網所有路由器上配置實現RSVPTE，這是TE最理想的部屬方式，可以實現TE的所有功能。此方式存在N方效應，擴展性很差。而且一旦全網新增任何一個節點甚至新增任何一臺路由器，全網都需要重新配置新增的TELSP。據了解，在網絡中所有路由器上配置TE實現Fullmesh TE LSP 隧道的運營商幾乎沒有，可能擴展性是其主要制約。

　　無論局部式還是全局式TE，由于其預先配置的特性，可以實現TE的一個很具優勢的功能—快速重路由FRR。

　　 2．FRR簡介

　　 FRR的具體實現隨廠家不同而不同，主要存在兩大方式：Facility和Detour。

　　 Facility基于標記堆棧技術，可實現1:N的保護，主要實現對鏈路的保護，對節點進行保護需要額外的配置；Detour基于每一條TELSP單獨進行保護，可同時實現對鏈路和節點的保護，但是由于其只能提供1:1方式，其擴展性不如Facility。由Facility方式延伸而產生的保護是“一跳式”保護，這在實際網絡中已經有大量部署，是TEFRR應用最多的方式。在目前WDM系統沒有實現對波長保護的情況下一跳式FRR的作用就顯得更為重要。

　　一跳式FRR保護原理如下：

　　假設北京、上海兩個POP，分別由兩臺路由器構成。其POP內部、POP之間以及P到PE的連接方式見圖1。

運營商在實施MPLS TE時需要關注問題

圖1POP內部、POP之間以及P到PE的連接方式圖

　　在北京、上海兩個POP節點的四個路由器之間配置FullmeshTE隧道，在北京、上海兩個節點之間的廣域網鏈路上配置Facility方式的FRR保護，提供廣域網鏈路一跳式保護。以P2-P3之間的流量流向作為參考，P2路由器為本地修復點（PLR），P3路由器為匯合點（MP）。

　　此范例在TEDomain內為FullmeshTE隧道，沒有LDP信令存在，所有LDP鄰接關系都是通過端到端TE隧道進行封裝和承載的。當北京、上海兩個核心節點之間的廣域網鏈路發生故障，原先通過這條故障鏈路的端到端TE LSP會被FRR機制提供保護，隧道的首端（Headend）和尾端(Tailend)不會把這條隧道看作是“Down”了，因此LDP鄰接關系繼續建立并維持。

　　發生在核心節點所構成的TEDomain內部的鏈路故障，會引起IGP收斂，但是TEDomain內沒有LDP信令的存在，因此不會引起網絡核心的LDP收斂。

　　 TEDomain內的IGP收斂，對ISP網絡外圍的LDP來說是透明的，不會引起網絡外圍LDP收斂，因為跨越核心TEDomain的LDP鄰接建立在TELSP隧道上，而隧道通過FRR機制被實施了保護。

　　當然，網絡外圍的路由器通過接收到的IS-ISLSPFlooding可以判定網絡核心拓撲發生了變化（在TE隧道沒有配置Forwarding adjacency參數的情況下），在IGP收斂結束后，在源端會對數據按照收斂后的路徑進行轉發。

　　在具體采用何種FRR，提供何種保護的探討中，仍然需要根據運營商網絡的具體配置和網絡結構設計。例如在北京和上海POP內部還可以同時啟用RSVP和LDP信令，RSVP用于備份隧道的建立，LDP用于網絡正常狀態下在同一個POP內部不同路由器之間建立LDPLSP。

　　 3．FRR的其他特性和約束

　　同TE一樣，運營商部屬FRR時，在利用其優勢的同時還需要了解其局限。

　　（1） FRR是臨時措施，一旦FRR生效，保護隧道所在的物理路徑帶寬利用率會上升，為了確保備份TE隧道途徑的物理路徑中原有流量和保護流量的QoS，仍然需要輕載（Over PRovisioning）來保障。FRR的保護機制決定了它的臨時性，保護鏈路在起到流量迂回作用時，與其他正常鏈路共爭帶寬，為了避免此時的網絡擁塞導致性能下降，因此要求網絡正常情況下，鏈路的帶寬利用率不能過高，低于50%為宜；

　　（2） FRR保護鏈路只在很短的時間內有效，之后系統會分別進行IGP收斂和首端LSP重優化，采用make before break機制，并采用顯式共享來進一步降低對帶寬的占用，假如為備份隧道預留帶寬不僅浪費網絡資源，還會影像其他正常TE LSP的最優路徑計算。因此不建議為FRR的保護鏈路提供預留帶寬；

　　（3）經測試，FRR可以提供50ms級別的故障恢復，但是故障檢測的時間是要害，假如故障檢測耗時增加，FRR保護時間會相應增加；

　　（4） FRR只在局部范圍起作用，當鏈路或節點故障發生在TE Domain之外，系統的故障恢復需要IGP收斂實現；

　　（5）根據理論依據和配置試驗，FRR的節點保護可擴展性低，而且目前節點設備的可靠性遠遠高于鏈路，因此不建議提供節點保護；

　　（6）部署TE需考慮設備兼容性，建議在TE Domain內采用同一廠家設備。雖然各個廠家都聲稱與主流設備可實現TE及FRR兼容，但根據測試結果和以往經驗，在某些特性上的具體實現上仍有細微差別，需要不斷調整各廠家設備的配置參數，達到最佳的協調狀態，這在網絡運行初期缺乏TE維護經驗的情況下較難實現，輕易導致網絡性能不穩定。此外不同廠家設備在配合實現FRR時的保護恢復時間會延長，經實際測試，不同廠家設備位于隧道中不同位置（PLR或MP）也會對FRR性能帶來影響。

　　五、MPLSTE的相關問題

　　正如MPLSTE是MPLS技術的一個分支一樣，FRR也只是TE的一個分支，作為TE的整體部署策略，還需要考慮更多的問題：

　　 1．在TE應用的初期，TE隧道的建立主要基于帶寬使用情況，不根據鏈路屬性和Affinity參數建立TE Tunnel，這些參數是TE應用的優化和深化，暫時不采用這些特性；

　　 2． TE的帶寬保留機制通過RSVP信令在控制平面實施，沒有轉發平面的強制執行措施，需要在邊界路由器對流量進行限制；

　　 3． TE的實現機制是基于網絡設備對全網資源使用情況的了解，在路由器中建立狀態數據庫，從而在TE LSP的路徑計算中進行最優化選擇，這也是為什么在一個TE Domain中要求內部所有節點之間實現Full mesh TE LSP的根本原因。這樣可以盡可能避免在一個鏈路上既有Native IP流量又有TE 隧道流量的情況，因為在這種情況下，TE及RSVP對網絡資源使用狀況的了解是不精確的。但是由于目前在構成TE 隧道的外層標記上沒有對EXP置位，因此P路由器很難做到對TE 隧道的隊列控制，所以沒有在P路由器的轉發平面實行強制帶寬預留。目前的TE以匯聚后的流量進行疏導為主，對TE隧道內的流量通常不再進一步細分具體業務流量；

　　 4．關于TE的QoS技術正在發展，包括E-LSP和L-LSP兩類，但是目前還不成熟，在網絡中暫不采用。

　　六、其他需要引起重視的問題及后續實施建議

　　 TE究竟在國內應用不多，積累的經驗很少，在實際應用上，還需要密切關注其潛在的問題與解決方案，歸納如下：

　　 1．基于TE的FRR對IGP收斂、CSPF收斂、RSVP收斂、LDP收斂等帶來的影響，對網絡流量因不同協議收斂而導致相互之間的作用及影響需要進一步研究；

　　 2．與TE運行維護治理配置密切相關的后臺支撐系統需要同期進行建設，才能在利用TE帶來好處的同時，盡量降低運維復雜度和成本；

　　 3．根據統計，了解流量需求，優化調整LSP的各項參數，除利用FRR提供鏈路保護外，逐漸使用TE的流量疏導功能；

　　 4．逐步采用網管軟件實現TE 隧道業務部署和治理，過渡到真正的離線、戰略、局部式TE。結合技術進步，針對不同優先級業務配置不同的LSP，提供增強的差異化服務。

　　總之，MPLSTE與這個行業中的其他新技術一樣，都需要花費時間和精力來學習和實踐，本文的目的是介紹MPLSTE的運行原理及其能夠實現的功能，是否在網絡中使用MPLSTE，以及如何使用，使用哪些功能，每個運營商根據自身的實際情況會有不同的選擇

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