MPLS OAM技術

2019-11-04 11:01:24

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供稿：網友

摘要
　 OAM功能在公眾電信網中十分重要，它可以簡化網絡操作，檢驗網絡性能和降低網絡運行成本。在提供保障服務質量的網絡中，OAM功能尤為重要。傳統的SDH/SONET和ATM中都定義了相應的OAM功能，MPLS作為可擴展的下一代網絡的要害承功技術，提供具有Qos保障的多業務能力，因此MPLS網絡迫切需要具備OAM能力。文章從MPLS OAM的功能要求入手，以故障檢測技術、保護恢復技術、網絡優化和網絡治理等為分類標準，對目前幾個標準體中推薦的幾種MPLS OAM技術進行深入介紹和對比分析。

　　根據運營商網絡運營的實際需要，通常將網絡的治理工作劃分為3大類：操作（Operation）、治理（Administration）、維護（Maintenance），簡稱OAM。操作主要完成日常網絡和業務進行的分析、猜測、規劃和配置工作；維護主要是對網絡及其業務的測試和故障治理等進行的日常操作活動。

　　 ITU-T對OAM功能進行了定義：1）性能監控并產生維護信息，根據這些信息評估網絡的穩定性；2）通過定期查詢的方式檢測網絡故障，產生各種維護和告警信息；3）通過調度或者切換到其它的實體，旁路失效實體，保證網絡的正常運行；4）將故障信息傳遞給治理實體。

　　 OAM功能在公眾網中十分重要，它可以簡化網絡操作，檢驗網絡性能和降低網絡運行的成本。在提供保障服務質量的網絡中，OAM功能尤為重要。傳統的SDH/SONET和ATM中都定義了相應的OAM功能，MPLS作為可擴展的下一代網絡的要害承載技術，提供具有Qos保障的多業務能力，因而，MPLS網絡的迫切需要具備OAM能力。OAM機制不僅要預防網絡故障的發生，而且需要實現對網絡故障的迅速診斷和定位，最終提高網絡的可用性和對用戶的服務質量。

　　一、技術發展現狀

　　 MPLS　OAM技術目前還處于初始的發展階段，只形成了少量建議、標準和一些草案。ITU-T在建議Y.170即《用于MPLS網絡的OAM功能總體要求》中描述了MPLS網絡中用戶平面OAM功能的驅動因素和基本要求（用戶平面指用戶數據流經過一系列流量轉發實體）。為了保障MPLS網絡的可靠性及性能，運營商迫切需要在MPLS網絡中加入OAM功能。

　　二、MPLSOAM功能要求

　　 MPLS引入了全新的網絡架構，其相應的網絡故障具有MPLS層特色，因而，位于MPLS以上或者以下的網絡層的OAM功能無法滿足MPLS　OAM的非凡需要。對MPLS　OAM功能的要求源自于其推動因素，一般來說MPLS　OAM主要完成以下一些功能。

　　 1.OAM功能檢測到路徑失效或者中斷時，及時發現故障、發出告警信號、診斷、定位故障，并采取適當的恢復措施，減少故障引起用戶數據傳輸中斷的時間。

　　 2.AM功能應同時適應于永久連接和按需建立的連接。

　　 3.特定網絡層中的故障不應引起多層的連鎖反應，避免客戶層（即ip層）采取不必要措施。

　　 4.在大型網絡中OAM機制運行必須穩定。

　　 5.手工激活或者配置MPLSOAM的工作量必須最小化，以滿足大型網絡中大量LSP OAM需要。

　　 6.MPLS　OAM對運營商來說應具有足夠的靈活性，運營商可以自主決定在特定LSP上使用特定OAM功能。

　　 7.MPLS OAM功能必須是后向兼容的，即對于不支持該功能的標簽交換路由器（LSR），自動丟棄OAM信息，不影響用戶的數據或者采取不正常措施。

　　 8.具有測量單個LSP可用性和QoS的能力。

　　 9.MPLS　OAM功能獨立于下層承載網絡和上層業務，不影響原有上下層網絡和業務的正常運行。

　　 10.MPLS用戶層OAM和控制層OAM功能相輔相成，缺一不可。

　　 11.對各種故障的類型要有明確的定義和可量化的尺度，明確與定義及故障類型相對應的各種措施。至少應實現以下幾種MPLS用戶平面故障的檢測：LSP連接中斷或者失效；LSP誤合并（包括環回情況）；非受控組播。

　　 12.OAM分組必須具有糾錯機制，抗線路誤碼。

　　三、MPLS OAM技術

　　實現OAM功能可以有幾種方式，第一種是定義專用的OAM標簽進行網絡性能監控，故障告警，類似于ATM中的信元和SDH中的開銷；第二種使用類似于傳統IP網絡中的ping和Traceroute等工具。此外，還包括故障恢復機制，網絡優化機制和網絡治理的功能。

　　 1.故障檢測技術

　　 1）MPLS ping

　　 MPLS ping是一種檢測MPLS LSP數據平面故障的方法，這個方法簡單有效，可以發現一些控制平面無法發現的故障，為用戶提供了一種在短時間內發現和隔離路由黑洞或者路由丟失等故障的方法。MPLS ping模擬ICMP echo request和replay，通過ping和TRaceroute發現和定位網絡故障。

　　該解決方案的基本思路是采用屬于特定FEC轉發類的分組，驗證屬于該FEC的LSP（從Ingress LSR到Egress LSR）的完整性，在MPLS ping　echo請求消息中攜帶了所屬FEC的信息。MPLS ping分組封裝在UDP包中，包含序列號和時戳參數。MPLS在處理MPLS ping請求消息時采用了與該FEC分組相同的轉發策略。在采用ping進行連通性測試時，分組鈄到達LSP的出口，在出口處LSR控制平面對分組進行檢查，驗證該LSP是否是該FEC的真正出口。Traceroute模式可以作為故障定位的一種手段，發起測試的LSR向目的LSR的控制平面發送Ping分組，該分組的TTL初始值為1步進值為1，這些LSR對該分組執行各種檢查，進一步返回相關控制和數據平面的信息。假如ping失敗可以采用Traceroute對故障進行定位，也可以通過周期性的Traceroute FEC驗證實際數據轉發路徑和控制平面路徑是否一致。但是要注重的是，過于頻繁的echo消息會對LSR的控制平面造成很大負載，應慎用。

　　 2）RSVP節點故障檢測

　　資源預留協議（RSVP）“Hello”擴展可以使RSVP節點發現鄰近節點是否可達，這種機制提供了節點級的故障檢測能力。鄰近故障檢測是通過收集和存儲鄰近節點的“Instance”值實現的，假如鄰近節點的instant值發生變化或者沒有按時發送hello信息，就可以判定該節點重啟或者節點間連接發生故障。節點定期向鄰近節點發送包含Hello請求目標的Hello消息，產生Hello消息的時間間隔由hello interval參數控制，默認值為5ms。

　　 2.保護恢復技術

　　 1）保護切換

　　保護切換是ITU-T采用的術語，保護切換技術對于提高MPLS網絡的可用性和穩定性具有要害意義。保護切換意味著對受保護LSP路由的預計算和資源的預分配，可以保證在LSP連接失效或者中斷后快速重新獲得網絡資源。目前的技術只能支持點到點的LSP保護切換，可以采用兩種保護方式：1+1保護和1：1保護。

　　 1+1保護使用一條專用的備份LSP作為主LSP保護，在Ingress　LSR處，主LSP和備份LSP橋接在一起，主LSP上的流量復制到備份LSP上，同時傳送到Egress LSR，Egress LSR根據故障指示參數的取值，選擇接收主備LSP上的流量。

　　 1：1保護時也使用專用的備分LSP作為主LSP的保護，但是主備LSP不同時傳送相同的流量，備份LSP在主LSP工作正常的前提下可以傳送其它流量，流量的保護切換裁決在Ingress LSR進行。

　　保護切換發生的前提是：1）由網管發起；2）LSP故障，且配置了備份了LSP。這兩種LSP保護切換機制都是基于LSP的，朗訊公司還提出了一種區別于ITU-T，基于分組的1+1路徑保護機制，可以做到在保護切換時不丟棄傳送中途的用戶流量。其原理是在傳送的分組中加入序列號，Egress LSR可以根據序列號信息準確地從備份LSP中恢復出主LSP在切換時損失的中途流量。

　　 2）快速重路由

　　為了滿足諸如視頻會議電視這類實時應用，有必要對這些流量提供毫秒級的LSP保護切換能力。

　　上文提到的保護切換技術，需要信令協議的介入，故障點到恢復點的故障指示信令傳遞引入了不必要的網絡恢復延時，快速重路由技術可以實現在沒有信令介入的情況下，由故障檢測點直接對故障鏈路流量進行重定向，恢復點即為故障點。多數的快速重路由方案依靠預先建立的備份通道，當網絡恢復點檢測到網絡故障時，要做的工作是簡單地更新LSP交換表，使流量從故障端口的LSP切換到預先在正常端口建立的LSP。　　快速重路由的優勢除了可以提高保護恢復的速度外，通過有選擇地在網絡薄弱環節配置保護能力，避免了因重復保護可靠網絡而消耗核心網絡資源。在IETF中有多種快速重路由方案，兩種主流的保護方式為鏈路保護和節點保護，其解決問題的思路和復雜度各異，目前該技術還沒有形成正式的標準。

　　 3.保護恢復技術對比

　　快速重路由技術和保護切換技術都可以作為防止鏈路、節點甚至LSP故障引起丟包，提高網絡可用性指標的技術，具體選擇何種技術，需要考慮如下因素：1）是否需要預先分配的資源；2）要求的恢復速度；3）配置和信令增加的復雜度；4）數據轉發路徑長度的變化。

　　 4.網絡優化-MPLS流量工程

　　 MPLS TE是一種網絡流量優化工具，通過特定的信令協議（RSVP,CR-LDP）協定服務質量等參數，實現人為控制和干預MPLS流量選路，實現網絡流量和資源利用優化的目的，MPLS TE的路徑選擇可以由路由協議根據網絡治理人員給出的服務質量參數自動計算出符合條件的路徑，或者是網管依據對網絡流量信息的可靠了解進行手工選路和配置。MPLS TE賦予網管極大的靈活性，可以對IP/MPLS網絡中的流量、流向進行控制和治理，大量的MPLS TE可以加強網絡疏通流量的能力，但是假如沒有一個高效的治理工具，也會增加網絡運營的復雜度。

　　 MPLS TE能有效地處理節點間平行鏈路的流量分流，通過對LSP帶寬參數的控制、LSP和底層鏈路之間的映射，可以實現對鏈路資源的優化使用。

　　在實際網絡中可能存在這些需求，將某種類型的流量限制在特定的鏈路中，或者控制特定流量在選路時忽略某些鏈路，一個最典型的例子就是對國際鏈路上流量選路的控制，通過MPLS TE，可以防止非國際業務流占用國際鏈路的寶貴帶寬。MPLS流量工程可以支持LSP的搶占，對于帶寬較大的LSP或比較重要的用戶，運營商可能希望它有較高的搶占優先級，以優先獲得其它LSP的資源。

　　 5.網絡治理－MPLS　SNMP MIBs

　　 IETF Network工作組制定了多個有關MPLS　MIB的草案，對MPLS模型中的治理對象進行定義，目前這些草案都還沒有成為標準。這些草案定義的MIB分為四個主要部分，分別是MPLS、CCAMP、PWE3和PPVPN，IETF相應的工作組在研究相關內容。

　　四、應用建議

　　運營商希望其大型骨干網的OAM解決方案可以覆蓋3個主要方面：故障檢測、網絡可靠性測量和網絡狀態監控。目前，任何一種OAM機制都無法實現所有的OAM功能，大多數MPLS應用基于IP，如MPLSBGP VPN、RSVP TE等，上文介紹的OAM機制基本上可以滿足運營商對這類應用的要求。　　在OAM機制的使用中必須結合其它網絡維護治理工具，包括采用強大的網絡治理工具，結合SLA，規范維護流程。為了滿足復雜多變的MPLS網絡運營的需要，必須靈活地組合使用各種現有的MPLS　OAM技術

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