课件ip网络技术mpls te

1、TE及MPLS的TE什么是流量工程（TE)?流量工程是指对用户数据进行路由管理,从而在网络中进行相对公平和有效的资源分配的过程,用来监视流量以及防止和化解拥塞,这是网络管理的一个重要问题。 为何需要流量工程？在传统的路由选择中,网络设计者通常给每一段链路规定一个耗费值,它和链路带宽成反比。而路由器则主要考虑这一耗费值来计算到每一个目的结点的最短路径,这样,最短路径总是偏向于总的耗费比较低的链路。随着网络业务的迅速发展,网络流量越来越大,如果继续采用这种方法而不加任何控制,就会使其中某些链路上的业务流比较集中而出现拥塞,而其他一些链路没有得到充分利用。这说明只考虑耗费值的最短路径在输入负载方面具

2、有严重的不平衡性,因此,需要引入其他一些量来对网络流量进行控制。 为何需要流量工程？传统IP网络路由体系如内部网关协议(IGP)的开放式最短路径优先(OSPF)与路由信息选择协议(RIP)、外部网关协议(EGP)的BGP4等,只能提供数据传输的可达性服务,不具备全网资源利用的调节能力.这些算法的使用很大程度上会导致网络中传输的数据流汇聚到同一链路上或者说是同一节点的同一接口上去.从而引起网络局部严重拥塞和网络资源利用率大大下降.当前采用这些算法的因特网没有动态的路由调整和灵活的网络控制能力. 流量工程的定义Internet流量工程是Internet网络工程的一部分,主要用来处理网络运行时的性能

3、优化问题,它包括对网络流量的测量、建模、分析和控制等方面的技术和科学原理的应用,通过对网络进行合理的规划,使业务流有效、迅速、可靠地通过整个网络。 流量工程(Traffic Engineering,TE)TE是一种可用来控制网络资源,提高网络性能,解决上述问题的网络资源调控技术。流量工程是一种能将业务流映射到实际物理通路上,同时又可以自动优化网络资源以实现特定应用程序服务性能要求的、具有宏观调节和微观控制能力的网络工程技术。其主要目的是将业务流合理分配在现有的网络拓扑结构上,以优化网络资源的合理使用,提高网络性能 。实现流量工程的目的流量工程得以实现,它可以对通过ISP路由选择域内的业务流提供

4、精确的控制,特别是可以把业务流从由内部网关协议(IGP)计算出来的最短路径转移到相对拥塞程度比较少的物理链路上 。实现流量工程的意义MPLS的路由选择灵活性能够很好地满足流量工程的需求,把流量工程引入到MPLS网络中来,这无论是对于提高主干网的性能,提高资源利用率,还是为用户提供新的业务都具有很大的理论意义和现实意义 基于IPOA的TE一个基于IPOA模型的主干网对流量工程是完全支持的,因为它能够建立明确路由PVC。通过监视每一条PVC来支持流量工程,如果一条给定的PVC开始拥了,ISP就修改虚拟或物理的拓扑结构来接受这种由于拥塞而产生的额外业务流,从而使拥塞得到控制。 基于MPLS的TEMP

5、LS网络中流量工程路径的建立MPLS网络中流量工程的实现,最关键之处就是如何把满足要求的流量工程路径映射到相应的物理路径上去。所谓流量工程路径就是根据业务流对传输路径的要求,对流量工程链路状态数据库(TE-LSDB)进行裁剪得到的具有明确路由的LSP。这样的LSP可以通过定制的管理工具离线计算,或使用基于约束的路由选择在线计算。把LSP映射到相应的物理路径则由信令协议来完成。 MPLS中流量工程路径的建立包括:流量工程策略部分、内部网关协议(IGP)部分和信令部分。流量工程策略部分提供了定义基于约束条件的LSP的用户接口;IGP部分是OSPF和IS-IS在流量工程方面的扩展;信令部分则在明确路

6、由中规定的LSR分配标记以及建立LSP的转发状态。(RSVP-TE和CR-LDP)。 MPLS TE提供了两种路由选择机制:逐跳路由和显式路由。逐跳路由是传统的路由选择机制,它由每个上的决定下一跳的路由。显式路由是通路中的入节点或出节点选择路径,该路径子序列的交换由来完成并采用第一次交换所选的路径。采用的显式路由技术,可以监视网络中的数据流量,也可以方便地改变路由重新设置路径,从而达到实现流量工程的目的。 通过显式标记交换路径,能在当前的网络上实现类似于电路交换的能力,而且能够解决诸如协议所无法解决的鱼形图问题,即当一条链路资源出现拥塞时,可自动地将数据包转换到另一条相对空闲的链路上。 MPL

7、S TE的实现方式()部分设置:对大部分节点采用自动或动态路由技术,对小部分节点进行手动设置,以达到负载均衡的目的;()集中计算:类似于集中网管技术,由单一的中央管理设备搜集网络使用信息,通过优化计算来设置标记交换路径。()出口计算：既通过出口节点的计算来优化到达自己的路径,这能有效地解决多点到一点的优化路径问题 MPLS的负载均衡在网络中,有两种方式可以表明服务的类别,一种是利用标记中的位(公司将其置为)来标明服务类别;另一种就是利用不同的标记集来标明服务类别。把包的发送和路由选择分得很清楚,因此,它也允许明确指定传送路径。这使网管员对网可以开辟特设路径,满足特定的需要,并达到链路间的负荷平

8、衡。保证服务质量的另一个方面是允许与网紧密地集成在一起。在实施的网络中,隧道可以直接映射到一条虚电路,为数据流提供相应的服务等级。标签中的信息可以指明是需要固定速率()虚电路还是可变位速率()虚电路。 流量工程策略流量工程策略定义了一套对路由选择进行控制的选项。用户在建立路径时,根据需要对这些选项进行选择,为路由选择时对TE-LSDB进行裁剪提供依据。这些策略包括对专门的显式路径进行管理、资源类相似性、标记交换路径的适应性、标记交换路径带宽预留优先级、分配负载通过相似的标记交换路径、标记交换路径的预占、标记交换路径的恢复等。 IGP的改进及TE-LSDBIGP广播的这些信息并不能满足流量工程的

9、需求,必须对它进行扩展。新的IGP增加了最大可预留带宽、最大链路带宽、当前预留带宽、当前使用带宽和链路着色等用于流量工程的扩展信息。标记交换路由器使用扩展的IGP来创建一个专门用于流量工程的链路状态数据库(TE-LSDB)。TE-LSDB包括MPLS域中的所有LSR互连的网络拓扑描述信息,它通过接收IGP传送来的信息进行更新。 在TE中信令的重要性用于标记分配的信令数据在明确路由LSP上传输之前,必须把LSP映射到相应的物理路径上去,也就是给LSP上的每一个LSR分配合适的标记并建立LSP的转发状态。由于手动配置一条明确路由LSP的开销非常大,许多服务商希望通过信令协议来自动完成这一处理,因此

10、,信令协议在流量工程中扮演着非常重要的角色。目前主要有两种信令协议可以用于标记的发布:约束路由标记发布协议(CR-LDP)和资源预留协议(RSVP)。 RSVP下建LSP转发路径RSVP路径消息为建立一条LSP转发路径,输入LSR发送一个RSVP路径消息下行至输出LSR,中间经过明确路由LSP中指定的LSR。路径消息可以包括多种不同的RSVP对象6:如标记请求对象(LRO)、明确路由对象(ERO)、记录路由对象(RRO)、会话属性对象(SAO)等。 中间路由器将对路径消息处理。1、当路径消息到达时,中间路由器在其路径状态模块中记录标记请求对象和明确路由对象。路径状态模块同时也包括前一跳的IP地

11、址、消息发送等信息,这些信息用于将相关的预留消息回送到入LSR;2、将路径消息沿明确路由对象定义的路径向自己的下一跳转发;3、如果中间路由器不能为LSP分配一个标记,它将通过发送一个路径错误信息给入LSR。当路径消息到达出LSR时,它将从标记请求对象中获知自己就是该LSP的输出LSR。 在MPLS实现流量工程需解决的基本问题1、需要对网络流量特征进行正确的分析,建立合理的流量模型,这是完成流量工程的基础;2、流量工程路径建立可以进行离线计算,也可以进行在线计算,目前离线算法已经基本实现,但是在线算法还不是很成熟,研究和实现在线算法具有很大的现实意义。如何把离线计算和在线计算很好地结合起来是一个

12、非常值得研究的问题;3、MPLS为实现流量工程提供了手段,它还需要一个网络管理系统来对提供流量工程的网络进行管理,在流量工程路径比较多的情况下,保证整个网络的正常运转。4、在网络的可扩展性方面,它会不会对现有网络及其发展造成影响,造成哪些影响等等。流量工程的功能模块Diff-Serv MPLS网络体系中流量工程的功能结构，包括4个基本组成部分:分组转发单元、信息发布与接收单元、路径选择单元信令单元分组转发单元分组转发单元负责引导IP分组使之按一条预先确定的路径（LSP)通过网络，对MPLS流量工程逻辑结构信息进行转发(如基于IP目的地址)。MPLS技术的真正优点在于它提供了路由(即控制)和转发

13、(即转移数据)间的完全分离.这种分离允许只使用单一的转发算法(MPLS)便可对多种服务和业务类型进行配置;并使边缘节点承担大量的复杂计算,而中间节点只负责快速转发,因而大大提高了网络的效率 信息发布与接收单元MPLS流量工程的计算需要一些有关网络状态和网络属性的动态信息(如最大链接带宽、最小预留带宽、当前带宽预定、当前带宽使用和链接属性等).信息发布与接收单元通过简单地定义相关的IGP扩展特性(比如IS-IS、OSPF的扩展特性)来实现这部分信息的发送与接收。MPLS网域中的每个路由器接收到这部分链接状态和属性信息后,即将这两部分信息分别存储到链接状态数据库和一个特殊的流量工程数据库(Traf

14、fic Engineer Database,TED)中 路径选择单元在网络链接状态和属性信息通过IGP进行扩散并存储到链接状态数据库和TED中去之后,每个起始LER可以基于链接状态数据库和TED利用基于约束的最短路径优先(CSPF)算法计算出属于它的穿过路由域的一组LSP路径。每个LSP的路径可表示成精确的显式路由(explicit routing)或疏松的显式路由。信令单元向上游和下游的LSR发送信令并接收其回应信令,以实现LSP的真正建立以及标记的交换.信令单元的实现依赖于基于约束路由的标记分发协议(CR-LDP)的一些扩展。扩展的CR-LDP应支持DiffServ的服务质量要求和流量工程

15、的相关约束,在它的消息中添加DiffServ类型长度值(TLV),使近邻的发现、会话的维护、标记的分发和回收,事件处理及状态报告等都按QoS要求进行 。TE的核心技术基于约束的路由选择是流量工程的核心技术,也是实现QoS业务的关键.它可以根据多个约束条件(既可以是QoS的约束条件,也可以是其他策略性的约束条件)计算出所有的可行路径,并根据一定的优选策略从中选出一条最优的路径,以提高网络资源的利用率,实现网络性能的优化 ；基于约束的路由的计算方式路由计算主要有两种方式：分布式路由计算源路由计算 分布式路由计算优点：在分布式路由计算中,业务流的传输路径以分布计算的方式由多个网络节点共同完成,其路由

16、计算开销比较小.缺点：在这种方式下,系统难以对业务流的传输路径进行集中统一的控制与优化,也难以根据业务流的具体要求采用不同的度量进行灵活的路由计算,这必然影响网络的性能. 源路由计算源路由计算由一个节点(通常是网络的边缘节点或者源节点)集中完成.这时,该节点必须具有全域的拓扑结构及链路状态信息,当采用预计算方式生成路由表时,路由表需要存储通往所有目标节点的完整路径.因此,进行源路由计算的节点需要具有较强的处理能力和较大的存储空间 .传统的IP网络采用源路由方式时,每个IP分组需要完整的路径信息,增加了网络通信的开销；在MPLS流量工程机制中,入口节点只需在建立LSP时把源路由计算结果嵌入标记请

17、求消息的指定路由对象中,使LSP按照指定的路径建立起来.当数据分组到来时,入口节点根据分类结果给数据分组赋予适当的标记,就可使数据分组进入相应的LSP中,沿着指定的路径传输.因此,源路由在MPLS流量工程机制中引入的附加通信开销相当少,而且该方式也适合于系统对业务流的传输路径进行集中控制和全局优化,能够满足流量工程技术实施的要求 ；对业务流传输路径进行优化的目标在满足约束条件的前提下,对业务流传输路径进行优化的目标主要有两个:一是节省网络传输的资源,即路径所需的预留资源尽可能少,或者路径所通过的节点数尽可能少；二是流量负载在网络中尽可能均匀分布,以减少拥塞发生的概率.这两个路由优化目标通常不能

18、同时实现,在路由选择时,常常是根据一个方面的要求来寻找最优解.当存在多个最优解时,再根据其他方面的要求作进一步的优化;或者通过选择一种合适的度量将这两方面的要求结合起来进行综合优选. 几种路径优选算法 最小带宽的路径(Minimum-bandwidthpath)即寻找一条所需预留带宽最小的可行路径.如果存在多条这样的路径,则选择其中经过节点数最少的一条路径.这种路径优选算法主要是为了节省网络资源。最宽的最短路径(Widest-shortestpath)即寻找一条具有最少节点数的可行路径.当存在多条这样的路径时,则选择其中最宽的一条路径.这种路径优选算法在考虑网络资源节省的前提下,兼顾考虑负载的

19、均匀分布 。几种路径优选算法最短的最宽路径(Shortest-widestpath)即寻找一条最宽的可行路径.当存在多条这样的路径时,则选择其中经过节点数最少的一条路径.这种路径优选算法在考虑负载均匀分布的前提下,兼顾考虑网络资源的节省.最短的最小时延路径(Shortest-delaypath)寻找一条在按照路径的最大可预留带宽进行资源预留时,具有最小端-端时延的可行路径.当存在多条这样的路径时,选择其中经过节点数最少的一条路径.当一条路径按照其最大可预留带宽进行资源预留,而同时具有最小端-端时延时,说明该路径比较宽,而且经过的节点数比较少.这种路径优选算法同时考虑了网络负载均匀和网络资源节省

20、两方面的需求。 MPLS中主要的流量工程功能一组与流量中继相关，并对流量中继的行为特征进行描述的属性；（操作）一组与资源有关的属性，它们将对使用各种资源的流量中继进行限制。也可看作是一种是对拓扑属性的限制；“约束路由”（可选）流量工程中最基本要求统计和性能监测功能对于网络的计费与业务特征描述功能来说是非常重要的；从统计与性能监测系统上获得的统计数据可以用于进行业务描述、性能优化、流量工程中的容量规划等工作。对流量中继的基本操作建立激活去激活更改属性重新选路拆除附加的操作有：流量规划与流量整形等流量工程实现的基本属性业务量参数属性通用路径选择与管理属性优先级属性抢先权属性弹性属性策略属性具有流量

21、工程的MPLS的基本功能1、建立一条显式路由路径（ES-LSP)的能力；2、在ES-LSP上实现资源预留与服务等级的能力；3、能够向网络管理者提供LSP的路由状态信息，并能对这些状态进行管理；4、支持对于LSP的重路由，能够对发生故障的LSP进行全局或部分的修复，使其避开拥塞与故障发生点；5、在一定条件下，能够利用一定的优先权与抢先权机制，对网络资源进行重新分配，使某些具有特殊要求的流量中继能够抢占现有流量中继所使用的LSP;6、具有环路控制能力； MPLS TE的应用 MPLS流量工程的应用主要集中在以下几个方面：流量统计分析流量优化网络保护和提供服务质量 流量统计分析网络的运行情况和业务流

22、量矩阵的获得，以往都是采用探针等方式，实施起来非常麻烦；采用MPLS技术之后，每个LSP就成为一个流量统计单位，路由器将对进出这条LSP的流量进行记录，通过SNMP就可以将这些数据提取出来，从而可以方便地获得业务流量矩阵。具体的实现方法是在路由器之间建立无带宽约束的双向的LSP，使metric降低。利用相关的LSP统计功能来收集POP点路由器之间的流量统计信息，这种方式简单并且可以实现双向的统计。 流量优化通过流量工程的网络流量统计分析，我们可以根据网路流量的状况，在不通的节点间建立不同的显式路径LSP，引导流量按照规划的路径进行传递，将原本流经负担较重设备及较为拥塞链路的流量分担到相对空闲的设备和链路上，优化网络流量。 网络保护和提供服务质量MPLS自愈恢复是MPLS流量工程的一种重要应用特性。自愈恢复是指在网络发生故障时，如何及时进行故障切换，保障网络应用不受影响。传统的SONET/SDH恢复时间量