程控交换与宽带交换 第九章 MPLS流量工程和QoS机制

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1、第九章 MPLS流量工程和 QoS机制9.1 流量工程概述9.2 MPLS流量工程9.3 QoS概念及其实现方案9.1 流量工程概述网络资源的高昂成本以及Internet领域中激烈的竞争，作为ISP（Internet服务提供商），不仅需要改善网络基础设施（如采用光纤满足高速数据传输的需要，但是这只能在一定程度上缓解用户数据传输 带宽和QoS保证的压力）。9.1.1 什么是流量工程由于网络资源不足或者流量分布不均 匀都可能造成网络拥塞。在前一种情况下 ，所有路由器和链路都会过载，惟一的解 决办法是升级基础设施，提供更多的网络 资源。在实际的网络应用中，流量工程（TE ）的重要性体现在两个方面：从

2、ISP的角度 来说，流量工程（TE）可以保证网络资源 得到充分、合理利用，从而避免了整个网 络在某个地方网络资源过度利用，而在另 外一些地方网络资源被闲置不用的不良情 况；从网络用户的角度来说，流量工程（ TE）可以保证用户所申请的服务质量得到 满足。9.1.2 流量工程中的性能 指标流量工程（TE）的目标就是在保证网 络高效、可靠运行的同时，对网络资源的 利用与流量的性能加以优化。 1面向应用的性能指标 这是一种与每种特定应用服务流的流 量特性相关的指标，面向应用的性能指标 包括了增强业务QoS性能的各个方面。2面向网络的性能指标 这是一个与网络资源相关的指标，面 向网络的性能指标包括了优化

3、资源利用的 各个方面。有效的网络资源管理是实现面 向资源优化目标所使用的手段。9.1.3 网络拥塞的最小化拥塞的最小化是面向应用和面向网络 流量工程的一项重要的性能指标，流量工 程所要解决的主要问题也就是减少拥塞的 产生。 9.1.4 流量与资源控制9.2 MPLS流量工程 9.2.1 MPLS流量工程技 术基础 一、选用MPLS实现流量工 程的原因 理想的流量工程解决方案是根据业务 需要分配网络资源、具有将通信流量映射 到特殊路径和专用资源上以实现负载均衡 的方法。ISP（Internet服务提供商）要求 IP over ATM方式下的流量工程在纯IP结 构的网络中也要得到体现。（1）MPL

4、S是一种交换和路由的综合 体，它集成了链路层的交换技术与网络层 的路由技术。 （2）MPLS流量工程提供了完整的流 量管理方法。（3）MPLS流量工程根据业务流所需 的资源和网络中的资源可用情况来引导业 务流有效通过网络，并采用“基于约束路由 的选路”方法，这条约束路由对要调节的业 务来说是满足约束条件的最好路由。 （4）MPLS流量工程可以平滑地将失 效链路或节点上的业务流利用新的约束转 移到网络的其他通路上进行传输，从而有 效地对发生故障的节点和链路进行恢复。二、MPLS流量工程的主 要内容 1路径的选择 通过采用MPLS实现显式路由的选择 方式，可以根据网络资源的合理利用来引 导业务的流

5、向，以便使一条拥挤路径上的 一部分流量转移到一条负荷较轻的或不太 拥挤的路径上，从而避免网络拥塞。2路径优先级的选择 通过设置LSP建立优先级和保持优先 级来实现高优先级的业务流时，即使已为 某一业务建立了LSP，也应空出网络资源 给高优先级的业务使用，以便在网络资源 匮乏的时候，也能对优先级高的业务提供 服务保证。3负载均衡 MPLS可以使用两条和多条LSP来承 载同一个用户的IP业务流，合理地将用户 业务流分摊在这些LSP之间。 4路由备份 MPLS可以配置两条LSP，一条处于 激活主用状态，另一条处于备份状态，一 旦主LSP出现故障，业务立刻倒换到备份 的LSP，直到主LSP从故障中恢复

6、，业务再 从备份的LSP切回到主LSP。5故障恢复 当一条已经建立的LSP在某一点出现 故障时，故障点的MPLS会向上游发送消 息，以通知上游LER重新建立一条LSP来 替代这条出现故障的LSP，由此上游LER 就会重新发出消息，建立另外一条LSP来 保证用户业务的连续性。三、MPLS导入模型图和 流量工程基本问题表述 基于MPLS的流量工程问题可表述如 下。 （1）如何将分组正确映射到转发等 价类（FEC）上。 （2）如何将转发等价类（FEC）正 确映射到流量中继上。 （3）如何通过标记交换路径（LSP） 将流量中继正确映射到物理网络拓扑上。四、流量中继的相关描述 1流量中继及其属性 流量中

7、继指的是具有同一业务等级， 由同一标记交换路径（LSP）传送的一组 业务流。 流量中继具有下列一些基本属性。 （1）流量中继是指一“组”具有相同 业务级别的业务流的集合。在有些场合， 必须放宽这种定义，可以是包含多种业务 级别的业务流的集合。（2）在单一业务模型中，流量中继 可以将入口节点到出口节点间的部分或所 有业务封装在一起进行传输。 （3）流量中继是可以进行路由的对 象（类似于ATM的VC）。 （4）流量中继与其所经过的LSP不同 。从操作的角度来看，可以把一个流量中 继从一条通路转移到另一条通路上。（5）流量中继是单向的。实际应用 中，一个流量中继可以通过它的入口和出 口LSR来描述，

8、将FEC映射到它上面，并 且有一个属性集来决定它的行为特性。 2对流量中继的基本操作 为了满足流量工程的要求，应该能够 对流量中继执行以下基本操作。 （1）建立：创建一个流量中继。（2）激活：使一个流量中继开始传送 业务量。从逻辑上来说，流量中继的建立 与激活是两个分离的事件，但它们可以在 原始操作中被激活或实现。 （3）去激活：使一个流量中继停止传 送业务量。 （4）更改属性：使一条流量中继的属 性发生改变。（5）重新选路：使一条流量中继的 路径发生改变。这一过程可以通过网管实 现，也可以通过下层协议自动实现。 （6）拆除：从网络中删除一条流量 中继，并释放为其分配的所有网络资源（ 包括标记

9、空间、可用的带宽等）。（7）记账和性能监测：该功能对于 网络的计费与业务特征描述来说是非常重 要的。通过记账和性能监测可以获取系统 性能统计数据，这些数据可以为网络的流 量性能描述、网络性能优化和容量规划提 供参考。由于从流量中继上获得统计数据 的能力的重要性，在MPLS的流量工程实 现中，此功能应当是一项最基本的要求。3流量中继的基本流量工 程属性 流量中继属性是与一条流量中继相关 并且影响其行为特征的参数。 （1）业务量参数属性 业务量参数可用于获取在流量中继中 传输数据流的FEC特性，包括峰值速率、 平均速率、允许突发率等。 （2）通用路径选择与管理 属性 通用路径选择与管理属性定义了流

10、量 中继的选路规则和对已经建立的路径进行 管理维护的规则。为了完成路径选择与管理过程，需要 有如下所述的一整套属性。 通过网管指定的显式路由 多重路径优先级别 资源类别亲和属性 适应性属性 平行的流量中继之间的负载分配（3）优先权属性 优先权属性定义了流量中继之间的相 对重要性。 （4）抢占权属性 抢占权属性决定一条流量中继能否抢 占另一条流量中继的路径，或者是该流量 中继的路径能否为其他流量中继所抢占的 性质。 抢占权属性有4种模式：允许抢占； 不允许抢占；允许被抢占；不允许被抢占 。（5）恢复属性 （6）策略属性 策略属性是指某一流量中继在不再符 合路径建立时约定的情况下，决定底层协 议应

11、采取的动作。五、资源属性 资源属性是网络拓扑状态参数的一部 分，它们的作用是对特定资源上的流量中 继选路过程加以限制。资源属性通常由以 下几部分组成。 1最大分配因子 最大分配因子（Maximum Allocation Multiplier，MAM）的概念类似于帧中继 或ATM中的预订与注册因子（ Subscription and Booking Faction）。2资源等级属性 资源等级属性是由管理员配置的参数 ，它表明资源的“等级”。资源等级的概念 可以看作是一种“颜色”的概念，具有相同“ 颜色”的资源都属于相同等级。 六、约束路由 约束路由是一种命令驱动并具有资源 预留能力的路由算法，它

12、能够使按需驱动 的路由规范与基于拓扑驱动的逐跳式路由 规范在同一网络中共存。1约束路由的基本特征 约束路由技术应当能自动获得为流量 中继路径建立的可行方案。 2对具体实现的考虑 在FR和ATM交换机的很多商业应用 中，已经实现了一定的约束路由功能。9.2.2 MPLS流量工程组 成部件流量工程是MPLS的一个重要应用， 将MPLS应用于一对入口和出口LSR之间 配置的多条路径，允许入口LSR将流量分 配到不同的LSP上。 1分组转发部件 MPLS流量工程结构中的分组转发部 件就是多协议标记交换。2信息分发部件 MPLS流量工程的计算需要有关网络 拓扑和网络负荷的动态信息细节。 3路径选择部件

13、MPLS提供流量工程的核心是为每条 LSP决定物理路径，在网络链路属性和拓 扑信息由IGP传播扩散并存储到流量工程 数据库（TED）中去之后，每个入口LSR 使用TED计算穿过IP路由域的LSP，每个 LSP的通路能由严格或松散显式路由代表 。4信令部件 因为驻存在入口 LSR的TED中特定时 间内网络状态信息是会过时的，所以CSPF 计算得到的通路只是被认为是可以接受的 。 流量工程的本质是将业务流映射到实 际的物理通路上去，对于MPLS来说，其 中心思想也就成为每个LSP确定物理通路 。9.2.3 MPLS流量工程的 实现 1MPLS的流量工程实施 方法 （l）整条LSP的通路经离线计算后

14、， 分别在每个LSR中进行设置，这种方法与 传统的IP over ATM相似。 （2）离线计算静态配置在入口LSR 中，然后，入口LSR利用RSVP协议动态建 立LSP。（3）在线动态计算约束路由，网络自 动选取通路。 （4）部分静态离线计算、配置与动态 建立相结合。 （5）完全按普通的路由方法建立，但 无论哪种方法都应建立备份的LSP。2成功解决流量工程的操 作要求 （1）完成大量的LSP建立操作规范， 如建立LSP、激活LSP、静默LSP、校正 LSP属性、重选路由LSP和拆卸LSP。 （2）严格和松散显式LSP的配置。 （3）支持物理通路的选择变化（有 一个通路列表）。（4）允许或禁止L

15、SP的重新优化。 （5）规定LSP能使用的资源类型。 （6）LSP应具备优先级差别。 （7）能通过一定操作获取LSP的布局 问题。 （8）具有流量统计功能。9.3 QoS概念及其实现方案QoS技术的出发点在于充分发挥网络的目标性能，满足用户对服务的需求，并优化对网络资源的利用。9.3.1 QoS概念及实现过 程 一、QoS的概念 QoS就是通常所说的服务质量（ Quality of Service，QoS）。原CCITT对 QoS下的定义是：QoS是一个综合指标，用 于衡量使用一个服务的满意程度。 QoS具有很高的精确性，它是对各种 性能参数的具体描述。二、QoS的实现过程 QoS的实现过程分

16、为连接建立、数据 传输和连接断开三个阶段。 1连接建立阶段 图9.5所示为QoS连接建立阶段的示意 图，在连接建立阶段，网络所要做的工作 主要有以下几个方面。图9.5 QoS连接建立阶段示意图（1）具有QoS数据发送要求的节点， 首先向网络提出申请并对所需的QoS性能 参数进行描述。 （2）进行QoS的翻译与映射，也即 QoS要求在不同层及各节点间进行协商和 映射。（3）将翻译映射后的QoS参数传递给 网络QoS资源管理实体，由该管理实体调 用资源使用许可判决，以判定是否有足够 的资源来满足QoS要求。 （4）资源管理实体进行资源分配，按 要求建立一条数据传输通道，并监测通信 过程，保证QoS要求的实现。2数据传输过程 连接建立过程结束后，若成功建立连 接，则进入数据传输过程。 3连接断开阶段 当数据传输结束后，信源发出连接断 开消息。接收到该消息的节点将释放网络 资源，完成一系列的资