大規模MPLS網絡中的新興技術

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　　摘 要：隨著網絡規模越來越大，選擇一個完善的網絡管理框架并有效降低標簽需求量對于MPLS網絡而言顯得十分重要。為此，探討了基于策略的MPLS管理以及Trainet等近年來出現的大規模MPLS網絡新興技術，并與現有相關技術進行了比較。
　　

　　關鍵詞：通信網；多協議標簽交換；可擴展性；基于策略的MPLS管理；Trainet��
　　
　　一、引言
　　多協議標簽交換，即MPLS（Multiprotocol Label Switching），是一種在通信網內利用定長的標簽來引導數據高速傳輸和交換的網絡技術。自1997年由IETF（Internet Engineering Task Force）提出以來，MPLS技術得到了迅猛的發展，并被評為1999年十大熱門通信技術之一。但是隨著網絡的規模越來越大，MPLS面臨著一些問題亟待解決。首先，MPLS對于一個完善的網絡管理框架的需求已經變得非常迫切。網絡管理作為網絡的重要組成部分，是保證網絡高效、安全運行的必要支撐手段，這在大規模通信網絡的運行中尤為明顯。MPLS作為新一代的通信網絡技術，必須借助完善的網絡管理功能才能充分發揮其優勢。但MPLS技術的實現比較復雜，除了對底層介質的要求很高之外，它還是一個軟件密度很大的協議結構。此外，MPLS網絡管理要針對MPLS網絡的特點，如可變業務等級，多種業務類型，面向連接的環境等，還必須分離設備中軟件和硬件的功能管理，因此MPLS網絡管理框架的設計既是一個難點，同時又是一個研究熱點。目前MPLS可采用的網絡管理框架包括SNMPv3（Simple Network Management Protocol version 3）網絡管理框架以及基于策略的MPLS管理框架等。SNMP在計算機網絡中應用非常廣泛，但由于SNMP基于輪詢機制，是一種異步請求/響應協議，因此存在一定的性能問題，并不是大規模MPLS網絡管理框架的理想選擇。相比之下，隨著基于策略的管理方法日漸成熟，基于策略的MPLS管理慢慢引起了人們的注意。它采用分層結構，將設備管理、網絡管理和服務管理分離，較為適合大規模MPLS網絡的管理，因此本文將重點討論這種方案，并對其與傳統網管方案的優劣進行分析比較。
　　
　　除了完善的網絡管理框架，在保持甚至提高MPLS網絡性能的基礎上，如何有效減小每個LSR以及整個網絡的標簽需求量對于大規模MPLS網絡來說也有著至關重要的意義。降低標簽需求量，就意味著提高了整個MPLS網絡的可擴展性。FEC（Forwarding Equivalent Class）聚合、標簽合并等技術可以在一定程度上減小標簽的需求量，且這些技術已經比較成熟，在其它很多文獻中都有詳細介紹，因此本文將重點探討Trainet這一最近出現的新技術，它可以有效降低標簽需求量，提高整個網絡的可擴展性，是在網絡規模較大的情況下對MPLS技術的改進與發展。
　　
　　二、基于策略的MPLS管理
　　1．MPLS策略框架
　　
　　所謂策略，根據IETF的定義就是指一系列管理規則的集合。每條規則由條件和操作構成，當網絡環境滿足規則的條件時執行規則定義的相應操作。而基于策略的管理，就是指網絡自動根據已確定的策略，去實施信息存取、傳輸以及網絡設備的監控與配置，提供優化網絡所必須的各項服務。
　　
　　　
　　
　　IETF策略框架如圖1所示，它由策略執行點（PEP，即Policy Enforcement Points）、策略決策點（PDP，即Policy Decision Points）、管理控制臺以及用于存儲策略集、用戶和網絡資源信息的目錄服務器組成，其中PDP通常又稱為策略服務器。PEP是執行和實現策略的實際網絡裝置，它接收來自設備的策略服務請求并轉發給PDP，同時觸發位于PDP中的策略決策引擎（PDE，即Policy Decision Engine），PDE將根據請求中的相關參數從目錄服務器中讀取資源信息和策略模式，通過推理和一致性的檢測來進行策略決策，并把結果發往PEP，由PEP具體執行相關操作。而管理控制臺主要用于輸入和編輯策略，監控網絡的狀態。上述IETF策略框架主要通過對設備進行配置來管理基于DiffServ/IntServ的IP網絡，并未考慮MPLS的技術特點，因此必須對現有的策略框架進行相應擴展以實現基于策略的MPLS管理。MPLS的策略框架［2］不能限于僅僅對單個設備進行管理，而是應該根據相關策略實現對網絡元素的一致性配置以支持MPLS網絡正常運行，并可實現自動的流量工程。
　　
　　首先需要建立一個MPLS網絡模型以便進行探討。MPLS的設計實際上就是面向區分服務模型的，因此可以將MPLS與DiffServ結合在一起保證網絡QoS（Quality of Service）的實現。本文將基于單區域MPLS/DiffServ模型展開探討。
　　
　　由于需在不同層次上對不同網絡元素進行基于策略的管理，因此可在圖1所示IETF策略框架的基礎之上設計一個三層結構的策略服務器，從上至下依次為服務級策略、網絡級策略和設備級策略。這樣既可以明確不同層次的具體功能，又可以更好地定義PDE驅動事件。由于MPLS/DiffServ網絡可提供的服務目前還在探討之中，不很成熟，因此基于策略的服務級管理也還有待作進一步的研究與發展。下面將詳細討論設備級和網絡級的管理技術。
　　
　　2．基于策略的設備級管理
　　
　　設備級管理主要是指對MPLS/DiffServ路由器的DiffServ部分進行配置。策略服務器需要根據路由器的性能信息來作出與設備相關的決策并對其進行合理的配置。在MPLS/DiffServ網絡模型中，路由器的相關性能信息包括加權包調度器的可用性、可配置的隊列、鏈路帶寬、MPLS的信令協議信息等等，而策略服務器將要對轉發包調度器的權重、隊列的長度以及排隊規則等作出合理決策。
　　
　　3．基于策略的網絡級管理
　　
　　網絡級管理主要針對標簽交換路徑（LSP，即Label Switched Path），包括生存周期管理、信令控制、從流量到LSP的映射、LSP之間的映射以及LSP角色指定等內容。
　　
　　生存周期管理是指將基于策略的管理思想植入LSP的整個生存周期，包括建立、釋放和更新LSP等一系列操作。這些操作的觸發和中止都應該由策略服務器來控制。
　　
　　
　　
　　信令協議必須在策略管理的控制下實現（參見圖2）。舉個簡單的例子，當建立一條有QoＳ參數要求的LSP時，策略服務器根據網絡資源情況以及其它性能參數將會做出允許、拒絕或者是更為精細的決策，例如提供一個較小的帶寬值。
　　
　　流量映射主要由MPLS域的邊緣LSR完成，但是如果建立了隧道，那么核心LSR也有可能建立流量到LSP的映射。流量映射的策略可以根據實際需要制定，例如可以將去往同一出口LSR的流量映射到同一條LSP上。
　　
　　MPLS的一個重要應用就是流量工程，在基于策略的MPLS管理技術中，流量工程的實現可以視為從LSP到其它LSP的映射。這種映射的原理和流量映射近似，只是在策略服務器中需要進行映射的對象不同而已，由此可以容易地實現自動流量工程。
　　
　　4．基于策略的MPLS管理與傳統網管的比較
　　
　　通過對基于策略的MPLS管理和傳統MPLS網管運行機制的分析可以將兩者的優劣做如下比較：
　　
　　(1)在基于策略的管理方案中，整個網絡被視為一個整體，可利用策略信息模型對其進行建模，策略信息存放在一個邏輯意義上集中的服務器內，易于進行全局管理。而在傳統網管模式中，網絡設備、接口、隊列等對象的管理都基于設備級數據模型，其控制方式也彼此獨立，難以進行全局管理與協調；
　　
　　(2)可以在基于策略的MPLS管理中引入面向對象的策略信息模型，這樣網絡發生的變化可通過策略結構體的形式進行描述�；�于策略的管理系統可以自動修改網絡行為，從而避免了在多個LSR中分別修改管理信息，提高了網管的效率。而在傳統網管模式中，一旦網絡狀況發生變化或引入新的業務，相關LSP中所有LSR的管理信息庫都要進行相應的修改，效率十分低下；
　　
　　(3)在基于策略的MPLS網絡管理中，還可根據網絡元素角色的不同制定相應的策略，這是傳統網管所難以實現的。例如可以為每條LSP指定一個“LSP角色”，以便于策略服務器根據不同LSP的角色進行合理決策，實現相應的操作。一條LSP可以是“首要”、“次要”、“備份”以及“隧道”等不同角色�！按我�”LSP可以用來分擔“首要”LSP的流量，使網絡資源的利用趨于均衡。當“首要”LSP出現故障時，可以啟用“備份”LSP，這樣網絡將更加可靠。而“隧道”LSP可以用來為其它LSP提供路由服務，實現流量工程。
　　
　　通過上述比較可以發現，基于策略的MPLS管理降低了網管的復雜性，符合網絡運行的內在規律，提高了大規模MPLS網絡的性能。但是應當看到這種網管模式也存在著一些有待改進的問題。目前基于策略的MPLS管理框架中檢測策略沖突的機制不夠完善，同時策略條件和相應操作的定義通用性不強，因此在不同的網絡區域內可能導致策略編輯出現不一致的現象。此外，還應該繼續完善基于策略的服務級管理，實現用戶請求到相關服務的映射，并且在多區域中實現互操作。
　　
　　三、Trainet技術
　　1．Trainet技術思想
　　
　　Trainet是MPLS的一個擴展方案，因其運行機制類似大型市區的地鐵網絡而得名。Trainet技術對MPLS的改進主要基于兩點。首先，引入〈標簽，跳數〉對代替傳統MPLS網絡中使用的標簽，其中跳數表示在標簽指定的LSP上數據包還要經過的LSR個數。這就如同地鐵乘客在中途需要知道還有幾站才能到達目的地一樣，所以在Trainet方案中LSP被稱作列車線路（TL，即Train-Line）。當跳數值為0時，數據包到達目的LSR。第二個改進思想是利用多個〈標簽，跳數〉對組成序列使得不同TL前后銜接，構成一條多TL路由，就如同地鐵乘客在到達目的地之前要多次換乘不同列車一樣。下面將詳細討論拓撲驅動的TL建立和多TL路由技術。
　　
　　2．拓撲驅動的TL建立
　　
　　討論拓撲驅動的TL建立有2個前提條件。首先，在Trainet中任意2個LSR之間都有TL直接互通；其次，這條TL由最短路徑算法建立。

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