馬幼軍 張自強(qiáng)

MPLS TE在高鐵數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)中的配置設(shè)計與驗證測試

馬幼軍 張自強(qiáng)

摘 要：MPLS TE技術(shù)提供了服務(wù)質(zhì)量 (QoS)和流量工程 (TE)控制的能力，可以根據(jù)路徑、資源可用性和QoS請求為數(shù)據(jù)流設(shè)置直接的路由，避免鏈路擁塞導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送丟失。介紹MPLS TE技術(shù)、TE配置和路由保護(hù)配置，及其測試方案。

關(guān)鍵詞：多協(xié)議標(biāo)記交換;流量工程 (TE);路徑保護(hù);跟蹤路由;接口

隨著高速鐵路的發(fā)展，各條高速鐵路客運專線數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)承載了視頻監(jiān)控、會議電視、辦公自動化、動力環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)，通過各自鐵路局核心節(jié)點匯聚至北京核心節(jié)點，形成了以北京、上海、廣州、武漢等多核心節(jié)點的大型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。這樣的大型網(wǎng)絡(luò)，各核心節(jié)點之間的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量是不同的，可能某些鏈路擁塞導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送丟失，或某些鏈路流量很少，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源并保證網(wǎng)絡(luò)的安全，引入了MPLS TE技術(shù)。

1 MPLS TE技術(shù)

MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)技術(shù)，可以幫助本質(zhì)上無連接的IP網(wǎng)絡(luò)建立到指定目的地的預(yù)先確定的路徑，即標(biāo)記交換路徑 (LSP)。經(jīng)過MPLS流量工程處理的LSP，通過同一IP網(wǎng)絡(luò)提供差分業(yè)務(wù)，同時提高網(wǎng)絡(luò)利用率，避免傳統(tǒng)IP路由技術(shù)產(chǎn)生的流量擁塞熱點，還可以根據(jù)業(yè)務(wù)的特殊要求來分配網(wǎng)絡(luò)資源。

導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞主要有2個原因：①網(wǎng)絡(luò)帶寬小，難以承載日益繁忙的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;②網(wǎng)絡(luò)流量分配不均勻，某些鏈路過載，某些鏈路空閑。對于第一種原因，只能通過增加鏈路，增加帶寬擴(kuò)容來解決網(wǎng)絡(luò)擁塞。而對于第二個原因，流量工程 (TE)作為一種將流量映射到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系募夹g(shù)，可以起到非常重要作用。流量工程關(guān)注網(wǎng)絡(luò)整體性能的優(yōu)化，其主要目標(biāo)是提供高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，合理使用網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量。MPLS作為一種疊加模型，可以方便地在物理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖辖⒁粋€虛擬的拓?fù)?，然后將流量映射到這個拓?fù)渖?。因此，MPLS與流量工程相結(jié)合的技術(shù)——MPLS TE應(yīng)運而生。

MPLS TE分為2個層面：一是面向流量的，關(guān)注如何提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量;二是面向資源的，關(guān)注如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用，最主要是帶寬資源的有效利用。MPLS TE是將流量導(dǎo)入指定路徑，精確地控制流量流經(jīng)的路徑，避開擁塞的節(jié)點，解決路徑過載和空閑問題，充分利用既有帶寬資源。同時，在建立LSP隧道的過程中，MPLS TE可以預(yù)留資源，保證服務(wù)質(zhì)量。因此，MPLS TE可以平衡網(wǎng)絡(luò)中的流量，根據(jù)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行路徑選擇，可以提高網(wǎng)絡(luò)運作效率與可靠性，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源和流量性能。MPLS TE的實施，減少了網(wǎng)絡(luò)的管理、建設(shè)成本，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞或者抖動情況下進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。

為了保證服務(wù)的連續(xù)性，MPLS TE還引入路徑保護(hù)和快速重路由的機(jī)制，可以在鏈路出現(xiàn)問題時及時切換，科學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)。路徑保護(hù)是MPLS TE的一項重要功能，在網(wǎng)絡(luò)故障時及時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換，保障業(yè)務(wù)應(yīng)用不受影響。

2 MPLS TE配置

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皩嶋H運行中的流量分布，高鐵數(shù)據(jù)核心網(wǎng)絡(luò)做如下TE配置及路徑保護(hù)設(shè)置。

圖1 全網(wǎng)TE配置示意圖

2.1 TE配置

在核心節(jié)點之間建立全網(wǎng)狀的路徑 (LSP)，根據(jù)鏈路帶寬來調(diào)整節(jié)點之間的路徑。如圖1所示。

假定上海到武漢的流量預(yù)設(shè)為從上海到廣州再到武漢 (如圖1左半部分)，若上海至廣州的鏈路帶寬占用率已達(dá)到70%，而從上海到北京的鏈路和北京到武漢的鏈路還有比較大的余量，那么可把上海至武漢途經(jīng)廣州的流量分流一部分到經(jīng)由上?！本錆h的鏈路上。采用MPLS TE流量管理使上海到武漢的流量經(jīng)由北京到武漢，而從上海到廣州的流量仍舊走彼此之間的直連鏈路 (如圖1右半部分所示)。

2.2 路徑保護(hù)配置

從上海到武漢的流量預(yù)設(shè)通過LSPn到達(dá)，為了對它進(jìn)行保護(hù)，設(shè)立另外一條備份的LSPn+1，這條LSP經(jīng)過北京節(jié)點到達(dá)武漢。如果LSPn發(fā)生故障，數(shù)據(jù)流將轉(zhuǎn)向LSPn+1。其他路徑也采用同樣的方式。詳細(xì)情況見表1及圖2。

表1 流量路徑及其保護(hù)路徑配置表

3 測試方案

網(wǎng)絡(luò)部署完成后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署目的進(jìn)行驗證測試，以驗證工程是否達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。以下為測試方案。

3.1 TE測試

1．實施MPLS TE前。測試上海至武漢的流量路徑，在上海的路由器上用traceroute命令，目標(biāo)地址為武漢路由器，顯示的流量路徑應(yīng)是上?！獜V州—武漢;目標(biāo)地址為廣州路由器，顯示結(jié)果流量路徑應(yīng)是上?！獜V州。

圖2 保護(hù)路徑配置示意圖

2．實施MPLS TE，進(jìn)行流量工程配置，在上海路由器的一個端口發(fā)送IP流量到廣州使鏈路流量占用率超過額定的值，此時流量工程應(yīng)啟動。

3．實施MPLS TE后。在上海的路由器上用traceroute命令，目標(biāo)為武漢路由器，顯示結(jié)果流量路徑應(yīng)是上海—北京—武漢;目標(biāo)為廣州路由器，顯示結(jié)果流量路徑應(yīng)是上?！獜V州。在建立流量工程的兩端 (上海、武漢)用儀表測試數(shù)據(jù)傳輸性能，應(yīng)正常。

在設(shè)置流量工程的路由器上用shutdown(關(guān)閉端口)命令，關(guān)閉指定路徑的端口鏈路，數(shù)據(jù)傳輸受到影響;關(guān)閉非指定路徑的端口鏈路，即在上海路由器上用shutdown命令，關(guān)閉廣州的端口，上海至武漢的數(shù)據(jù)傳輸不受干擾。

3.2 路徑保護(hù)測試

在北京、上海、廣州、武漢節(jié)點之間的核心鏈路進(jìn)行MPLS路徑保護(hù)。如圖2所示。本次測試主要驗證在MPLS網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)路徑保護(hù)和自愈恢復(fù)的功能。在網(wǎng)絡(luò)中配置不同的路徑作為保護(hù)路徑，例如優(yōu)先路徑為1跳，保護(hù)路徑為3跳。測試過程如下。

1．在建立流量工程的兩端用ping命令傳送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，在上海、武漢互相用命令ping數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)應(yīng)平滑傳送。

2．在設(shè)置流量工程的路由器上用traceroute命令觀察數(shù)據(jù)傳輸路徑。在上海Traceroute武漢 (#traceroute ip_address)，從traceroute命令的輸出看出數(shù)據(jù)傳輸路徑為優(yōu)先路徑，路徑為上海—廣州—武漢。

3．在設(shè)置流量工程的路由器上shutdown指定路徑的端口鏈路。用traceroute命令觀察數(shù)據(jù)傳輸路徑。在上海路由器上shutdown至廣州的鏈路 (#traceroute ip_address)，數(shù)據(jù)傳輸停頓一會兒后又恢復(fù)傳輸。從traceroute命令的輸出可以看出數(shù)據(jù)傳輸路徑從優(yōu)先路徑轉(zhuǎn)往備份路徑，路徑轉(zhuǎn)移到上海—北京—武漢。

4．在設(shè)置流量工程的路由器上恢復(fù)指定路徑的端口鏈路。用traceroute命令觀察數(shù)據(jù)傳輸路徑。在上海路由器上恢復(fù)至廣州的鏈路 (#traceroute ip_address)，數(shù)據(jù)平滑傳輸。從traceroute命令的輸出看出數(shù)據(jù)傳輸路徑從備份路徑轉(zhuǎn)往優(yōu)先路徑，路徑恢復(fù)到上?！錆h—廣州。

4 測試結(jié)果與分析

在TE測試中，發(fā)現(xiàn)被測鏈路流量超過70%的額定門限值時，網(wǎng)絡(luò)并沒有啟動TE功能進(jìn)行流量分流，經(jīng)過查找分析原因，發(fā)現(xiàn)是上海路由器沒有啟動流量監(jiān)測，所以流量達(dá)到并超過額定門限值時，網(wǎng)絡(luò)沒有正常啟動TE。

MPLS TE技術(shù)提供了服務(wù)質(zhì)量 (QoS)和流量工程 (TE)控制的能力，可以根據(jù)路徑、資源可用性和QoS請求為數(shù)據(jù)流設(shè)置直接的路由，還有利于實現(xiàn)高可擴(kuò)展性的虛擬專用網(wǎng)。隨著鐵路數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的不斷增加，或者某個方向的數(shù)據(jù)流量增加，由于鏈路帶寬的限制，可能會出現(xiàn)鏈路帶寬不夠?qū)е骆溌窊砣瑥亩承I(yè)務(wù)受到影響。通過MPLS TE配置，可以很好的實現(xiàn)鏈路利用率及鏈路保護(hù)功能。需要注意，在工程配置結(jié)束后，一定要進(jìn)行工程測試，驗證所設(shè)計及配置的功能是否可以正常啟動并達(dá)到預(yù)期效果。

［1］華為技術(shù)有限公司.MPLS TE技術(shù)白皮書［R］.2004.

［2］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.YDT1391．1-2005.多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)測試方法［S］.2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10755-2010.高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］.2010.

Abstract:MPLS TE technology provides the functions of quality of service and traffic engineering control to set the direct route for data stream according to the path，availability of resources and QoS requests to avoid link congestion resulting in loss of data．The technology of MPLS TE，TE configuration，routing protection configurations and test scenarios are introduced．

Key words:MPLS;Traffic Engineering;Path protection;Tracing route;Interface

馬幼軍：深圳市長龍鐵路電子工程有限公司 工程師 518031深圳

張自強(qiáng)：中鐵電化集團(tuán)北京電信研究試驗中心有限公司 工程師100036 北京

2013-06-04

(責(zé)任編輯：諸 紅)