流量工程技術(shù)介紹

1、1高級計算機網(wǎng)絡(luò)課程講義高級計算機網(wǎng)絡(luò)課程講義Traffic Engineering流量工程技術(shù)流量工程技術(shù)2內(nèi)容內(nèi)容z概述概述z傳統(tǒng)集成方法傳統(tǒng)集成方法策略路由策略路由量度流量工程量度流量工程ECMPECMPz傳統(tǒng)覆蓋型網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)覆蓋型網(wǎng)絡(luò) IP/ATM方法方法zMPLSMPLS流量工程流量工程系統(tǒng)系統(tǒng)z光網(wǎng)絡(luò)流量工程光網(wǎng)絡(luò)流量工程31.1.概述概述z概念概念z目標目標z方法方法z系統(tǒng)系統(tǒng)4傳統(tǒng)路由的魚型問題傳統(tǒng)路由的魚型問題z 圖圖1所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲形狀如一條魚，節(jié)點所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲形狀如一條魚，節(jié)點G代表魚頭，代表魚頭，A和和B代表魚尾，數(shù)代表魚尾，數(shù)據(jù)流從據(jù)流從A和和B流向流向G。 z 從魚

2、尾到魚頭有從魚尾到魚頭有CDF和和CEF兩條路徑。如果兩條路徑。如果CDF比比CEF短短，則路由協(xié)議將選擇，則路由協(xié)議將選擇CDF作為最短路由，作為最短路由，A和和B的業(yè)務(wù)流都將沿著的業(yè)務(wù)流都將沿著CDF走，結(jié)果造成走，結(jié)果造成CDF負載沉重而負載沉重而CEF卻被閑置的情形。卻被閑置的情形。 z 從這個例子我們可以發(fā)現(xiàn)，路由協(xié)議實際上很從這個例子我們可以發(fā)現(xiàn)，路由協(xié)議實際上很“傻傻”。 5傳統(tǒng)路由的弊端傳統(tǒng)路由的弊端z 基于目的地選路?；谀康牡剡x路。 目的地址相同的數(shù)據(jù)包在被轉(zhuǎn)發(fā)時，選擇的下一跳也相同。所以，目的地址相同的數(shù)據(jù)包在被轉(zhuǎn)發(fā)時，選擇的下一跳也相同。所以，在路由表中，到達某目的地的

3、路徑只有一條（除非有多條成本相同在路由表中，到達某目的地的路徑只有一條（除非有多條成本相同的路徑存在）。這樣，的路徑存在）。這樣，網(wǎng)絡(luò)中可用的其他鏈路就無法被利用起來網(wǎng)絡(luò)中可用的其他鏈路就無法被利用起來，流量分布很難預(yù)測，實現(xiàn)均衡更不可能。流量分布很難預(yù)測，實現(xiàn)均衡更不可能。 z 局部優(yōu)化。局部優(yōu)化。 每個節(jié)點都獨自選擇路徑，相互之間缺乏協(xié)調(diào)合作，故整個網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點都獨自選擇路徑，相互之間缺乏協(xié)調(diào)合作，故整個網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇無法得到優(yōu)化。如在圖路徑選擇無法得到優(yōu)化。如在圖1中，很多節(jié)點都獨立地選擇中，很多節(jié)點都獨立地選擇CDF，結(jié)果導(dǎo)致結(jié)果導(dǎo)致最短路徑成了最擁擠的路徑，較長的路徑反而最短路徑成

4、了最擁擠的路徑，較長的路徑反而可能是更好的選擇可能是更好的選擇。為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)總體資源利用率，路由決策應(yīng)該。為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)總體資源利用率，路由決策應(yīng)該從全局觀點出發(fā)，把整個網(wǎng)絡(luò)視為一個對象考慮。從全局觀點出發(fā)，把整個網(wǎng)絡(luò)視為一個對象考慮。 z 在極端的情況下，最短路徑算法還可能導(dǎo)致路由振蕩。在極端的情況下，最短路徑算法還可能導(dǎo)致路由振蕩。 假如某節(jié)點在某時刻根據(jù)路由協(xié)議選擇假如某節(jié)點在某時刻根據(jù)路由協(xié)議選擇CDF作為從作為從C到到F的最短的最短路徑，當所有業(yè)務(wù)流都經(jīng)過時，該路徑就變得異常擁塞，而另一條路徑，當所有業(yè)務(wù)流都經(jīng)過時，該路徑就變得異常擁塞，而另一條CEF則很空閑。下一次路由更新時，假如路

5、由協(xié)議把則很空閑。下一次路由更新時，假如路由協(xié)議把CEF選選為最短路徑，則此改變就會將原來為最短路徑，則此改變就會將原來CDF的流量轉(zhuǎn)移到的流量轉(zhuǎn)移到CEF上上。結(jié)果呢，情況倒置，。結(jié)果呢，情況倒置，CEF擁塞，而擁塞，而CDF卻變得空閑。每次卻變得空閑。每次路由更新都會引起路徑選擇的翻轉(zhuǎn)。路由更新都會引起路徑選擇的翻轉(zhuǎn)。 6流量工程方法流量工程方法z當存在多條并行或備選路徑時當存在多條并行或備選路徑時，就存在如何有效地使，就存在如何有效地使用集成的網(wǎng)絡(luò)帶寬的問題。這就是流量工程問題。用集成的網(wǎng)絡(luò)帶寬的問題。這就是流量工程問題。z流量工程是一個強有力的工具，通過它可以在網(wǎng)絡(luò)中流量工程是一個強有

6、力的工具，通過它可以在網(wǎng)絡(luò)中不同的鏈路、路由器和交換機之間平衡業(yè)務(wù)負荷不同的鏈路、路由器和交換機之間平衡業(yè)務(wù)負荷，使，使所有這些成分既不會過度使用，也不會未充分使用。所有這些成分既不會過度使用，也不會未充分使用。這樣，就可以有效利用整個網(wǎng)絡(luò)所提供的帶寬資源。這樣，就可以有效利用整個網(wǎng)絡(luò)所提供的帶寬資源。z流量工程應(yīng)當被看成是路由結(jié)構(gòu)中的一個輔助部分流量工程應(yīng)當被看成是路由結(jié)構(gòu)中的一個輔助部分 。是是對路由功能的控制與優(yōu)化對路由功能的控制與優(yōu)化，使流量以最有效的方式，使流量以最有效的方式通過網(wǎng)絡(luò)。通過網(wǎng)絡(luò)。z 7流量工程流量工程ABCDTraffic engineering 是將流量向網(wǎng)絡(luò)拓撲映

7、射的過程是將流量向網(wǎng)絡(luò)拓撲映射的過程DemandNetworkTopology充分路由網(wǎng)絡(luò)資源充分路由網(wǎng)絡(luò)資源利于實現(xiàn)利于實現(xiàn)QoS網(wǎng)絡(luò)流量分攤到多個鏈路，減少單點故障網(wǎng)絡(luò)流量分攤到多個鏈路，減少單點故障滿足策略需求滿足策略需求Traffic engineering key to optimizing cost/performance8流量工程方法流量工程方法z傳統(tǒng)集成方法傳統(tǒng)集成方法( (Integrated)Integrated)策略路由策略路由量度流量工程量度流量工程ECMPECMPz傳統(tǒng)覆蓋型網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)覆蓋型網(wǎng)絡(luò)( (Overlay)Overlay) IP/ATM方法方法zMPLSMPL

8、S的流量工程的流量工程 9流量工程與網(wǎng)絡(luò)工程流量工程與網(wǎng)絡(luò)工程zNetwork Engineering（網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃） 構(gòu)造靜態(tài)拓撲的物理網(wǎng)絡(luò)，保持一定時期穩(wěn)定。 為長期的流量增長進行規(guī)劃。為流量提供資源。 Establishing capacity where the traffic needs it.zTraffic Engineering 是為了優(yōu)化利用網(wǎng)絡(luò)資源，是基于固定網(wǎng)絡(luò)拓撲的優(yōu)化。適應(yīng)短期的流量波動。把流量放在有資源的對方。Putting traffic where the capacity is。 TE是下一次NE之前的有效補充措施，業(yè)務(wù)分布的優(yōu)化。zTE 與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的充

9、足容量10流量工程與流量定向流量工程與流量定向zTraffic Directing：選擇信息服務(wù)器選擇信息服務(wù)器 根據(jù)客戶的位置 服務(wù)器利用率 網(wǎng)絡(luò)性能z屬于屬于應(yīng)用層功能應(yīng)用層功能11流量工程與流量工程與QoSQoS路由路由z流量工程流量工程 滿足一定約束，包括QoS等：客戶/ISP 網(wǎng)絡(luò)利用最優(yōu)化: ISPzQoS路由路由 給定flow的QoS要求: 客戶12流量工程的最優(yōu)化目標z容量管理（容量管理（capacity management ） 容量規(guī)劃容量規(guī)劃 路由控制路由控制 網(wǎng)絡(luò)資源管理：網(wǎng)絡(luò)資源管理： link bandwidth, buffer space, computation

10、al resources.z流量管理（流量管理（traffic management ） 節(jié)點流量控制功能：節(jié)點流量控制功能： 流量調(diào)節(jié)，隊列管理，調(diào)度流量調(diào)節(jié)，隊列管理，調(diào)度 。 控制數(shù)據(jù)流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑，使不同報文或不同流訪問不同的控制數(shù)據(jù)流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑，使不同報文或不同流訪問不同的網(wǎng)絡(luò)資源網(wǎng)絡(luò)資源 。13流量工程的控制行為流量工程的控制行為z控制模式控制模式 pro-active：采取預(yù)防措施，避免不良網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)，或促成良好網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)。 reactive：正確響應(yīng)和適應(yīng)發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件。z控制時間尺度控制時間尺度 容量規(guī)劃 路由控制 轉(zhuǎn)發(fā)142 2. .集成方法集成方法z策略路由策略路由

11、z量度流量工程量度流量工程 zECMPECMP152 2.1.1策略路由策略路由192.1.1.12192.1.1.12s0 150.1.1.1s0 150.1.1.1s1 151.1.1.1s1 151.1.1.1s0 150.1.1.2s0 150.1.1.2s1 151.1.1.2s1 151.1.1.2e0 192.1.1.16e0 192.1.1.16A AB BC CAccess-list 1 permit 192.1.1.11Access-list 1 permit 192.1.1.11Access-list 2 permit 192.1.1.12Access-list 2 pe

12、rmit 192.1.1.12Router-map map1 permit 10Router-map map1 permit 10Match ip address 1Match ip address 1Set default interface serrial 0Set default interface serrial 0Router-map map1 permit 20Router-map map1 permit 20Match ip address 2Match ip address 2Set default interface serrial 1Set default interfac

13、e serrial 1152.1.1.1152.1.1.1192.1.1.11192.1.1.11162.22.2基于量度的流量工程基于量度的流量工程連接1Metric=1連接4Metric=4連接2Metric=1連接3Metric=1網(wǎng)絡(luò) A網(wǎng)絡(luò) C網(wǎng)絡(luò) D網(wǎng)絡(luò) B路由器 A路由器 B路由器 C路由器 D17基于量度基于量度設(shè)置設(shè)置的流量工程的流量工程z在早期基于路由器的核心網(wǎng)中，流量工程技術(shù)是在早期基于路由器的核心網(wǎng)中，流量工程技術(shù)是通過簡單地使用路由量度值通過簡單地使用路由量度值( (Metric)Metric)來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。因為那時無論從因為那時無論從路由器數(shù)量、鏈接數(shù)及業(yè)務(wù)流

14、量路由器數(shù)量、鏈接數(shù)及業(yè)務(wù)流量來講，來講，InternetInternet骨干網(wǎng)都是非常小的，所以，基骨干網(wǎng)都是非常小的，所以，基于度量的控制在那時是足以勝任的。于度量的控制在那時是足以勝任的。z同時，在萬維網(wǎng)普遍流行之前，同時，在萬維網(wǎng)普遍流行之前，InternetInternet拓撲層拓撲層次也強制業(yè)務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)中較為確定的路徑，次也強制業(yè)務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)中較為確定的路徑，不會不會產(chǎn)生臨時的熱點產(chǎn)生臨時的熱點。 18基于量度基于量度設(shè)置設(shè)置的流量工程的流量工程的局限性的局限性z不具有可不具有可擴擴展性展性 當IP網(wǎng)絡(luò)變得具有更多的鏈接時，這種情況下很難保證對網(wǎng)絡(luò)某個部分量度的調(diào)整而不致在網(wǎng)絡(luò)的其它

15、部分引起問題。z不具有不具有動態(tài)性動態(tài)性 IGP并不發(fā)布類似于帶寬可用性和業(yè)務(wù)特征等信息。這就意味著，當IGP計算其轉(zhuǎn)發(fā)表時并不考慮網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)負載。z無法負載平衡無法負載平衡 業(yè)務(wù)不能在網(wǎng)絡(luò)連接中平均分配，導(dǎo)致昂貴的網(wǎng)絡(luò)資源未能被有效使用。一些鏈路可能發(fā)生阻塞的同時，另一些鏈路未被充分利用。192.32.3ECMPECMP：Equal-Cost MultiEqual-Cost MultipathpathzOSPF流量工程流量工程 :等價多路徑等價多路徑zBGP流量工程流量工程zRIP也可實現(xiàn)也可實現(xiàn)z關(guān)鍵算法關(guān)鍵算法20OSPFOSPF等價多路徑示例等價多路徑示例連接1Metric=1連接4

16、Metric=4連接2Metric=2連接3Metric=3網(wǎng)絡(luò) A網(wǎng)絡(luò) C網(wǎng)絡(luò) D網(wǎng)絡(luò) B路由器 A路由器 B路由器 C路由器 D21多路徑的影響多路徑的影響zVariable Latencies 不同路徑時延不同。 Packet 重排序?qū)CP的影響。z調(diào)試問題 ping 和 traceroute 更加不可靠。z組播路由問題組播路由協(xié)議基于源或核構(gòu)造轉(zhuǎn)發(fā)樹，避免環(huán)的方法是假設(shè)到達樹根的下一跳唯一。z安全 多路徑使下一跳不確定，網(wǎng)絡(luò)DoS攻擊相對困難。22主要算法主要算法zround-robin 最簡單, the least recently used next-hop is chosen.

17、z Modulo-N Hash 對可標識流的報文字段進行操作，例如CRC值。z Hash-Threshold 首先對可標識流的報文字段進行hash操作。在hash函數(shù)的輸出空間，不同的下一跳有不同的區(qū)間.。z Highest Random Weight (HRW) 路由器首先基于下一跳地址和可標識流的報文字段計算一個關(guān)鍵字 ， 選擇關(guān)鍵字最大的下一跳。減少next-hop 增減對流的影響。23算法評價標準算法評價標準z性能（performance）：運行算法的計算代價。z平衡（Balancing）： 負載均衡。z偏離（ disruption ）：next-hop增減受影響的流。24算法算法di

18、sruptiondisruptionz區(qū) 3 刪除： 1/4 of region 2 is now in region 1 1/2 (2/4) of region 3 is in region 2, 1/2 of region 3 is in region 4 ， 1/4 of region 4 is in region 5. z Since each of the original regions represent 1/5 of the flows disruption = 1/5*(1/4 + 1/2 + 1/2 + 1/4) =3/10.12345124525 方法評價：小結(jié)方法評價：

19、小結(jié)z只是選擇最短路徑，在兩個結(jié)點之間沿著最短路徑上的路由器和鏈路可能發(fā)生了擁塞，而沿較長路徑的路由器和鏈路卻是空閑的。zlink weight(metric)方法可能與最優(yōu)解相差較遠。z OSPF的等價多路徑(ECMP)選項以及IS-IS在給多個最短路徑分配負載時是有用的，但如果只存在一條最短路徑，ECMP也是無能為力的。對于簡單網(wǎng)絡(luò)，可以讓網(wǎng)絡(luò)管理員手工配置鏈路，均勻地分發(fā)流量。但對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，就只能使用自動化的流量工程了。263.3.傳統(tǒng)疊加方法傳統(tǒng)疊加方法z流量工程技術(shù)發(fā)展歷史流量工程技術(shù)發(fā)展歷史90年代初使用年代初使用T1/T3鏈路，路由器少，鏈路，路由器少，易于配置；易于配置；90

20、年代中，年代中，ATM速率高，交換快，而速率高，交換快，而路由器太慢，采用路由器太慢，采用IP/ATM；90年代末，路由器速率快，軟件豐富年代末，路由器速率快，軟件豐富，接口高速，采用，接口高速，采用MPLS；273.1 3.1 IP/ATM疊加方法zIP/ATM ATM和和IP定義不同的地址結(jié)構(gòu)和路由協(xié)議。定義不同的地址結(jié)構(gòu)和路由協(xié)議。 ATM端點使用端點使用ATM地址和地址和IP地址二者標識，地址二者標識，ATM網(wǎng)絡(luò)在核心。網(wǎng)絡(luò)在核心。 在在ATM網(wǎng)絡(luò)，所有交換機使用網(wǎng)絡(luò)，所有交換機使用ATM路由協(xié)議路由協(xié)議為為IP分組選擇路由，需要將分組選擇路由，需要將IP地址映射為地址映射為ATM地址

21、。地址。28疊加方法示例疊加方法示例 路由器1路由器2路由器2路由器1路 由 器3路由器3第三層邏輯拓撲物理拓撲PVC 1PVC 1PVC 2PVC 2PVC 3PVC 3ATMATM交換交換機機29A和C之間有四條路徑：AGHC、AFHC、AGFHC、AFGHC。假設(shè)AGHC是從A到C的最短路徑，則最短路徑算法會選擇AGHC，但覆蓋方法比最短路徑算法要靈活得多，它可以使用四條路徑中的任意一條，并根據(jù)兩個節(jié)點之間的流量做出選擇。疊加方法示例疊加方法示例30IP/ATMIP/ATM流量工程優(yōu)點流量工程優(yōu)點z PVC覆蓋的物理路徑通常通過離線配置計算獲得的,基于鏈接容量和歷史業(yè)務(wù)參數(shù)配置的算法對其

22、進行整體優(yōu)化。在完成PVC結(jié)網(wǎng)的整體優(yōu)化計算后，配置將被下載到路由器和ATM交換機以提供全閉合結(jié)網(wǎng)的邏輯拓撲。z 一個基于ATM的核心網(wǎng)完全支持流量工程，因為它可以對PVC進行明確的路由。PVC的路由是通過在網(wǎng)絡(luò)底層的物理拓撲上提供任意的虛擬拓撲來實現(xiàn)的，而在網(wǎng)絡(luò)底層的物理拓撲上，可以通過對PVC進行路由以使業(yè)務(wù)分配到所有鏈路上去，使鏈路平均使用。這種實現(xiàn)避免了業(yè)務(wù)全部匯集到低花費路由上去，從而避免了鏈路的過分使用或未充分使用。z 另外，由ATM交換機提供的每條PVC的統(tǒng)計信息，簡化了監(jiān)測用于優(yōu)化PVC布局及管理的業(yè)務(wù)參數(shù)的過程。31IP over ATMIP over ATM模型的局限性模型

23、的局限性z需要對兩個不同的網(wǎng)絡(luò)進行管理ATMATM基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)和邏輯的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)和邏輯的IPIP覆蓋網(wǎng)。覆蓋網(wǎng)。z路由和流量工程分別在不同的系統(tǒng)上來完成路由在路由器上執(zhí)行，流量工程則在路由在路由器上執(zhí)行，流量工程則在ATMATM交換機上完成，因此交換機上完成，因此，將流量工程完全與路由集成在一起將是非常困難的。，將流量工程完全與路由集成在一起將是非常困難的。zATM路由器接口未能跟上光學(xué)帶寬的最新發(fā)展IPIP協(xié)議在協(xié)議在ATMATM結(jié)構(gòu)上運行時，有結(jié)構(gòu)上運行時，有2020的的ATMATM消耗用于組幀。消耗用于組幀。OC-OC-192192浪費浪費1.991.99G.G.最快最快622622M M

24、，OC-48OC-48難生產(chǎn)。難生產(chǎn)。z配置難以自動更新z擴展性差配置全閉合配置全閉合ATM PVCATM PVC的網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生傳統(tǒng)的的網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生傳統(tǒng)的“N N2 2”問題。問題。5 5 router, 1 router added, 10 PVC created.router, 1 router added, 10 PVC created.324 4. .MPLSMPLSzMPLS概念概念 LSP建立建立zMPLS流量工程設(shè)施流量工程設(shè)施zMPLS流量工程方法流量工程方法33MPLSMPLS流量工程優(yōu)點流量工程優(yōu)點z 在上的節(jié)點或鏈路出現(xiàn)故障時，自動迂回或切換到新的上，保在上的節(jié)點或鏈路出現(xiàn)故

25、障時，自動迂回或切換到新的上，保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不中斷。在證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不中斷。在IP over DWDM IP over DWDM 系統(tǒng)中由于不再使用系統(tǒng)中由于不再使用SDHSDH傳輸設(shè)備，傳輸設(shè)備，在出現(xiàn)光纜被割斷時如何實現(xiàn)快速自愈恢復(fù)成為一個問題。利用在出現(xiàn)光纜被割斷時如何實現(xiàn)快速自愈恢復(fù)成為一個問題。利用MPLSMPLS有可在有可在第三層實現(xiàn)快速自愈恢復(fù)（第三層實現(xiàn)快速自愈恢復(fù)（50 50 msms）。）。z 流量工程（）流量工程（） 通過設(shè)置有關(guān)節(jié)點，通過流量的檢測，決定有關(guān)流量分流的情通過設(shè)置有關(guān)節(jié)點，通過流量的檢測，決定有關(guān)流量分流的情況。根據(jù)如何決定分流鏈路的方法，可以區(qū)分松散、精確

26、的指定。況。根據(jù)如何決定分流鏈路的方法，可以區(qū)分松散、精確的指定。z 虛擬專網(wǎng)（）虛擬專網(wǎng)（） 通過公用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一個單位內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)。由于業(yè)務(wù)流量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的通過公用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一個單位內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)。由于業(yè)務(wù)流量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的關(guān)系，早期網(wǎng)絡(luò)通過專線來實現(xiàn)，缺乏靈活性。關(guān)系，早期網(wǎng)絡(luò)通過專線來實現(xiàn)，缺乏靈活性。 由于的封由于的封裝性，可以實現(xiàn)專線特性，保證安全性，而不需要實現(xiàn)復(fù)雜的加密算法，并裝性，可以實現(xiàn)專線特性，保證安全性，而不需要實現(xiàn)復(fù)雜的加密算法，并具有極好的靈活性和可擴展性。具有極好的靈活性和可擴展性。z 通過對設(shè)定有關(guān)特性來實現(xiàn)，并和有機結(jié)合。通過對設(shè)定有關(guān)特性來實現(xiàn)，并和有機結(jié)合。34MPL

27、S MPLS 概念概念LDP:LabelDistributionProtocolLSP:LabelSwitchedPath入口出口節(jié)點之間的路徑。入口出口節(jié)點之間的路徑。FEC:ForwardingEquivalenceClassLSR:LabelSwitchingRouterLER:LabelEdgeRouter35（1 1）Label Label 封裝封裝ATMFREthernetPPPVPI VCIDLCI“Shim Label”L2LabelMPLS intended to be “multi-protocol” below as well as above.IP PayloadIP

28、Payload36下層多樣性下層多樣性EthernetPPP(SONET, DS-3 etc.)ATMFrameRelay MPLS is “multiprotocol” below (link layer) as well as above (network layer) Provides for consistent operations, engineering across multiple technologiesMPLS positioned as end-to-end forwarding paradigm37（2）MPLS DomainIngressLSRMPLS Domain

29、CoreLSRsEgressLSRLSP Congested link Uncongested link出口進行標準出口進行標準IPIP轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)入口加標記入口加標記38（3 3）Forwarding Equivalence ClassesForwarding Equivalence Classes在路由器上處理行為相同的所有報文”.傳統(tǒng)路由，報文在每跳指定FEC (i.e. L3 look-up)到達特定接口的流量符合分類標準的流量：IP地址，端口信息具有一定優(yōu)先級的流量某接口以一定波長到達的流量 一天中的某段時間到達的流量去往不同目的地的報文可以共享相同路徑去往不同目的地的報文可以共享相同路

30、徑NoImageNoImageIP1IP2IP1IP2LSRLSRLERLERLSPIP1#L1IP2#L1IP1#L2IP2#L2IP1#L3IP2#L339STANDARD IP STANDARD IP 轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)47.147.247.3D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .33123D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .33D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .33123123 Destination based forwarding tables as built by OSPF, IS-IS, RIP, etc.4

31、0逐跳逐跳IPIP轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)47.147.247.3IP 47.1.1.1D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .33123D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .3312123IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1D e s tO u t4 7 .114 7 .224 7 .3341NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage#216#612#5#311#14#99#963#462- LSP（標記交換路徑）是源到目標地址單向樹的一部分。 - LDP 基于I

32、P的轉(zhuǎn)發(fā)表各種樹。#963#14#99#311#311#311（4 4）LABEL SWITCHED PATHLABEL SWITCHED PATH42IntfInLabelInDest IntfOut30.4047.11IntfInLabelInDest IntfOutLabelOut30.5047.110.40MPLS MPLS 標簽發(fā)布標簽發(fā)布47.147.247.3123121233IntfInDestIntfOutLabelOut347.110.50Mapping: 0.40Request: 47.1Mapping: 0.50Request: 47.143標簽交換路徑標簽交換路徑 (

33、 (LSP)LSP)IntfInLabelInDest IntfOut30.4047.11IntfInLabelInDest IntfOutLabelOut30.5047.110.4047.147.247.3123121233IntfInDestIntfOutLabelOut347.110.50IP 47.1.1.1IP 47.1.1.144NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage#216#14#462ER( Explicit Routing)Explicit Routing) 建立 LSP 是一種 source rout

34、ed.MPLS ER并不要求每個報文攜帶路由，并不要求每個報文攜帶路由，TE有效。有效。#972#14 #972ABCRoute=A,B,C顯式路由顯式路由LSPLSP：ER-LSPER-LSP45IntfInLabelInDest IntfOut30.4047.11IntfInLabelInDest IntfOutLabelOut30.5047.110.4047.147.247.3123121233IntfInD estIntfO utLabelO ut347.1.121.33347.110.50IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1顯式路由顯式路由LSPLSP：ER-LSPER-LS

35、P46疊加模型與集成模型疊加模型與集成模型流量工程流量工程光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)47疊加模型疊加模型 路由器1路由器2路由器2路由器1路 由 器3路由器3第三層邏輯拓撲物理拓撲PVC 1PVC 1PVC 2PVC 2PVC 3PVC 3ATMATM交換交換機機48集成模型IngressLSRMPLS DomainCoreLSRsEgressLSRLSP Congested link Uncongested link出口進行標準出口進行標準IPIP轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)入口加標記入口加標記49Overlay vs. IntegratedOverlay vs. IntegratedzOverlay ATM和IP定義不同的

36、地址結(jié)構(gòu)和路由協(xié)議。 ATM端點使用ATM地址和IP地址二者標識，ATM網(wǎng)絡(luò)在核心。 在ATM網(wǎng)絡(luò)，所有交換機使用ATM路由協(xié)議為IP分組選擇路由，需要將IP地址映射為ATM地址。zIntegrated 不使用第二層信令與路由協(xié)議，通過一定的機制使用IP協(xié)議控制第二層交換。 ATM端點只是使用IP地址標識，ATM網(wǎng)絡(luò)使用的是現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議(OSPF等)為IP分組選擇路由，建立連接時不使用ATM信令。 增加了ATM交換機的復(fù)雜性，使ATM交換機看起來更像一個多協(xié)議路由器。50客戶服務(wù)者（客戶服務(wù)者（Overlay）模型模型路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)端到端路由端到端路由光網(wǎng)絡(luò)光

37、網(wǎng)絡(luò)光通路光通路網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)NNI：網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)接口OXC：光交叉連接光交叉連接UNI：用戶到網(wǎng)絡(luò)接口用戶到網(wǎng)絡(luò)接口光層具有智能，能夠控制光通道，網(wǎng)絡(luò)由良好規(guī)范接口光層具有智能，能夠控制光通道，網(wǎng)絡(luò)由良好規(guī)范接口的子網(wǎng)組成。的子網(wǎng)組成。光子網(wǎng)光子網(wǎng)光子網(wǎng)光子網(wǎng)光子網(wǎng)光子網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)路由51對等（對等（peer）模型模型路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)端到端路由：端到端路由：（標記交換路由）（標記交換路由）光交叉連接：光交叉連接：路由器的一種路由器的一種類型類型IP路由器控制所有的端到端通道，包括光通道。路由器控制所有的端到端通道，包括光通道。光網(wǎng)絡(luò)路由524.4

38、.MPLSMPLS與流量工程與流量工程zMPLS概念概念 LSP建立zMPLS流量工程設(shè)施流量工程設(shè)施zMPLS流量工程方法流量工程方法53Traffic TrunkTraffic TrunkzLSP內(nèi)部的同類聚合流。內(nèi)部的同類聚合流。z流量主干向流量主干向LSP映射稱為實例化。映射稱為實例化。z可以從一個可以從一個LSP轉(zhuǎn)移到其他轉(zhuǎn)移到其他LSP。z給定拓撲下最多給定拓撲下最多Trunk是從每個入口到每個出口路由是從每個入口到每個出口路由器每個流量類別一個：器每個流量類別一個： (N * (N-1) * C) trunks. 54MPLSMPLS流量工程基本問題流量工程基本問題z 通過通過L

39、SP，將流量主干向物理網(wǎng)絡(luò)拓撲映射：將流量主干向物理網(wǎng)絡(luò)拓撲映射： 將MPLS圖向基本網(wǎng)絡(luò)拓撲圖映射。z 物理網(wǎng)絡(luò)拓撲圖物理網(wǎng)絡(luò)拓撲圖G = (V, E, c) V 為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點， E 為鏈路，參數(shù)c是 E和V 的容量或其他屬性。z MPLS導(dǎo)出圖導(dǎo)出圖 H = (U, F, d) U 為 LSR集合 ， F是LSP集合，參數(shù)d是F的需求或約束。MPLS導(dǎo)出圖導(dǎo)出圖NE1NE2NE3物理網(wǎng)絡(luò)物理網(wǎng)絡(luò)55MPLSMPLS流量工程設(shè)施流量工程設(shè)施z路由：路由：ExplicitRouting（ERLSP）z路由：路由：Enhanced OSPF/IS-IS/BGP 增加 LSA types 傳遞流量工

40、程信息 Extra metrics 路由計算方法修改 提供信息，構(gòu)造TE拓撲。z信令信令 協(xié)議：TE-RSVP ， CR-LDP561) 了解鏈路屬性的拓撲數(shù)據(jù)庫了解鏈路屬性的拓撲數(shù)據(jù)庫.2) 標記分發(fā)協(xié)議標記分發(fā)協(xié)議NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageza,b,cANSWER: OSPF/ISIS + attribsa,b,cNoImagezmyxNoImageNoImageNoImageNoImageANSWER: LDP + Explicit Routex,y,m,zNoImageNoImageza,b,cMPLSMPLS流量工程設(shè)施流量工程設(shè)施57流量

41、工程信息流量工程信息z 節(jié)點節(jié)點TE參數(shù)參數(shù) 對流量設(shè)置優(yōu)先級 traffic prioritization, 配置接口端口 ability to provision bandwidth on interfaces, 支持 CSPF算法 對 automatic protection switching 的支持等。 z 鏈路鏈路TE參數(shù)參數(shù) 可用帶寬 可靠性 color assigned to the link, 帶寬使用代價 Shared Risk Link Group (SRLG) 的成員關(guān)系等z 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) TELSA TE-LSDB 由 TE nodes 和 TE links組成5

42、8基于約束的路由計算基于約束的路由計算(1)(1)zConstrained-based routingCSPFCSPF是一是一種種改改進進的最短路的最短路徑優(yōu)徑優(yōu)先算法先算法，在在計計算通算通過過網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的最短路的最短路徑時徑時，將將特定的特定的約約束束( (比如，比如，帶寬帶寬需需求，最大跳求，最大跳轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)，和管理策略需求等，和管理策略需求等) )考考慮進慮進去。去。 z路由計算路由計算 為源于本節(jié)點的流量主干計算路徑 首先去掉不能滿足約束需求的資源，然后選優(yōu)。59基于約束的基于約束的路由計算路由計算(2)z 路由表路由表 通往TE隧道尾節(jié)點的流量，由TE隧道傳輸。 通往TE隧道尾節(jié)點下游

43、的流量，由TE隧道傳輸。 如果有多個 TE隧道在通往目標節(jié)點X的路上， 選擇尾節(jié)點離X 最近的隧道。60TE-RSVP/CR-LDP支持支持MPLS流量工程流量工程z標記請求、映射和管理標記請求、映射和管理zQoSandTrafficParameters 作為 opaque data 傳遞給流量管理單元zFailureNotification LSP建立失敗或LSP發(fā)生故障時發(fā)送故障通知zFailureRecovery 在數(shù)據(jù)傳輸中斷前重新路由（make before break ）zPathRe-optimization 基于流量模式和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)zPathPreemption 終止現(xiàn)存LSP,

44、以便建立更高優(yōu)先級隧道 61 USE: (links with sufficient resources) AND (links of type “someColor”) AND (links that have delay less than 200 ms) NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage&NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoI

45、mage&NoImage=NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageCR-LDPCR-LDP62示例示例63示例示例z configure terminal interface tunnel1 tunnel destination 17.17.17.17 mpls traffic-eng path-option 1 dynamic z interface tunnel2 tunnel destination 17.17.17.17 tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit ide

46、ntifier 1 z configureterminalipexplicit-pathidentifier1 next-address 131.0.0.1 next-address 135.0.0.1 next-address 136.0.0.1 next-address 133.0.0.164示例示例65LSPLSP強占強占 432516 traffic trunk( “A”)剝奪剝奪“B”的的LSP： (I)A 的優(yōu)先級高于的優(yōu)先級高于B； (ii) A競爭競爭B使用的資源；使用的資源；(iii)資源不能被資源不能被A和和B同時使用；同時使用；(iv) A是是 preemptor ena

47、bled； (v) B是是 preemptable.在區(qū)分服務(wù)模型下是必備屬性。尤其是在未來光網(wǎng)絡(luò)，為了減小成本，將光層的保在區(qū)分服務(wù)模型下是必備屬性。尤其是在未來光網(wǎng)絡(luò)，為了減小成本，將光層的保護和恢復(fù)功能上移到標記交換路由器，護和恢復(fù)功能上移到標記交換路由器， 剝奪策略可以在故障情況下減少高優(yōu)剝奪策略可以在故障情況下減少高優(yōu)先級流量主干的恢復(fù)時間。先級流量主干的恢復(fù)時間。 10M LSP10M free10M free20M LSP?10M LSP20M LSP0M free0M free66MATE: Multipath Adaptive Traffic EngineeringMATE:

48、 Multipath Adaptive Traffic Engineeringz已在已在Ingree Node和和Egress Node之間建立多個之間建立多個LSPzIngree Node的任務(wù)：將流量向多個的任務(wù)：將流量向多個LSP映射，實映射，實現(xiàn)負載平衡，避免擁塞。現(xiàn)負載平衡，避免擁塞。入口路由器出口路由器I1I2E1E267FilteringDistributionIncoming PacketsTrafficEngineeringLSP1LSP2LSP3LSPsMeasurementand AnalysisProbePackets分為分為N個個BIN。如果如果LSP1可用帶寬可用帶寬是是LSP2的的M倍，則接收的流量是倍，則接收的流量是M倍。倍。入口LER的MATE功能68模型入口-出口節(jié)點對 s: 輸入速率 as 路徑集合 Ps0s.t.)()(minspsPpspppaCCs Cost 平均時