避免在發(fā)布MPLS TE鏈路帶寬信息時(shí)網(wǎng)絡(luò)震蕩方法研究

蘭加興

摘要：在路由協(xié)議IS-IS中，無(wú)論是IS-IS自身的路由信息，還是MPLS TE鏈路帶寬信息，均通過(guò)三元組TLV封裝在鏈路狀態(tài)報(bào)文LSP中泛洪給鄰居。文章提供一種解決方案，通過(guò)對(duì)MPLS TE鏈路帶寬信息變化情況進(jìn)行標(biāo)識(shí)，改進(jìn)現(xiàn)有的路由計(jì)算算法，避免了IS-IS在發(fā)布MPLS TE鏈路帶寬信息過(guò)程中因不必要的路由計(jì)算以及計(jì)算中的不必要操作引起的網(wǎng)絡(luò)震蕩，提高了路由計(jì)算效率。

關(guān)鍵詞：IS-IS；MPLS TE；路由計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)震蕩方法；鏈路狀態(tài) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP393 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0010-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.005

1 背景技術(shù)

MPLS TE是基于MPLS的流量工程技術(shù)，利用MPLS天然的隧道特性，通過(guò)建立多條隧道并根據(jù)帶寬使用情況將報(bào)文分配給不同的隧道轉(zhuǎn)發(fā)，提高網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用率。

圖1是MPLS TE隧道進(jìn)行負(fù)載均衡的示意圖。

使用MPLS TE隧道之前，IP報(bào)文按照最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，站點(diǎn)1（Site1）到達(dá)站點(diǎn)2（Site2）的IP報(bào)文都通過(guò)LSRB，而另外一條路徑（LERA→LSRD→LSRE→LERC）處于空閑狀態(tài)。使用MPLS TE隧道之后，在LERA上建立兩條到達(dá)LERC的TE隧道，一條隧道經(jīng)過(guò)LSRB，另外一條經(jīng)過(guò)LSRD、LSRE到達(dá)LERC。這樣從站點(diǎn)1到達(dá)站點(diǎn)2的報(bào)文流量可以通過(guò)定義的策略分別引入到這兩條TE隧道中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而充分利用了網(wǎng)絡(luò)的帶寬，避免網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。

MPLS TE由以下四個(gè)部分組成：

1.1 信息發(fā)布

即將MPLS TE鏈路帶寬信息通過(guò)鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（比如IS-IS）的鏈路狀態(tài)報(bào)文（比如IS-IS的LSP報(bào)文）封裝后發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中，形成流量工程數(shù)據(jù)庫(kù)（Traffic Engineering Database，簡(jiǎn)稱為TED）。

1.2 路徑計(jì)算

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理員指定的隧道帶寬等條件，由鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，使用流量工程數(shù)據(jù)庫(kù)TED中存儲(chǔ)的鏈路帶寬等信息在原有最短路徑SPF算法基礎(chǔ)上增加隧道帶寬等條件判斷，計(jì)算出符合建立隧道條件的最短路徑，該算法也稱為約束最短路徑優(yōu)先算法（Constraint Shortest Path First algorithm，CSPF）。由于增加了隧道帶寬等條件，最早建立的隧道優(yōu)先使用最短路徑的帶寬，后續(xù)的隧道由于最短路徑帶寬被之前建立的隧道占用，將使用其他路徑建立，這樣就保證了不同路徑都會(huì)被利用，避免網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。

1.3 TE隧道建立

MPLS TE信令協(xié)議沿著CSPF計(jì)算出的路徑建立MPLS TE隧道。隧道成功建立之后，通知鏈路狀態(tài)路由協(xié)議MPLS TE鏈路帶寬信息發(fā)生變化（因?yàn)閹挶粍偨⒌腡E隧道占用了），鏈路狀態(tài)路由協(xié)議更新鏈路狀態(tài)報(bào)文，并泛洪給鄰居。

1.4 報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)

通過(guò)流量策略，報(bào)文被引入符合規(guī)則的不同隧道轉(zhuǎn)發(fā)。

IS-IS協(xié)議是MPLS TE可用于路徑計(jì)算的兩種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議之一。在IS-IS協(xié)議中，所有的路由信息均封裝在三元組TLV中并通過(guò)LSP報(bào)文泛洪給鄰居，然后根據(jù)一致的LSP報(bào)文進(jìn)行SPF路由計(jì)算。在MPLS TE技術(shù)中，MPLS TE鏈路帶寬信息也是封裝在三元組TLV中并通過(guò)LSP報(bào)文泛洪給鄰居，IS-IS協(xié)議進(jìn)行隧道的CSPF計(jì)算也是基于LSP報(bào)文進(jìn)行。

2 現(xiàn)有機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)震蕩問(wèn)題

從上文描述可知，無(wú)論是IS-IS自身的最短SPF路由計(jì)算，還是為MPLS TE進(jìn)行CSPF路由計(jì)算，都是基于LSP報(bào)文進(jìn)行。由于IS-IS自身的最短SPF路由計(jì)算不關(guān)心MPLS TE鏈路帶寬信息，而為MPLS TE進(jìn)行的CSPF路由計(jì)算則需要MPLS TE鏈路帶寬信息，在現(xiàn)有機(jī)制下存在以下缺陷：

第一，MPLS TE任何鏈路帶寬信息變化都會(huì)導(dǎo)致LSP報(bào)文更新并泛洪給鄰居，鄰居收到后，首先會(huì)觸發(fā)SPF計(jì)算，由于路由信息無(wú)變化，因此所進(jìn)行的SPF計(jì)算是多余的，白白浪費(fèi)設(shè)備系統(tǒng)資源；其次會(huì)觸發(fā)MPLS TE隧道的重優(yōu)化計(jì)算（即使用CSPF計(jì)算更優(yōu)的路徑）或重試計(jì)算（即之前因帶寬等條件不滿足的隧道重新進(jìn)行計(jì)算），而無(wú)論重優(yōu)化或重試計(jì)算只有在可用鏈路帶寬變大或新增鏈路情況下才有可能成功，否則都是多余的計(jì)算，比如鏈路帶寬配置變小或者其他隧道正常建立占用帶寬導(dǎo)致可用帶寬變小。在存在大量隧道的網(wǎng)絡(luò)中，這些多余的路由計(jì)算可能導(dǎo)致設(shè)備處理繁忙、內(nèi)存不足，從而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)震蕩。

第二，在規(guī)模比較大的網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)設(shè)備的LSP報(bào)文一般都有多條，而大部分LSP報(bào)文只攜帶SPF或CSPF計(jì)算無(wú)需關(guān)心IP路由信息，然而每次SPF或CSPF計(jì)算都要遍歷并檢索所有的LSP報(bào)文，在設(shè)備處理壓力比較大的情況下，這些多余的操作同樣可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)震蕩。

綜合前面的描述，IS-IS現(xiàn)有機(jī)制的缺陷可以總結(jié)為一句話：由于無(wú)法識(shí)別LSP報(bào)文攜帶的MPLS TE鏈路帶寬信息的變化情況，觸發(fā)了不必要的SPF/CSPF路由計(jì)算以及路由計(jì)算中的不必要操作，在特定情況下，將導(dǎo)致設(shè)備處理繁忙、內(nèi)存不足，引起網(wǎng)絡(luò)震蕩。

3 避免網(wǎng)絡(luò)震蕩方法的研究

本文描述了一種避免網(wǎng)絡(luò)震蕩的解決方案，該技術(shù)方案包括兩個(gè)方面：

第一，識(shí)別MPLS TE鏈路帶寬信息的變化情況，并在LSP報(bào)頭進(jìn)行標(biāo)記。

第二，改進(jìn)現(xiàn)有SPF/CSPF算法，取消不必要的計(jì)算以及計(jì)算過(guò)程中不必要的操作。

下文分別進(jìn)行說(shuō)明：

3.1 MPLS TE鏈路帶寬信息變化標(biāo)記

3.1.1 在非選舉節(jié)點(diǎn)LSP報(bào)文更新時(shí)，根據(jù)三元組TLV的內(nèi)容變化情況，將之識(shí)別為以下八種情況：

第一，只包含IP路由TLV，并發(fā)生改變。

第二，包含鄰居TLV，并且所有鄰居TLV均無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息，并發(fā)生變化。

第三，包含鄰居TLV，并且其中一個(gè)或多個(gè)包含MPLS TE鏈路帶寬信息，鏈路帶寬因隧道建立變小。

第四，包含鄰居TLV，并且其中一個(gè)或多個(gè)包含MPLS TE鏈路帶寬信息，鏈路帶寬因管理員配置變小。

第五，包含鄰居TLV，并且其中一個(gè)或多個(gè)包含MPLS TE鏈路帶寬信息，鏈路帶寬因隧道關(guān)閉變大。

第六，包含鄰居TLV，并且其中一個(gè)或多個(gè)包含MPLS TE鏈路帶寬信息，鏈路帶寬因管理員配置變大。

第七，包含鄰居TLV，并且其中一個(gè)或多個(gè)包含MPLS TE鏈路帶寬信息，非鏈路帶寬值發(fā)生變化或者路由ID（router-id）TLV發(fā)生變化。

第八，其他TLV（除IP路由TLV、鄰居TLV、路由ID TLV之外的TLV）發(fā)生變化。

3.1.2 定義五種優(yōu)先級(jí)從小到大的標(biāo)識(shí)并復(fù)用LSP報(bào)頭五個(gè)比特保留位來(lái)表示：IP路由標(biāo)識(shí)、無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息標(biāo)識(shí)、MPLS TE鏈路帶寬變小標(biāo)識(shí)、MPLS TE鏈路帶寬變大標(biāo)識(shí)、MPLS TE非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)。優(yōu)先級(jí)高的標(biāo)識(shí)直接覆蓋優(yōu)先級(jí)低的，已經(jīng)有優(yōu)先級(jí)高或相同的標(biāo)識(shí)，直接跳過(guò)，無(wú)需設(shè)置，同時(shí)按以下規(guī)則設(shè)置標(biāo)識(shí)位：

（1）IP路由標(biāo)識(shí)。符合第一種情況，打上該標(biāo)識(shí)。

（2）無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息標(biāo)識(shí)。符合第二種情況，打上該標(biāo)識(shí)，直接覆蓋IP路由標(biāo)識(shí)。

（3）MPLS TE鏈路帶寬變小標(biāo)識(shí)。適合第三、四種情況，打上該標(biāo)識(shí)，直接覆蓋優(yōu)先級(jí)低的標(biāo)識(shí)。

（4）MPLS TE鏈路帶寬變大標(biāo)識(shí)。適合第五、六種情況，打上該標(biāo)識(shí)，直接覆蓋優(yōu)先級(jí)低的標(biāo)識(shí)。

（5）MPLS TE非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)。適合第七種情況，打上該標(biāo)識(shí)，直接覆蓋優(yōu)先級(jí)低的標(biāo)識(shí)。

（6）第八種情況，無(wú)需打標(biāo)識(shí)。

3.1.3 對(duì)LSP報(bào)文封裝機(jī)制做如下改進(jìn)：在LSP報(bào)文插入或更新TLV時(shí)，首先對(duì)TLV進(jìn)行分類，如果是IP路由TLV，則判斷是否已經(jīng)設(shè)置了高優(yōu)先級(jí)的標(biāo)識(shí)，如果沒(méi)有，則設(shè)置IP路由標(biāo)識(shí)；如果有，則無(wú)需修訂；如果是鄰居TLV，接著分析判斷是否包含鏈路帶寬信息，如無(wú)，則設(shè)置無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息標(biāo)識(shí)，如果有，是否是第一次添加，如果是，則設(shè)置MPLS TE非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)，如果不是第一次添加，則對(duì)比前后鏈路帶寬信息和非鏈路帶寬信息，根據(jù)變化情況設(shè)置MPLS TE鏈路帶寬變大或變小標(biāo)識(shí)或非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)。路由ID TLV變化直接設(shè)置非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)。LSP報(bào)文泛洪給鄰居之后，如果報(bào)頭標(biāo)識(shí)是后面四種，則清零，IP路由標(biāo)識(shí)保留。

圖2是LSP報(bào)文封裝機(jī)制改進(jìn)擴(kuò)展流程圖：

3.2 SPF/CSPF計(jì)算算法改進(jìn)

在現(xiàn)有機(jī)制中，IS-IS協(xié)議收到鄰居的LSP報(bào)文之后，分別存入LSP報(bào)文狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)LSPD和流量工程數(shù)據(jù)庫(kù)TED中，然后分別進(jìn)行SPF/CSPF計(jì)算。本文所描述的解決將分別對(duì)SPF/CSPF路由計(jì)算算法別做如下改進(jìn)：

3.2.1 SPF。

觸發(fā)機(jī)制改進(jìn)：判斷LSP報(bào)文類型，如果是非選舉節(jié)點(diǎn)的LSP報(bào)文，則進(jìn)一步判斷LSP報(bào)頭標(biāo)識(shí)，如果攜帶MPLS TE鏈路帶寬變小標(biāo)識(shí)、MPLS TE鏈路帶寬變大標(biāo)識(shí)、MPLS TE非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)，則直接跳過(guò)，無(wú)需觸發(fā)新的SPF計(jì)算，其他情況按現(xiàn)有流程處理。

算法改進(jìn)：在LSP報(bào)文遍歷時(shí)，判斷LSP報(bào)文類型，如果是非選舉節(jié)點(diǎn)的LSP報(bào)文，則進(jìn)一步判斷LSP報(bào)頭標(biāo)識(shí)，如果攜帶IP路由標(biāo)識(shí)，則直接跳過(guò)，不遍歷具體內(nèi)容，其他情況按現(xiàn)有流程處理。

圖3為SPF算法改進(jìn)流程圖：

3.2.2 CSPF。

觸發(fā)機(jī)制改進(jìn)：判斷LSP報(bào)文類型，如果是非選舉節(jié)點(diǎn)的LSP報(bào)文，則進(jìn)一步判斷LSP報(bào)頭標(biāo)識(shí)，如果攜帶MPLS TE鏈路帶寬變小標(biāo)識(shí)、無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息標(biāo)識(shí)、IP路由標(biāo)識(shí)，則直接跳過(guò)，無(wú)需觸發(fā)重優(yōu)化計(jì)算和重試計(jì)算，如果攜帶MPLS TE鏈路帶寬變大標(biāo)識(shí)、MPLS TE非鏈路帶寬變化標(biāo)識(shí)，則需觸發(fā)重優(yōu)化計(jì)算和重試計(jì)算，其他情況按現(xiàn)有流程處理。

算法改進(jìn)：在LSP報(bào)文的遍歷過(guò)程中，判斷LSP報(bào)文類型，如果是非選舉節(jié)點(diǎn)的LSP報(bào)文，則進(jìn)一步判斷LSP報(bào)頭標(biāo)識(shí)，如果攜帶IP路由標(biāo)識(shí)或無(wú)MPLS TE鏈路帶寬信息標(biāo)識(shí)，則直接跳過(guò)，不遍歷具體內(nèi)容，其他情況按現(xiàn)有流程處理。

CSPF算法改進(jìn)流程與SPF算法改進(jìn)流程類似，這里不再給出改進(jìn)流程圖。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文所描述的方法，通過(guò)對(duì)MPLS TE鏈路帶寬信息變化情況進(jìn)行識(shí)別并標(biāo)識(shí)，改進(jìn)現(xiàn)有的SPF和CSPF計(jì)算算法，避免了IS-IS協(xié)議在發(fā)布MPLS TE鏈路帶寬信息過(guò)程中因不必要的路由計(jì)算或計(jì)算過(guò)程不必要的操作引起的網(wǎng)絡(luò)震蕩，同時(shí)也提高了路由計(jì)算效率。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）