（通信与信息系统专业论文）基于vccv的mpls伪线故障检测与恢复技术的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 边缘到边缘伪线仿真( p w e 3 ) 是为实现传统通信网络与现有分组交换网络( p s n ) 的融合而提出的一种解决方案，以此达到资源的共用和网络的拓展。p w e 3 志在以提供 最少的必备功能来进行业务仿真，并使得该仿真业务能达到指定业务所需要的真实度。 随着p w e 3 的部署，对其相应的o a m 机制的需求也日趋强烈。为了提高p w e 3 的 可操作可维护性，i e t fp w e 3 工作组定义了虚电路连通性验证( v c c v ) 协议。v c c v 是一种专属于p w e 3 的o a m 机制，通过v c c v 可在伪线终端之间建立一条控制通道， 并且经由该控制通道在两台p e 之间传送o a m 消息，从而实现伪线转发路径端到端的 故障检测。 运营商需要为伪线业务提供较高的可靠性。v c c v 中的双向转发检测( b f d ) 连通 性验证报文类型为伪线提供了一种快速持续的故障检测机制，将这种机制与伪线冗余组 网相结合，可实现伪线毫秒级的保护倒换，从而使伪线业务的可靠性得到有效保障。 由于多协议标签交换( m p l s ) 网络是运营商在实施p w e 3 时优先选择的分组交换 网络类型，因此本文主要关注于基于v c c v 的动态m p l s 单段伪线故障检测与冗余保护 技术。首先以v c c v 的四个组成构件为单元，深入研究与分析了v c c v 的技术原理， 随后在已有的m p l s 、l d p 、m p l so a m 、b f d 等模块基础上设计与实现了v c c v 模块， 该模块为网络管理人员提供了一种简单高效的伪线故障检测工具。 基于v c c v 的伪线冗余保护技术是本文的另一个研究重点。在详细分析了两种伪线 冗余组网方案的基础上，本文结合前述的v c c v 模块，设计并实现了伪线冗余保护模块。 该模块在主控卡上预先建立伪线冗余保护组，利用各线卡上的分布式b f dv c c v 对伪线 进行故障检测，在伪线与接入链路间进行o a m 映射，并根据b f dv c c v 通告的伪线连 通性状态进行伪线的保护倒换，经过组网测试，该方案的故障检测与故障恢复时间达到 了毫秒级，满足了实际应用的需求。 关键词：虚电路连通性验证：边缘到边缘伪线仿真；多协议标签交换；故障检测；冗余 保护 西南交通大学硕士研究生学位论文第l f 页 a b s t r a c t p s e u d o - w i r ee m u l a t i o ne d g e - t o - e d g e ( p w e 3 ) i sas o 1 u t i o nw h i c hi sp r o v i d e df o rt h e c o n v e r g e n c e o ft r a d i t i o n a lc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d e x i s t i n g p a c k e ts w i t c h e d n e t w o r k ( p s n ) s o 雒t oa c h i e v et h es h a r i n go fr e s o u r c e sa n de x t e n s i o no fn e t w o r k s p 俚3i s i n t e n d e dt op r o v i d eo n l yt h em i n i m u mn e c e s s a r yf u n c t i o n a l i t yt oe m u l a t et h es e r v i c ew i mt h e r e q u i r e dd e g r e eo ff a i t h f u l n e s sf o rt h eg i v e ns e r v i c ed e f i n i t i o n w i t ht h ed e p l o y m e n to fp w e 3 ，t h en e e df o rt h ec o r r e s p o n d e n to a mm e c h a n i s mi s i n t e n s i f y i n gd a yb yd a y i no r d e r t oe n h a n c et h eo p e r a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yo fp w e 3 ，t h e p w e 3w o r k i n gg r o u po fi n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c ed e f i n e dt h ep r o t o c o lo fv i r t u a l c i r c u i tc o n n e c t i v i t yv e r i f i c a t i o n ( v c c v ) v c c vi sa ne x c l u s i v eo a mm e c h a n i s mo f p ，e 3 ac o n t r o lc h a n n e lc a nb ee s t a b l i s h e db e t w e e nt h ee n d p o i n t so ft h ep s e u d o w i r eb yv c c v , a n d t h e ni tt r a n s m i t so a m m e s s a g e sb e t w e e nt h et w op r o v i d e re d g e r o u t e r st h r o u g ht h a tc o n t r o l c h a n n e l t h e r e f o r e ，t h ee n d - t o - e n df a u l td e t e c t i o nc o u l db ea c h i e v e da l o n gt h ep s e u d o w i r e s f o r w a r d i n gp a t h s e r v i c ep r o v i d e r ( s p ) s h o u l dg u a r a n t e eh i g hr e l i a b i l i t yf o rt h ep s e u d o w i r es e r v i c e t h e b i d i r e c t i o n a lf o r w a r d i n gd e t e c t i o n ( b f d ) c o n n e c t i v i t yv e r i f i c a t i o nm e s s a g et y p eo fv c c v p r o v i d e saf a s ta n dc o n t i n u o u sf a u l td e t e c t i o nm e c h a n i s mf o rp s e u d o w i r e ，t h ec o m b i n a t i o no f t h i sm e c h a n i s ma n dp s e u d o w i r er e d u n d a n c yn e t w o r ko r g a n i z a t i o nc a na c h i e v ep r o t e c t i o n s w i t c h i n gf o rp s e u d o w i r ea tm i l l i s e c o n d sl e v e l ，s ot h a tt h er e l i a b i l i t yo fp s e u d o w i r es e r v i c e c o u l db ee f f e c t i v e l yg u a r a n t e e d d u et ot h ef a c tt h a tm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) n e t w o r ki st h ep r i o r i t yp s n t y p ec h o s e nb yt h es pw h e ni m p l e m e n t i n gp w e 3 ，s ot h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e do nt h ef a u l t d e t e c t i o na n dr e d u n d a n c yp r o t e c t i o n t e c h n o l o g yf o rd y n a m i cm p l ss i n g l es e g m e n t p s e u d o w i r eb a s e do nv c c vf i r s t l y , t h ef o u rc o m p o n e n t so fv c c vw e r et a k e na st h eu n i tt o r e s e a r c ha n da n a l y s et h et e c h n i c a l ，p r i n c i p l e so fv c c vp r o f o u n d l y a f t e rt h a t , t h ev c c v m o d u l eh a sb e e nd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do ne x i s t i n gm p l s ，l d p , m p l so a ma n d b f dm o d u l e s ，i tp r o v i d e sas i m p l ea n de f f i c i e n tp s e u d o w i r ef a u l td e t e c t i o nt o o lf o rn e t w o r k m a n a g e r s r e d u n d a n c yp r o t e c t i o nt e c h n o l o g yf o rd y n a m i cm p l ss i n g l es e g m e n tp s e u d o w i r eb a s e d o nv c c vi sa n o t h e rr e s e a r c he m p h a s e so ft h i sp a p e r a f t e rd e t a i l e da n a l y s i sa b o u tt w o s o l u t i o n so fp s e u d o w i r er e d u n d a n c yn e t w o r ko r g a n i z a t i o n ，t h ep s e u d o w i r er e d u n d a n c y p r o t e c t i o nm o d u l eh a sb e e nd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do na f o r e m e n t i o n e dv c c v 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 = 一- - ! l 曼量曼皇曼曼曼曼量量曼皇曼曼量舅皇曼曼量量皇皇曼量皇量量皇曼曼皇皇曼曼皇曼曼鼍皇曼曼曼量皇曼曼曼舅舅曼曼曼鲁曼皇曼曼量鼍曼曼曼皇 m o d u l e n l i sm o d u l es e t su pp s e u d o w i r e r e d u n d a n c yp r o t e c t i o ng r o u pb e f o r e h a n do nt h em a i n p r o c e s s i n gu n i t , c o n d u c t sf a u l td e t e c t i o nf o rp s e u d o w i r ew i t hd i s t r i b u t e db f dv c c vo nl i n e p r o c e s s i n gu n i t , a n dc o n d u c t so a mm a p p i n ga m o n gt h ep s e u d o w i r ea n da t t a c h m e n tc i r c u i t s f u r t h e r , a c c o r d i n gt ot h ep s e u d o w i r ec o n n e c t i v i t ys t a t u sr e p o r t e db yb f dv c c vt h em o d u l e w i l lc o n d u c tp r o t e c t i o ns w i t c h i n gf o rp s e u d o w i r e a f t e rb e e nt e s t e di nar e a le x p e r i m e n t a l n e t w o r k , t h ef a u l td e t e c t i o na n dr e c o v e r yt i m eo ft h i ss o l u t i o nr e a c h e dt h em i l l i s e c o n d1 e v e l w h i c hi sa b l et om e e t 也er e q u i r e m e n to f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：v c c v ；p w e 3 ；m p l s ；f a u l td e t e c t i o n ；r e d u n d a n c yp r o t e c t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着i p ( i n t e r n e tp r o t o c o l ，互联网协议) 数据网的发展，p 网络体现出了良好的可 拓展、可升级以及兼容互通能力，反观传统通信网络，其升级、扩展、互通的灵活性则 相对较差。然而在一段时期内，传统通信网络依然是运营商主要的收入来源，因此在传 统通信网络面临升级、拓展应用的过程中，运营商一方面希望依靠非m 设备实现多种业 务需求，另一方面又希望可以充分利用现有或公共的资源，通过口网络实现传统通信网 络的互连。为了解决传统通信网络与现有分组网络相结合的问题，i e t f ( i n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 提出了p w e 3 ( p s e u d o w 眈e m u l a t i o n e d g e - t o e d g e ，边缘到边缘伪线仿真) 技术【1 2 】。 p w e 3 是一种端到端的二层业务承载技术，属于点到点方式的l 2 v p n ( l a y e r 2v i r t u a l p r i v a t en e t w o r k ，第二层虚拟专用网) 。其基本原理是在p s n ( p a c k e ts w i t c h e dn e t w o r k ， 分组交换网络) 中建立一条端到端的p w ( p s e u d o w h ，伪线) 来模拟各种二层业务， 如以太、a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e 异步传输模式) 、f r ( f r a m e r e l a y ，帧中继) 、 p p p ( p o i n t - t o p o i n tp r o t o c o l ，点到点协议) 等。一条p s n 隧道可以承载多条p w ，p s n 隧道类型可以是m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，多协议标签交换) 、l 2 t p v 3 ( l a y e r 2t u n n e l i n gp r o t o c 0 1 v e r s i o n3 ，第二层隧道协议版本3 ) 、g r e ( g e n e r i cr o u t i n g e n c a p s u l a t i o n ，通用路由封装) 等1 23 1 。 为了提高p w 业务的可靠性、简化网络管理操作、降低网络运营成本，运营商需要 一种验证p w 连通性的工具。虽然利用已有的检测工具，如l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ， 标签交换路径) p i n g 和i c m p ( i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l ，因特网控制报文协议) p i n g ，可以检测p w 两端p e ( p r o v i d e re d g er o u t e r ，运营商边界路由器) 至p e 间p s n 隧道的连通性，但是不能检测p s n 隧道中单条p w 端到端的连通性。另外，基于p w 控 制平面的o a m ( o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，操作管理维护) 机制在一 定条件下可以检测和修复p w 的故障，但是对于故障是由于软件或硬件错误而导致，或 者p w 是静态建立的情况，基于p w 控制平面的o a m 机制将会失效【4 】。v c c v ( v i r t u a l c i r c u i tc o n n e c t i v i 锣v e r i f i c a t i o n ，虚电路连通性验证) 即是为了解决上述问题而提供的一 种专属于p w 的连通性验证机制，它属于p w e 3 技术的范畴，可以针对单条p w 进行基 于数据平面的端到端的连通性验证。 p w 一般承载的是专线业务，其中对于政府、金融、企业等较重要的专线，要求运 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 营商提供电信级的高可靠性保证【2 1 。正是在这种需求的推动下，v c c v 将b f d ( b i d i r e c t i o n a lf o r w a r d i n gd e t e c t i o n ，双向转发检测) 纳为其连通性验证报文类型之一， 提供了一种快速持续检测p w 连通性的能力。在此基础上将b f dv c c v 与相应的p w 冗 余组网方案相结合，可实现p w 的冗余保护，使p w 业务达到毫秒级的故障检测和恢复 速度。 本课题属于国内某通信公司的一款高端路由器研发项目，该路由器是面向运营商及 核心骨干网络的高端网络产品，将主要应用在大型p 网络的核心位置，高可靠性是该产 品必须满足的关键指标，因此，设计和实现p w e 3 网络的故障检测和冗余保护具有重要 意义，本文的大部分内容均基于笔者在该公司的实际工作所撰写。 1 2 研究现状 i e t fp w e 3 工作组针对v c c v 已提出了多个标准文档和草案：在r f c 5 0 8 5 中主要 描述了v c c v 的需求背景和技术原理【4 】，在r f c 5 8 8 5 中将b f d 新增为v c c v 的一种 c v 类型，并详细描述了使用b f d 对p w 进行检测时的操作流程和报文封装方式【5 1 ， d r a f l - i e t f - p w e 3 - m p l s e t h - o a m - i w k 和d r a f t i e t f - p w e 3 一o a m - m s g - m a p 两个草案定义了p w 的 故障信息与本地接入技术的o a m 信息的映射关系 彻。 需要指出的是，目前提出的v c c v 机制仅适用于s s p w ( s i n g l es e g m e n t p s e u d o - w i r e ，单段伪线) ，对于m s p w ( m u l t is e g m e n tp s e u d o - w i r e ，多段伪线) 的连 通性验证机制还没有相关标准定义，但已有部分厂商提出了使用扩展的v c c v 来进行多 段p w 的连通性的机制【s 】，例如使用l s pt r a c e r o u t e 来逐跳追踪多段p w 上的每个p w 交 换结点【9 】。 无论是在i e t fp w e 3 工作组，还是在i t u t ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s u n i o n t e l e c o m m t m i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，国际电信联盟远程通信标准化组织) 、 m e f ( m e t r oe t h e r n c tf o r u m ，城域以太网论坛) 等标准组织中，基于数据平面故障检测 机制的p w 冗余保护目前都还没有相应的标准定义。但部分设备厂商已提出了各自的实 现方案，其基本思想都是使用冗余组网部署p w e 3 方式的l 2 v p n ，使用b f dc v 类型 的v c c v 机制快速检测p w 故障，使用链路层的o a m 机制检测a c 故障，并实现p w 和a c ( a t t a c h m e n tc i r c u i t ，接入链路) 之间的o a m 映射，当p w 及其相应的a c 发生 故障时及时采取保护措施，倒换到备用路径上，从而使p w 具备端到端的快速故障检测 与恢复功能【1 0 1 1 1 2 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 3 本文的结构 本文的组织结构和章节安排如下： 第一章为绪论，简要介绍了本文研究背景及研究现状。 第二章阐述了m p l s 和p w e 3 的技术要点，这是后文中的v c c v 和p w 冗余保护 技术的理论基础。 第三章介绍了v c c v 和p w 冗余保护技术。首先以v c c v 的四个组成构件为单位， 分别针对m p l sp w 和l 2 t p v 3 i pp w 两种p w ，对v c c v 技术进行了较为深入和详尽 的分析介绍，并根据本文的研究范围在上述分析中侧重了m p l sp w 。随后分析了目前 业界提出的两种基于数据平面故障检测机制的s s - p w 冗余保护方案，即单c e ( c u s t o m e r e d g er o u t e r ，用户边界路由器) 双归接入方案和双c e 双归接入方案，对二者的组网形 式、保护倒换过程和特性进行了较详细的分析。 第四章在前述章节的理论研究的基础上，详细阐述了在本课题提供的软硬件平台上 v c c v 与p w 冗余保护模块的设计与实现。首先以结构图的形式描述了v c c v 和p w 冗 余保护模块的层次位置和内部结构，并以子模块为单位详述了v c c v 的用户接口、能力 通告、能力选择、连通性验证和控制通道五个子模块的实现和处理流程，而对于p w 冗 余保护模块则选取了其中关键的三个子模块进行了详细说明，包括主各p w 的建立、p w 的倒换与回切以及o a m 映射的实现和处理流程。 第五章对本文所实现的v c c v 和p w 冗余保护模块进行了测试分析。其中对v c c v 模块侧重了功能测试，对p w 冗余保护模块则侧重了性能测试。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章m p l s 及p w e 3 技术要点 2 1 多协议标签交换( m p l s ) m p l s 技术的初衷主要是提高分组转发速度，但是随着a s i c ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i c i n t e g r a t e dc i r c u i t ，专用集成电路) 技术的发展，转发速度已经不再是路由器性能的瓶颈。 由于m p l s 技术具有如下优点，它仍然得到了长足的发展和广泛的应用【1 3 】。 1 ) 能同时支持多种链路层协议和网络层协议。m p l s 是一种2 5 层的传输协议，它 可以建立在多种链路层协议之上，保证了多种网络的互连互通； 2 ) 能较好地支持流量工程，包括显式路由、资源预留、区分服务、以及快速重路 由等； 3 ) 能用于组织大规模的v p n 。 尽管有部分专家认为引入m p l s 不仅没有必要，而且利用m p l s 组织的v p n 应用 还带来了许多不安全因素，但是从总体上来看，m p l s 仍是2 0 世纪9 0 年代网络技术发 展的重要技术之一1 1 4 。对于运营商网络和大型企业网而言，m p l s 网络已经被广泛认为 是具有战略意义的基础设施，m p l s 事实上已经成为网络核心路由器中必不可少的一个 基本组件。m p l s 的原理是将标签交换转发技术和网络层选路技术进行集成，其技术核 心是标签的语义、标签的发布方法和基于标签的转发方法【1 5 】。 2 1 1 标签栈 标签栈由一系列的标签栈实例组成，目前通常以标签来指代一个标签栈实例，它在 m p l s 体系结构中处于核心地位。标签是一个长度固定，仅具有局部意义的标识符，用 于唯一标识一个所运载的分组报文数据所属的f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ，转 发等价类) 。m p l s 作为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组报文数据 归为一类，称为f e c ，相同f e c 的分组报文数据在m p l s 网络中将获得完全相同的处 理【7 】。标签通常作为一个垫层被插入到链路层头部和所运载的分组服文数据之间( 如果 链路层协议具有标签域，则标签封装在这些域中) ，其格式如图2 1 所示【1 61 7 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 l a b e l ( 标签) ：该字段携带了标签的实际数值，是f e c 的标识符。该字段的长度为 2 0 比特，即标签值的数值范围为0 一- - 1 0 4 8 5 7 5 ，其中0 - 1 5 为保留标签值，目前0 、1 、2 、 3 、1 4 这五个标签值已经分配，具有特殊的含义。 t c ( t r a f f i cc l a s s ，流量类别) ：该3 比特字段之前为e x p ( e x p e r i m e n t a lu s e ，试验 使用) 字段，在r f c 5 4 6 2 中被重新命名为流量类别字段，明确地用于标识c o s ( c l a s so f s e r v i c e ，服务类别) 【1 7 1 报文分类是实现q o s 的基本组件，而q o s 的重要作用对于大 型网络的重要性是不言而喻的。所以，当一个带标签的报文在传输时，需要一个字段来 标识报文的类别。 s ( b o t t o mo fs t a c k ，栈底位) ：一个m p l s 帧内可以携带多个标签，这些标签被组 织成一个后进先出( l i f o ，l a s ti nf i r s to u t ) 的栈结构，称为标签栈，栈底位置1 表示 相应的标签是标签栈中的栈底标签，理论上标签可以无限嵌套，但是在实际应用中标签 层数很少会超过四层。标签栈是m p l s 技术最有竞争力的特征之一，借助于标签的嵌套， m p l s 可以满足隧道、v p n 等应用需求。 t t l ( t i m et ol i v e ，存活期) ：该8 比特字段的作用类似于p 头部中的t t l 字段， 用于防止环路、限制报文传输范围、网络测试等。 2 1 2 标签发布协议 标签发布协议是m p l s 网络的信控平面和管理平面的协议，用于在m p l s 域内的 l s r ( l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ，标签交换路由器) 间请求、发布和释放标签绑定信息f 1 4 1 。 标签发布协议的种类较多，有专为标签发布而制定的l d p ( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ， 标签分发协议) ，也有扩展后支持标签发布的协议，如m p - b g p ( m u l t ip r o t o c 0 1 b o r d e r g a t e w a yp r o t o c o l ，多协议扩展一边界网关协议) 、r s v p t e ( r e s o u r c er e s e r v a t i o n p r o t o c 0 1 t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，资源预留协议流量工程扩展) 。这些标签发布协议分别适 用于不同的应用环境，其中l d p 是比较常用的标签发布协议。 l d p 是一种用于在一对标签转发上下游l s r 之间分发f e c l a b e l 映射信息的协议。 这对标签转发上下游l s r 互相被称为标签分发对等体。l d p 以消息的形式在对等体之间 分发、维护标签映射信息，通过l d p ，l s r 可以把网络层的路由信息映射到数据链路层 的交换路径上，进而建立起l s p 。l s p 既可以建立在两个相邻的l s r 之间，也可以建立 在两个非直连的l s r 之间1 18 1 。总体上，所有l d p 消息可以分为四类：用于发现网络中 的l d p 对等体的发现消息；用于建立、维护和结束l d p 对等体之间的会话连接的会话 消息；用于创建、改变和删除f e c l a b e l 绑定的分发消息；用于差错和异常信息通知的 通告消息【l 叫。l d pp d u ( p r o t o c o ld a t au n i t ，协议数据单元) 即是由上述的一个或多个 l d p 消息加上一个l d p 头部所构成的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 为了保证标签分发的可靠性，除了发现消息使用u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l ，用 户数据报协议) 传输外，l d p 的其他三类消息都使用t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l ， 传输控制协议) 传输。l d p 的基本工作流程如图2 - 2 所示： 厂 - 一s y n ，a c p 一 a c k - ：n t i a l i z a t i o n , - i n t i a l i z a t i o z , k e e p a l i v c k e c p a l i v c - 卜l a b e lr e q u e s t _ 一 l a b e 】m a p p i n g 呻 一l a b e lw i m d r a u r 一一 一l a b e l r e l e a s e 一叫 互发发现消息 建3 f f _ t c p 连接( 地址大的主动方发起) 会话初始化( 由主动方发起，并在初始化消息中 携带协商参数；被动方检查参数能否接受，如果能 则发送初始化消息，同样携带本端协商参数) 会话建立( 被动方随后发送保活消息，主动方在 检查被动方的参数后能够接受后，向被动方发送 保活消息。任何一方收到来自对端的保活消息以 后，就认为l d p 会话已经建立成功) 标签分发( 在会话建立的基础上，利用分发消息 进行标签的分发操作) 图2 - 2 l d p 基本工作流程 2 1 3m p l s 网络结构及报文转发 图2 3i v l p l s 网络结构及报文转发流程 如图2 3 所示，l s r 是构成m p l s 网络的基本单元，凡是能进行标签分发并根据标 签转发分组报文数据的交换机或路由器都属于l s r ，由l s r 构成的网络称为m p l s 域。 其中位于m p l s 域边缘、拥有非m p l s 邻居的l s r 称为l e r ( l a b e le d g er o u t e r ，边缘 标签交换路由器) ，m p l s 域内的l s r 称为核心l s r 2 0 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 标签分发协议基于i g p ( i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l ，内部网关协议) 建立的路由表， 针对相应的f e c 进行标签分发，在各个l s r 中生成l i b ( l a b e li n f o r m a t i o nb a s e ，标签 信息库) ，某个f e c 在m p l s 网络中经过的一系列的l s r 所组成的单向路径即称为l s p ， 其中，l s p 的入口l e r 被称为i n g r e s s 节点，出口l e r 被称为e g r e s s 节点，中间的核心 l s r 则称为t r a n s i t 节点。标签信息库中记录了与f e c 相绑定的入标签、出标签、对标 签执行的操作、出接口等信息【1 3 】。在此基础上，分组报文数据经由m p l s 网络转发的大 致过程为： 1 ) i n g r e s s 节点接收到不带标签的分组报文数据，根据分组目的地址或接收到该分 组报文数据的接口等条件，判定该分组报文数据所属的f e c ，并根据该f e c 从l i b 中 查找到对应的标签转发表项，为分组报文数据压入标签，并从相应的出接口将带有标签 的分组转发给下一跳l s r ； 2 ) t r a n s i t 节点根据分组报文数据外携带的最外层标签从l i b 中查找入标签对应的 标签转发表项，用新的标签替换原有最外层标签后，从相应的出接口将带有标签的分组 转发给下一跳l s r ； 3 ) e g r e s s 节点接收到携带标签的分组报文数据，根据分组报文数据携带的标签栈 中的标签由外到内逐次查找各个入标签对应的标签转发表项，弹出分组服文数据中的标 签。如果标签转发表中记录了出接口，则通过该出接口转发分组；否则，根据分组头部 中的目的地址转发。 2 1 4m p l sl 2 v p n v p n 是m p l s 技术的重要应用之一，基于运营商进行用户数据隔离所选择的网络 层次，可将m p l sv p n 分为l 3 v p n 和l 2 v p n 1 3 】，基于本文的研究内容，将仅对m p l s l 2 v p n 作简要介绍。 m p l sl 2 v p n 技术标准主要来自i e t f 的l 2 v p n 工作组，该工作组针对m p l s l 2 v p n 点到点的服务形式和点到多点的服务形式分别定义了多个技术标准。其中点到点 的服务形式称为v p w s ( v i r t u a lp r i v a t ew i r es e r v i c e ，虚拟专线服务) ，而点到多点的服 务形式称为v i a l s ( v m u a lp r i v a t el a ns e r v i c e ，虚拟专用局域网服务) 2 1 】。v p w s 形式 的m p l sl 2 v p n 可划分为两个技术流派：m a r t i n i 和k o m p e l l a 。二者在数据平面非常相 似，主要区别在于控制平面：m a r t i n i 采用扩展的l d p 信令在p e 路由器间传送v p n 信 息，它不包括v p n 成员的自动发现机制，更多的操作需要手工完成；而k o m p e u a 采用 扩展的b g p 作为信令，立足于v p n 的自动配置【2 2 1 。虽然k o m p e l l a 的设计思路较m a r t i n i 而言更加完美，但是其实现相对复杂，所以目前多数网络设备生产商是按照m a r t i n i 来实 现。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 为了通过m p l s 网络承载二层数据帧，m a r t i n i 引入了v c ( v m u a lc i r c u i t ，虚电路) 的概念。v c 通过m p l s 标签栈的方式在m p l s 网络的l s p 隧道中进行复用。在用户二 层数据帧经由m p l s 网络传输时将被压入两层标签：v c 标签( 内层标签) 和隧道标签 ( 外层标签) 。隧道标签用于m p l s 分组从入口p e 至出口p e 的转发，v c 标签用于确 定对应的输出接口 2 3 矧。 。l s p - f u n n e l 、， _ _ 雌_ _ i - - 瞻p s e u d ow i r e 图2 - 4m a r t i n i 方式的m p l sl 2 v p n 报文转发流程 如图2 _ 4 所示实例：当p e i 从c e l 接收到一个需要发往c e 2 的二层数据帧后，p e l 首先将这个二层数据帧添加一个p e 2 预先发布给它的v c 标签，然后再添加一个p e 2 对 应的隧道标签t 1 后将此m p l s 分组发送至p 。p 根据外层隧道标签进行标签交换后( t 1 一t 2 ) ，将此m p l s 分组转发至p e 2 ，中间节点p 并不能意识到v c 标签的存在。当p e 2 接收到这个数据包以后，将弹出外层隧道标签t 2 并根据内层v c 标签确定此m p l s 分 组的载荷是一个应该被发送到c e 2 的二层数据帧，随即弹出内层v c 标签后将二层数据 帧从对应的接口发送给c e 2 。从用户的角度来看，就像是自己独享了一条业务专线，用 户并不能意识到p s n 隧道的存在，因此将这种仿真的用户专线称为“虚电路”或“伪线”。 2 2 边缘到边缘伪线仿真( p w e 3 ) 随着分组业务占用的网络带宽日益增大，基于i p 的公共网络体现出越来越大的优 势。为了达到回报最大化、成本最小化的目的，运营商希望在不拆除现有成熟的f r a t m 网络的情况下，构建一个以报文交换为基础的融合网络，使用同一个网络拓扑来承载多 种业务。一种解决方案便是采用p w 来仿真这些电路和业务，从而提供以新的基础设施 承载现有业务并互连异质网络的能力【4 9 1 。 p w e 3 即是一种基于现有p s n 网络，采用p w 仿真以太网、f r 、a t m 等电信业务 的标准化机制。p w e 3 志在以提供最少的必备功能来进行业务仿真，并使得该仿真业务 能达到指定业务所需要的真实度【2 4 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 1p w 的分类 可以从不同的角度将p w 划分为多种类型，如图2 5 所示： 式 图2 5p w 的类型划分 静态p w 是指通过手工配置来指定相关信息建立的p w ，不使用信令协议进行参数 协商；而动态p w 是指通过l d p 、l 2 t p v 3 、r s v p t e 等信令协议建立的p w 。 m p l sp w 是指p s n 隧道类型为m p l s 的p w ；而l 2 t p i pp w 是指p s n 隧道类型 为l 2 t p i p 的p w 。当然根据p s n 隧道类型划分的p w 不仅限于上述的两类。 s s p w 是指在该p w 的构件中，只有与c e 相连的p e 是p w 感知( p wa w a r e ) 的； 而m s p w 是指在该p w 的构件中，除了与c e 相连的p e 是p w 感知的之外，还有一个 或多个中间设备是p w 感知的【2 5 】。简单来说，需要经过s p e ( s w i t c h i n gp e ，交换点p e ) 进行v c 标签交换的p w 称为m s p w ，反之称为s s p w l 2 6 。 2 2 2p w e 3 协议分层模型 建立p w e 3 协议分层模型的目的是减少在不同类型的p s n 中承载p w e 3 时p w 的 差异性，使每个p w 子层的定义独立与下层p s n 技术，最大限度地利用已有的协议和实 现【4 7 1 。为了更好地说明这种逻辑协议分层模型，将结合其实例化的实体分层模型进行体 现，如图2 - 6 所示【冽： 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 p w e 3l o g i c a lp r o t o c o ll a y e r i n gm o d e l p w e 3 锄m yl 叫e r i n gm o d e l p a v l o a d 卅卜 p k e t ，c e l l ，b i ts t r e a m e n c a p s u l a t i o n卅 卜 ( m a yb ee m p t y ) p w 吼s c o n t r o lw o r d l 2 - s p e c i f i cs u b l a y c r p w d e m u l t i p l e x e r 卜 v c l a b e ll 2 t p v 3s e