（计算机应用技术专业论文）多协议标签交换网络中的oam技术实现与分析研究.pdf

摘要 多协议标签交换技术m p l s 是对传统】p 网络传输技术的改进，m p l s0 a m 独立于 其它网络层，为用户提供了标签交换路径l s p 的状态信息，为网络管理以及维护人员提 供丰富的l s p 诊断接口。本文主要对m p l s0 a m 技术做了如下的研究工作： 1 首先阐述m p l s 和m p l so a m 的基本原理。从实现的角度，将整个m p l so a m 分为编解码、缺陷检钡4 、状态机、定时器和配置五大模块，并详细阐述了每个模块 的功能以及模块间的接口关系。 2 对m p l s0 a m 协议的不足提出了改进。主要有使用自动协议来解决配置、启动不 同步的问题，标签栈技术来解决l a b e l 索引不支持共享反向通道、倒数第二跳弹出 和多点对点l s p 问题。以及反向缺陷通告报文发送频率问题。 3 将m p l so a m 和保护倒换两个功能相互结合实现，更好她满足网络性能检测和保 护倒换的要求。 关键词：多协议标签交换，标签交换路径，操作与维护，保护倒换，标签栈 a b s t r a o t m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c hi s a l l i m p r o v e dt e c h n o l o g ya g a i n s tt h et r a d i t i o n a l i p t e c h n o l o g y ，m p l so a mp r o v i d e su s e r sw i t hs t a t u sa b o u tl a b e ls w i t c hp a t h ( l s p ) i n d e p e n d e n tf r o ma n yo t h e rl a y e r s ，a n di tp r o v i d e sa b u n d a n td i a g n o s t i ci n t e r f a c e sa b o u tl s p f o rn e t w o r ka d m i n i s t r a t o r sa sw e l l t h em a i nw o ka b o u tm p l s0 a mi nt h i st h e s i si sa s f o l l o w s ： 1 a tf i r s t ，t h i st h e s i se x p a t i a t e so nm p l sa n dm p l so a m ，a n do nt h ep o i n to fr e a l i z a t i o n ， d i s p a r tt h ew h o l em p l so a m i n t of i v em o d u l e s ，s u c ha sc o d ea n dd e c o d ep a c k e t ，d e f e c t d e t e c t i o n ，a v a i l a b l es t a t em a c h i n e ，t i m e r , a n dc o n f i g u r em o d u l e , t h i st h e s i sg i v e sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o na b o u tt h ef u n c t i o n so nt h ef i v em o d u l e sa n dr e l a t i o n s h i p sa m o n g t h e m 2 g i v es o m ei m p r o v e m e n to nt h em p l so a m s u c h 髂u s i n ga u t o p r o t o c o lt os o l v et h e p r o b l e mo fa s y n c h r o n i e so fc o n f i g u r i n ga n ds t a r t i n gm p l so a m ，u s i n gl a b e ls t a c k t e c h n o l o g yt os o l v et h ep r o b l e mo fn o ts u p p o r t i n gs h a r e dr e v e r s el s p s ，p e n u l t i m a t eh o p p o p p i n ga n dm u l t i p o i n tt o p o i n tl s p s a l s ot h ep r o b l e mo ff r e q u e n c yo fs e n d i n g b a c k w a r dd e f e c ti n d i c a t i o n0 3 m ) p a c k e t s 3 u n i t et h em p i so a ma n dp r o t e c t i o ns w i t c h i n gt os a t i s f yn e t w o r kp e r f o r m a n c ea n d s w i t c h i n gm i t e r k e y w o r d s ：m p i s o a m , l s p ，p r o t e c t i o ns w i t c h i n g , l a b e ls t a c k 创新性声明 y 8 5 8 6 3 4 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 塞强日期：丛盟；2 ：矗 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发 表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学学校有权保留送交论 文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采 用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 苤揭 同期： c ) o m 2 上，姑 g 晕l吼1 乒 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究课题意义 i n t e r a c t 在近些年中的爆炸性增长，为h t e m e t j 艮务提供商( 1 s p l 提供了巨大的商业机 会，同时也对其骨干网络提出了更高的要求，人们希望i p 网络不仅能够提供e m a i l 、上 网等服务，还能够提供宽带、实时性业务。a t m 曾经是被普遍看好的能够提供多种业务 的交换技术，但是由于实际的网络中人们已经普遍采用i p 技术，纯a i m 网络已经不可能， 现有a t m 的使用也一般都是用来承载i p 。如此人们就希望口也能提供一些a 1 m 一样多种 类型的服务。 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 ，多协议标签交换) 就是在这种背景下产生的一 种技术，它吸收了a t m 的v p i v c i 交换一些思想，无缝地集成了l p 路由技术的灵活性 和二层交换的简捷性，在面向无连接的”网络中增加了m p l s 这种面向连接的属性川【2 1 。 通过采用m p l s 建立“虚连接”的方法，为i p 网增加了一些管理和运营的手段。 o a m ( o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n m a i n t e n a n c e ) 功能对于公众网络易于运营、监 测网络性能和降低运营成本非常重要，特别是对于要求提供可测量网络性能和可用性目 标的网络。m p l s 用户平面引入o a m 的主要动机【3 l 包括： a 1m p l s 引入了一个独特的网络层，从而有仅与m p l s 层相关的故障模式。非m p l s 技术的上层或下层o a m 机制不能取代m p l s 层o a m 功能。这对于保证网络各层技术的独 立发展非常关键。通过标签栈编码技术实现的m p l s 嵌套能力理论上没有限制。m p l s 用户平面缺陷会在用户数据传送过程中遇到。尽管m p l s 控制平面o a m 功能有时可以利 用，网络运营商不能完全依赖控制平面去检测所有用户平面缺陷。原因是： 承载用户流量的用户平面和承载信令协议的控制平面不一定有相同的路由，它们在 节点内不一定遵从相同的处理或相同的故障机制。因此，不能依赖控制平面协议去 表现用户平面的健康状态。 一个m p l s 网络可能根本没有控制平面信令。比如，当l s p ( l a b e ls w i t c hp a t h ，标签 交换路径) 是静态建立时。 控制平面自身可能会产生故障，但这可能对用户平面没有任何影响。 此外，当要支持各种不同的上下层技术时，m p l s 用户平面o a m ；# q , 制必须与控制平 面协议无关，以便每种协议能独立发展。实际上一般情况下，承载控制平面流量的 用户平砸和控制平面协议都需要有它们自己独立的0 a m 机制。关键需求是运营商想 要一个单独的m p l so a m 方案，该方案在任何网络情形下都是正确的且和控制平面 是无关的。 ! 多协议标签交换网络中的o a m 技术实现和研究分析 b ) 运营商需要有能力测定l s p 的可用性和网络性能，注意网络性能参数仅在l s p 处 于可用状态上有意义。这一信息也许还被用于计费目的以保证用户不会因为服务降级或 服务损耗而被不恰当地收费。 c 1 通过允许有效的检测处理和缺陷诊断，可以降低运营成本。因为缺乏自动的缺 陷检测和处理会迫使运营商不得不增加工程和支持人力，从而增加了运营成本。 d 1 减少缺陷持续时间，从而增强网络可用性。 e ) 通过确保任何会导致流量错误的缺陷是可检测的、可诊断、可处理的，可以证 实网络能提供用户流量安全性和机密性。 0 使不能被自动检测到的缺陷数量达到最少。类似的主动维护活动有利于降低运 营成本，提升客户信任度。 曲为了实现更加智能的保护倒换，允许区分l s p 中底层所引起的缺陷。 1 2 本文重点和组织结构 本文所做的工作主要有： 1 为实现i t u - t y 1 7 1 1 ( m p l so a m ) 协议，从实现的角度对协议做了详细的分析， 从复杂的协议描述中抽象出简单的原理，再从设计的角度将整个协议模块化、功能 化，将整个m p l so a m 模块分为编解码模块、缺陷检测模块、状态机模块、定时 器模块和配置模块这五大部分。对每个模块的功能和模块间的接口关系做了详细的 描述和说明。 2 在具体实践的过程中，遇到一些不可避免但协议中又没有涉及的实际问题，所以针 对m p l so a m 协议的不足做了改进，提出了相应的解决方案。主要有：提出自动 协议来解决配置启动不同步问题，使用标签栈技术解决l a b e l 索引状态机问题，还 有反向缺陷通告b d i 报文发送频率问题。这一系列问题有些在实践中是不可避免 的，而协议中没有涉及到如何处理，所以，这些问题的提出和解决是非常有实际意 义的。 3 u t y 1 7 2 0 提出的保护倒换协议，在实际应用中可以说是不能脱离检测而单独存 在的，此协议的功能相对来说比较单一，起一个将用户数据流倒换到备用l s p 上传 输以达到保护的作用，所以本文也对此协议做了详细的分析，并且实现了其中的1 ：1 保护方式( 此方式第三章有详细介绍) 。 4 将m p l so a m 和保护倒换有机的结合起来，充分发挥检测和保护倒换的作用，满 足应用的需求。 本文的组织结构如下： 第一章：绪论。介绍了目前m p l so a m 的需求和发展现状，说明了本文的来源。另外， 对本文所做的工作和组织结构做了简单的介绍。 第一章绪论 3 第二章：多协议标签交换技术m p l s 。困为m p l so a m 是m p l s 网络上实施操作与 维护o a m ，此章详细介绍了m p l s 这项技术的一些基本概念和m p l s 阿结的基本工作 原理。 第三章：m p l so a m 技术。本章对协议i t u t y 1 7 1 1 进行了详细的分析。对它的基本 工作原理，各种报文格式和状态机的运转都做了详尽的阐述。除此，顺带介绍了保护倒 换技术的原理，也就是u t y 1 7 2 0 协议的内容，主要是1 + 1 和1 ：1 两种保护方式。 第四章：m p l so a m 技术实现。在第三章的协议分析的基础上，从实现的角度来划分 各模块，详细阐述各模块的功能和各模块闻的联系，并给出了实验结果。除此，将m p l s o a m 技术和保护倒换技术相结合，完成更强大的功能。 第五章：m p l so a m 技术分析及改进。给出了在实现过程中遇到的种种问题，分析问 题存在的原因，并提出了相应的解决方案。 第六章：结论。对整篇论文给出总结和展望。 多协议标签交换网络中的o a m 技术实现和研究分析 第二章多协议标签交换技术m p l s 2 1 发展历程 i n t e r n e t 的网络规模和用户数量迅猛发展，如何进一步扩展网上运行的业务种类和提 高两络的服务质量是目前人们最关心的问题。由于i p 协议是无连接协议，i n t e m e t 网络中 没有服务质量的概念，不能保证有足够的吞吐量和符合要求的传送时延，只是尽最大的 努丈j ( b e s t - e f f o r t ) 来满足用户的需要，所以如不采取新的方法改善目前的网络环境就无法 大规模发展新业务。 在现有的网络技术中，从支持o o s 的角度来看，a t m 作为继i p 之后迅速发展起来的 一种快速分组交换技术具有得天独厚的技术优势。因此棚曾度被认为是一种处处适 用的技术，人们最终将建立通过网络核心便可到达另一个桌面终端的纯a t m 网络。但是， 实践证明这种想法是错误的。首先，纯a t m 网络的实现过于复杂，导致应用价格高，难 于为大众所接受。其次，在网络发展的同时相应的业务开发没有跟上，导致目前a t m 的 发展举步维艰。第三，虽然a t m 交换机作为网络的骨干节点已经被广泛使用，但a t m 信元到桌面的业务发展却十分缓慢1 4 j 。 由于i p 技术和a t m 技术在各自的发展领域中都遇到了实际困难，彼此都需要借助对 方以求得迸一步发展，所以这两种技术的结合有着必然性。多协议标签交换( m p l s ) 技术就是为了综合利用网络核心的交换技术和网络边缘的i p 路由技术各自的优点而产 生的。 m p l s 的最早原型是9 0 年代中期l p s i l o n 公司率先推出的峪w i t c h i l l g 协议p j ，其目的 主要是解决a t m 交换机如何更好地支持i p ，该协议使a t m 交换机成为一台路由器，因 而具有a t m 交换机的高性能，突破了传统路由器的性能限制。一时间l p s i l o n 名声大震。 继之c i s c o 推t t a gs w i t c h i n g ，m 推出粕艄t er o u t e b a s e dl ps w i t c h ( a r i s ) 等。 当时路由器厂家实现标签交换的目的是为了解决i p 路由查找不能达到线速的问题( 因为 i p 路由查找采用的是最长地址匹配的方式，在路由器端口速度达蛰j 1 5 5 m 或6 2 2 m 的时候 软侔查找会有困难) 。这些早期不同厂家的标签交换的实现存在互通问题，所以在1 9 9 7 年1 e t f 成立一个负责标签交换标准化的工作组一- m p l s i 作组。它独立于各个设备实现 厂家。现有的m p l s 相关协议和草案基本都来自于这个工作组和它后来派生出来的流量 工程工作组和m p l sv p n 工作组。 随着网络处理器技术的迅速发展，2 5 g 甚至1 0 g 的端口的路由线速查找都已经不成 问题，m p l s j 立用也逐步转向m p l s 流量工程和m p l sv p n 等。在腰网中，m p l s 流量工 程技术成为一种主要的管理网络流量、减少拥塞、一定程度上保证i p 网络的q o s 的重要 第二章多协议标签交换技术 工具。在解决企业互连，提供各种新业务方面，m p l sv p n 也越来越被运营商看好，成 为在i p 网络运营商提供增值业务的重要手段! 采用m p l sv p n 技术可以把现有的i p 网络 分解成逻辑上隔离的网络，这种逻辑上隔离的网络的应用可以是千变万化的：可以是用 在解决企业单独互连、政府相同不同办事部门的单独互连、也可以时用来提供新的业务 如为i p 电话业务专门开辟一个v p n 、以此解决j p 网络地址不足、o o s 保证、以及开展 新业务等问题。 2 2 体系结构 2 2 1 基本术语 1 ) 转发等价类f e c ( f o r w o r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ) f e c 可以说是m p l s 中最重要的一个概念，甚至可以说是m p l s 技术的基础。m p l s 实际上是一种分类转发的技术，它将具有相同转发处理方式( 目的地相同、使用的转发 路径相同、具有相同的服务等级等) 的分组归为一类，这种类别就称为转发等价类1 2 1 1 6 1 。 属于相同转发等价类的分组在m p l s 网络中将获得完全相同的处理。 2 ) 多协议 多协议是指m p l s 位于传统的第二层和第三层协议之间，其上层协议和下层协议可 以是当前网络中存在的各种协议【2 】1 6 l 。例如；网络层协议可以使i p v 4 、i p v 6 或i p x 等， 而下层则可以是a t m 、p p p 或f r 等。 标签 标签为一个长度固定、具有本地意义的短标识符，用于标识一个f e c ，决定标签分 组的转发方式1 2 x 6 1 。特定分组上的标签代表着分配给该分组的f e c 。需要指出的是，在 一些情况下，比如路由负荷分担时，对应于一个f e c ，可能会有多个标签。然而，一个 标签只能代表一个f e c ，也就是说，具有相同标签值的标签分组不可能获得不同的处理。 交换 m p l s 路由器的第二层将使用硬件交换技术，以便提高转发速度。这里强调m p l s 是一种交换技术，是因为m p l s 实际上是一种面向连接的技术。通过f e c 的划分与标 签的分配，在m p l s 网络中将为每个f e c 建立起一条虚电路。此后，标签分组将在 这一链路上传输。这样做的好处是提高了转发速度。同时，由于这一连接是在路由协议 和m p l s 信令的控制下建立起来的，而且是一种分类的转发操作，所以，虽然m p l s 是一种连接型技术，其可扩展性却要比过去的a t m 等交换技术好的多。 5 1 标签栈 m p l s 分组上可以承载一系列按照“后进先出”方式组织起来的标签，这种结构称 为标签栈，从栈顶开始处理标签。 兰 一 兰垫坚堡竺奎垫翌塑主塑旦垒坚垫查塞望塑塑壅坌塑 若一个分组的标签栈深度为m ，则位于栈底的标签为1 级标签，位于栈顶的标签为 i l l 级标签。末打标签的分组可看作标签栈为空( 即标签栈深度为零) 的分组。 6 ) 标签交换路由器l s r 支持m p l s 协议的路由器，是m p l s 网络中的基本元素。标签交换路由器由两部 分组成：控制单元和转发单元。控制单元将负责标签的分配、路由的选择、标签转发表 的建立、标签交换路径( l s p ) 的建立、拆除等工作。而转发单元则将依据标签转发表 对收到的标签分组进行转发。这里之所以称这种m p l s 交换设备为路由器，可以说是因 为这种设备从行为表现上更像传统的路由器，其控制方式、路由方式等，与路由器更为 相似，区别只是在于控制单元。 由m p l sl s r 构成的网络区域称为m p l s 域，位于m p l s 域边缘与其它网络或用 户相连的l s r 称为边缘l s r ( l e r ) ，而位于m p l s 域的内部l s r 则称为核心l s r 。 7 1 标签交换路径l s p 使用m p l s 协议建立起来的分组转发路径。这一路径由标签分组源l s r 与目的l s p 之间的一系列l s r 以及它们之间的链路构成，它类似于a t m 中的虚电路。 8 1 上游l s r 和下游l s r 当一个标签分组由一个l s r 发往另一个l s r 时，对应于该分组，发送方的l s r 就 称为上游l s r ，接收方的l s r 就称为下游l s r 。 9 ) 标签分发协议l d p l d p 是m p l s 的控制协议，也是m p l s 技术的核心。它相当于传统网络中的信令 协议，将负责f e c 的分类，标签的分配，以及分配结果的传输及l s p 的建立和维护等 系列操作。 使用标签分发协议交换标签f e c 绑定信息的两个l s r 被称为对应于相应绑定信息 的“标签分发对等实体”。如果两个i j s r 为标签分发对等实体，则它们之间具有“标签 分发邻接”关系。 l o ) 标签合并 对于属于某一相同f e c 的标签分组，将不同的入标签替换为相同的一个出标签继 续转发的过程。这个操作的目的是减少标签资源的消耗，提高网络的可扩展性。 2 2 2m p l s 基本工作过程 图2 a 是典型的m p l s 网络图。标签交换的具体工作过程，主要是下面四个步骤： 1 ) l d p ( 标签分发协议) 和传统路由协议( o s p f 等) 一起，在各个l s r 中为有业务 需求的转发等价类( f e c ) 建立路由表和标签映射表。 边缘路由器接收分组，判定分组所属的转发等价类，并给分组加上标签形成m p l s 标签分组。 第二章多协议标签交换技术 圈2 1 m p l s 网络图 3 ) 在l s r 构成的网络中，l s r 对标签分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组 上的标签以及标签转发表通过交换单元对其进行转发。 4 1 在m p l s 出口的路由器上，将分组中的标签去掉后继续进行转发。 可以看出，m p l s 实际上是一种隧道技术，网络内部的节点不关心分组的高层内容， 这一特点将可以在一定程度上保证信息传输的安全性。 2 2 3l s r 体系结构 m p l s 标签交换路由器( l s r ) 是m i l s 网络中的基本构成单元，其结构如图2 2 所示【6 1 1 1 孔。 图2 2 l s r 结构图 由图2 2 可见，l s r 主要由控制单元与转发单元两部分构成。其中，控制单元将负 责路由的选择、m p l s 控制协议l d p 的执行、标签的分配与发布以及标签信息库的形 ! 多协议标签交换网络中的o a m 技术实现和研究分析 成。而转发单元则只负责依据标签信息库建立标签转发表，对标签分组进行简单的转发 操作。 其中，标签交换信息库l f i b 是m p l s 转发的关键，l f i b 使用标签来进行索引， 它相当于l p 网络中的路由表，l f i b 可以是每一个交换机一个，也可以是每个接口一个， 其中每一行的内容将包括；入标签、转发等价类、出标签、出接口、出封装方式。 2 2 4m p l s 报文结构 m p l s 报头的结构如图2 3 所示唧“1 ，包含2 0 比特的标签，3 个比特的e x p ，现在通常 用做q o s ，1 个比特的s ，用于标识这个m p l s 标签是否是最低层的标签，和8 个比特的l t l ( t i m e t ol i v e ，生存时间) 。 二层头部m p l s 头部i p 头部数据 ，。? 标签e x p s t t l 共3 2 比特 0 1 92 02 2 2 32 4 3 1 图2 3 m p l s 报文结构图 m p l s 报头的位置界于二层和三层之间，俗称2 5 层。m p l s 可以承载的报文通常 是i p 包。 m p l s 可以看做是一种面向连接的技术。通过m p l s 信令或手工配置的方法建立好 m p l s 标签交换路径( l a b e ls w i t c hp a t h ，简称l s p ) 以后，在标签交换路径的入口把需 要通过这个标签交换路径的报文打上m p l s 标签，中间路由器在收到m p l s 报文以后 直接根据m p l s 报头的标签进行转发，而不用再通过球报头的i p 地址查找。在m p l s 标签交换路径的出口( 或倒数第二跳) ，弹出m p l s 报头，还回原来的i p 报文 2 3 标签栈技术 标签栈由一个“标签栈条目”的序列表示，每一条目由4 个八比特组表示，如图 2 4 所示。 圄2 4 标签结构图 标签栈条目位于数据链路层分组头之后，所有网络层分组头之前。标签栈栈顶在标 签分组标签字段的最前面，栈底在最后面。网络层分组封装将紧随着s 位置为1 的标签 栈条目( 栈底标签) 。 第二章多协议标签交换技术 每个标签栈条目将由下列字段组成： 1 ) 栈底( s ) 该位置为“1 ”，表示相应的标签是标签栈中的最后一个条目( 栈底) ；置“0 ” 表示除栈底标签之外魄所有其它标签栈条目。 2 ) 生存期( t t l ) 该字段为8 比特，用于生存时间值的编码。 3 ) 试验使用( e ) 冲) 该字段为3 比特，保留给试验使用。 标签值( l a b e lv a l u e ) 该字段为2 0 比特，包含标签的实际值。 当一个l s r 收到标签分组时，它将首先查看找项的标签值，在正常的情况下，该 l s r 由此可以知道【8 j = 舢转发分组的下一跳节点； b ) 在转发分组前需要对标签栈执行的操作。可能进行的操作包括： 1 用另一标签栈条目替代当前栈顶的标签栈条目 1 1 从标签栈中弹出一个条目 i j i 将一到多个条目压入标签栈取代当前的栈顶标签。 另外，通过对下跳和标签栈操作的查找，i _ s r 还将获知该标签分组所需的输出数 据链路封装以及正确转发该标签分组可能需要的其它一些信息。 最后一个标签从分组的标签栈弹出后( 标签栈成为空栈) ，对分组的进一步处理将 基于分组的网络层分组头来进行。当最后的一个标签出栈时，l s r 必须能够识别网络层 分组所使用的协议。但是在标签栈中并不包含任何能够明确识另| j 网络层协议的字段。这 就意味着网络层协议必须根据从栈底弹出的标签值进行推断，同时还可能会用到分组的 网络层分组头中的内容。 因此，当把第一个标签压迸标签栈时，该标签值必须唯一地用于某一网络层的分组， 或者是唯一地用于一组网络层协议。这样，以后就可以通过检查网络层封装来识别特定 的网络层分组了。另外，无论何时，当在分组传送期间，要用另一个标签值来调换标签 分组的底层标签时，新的标签值的分配也必须满足同样的原则。因为如果不满足这些条 件的话，l s r 从标签栈中弹出摄后一个标签之后。将不能识别分组使用的网络层协议。 对于分组所属网络层协议的识别闷题，对于中同节点，上述要求并不是必选的，因 为在通常情况下无需进行这种操作，所以也就无需使用上述的处理方式。但是，在网络 发生故障的情况下，还是可能会用到这种操作的。例如，如果中问l s r 确认将无法继 续对一个标签分组进行标签交换时，如果可能的话，它可以针对分组所属的网络层协议 生成一个故障消息。在这种处理过程中，中间l s r 将需要通过检查栈顶标签和网络层 多协议标签交换网络中的o a m 技术实现和研究分析 分组头来识别分组所使用的网络层协议，而如果要这样做的话，标签分组使用的栈底标 签以上的所有标签都应满足上述要求。 如果由于某种原因( 如分组长度超过了数据链路的m t u ) ，l s r 既无法对分组进行 转发，也不能识别网络层协议，或者是虽然能够识别分组所属的网络层协议，但是却没 有相关的差错处理规则的话，l s r 必须丢弃分组。 2 4 优势分析 从上面的m p l s 技术的简单介绍中，我们可以发现其有一些不可比拟的优点，分析 如下： 1 ) m p l s 将i p 路由和a t m 交换技术紧密结合，既实现了路由器的智能，又利用了a t m 交换机的高效硬件交换【9 】。a t m 与i p 的完美结合可以比任何一项单独技术更优越。 2 ) m p l s 技术可以提高路由器的转发能力，从而提高整个球网络的性能，并且只需在 用户现有的路由器上进行软件升级，即可以完全支持m 1 l s 技术。 3 ) 如果没有m p l s ，i p 经由a t m 的传输就需要一个复杂的协议翻译过程，要把i p 地 址路由对应于a t m 地址和路由，放入到a t m 交换表中。m p l s 省略了把i p 地址 和路由映射到a t m 交换表上的复杂性，m p l s 标签交换与a t m 交换机的交换信元 机制是相同的【l o l 。 舢m p l s 具有较强的可扩展性。传统的妒与a t m 的结合是依靠中间层的翻译。这种 方式带来了一系列的后果，如虚电路“n 的平方”问题等等【l l 】【1 2 1 。而m p l s 有效地解 决了这一系列的问题，使a t m 的可扩展性得到了提高。 5 1m p l s 减少了数据转发分析l p 报头的时间，因为它使用了标签交换的机制，标签只 受本地局限。 当然，m p l s 并不是万能的，它不能替换i p ，它是有所为，有所不为，在能力范围 内，m p l s 将会发挥最优的特性，而更多的网络需求还要等待m p l s 技术的成熟和标准 的确定。 第三章m p i _ s o a m 技术 第三章m p l $ 0 g 技术 3 1m p l s o a m 功能 根据第一章m p l so a m 的具体需求，我们总结出m p l so a m 应该满足如下这些 基本功能1 3 l ： a ) 按需的和持续的l s p 连通性验证，以确保被检测的l s p 上不存在缺陷。 b ) 如果缺陷发生，必须检测、诊断、定位并通报网管系统以采取矫正措施。主要 目的是通过减少业务中断、运营修复时间和运营资源来降低运营成本。某些情况下，硪 以通过提供网络足够的信息来采取纠正措施，使业务中断最小化，例如通过保护倒换或 恢复。 c ) o a m 机铝4 应该是可行的，确保用户不必成为故障检测者。因此自动化的缺陷检 测和上报是必要的。 d ) 至少以下缺陷类型应该能通过一定的判断标准被自动检测到： 一l s p 连通性的简单丢失，起因于下层或m p l s 层( 应能予以区分) ； 一交换的l s p ； 一不想要的一l s p 流量复制到另一l s p 流量中( 无论l s p 流量是否受到影响) ； 一不想要的自我复制( 比如：环回、d o s 攻击) 。 e ) 某特定网络层内的一个缺陷事件不应引起多个报警事件，也不应引起其上层网 络采取不必要的纠正措施，也不应对其下层网络有任何影响。 0o a m 功能应该是简单且易于配置的( 完美的自动的) 以便在大型网络中应用； g ) m p l so a m 功能使用对于运营商应该是可选的。网络运营商应能选择采用哪些 o a m 功能以及应用到哪些l s p 。 h 1m p l so a m 功能应该是后向兼容的。不支持这些功能的标签交换节点应默默地 丢弃o a m 报文，同时不干扰用户流量或引起不必要的措施。 i 、应能测量一条l s p 的可用性和网络性能。由于网络性能指标仅在l s p 处于可用状 态时有意义，可用状态的判断标准以及所有相应的后续措施( 像网络性能指标集合的启 动停止 应该被规定。 i ) m p l s 网络层的o a m 功能应不依赖于任何上层或下层网络。这对于各层网络独 立演进至关重要。 蚰m p l s 用户平面o a m 功能应充分独立于任何控制平面，以便控制平蕊的改变不 会导致用户平面o a m 改变( 包括没有控制平面的情况) 。这对于用户平砸和控制平面 独立演进互不影响至关重要。 竺一一一 麦塑鲨堡垄奎叁塑整宝堕壁垒坚垫查塞墨塑堑壅坌堑 1 ) 连通性状态评估不应该依赖于用户流量的动态行为。 m ) o a m 功能应能可靠实施甚至在链路条件恶化的情况下，比如错误事件。这要 求对o a m 报文有比特错误纠正或检测机制。 3 2m p l s o a m 原理介绍 3 2 1 原理概述 m p l so a m 为m p l s 用户层单独提供了种检测机制，独立于其它网络层并为用 户提供l s p 的状态信息，为网络管理咀及维护人员提供丰富的l s p 诊断接口，为网络 性能测量以及用户计费提供依据。 图3 1 是一简单的m p l so a m 工作原理图。m p l so a i v l 针对单条l s p 进行连通性 检测，l s p 入口节点( i n g r e s s ：源端) 周期性发送o a m 连通性检测报文，在l s p 出口 节点( e g r e s s ：宿端) 周期性检测。中间节点做穿通处理。如果检测出缺陷，宿端l s r 会产生反向缺陷通告报文通过反向l s p 发送给源端l s r ，源端l s r 收到反向缺陷通告 报文后会采取相应的处理，例如保护倒换等。 圉3 1m p l so a m 简单工作原理图 3 2 2m p l so a m 基本报文 m p l so a m 报文在l s p 上传输，首先是m p i s 报文，它是经过m p l s 封装后的， 需要有m p l s 标签来完成传输，其次，o a m 报文需要跟普通的m p l s 报文相区别，所 以y 1 7 1 1 协议规定了所有o a m 报文都使用一个全球周知的预留标签值1 4 ，称作“o a m a l e r tl a b e l ”，以区别于普通的m p l s 用户流量报文。 o a m 报文有效载荷由o a m 功能类型、特定的功能类型数据、和1 个普通的b i p l 6 错误检测机制构成。为加快处理和支持现有二层技术( 如以太网) 的最小报文长度，所 有的o a m 报文的最小负荷长度必须为4 4 字节长。必要时可在特定的功能类型数据中 第三章m p l s o a m 技术 全部填0 ，所有的填充位保留用于未来可能的标准化。 每个o a m 报文用一个b i p l 6 ( o a m 有效载荷的最后两个字节) 检测报文传送错 误。b i p l 6 余数计算包含所有o a m 有效载荷域，包括功能类型和b i p l 6 ( 计算前预置 为0 ) 。b i p l 6 多项式为g ( x ) = x 1 6 + 1 。接收到b i p l 6 错误的任何o a m 报文一律丢弃。 o a m 报头中某些域的处理对于所有o a m 报文类型都是相同的。 标签栈编码：在一条l s p 中，o a m 报文比普通用户报文多层内层标签( 标签 值为1 4 ) 。o a ma l e r tl a b e l 封装在普通用户报文标签封装之前进行。o a ma l e r t l a b e l 中的e x p 域置0 ( 保证最低丢弃概率) ，s 比特置1 ( 表示非栈底) ，1 t r l 置1 ( 避免出现环路或者发错对正常报文造成影响) 。 中间，倒数第二跳l s r 处理：透明传输m p i so a m 报文，不做任何处理。 下层上层联系：一条l s p 中的o a m 报文不与任何其它l s p 中的o a m 报文同步 ( 包括嵌套l s p 和反向l s p ) 。 t t s i ( 路径源端标识符) 的结构：l s p 的t f s i 结构定义为1 6 字节l s ri df 即其 i p v 6 地址) 后跟4 字节l s pi d ，如图3 2 所示【5 l 。注意l s p 的前两个字节填充为0 以 便未来扩展。 ll s r ml s p l d i 1 6 0 c t e t s4 0 c t e t s 图3 2 t r s i 结构图 对于不支持i p v 6 寻址的节点，i p v 4 可以用作l s ri d ，此时1 6 字节l s ri d 的格式 遵循r f c 2 3 7 3 的规定，如图3 3 所剥5 1 。 a l lo 啷e xa l lf 】丑王e xl p v 4a d d r e s s p a d d i n gp a d d i n g 1 0o c t e i s2 0 c t e i s4 0 c t e t s 图3 3 i p v 4 的t r s l 填充圈 t r s i 的配置。当l s p 建立时应该在i s p i i t 的端配置其t r s i 。尽管可以手动配置， 但在l s p 建立同时通过l s p 信令( 如c r - l d p 或r s v p - t e 控制平面机制) 自动配 置是比较理想的方法。 y 1 7 1 1 提出的m p l so a m 机制主要基于5 种报文：c v 、f f d 、b d i 、f d i 、 p e r f o r m a n c e i 坫i 。其中c v 和f f d 是用来做连通性检测的报文，下面是对这五种报文的 介绍。 1 c v 报文( c o n n e c t i v i t yv e r i f i c a t i o n ) c v 报文在被检测的l s p 源端以固定速率( 1 s ) 发送，宿端接收。报文格式如图3 4 1 引。 其中f u n c t i o nt y p e 字段即表明报文的类型。t t s i ( t r a i lt e r m i n a t i o ns o u r c ei d e n t i f i e r ) 字段和b i p 字段前面已经做了说明，r e s e r v e r d 和p a d d i n g 字段是填充字段，无实际意 坚 多协议标签交换网络中的o a m 技术实现和研究分析 义。 f u n c t i o nr e s e r v e d l s pt r a i lt e i m i n a t i o ns o u r c e ： p a d d i n g b i p l 6 t y p e ( 0 1 h e x )( a n0 0 h e x ) l d e n t m e r ( a l l0 0 h e x ) 1o c t e t3 0 c t e t s2 0 0 c t e s 1 8 0 c t e f s2 0 c t e t s 图3 4 c v 报文结构图 2 f f d 报文( f a s tf a i l u r ed e t e c t i o n 、 可替代c v 报文用于l s p 的快速故障检测( 缺省情况下不使用) 。f f d 报文在l s p 入口 处以每秒2 0 个( 默认) 的速度产生发往l s p 出口。f f d 报文和c v 报文包含的信息相同、 功能相同、处理相同，只是速度快并且是可配置的。f f d 和c v 不能同时启用。 建议f f d 只用于最下层l s p ，可以抑制上层告警时。因为c v 需要3 秒才能检测 到缺陷，而f f d 可在1 5 0 m s 内检测到缺陷。报文格式如图3 5 所示f 5 】。 p a d d i n g f u n c t i o nt y p er e s e r v e dl s pt | a i lt e r m i n a t i o ns o u r c e f r e q u e n c y ( a l l 瑚p 1 6 f 0 7 h e x ) f a 0 0 h e x ) i d e n t i f i e r 0 0 h e x ) 1o c t e t3 0 c t e t s2 0o c t e t s1o c t e t1 7o c t e t s 2 0 c t e t s 图3 5 f f d 报文结构图 其中f r e q u e n c y 频率可选值如下：0 0 f e s e r v e d ，0 1 1 0 m s ，0 2 2 0 m s ，0 3 5 0 m s ( d e f a u l tv a l u e ) ，0 4 一l o o m s ，0 5 - 2 0 0 m s ，0 6 _ _ 5 0 0 1 1 1 5 ，0 7 2 5 5 _ r e s e r v e d 。 3 b d i 报文( b a c k w a r dd e f e c ti n d i c a t i o n ) b d i 报文用于通知l s p 的源端在下游有缺陷发生。但这需要一个反向路径来传送。 为响应在l s p 宿端检测到的缺陷，b d i 在其反向路径的源端处也就是被检测的正向l s p 的宿端生成，向与前向缺陷通告f d i 报文相反的方向传送。b d i 功能用于单侧测量l s p 的 中断同用性网络性能，或提供指示用于特定类型的保护倒换。报文格式如图3 6 所示【引。 f u n c t i o n t t $ 1 ( o p t i o n a l , i fp a d d i n g r e s e r v e dd e f e c t d e f e c t t y p e n o tu s e ds e tt oa l l ( a l l0 0 h e x b i p l 6 ( 0 0 h e x ) l 、y p e l o c a t i o n ( 0 3 h e x ) 0 0 h e x ) 1o c t e t1 0 c t e t2o c t e t s