（通信与信息系统专业论文）ospf跨自治系统流量工程以及自动路由的研究与实现.pdf

摘要 摘要 m p l s 流量工程现今已经广泛应用于网络优化当中。跨自治系统流量工程作为 一个新的需求，是网络研究中的一个热点。论文首先研究了o s p f 跨自治系统流量 工程的工作机制，对其c s p f 路由算法进行了分析，设计出了改进的c s p f 算法， 并详细阐述了系统的测试方案、测试过程以及测试结论。然后，研究了自动路由 的实现机制，对s p f 算法进行了增强型改进，使其支持t el s p 参与s p f 计算， 设计出了增强型s p f 算法，并详细阐述了系统的测试方案、测试过程以及测试结 论进行了阐述。测试结果表明o s p f 跨自治系统流量工程和自动路由的实现达到了 设计要求，增强了路由器的功能。 关键词：流量工程o s p fc s p f 自动路由e s p f a b s t r a c t a b s tr a c t m p l st r a f f i c - e n g i n e e r i n gh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nn e t w o r ko p t i m i z i n g a sa n e wr e q u i r e m e n t ，i n t e r - a st l - a f ! f i c - e n g i n e e r i n gi so n eo ft h em o s ta c t i v ef i e l d si n n e t w o r kr e s e a r c h f i r s t l y , t h em e c h a n i s mf o ro s p fi n t e r a st t a f f i c - e n g i n e e r i n gi s s t u d i e d a n dt h ec s p fa l g o r i t h mi sa n a l y z e d n em o d i f i e dc s p fa l g o r i t h mi sd e s i g n e d f o rt h ei m p l e m e n t e ds y s t e m ，t e s ts c h e m e s ，t e s tp r o c e s s e sa n dc o n c l u s i o n so ft h et e s ta l e a l s op r e s e n t e d s e c o n d l y , v i as t u d y i n gt h ei m p l e m e n t a t i o nf o ra u t o r o u t e ，t h es p f a l g o r i t h m i sm o d i f i e da n de n h a n c e df o rs u p p o r t i n g1 1 bl s pt o p a r t i c i p a t e i ns p f c o m p u t i n g s oe s p fa l g o r i t h mi sd e s i g n e d ，a n df o rt h ei m p l e m e n t e ds y s t e m ，t e s t s c h e m e s ，t e s tp r o c e s s e sa n dc o n c l u s i o n so ft h et e s ta r ea l s op r e s e n t e d 皿es y s t e mt e s t s i n d i c a t et h a tt h e i m p l e m e n t a t i o n s f o ro s p fi n t e r - a st r a f f i c e n g i n e e r i n ga n d a u t o - r o u t eh a v em e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ed e s i g n ，a n dt h er o u t e rf u n c t i o n sa r e e n h a n c e d k e y w o r d s ：t r a f f i ce n g i n e e r i n g o s p fc s p fa u t o r o u t ee s p f 创新性声明 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。 l，7 本人签名：猃丝垄 日期：丑! ：竺 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) 日期：丑! ：塑 日期：二丛 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 工作的背景及意义 随着互联网的不断发展以及用户需求的不断增长，需要因特网服务提供商( i s p ) 能够严格地控制网络资源的分配和网络吞吐量。流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，t e ) 可以在保证网络高效、可靠运行的同时对网络资源的利用与流量的性能加以优化， 因此成为近年来网络研究的热点之一。许多i s p 曾经使用重叠( o v e r l a y ) 模型实现 t e ，传输功能完全由二层交换来控制，虽然这种模型可以控制网络资源的分配使 用，但是o v e r l a y 模型有许多缺点，例如需要网络内的路由器全互联( f u l lm e s h ) ，不 便于对网络进行升级。多协议标记交换流量工程( 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 t r a f f i ce n g i n e e r i n g , m p l st e ) 可以在避免o v e r l a y 模型缺点的同时，达到网络资源 的优化。m p l s 融合了i p 路由技术、a t m 的q o s 及第二层交换技术，使得流量工程 模式可以部署在基于m 的网络，其中包括a t m 网上承载i p 业务的模式。它允许为 网络的数据流预先建立一条路径。现有应用的t e 大多是m p l st e ，它可以使i s p 在时延和吞吐量方面为用户提供最好的服务。 随着m p l st e 技术的发展，现在可以非常容易地在自治系统( a u t o n o m o u s s y s t e m ，a s ) 内部部署应用m p l st e 。m p l st e 的主要技术是内部网关协议流量工 程( i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c 0 1 t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，i g p t e ) 和资源预留协议流量工 程( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l - t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，r s v p t e ) 。 i g p 是描述所有的用于a s 内部路由器之间交换的网络可达信息及选路信息的 算法的统称，是动态路由协议。动态路由协议根据学习路径的方式可以分为距离 向量路由协议和链路状态路由协议。距离向量路由协议的典型代表是路由信息协 议( r o u t e ri n f o r m a t i o np r o t o c o l ，r i p ) ，它的主要特征有：1 ) 容易发生路由环路； 2 ) 采用周期性的完全更新和触发更新结合的路由更新方式，导致路由收敛速度较 慢；3 ) 采用广播方式进行路由更新，在大规模网络中易引发广播风暴。链路状态 路由协议有开放式最短路径优先协议( o p e n s h o r t e s tp a t hf i r s t ，o s p f ) 和中间系 统到中间系统协议( i n t e r m e d i a t es y s t e m i n t e r m e d i a t es y s t e m ，i s i s ) 。链路状态路 由协议的特点是：1 ) 路由器之间不直接交换路由信息；2 ) 每个路由器自己决定 最佳路由，所以不易发生路由环路；3 ) 采用触发增量更新；4 ) 采用组播方式进 行更新。这些特点使得链路状态路由协议克服了距离向量路由协议的诸多缺点， 成为现在广泛使用的i g p 协议。o s p f 路由协议是由i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s k f o r c e ) i g p 工作小组提出的，是一种基于s p f 算法的路由协议，目前使用的o s p f 协议是其第二版，定义于r f c l 5 8 3 和r f c 2 3 2 8 。o s p f 是目前i n t e r a c t 广域网和i n t r a n e t 企业网采用最多、应用最广泛的路由协议之一。本文中所涉及的i g p 一概是o s p f 。 o s p f 跨自治系统流量工程以及自动路由的研究与实现 i g p t e 是对i g p ( ! t h o s p f 、i s i s ) 的流量工程扩展，通过a s 内部路由器之间运行的 i g p 洪泛扩展的链路流量工程属性，构建流量工程链路状态数据库f t el s d b ) ，扩 展后的i g p t e 在流量工程链路状态数据库( t r a f f i ce n g i n e e r i n gl i n ks t a t ed a t ab a s e ， t el s d b ) 的基础上，利用基于约束的最短路径优先( c o n s t r a i n t b a s e ds h o r t e s tp a t h f i r s t ，c s p f ) 算法计算出一条满足约束的标记交换路径( l a b e ls w i t c h e dp a t h ，l s p ) 。 r s v p 是一种用来贯穿网络保留资源的通告机制，它不是路由协议，任何路由 决定都是i g p 及其t e 扩展作出的。r s v p 惟一的工作是通告和维护网络中的保留资 源。r s v p 是一种软状态协议，这表示它需要通过定期在网络中重复通告来更新保 留的资源。这和硬状态协议不同，硬状态协议只通告一次它的需求，然后就假设 直到它被显式的拆除前，需求都是有效的。使用r s v p ，当保留被r s v p 显式地从 网络中移除，或者保留事件超时，都会发出请求。r s v p 有三种基本功能：1 ) 路 径的建立和维护；2 ) 路径拆除；3 ) 错误通告。r s v p t e 是对r s v p 流量工程的扩 展，是流量工程的信令协议，由它提供约束条件，并触发i g p t e 的c s p f 算法，并 以计算出的t el s p 建立路径，即发送p a t h 和r e s v 消息为t el s p 预留资源。 由于i g p t e ( j t h o s p f t e 或i s i s w e ) 的局限，c s p f 算法只能实现a s 内部t e l s p 的计算；另外不同a s 一般是由不同的i s p 所控制，为了各自的安全和保密的需 要，相互之间不愿意公布a s 内部的网络拓扑结构，这也给跨a s 流量工程的实现带 来了不小的难度，所以流量工程部署应用的范围一直没有突凇的限制。本文就 是基于这样的需求对跨自治系统流量工程进行研究，通过改进c s p f 算法，打破a s 的局限，使流量工程可以在两个以上a s 之间进行部署应用，特供更好的网络服务， 使更广大的网络资源得以优化。基于改进c s p f 算法的设计思想，本文部分章节详 细阐述了c s p f 算法的工作机制以及改进设计。 然而m p l st e 建成一条t el s p 之后，只能通过静态配置来决定把部分流量 分配到t el s p 上，不能动态地利用t el s p 。如果要实现动态地利用t el s p ，需 要对i g p 的路由计算算法进行改进，这里我们主要讨论o s p f 的s p f 算法。传统 的s p f 算法进行最短路径计算时，只能用传统链路进行计算，并不能实现同时用 传统链路和t el s p 计算最短路径，使路由器自动地根据配置情况把流量路由到普 通链路或者是t el s p 上。故引入自动路i 扫( a u t o r o u t e ) ，又称增强型s p f 算法 ( e n h a n c e m e n tt os p f ，e s p f ) ，即对s p f 算法的改进。通过简单的配置使o s p f 协 议能够自动地将流量在m p l st e 所建的隧道( t u n n e l ) 上进行转发。本文主要是 通过修改o s p f 的s p f 算法，实现o s p f 自动路由。本文在研究自动路由时，着 重阐述了s p f 算法的工作原理以及e s p f 算法对s p f 的改进。 o s p f 跨自治系统流量工程是指可以在任意两个或以上的a s 之间建立t el s p ， 使位于不同a s 之间的用户进行数据传输，发起建立跨a st el s p 的首端路由器 所在的a s 内部所运行的i g p 协议必须是o s p f 。o s p f 自动路由是指对s p f 算法 第1 章绪论 改进，使o s p f 协议能够自动地将流量在m p l st e 所建的t el s p 上进行转发。 m p l st e 近年来广泛应用于各i s p 的a s 内，可以优化a s 内的网络资源，使 网络服务大幅提高，在给i s p 带来高额回报的同时，也给广大网络用户带来了高 质量的服务。但是由于地域的限制，位于不同a s 内部的用户之间也需要高质量的 网络服务，这就给m p l st e 提出了一个新的需求，即如何实现跨a s 的流量工程。 为了实现对t el s p 的动态利用，需要实现自动路由。现今只有思科等少数的设备 提供商在较新路由器版本中实现了这两个功能，但是还有很多方面是可以完善和 改进的。目前还没有关于跨自治系统流量工程和自动路由的正式标准公布，所以 对于这方面的研究还是很有潜力的。 作为本文研究内容之一，o s p f 跨自治系统流量工程是归属于m p l s 流量工程， 由于自治系统内部i g p 可以是o s p f 、i s i s 及i g r p 等，而本文是基于自治系统内 部采用o s p f 作为i g p ，所以本文研究并实现的是o s p f 跨自治系统流量工程。跨 自治系统流量工程也可以用i s i s 协议作为内部i g p ，但是这不是本文研究内容。 作为本文研究的另一重要内容，自动路由归属于i g p 协议，也与流量工程有着密 切的联系。本文关于自动路由的研究与实现基于的i g p 协议是o s p f 协议，故称 其为o s p f 自动路由。 本文工作来源于中兴通讯路由器平台流量工程项目中的o s p f 跨自治系统流 量工程以及自动路由子项目。作为中兴路由器平台的一个重要组成部分，研究实 现跨自治系统流量工程以及自动路由功能符合市场和用户的需求，对于增强路由 器功能，使作为民族产业的中兴路由器具有更强的竞争力，具有重要的意义。 1 2 本文的工作以及内容安排 本文的研究来源于中兴通讯路由器平台流量工程项目中的o s p f 跨自治系统 流量工程以及自动路由子项目，论文工作包括以下几方面： 1 ) 基于中兴路由器平台，在调研思科路由器相关功能后，设计了o s p f 跨 自治系统流量工程以及自动路由两个功能的实现方案，包括需求分析、 概要设计、详细设计。 2 ) 针对中兴路由器软件z x r o s 的特性，基于z x r o s ，编码实现其o s p f 流量工程模块的跨自治系统流量工程和自动路由两个功能模块。 3 ) 通过中兴路由器编译调试软件t o r n a d o 的编译调试，编译出合适的测试版 本，并在各种中高端路由器g e r 、g a l l 、t 6 钲犯1 2 8 上进行功能及性能 测试，发现并解决出现的问题。 本文的内容安排如下，第2 章概述了o s p f 流量工程的基本知识以及局限；第 3 章主要详述了o s p f 跨自治系统流量工程的方案设计与实现，并将测试方法、过 4 o s p f 跨自治系统流量t 程以及自动路由的研究与实现 程与结论予以详细描述；第4 章主要详述了o s p f 自动路由的方案设计与实现，并 将测试方法与结果予以详细描述；第5 章总结全文，并提出了旨在进一步改进o s p f 跨自治系统流量工程以及自动路由的方案。 第2 章m p l s 流量工程概述 第2 章m p l s 流量工程概述 2 1m p l s 流量工程的概念 m p l s 是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。 这个网络层包转发的新兴标准主要基于互联网工作组( i e t f ) 提交的一系列信令 协议包括标记分配协议( l o p ) 、资源预留协议( r s v p ) 和限制路由的标记分配协 议( c r l o p ) 等。这是一种可在多种第二层协议t 进行标记交换而不用改变现有路 由协议的网络技术。它将路由与交换台二为一，把第三层的智能、灵活性和可扩 展性与第二层的交换机制( 面向连接的服务除外) 结合起来。这种标记交换是第 三层的交换，却具备第二层的速度。m p l s 能够在一个无连接的网络中引入连接模 式的特性，兼容现有的各种主流网络技术，被业界认为是数据网络领域内最有前 途的网络解决方案之一。 流量工程是设计流量使之能够在现有网络l 正常传送。无论如何努力地尝试， 实际的网络流量都不会完全和之前预测的一样。有时，流量的增长速度远远超过 了预期，而你无法及时升级网络。有时，突发事件都会把流量全部引入到你没有 事先预料到的链路上去。一般来说，虽然快速的流量增加、突发事件或者网络事 故引起某一地点大量的带宽需求，但是同时往往又存在一些没有被充分利用的链 路。流量工程的核心就是把流量进行转移，从而使阻塞链路的流量能够转移到那 些没有被充分利用的链路卜去。但是流量工程决不是特定于m p l s 的产物，而是 一种通用的实现方案。在m p l s 技术出现2 前，基于口的流量工程中，网络管理 员可以通过其他方式初步实现网络流量工程，主要是通过调整i g p 链路的代价或 者采用多个i g p 平面来疏导不同服务提供商接入点( p o i n to f p r e s e n c 卫，p o p ) 之间的 流量。下面通过流量工程的典型例子1 1 5 】来阐明各种流量工程。 量椽喀径一所有的i f + 蘸t 一童 镯 图2 1 i p 网络中的菲氏问题 。国 o s p f 跨f | 治系统流鼙i 程以及自动路由的研究与实现 在图21 中，从r 2 到r 6 有两条路径：r 2 一 r 5 一 r 6 和r 2 一 r 3 一 r 4 r 6 。因 为所有得链路代价相h ，对于一般的基于目的地址的转发，所有来自r 1 或，占r 7 发往r 6 的分组都经过r 2 朝向r 5 的同样接口进行转发，因为上面一条路径的 价小丁下面路径的代价。这样就会出现问题，假设幽中所有的链路带宽是 1 5 0 m b i t s ，进步假设预先知道从r l 到r 6 的发送速率平均是9 0 m b i t s ，从r 7 向r 6 发送速率是1 0 0 m b i t s 。那么，r 2 会在1 5 0 m b i t s 的链路上以1 9 0 m n t s 发送 数据。也就意味着r 2 会固为带宽不足而丢失4 0 m b i t s ，然而下面的长路径却没有 被利用，从而造成了带宽浪费，这就是菲氏问题。 如何解决呢? 基于i p 的流量工程可以把长路经的代价改成与短路径的代价相 等，这样就可以使流量在r 2 r 5 r 6 和r 2 一 r 3 一 r 4 r 6l 进行负荷分担但足 这种方法仅仅对丁小型网络有效。如果图中有5 0 0 个边界路由器( r 1 ，r 6 ，r t ) ， 要制定所有的链路代价使所有的路径都能被使用，即使是可能的，也是非常难实 现的。 在a t m 网络中如何处理菲氏问题? 如果将图2 1 中的r 3 、r 4 和r 5 看作a t m 变换机，如图22 所示。 岛 国。 s w 镧一豳 u v 0 2 “， 图2 2 a t m 网络中的菲氏问题 在a t m 网络中这个问题很容易解决。建立两条从r 2 到r 6 的p v c ，使二者 的代价相同。因为从r 2 有两条到r 6 的路径，当传送速率变化合理的数据时都可 以被使用。建立两条代价相同的路径比修改a t m 嘲络的链路代价要灵活得多，因 为改变代价值并不会改变实际的设备连接。但是利用a t m r e 建立i p 网络，链路 失效会引起d ( 2 ) 的洪泛问题，而路由器失效会引起o ( n3 ) 的洪泛问题。 警 ；豳 瓢汐 翼嚣 p f 。国 一酽 第2 章m p l s 流量工程概述 基于m p l s 的流量工程是一种尝试，试图最好地利用面向连接的流量工程技 术和i p 路由技术融合在一起。m p l st e 带来的好处是克服了传统i p 流量工程调 整代价( m e t r i c ) 方式的不足，这些不足包括：对i g pm e t r i c 的调整不像m p l st e 是站在全局角度综合考虑网络流量流向矩阵，对每条链路m e t r i c 的局部调整会影 响整个网络的流量变化，即牵一发而动全身；而且这种对局部链路的调整带来的 对全网变化可能是无法预知的，解决了这条链路的流量，却带来其他链路的拥塞。 此外对i g pm e t r i c 的调整没有有效的方法根据流量的来源控制传送路径，而只能 根据它的去向；最后一点，调整m e t r i c 方式配置复杂，如果调整的不适当，就会 破坏负载均衡。m p l s t e 使1 s p 可以为用户提供在时延和吞吐量方面最好的服务。 它具有如下优点： 1 1 增强了i g p ( o s p fo l i s i s ) 的性能，使得网络资源得到充分利用，使得 网络中流量得以优化； 2 1 在网络中用m p l s 在l s p 上转发流量，是基于标签交换的转发，相比砰 逐跳转发更加快速； 3 1 基于流量所要求的资源和网络中可用资源来为流量进行路由 ( c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n g ) ； 4 1m p l s t e 利用r s v p 协议自动地建立和维持l s p ，此l s p 路径满足服务 所需的网络资源，比如l s p 所经链路的带宽完全足以提供高质量服务： 5 1 它是利用不同于传统i g pm e t r i c 的方式对带宽、流量、流向、负载分担实 现控制，避免基于i g pm e t r i c 实施负载分担会出现的针孔效应； 6 1 基于t e 的快速重路由( f a s t r e r o u t e f r r ) 可提供5 0 m s 级别的链路保护和 节点保护。 使用m p l s t e 解决菲氏问题可以加深对m p l s t e 的理解，如图2 3 【1 5 所示。 幽2 , 3 基于m p l s t e 解决菲氏问题 8o s p f 跨自治系统流量工程以及自动路由的研究与实现 m p l st e 可以沿着网络上的任意路径建立t ei s p ，在图2 3 中，菲氏问 题中的设备都是标记交换路由器( l a b l es w i t c hr o u t e r , l s r ) 。m p l st e 与a t m 之间主要有三个不同之处：m p l st e 转发的是分组，a t m 转发信元；a t m 需要全连接的路由邻居信息，而m p l st e 不需要；在a t m 网络中，核心网 拓扑结构对于网络边缘路由器是不可见的，而在m p l s 中，i p 路由协议通告 了m p l st e 所依赖的拓扑结构。由此可见，m p l st e 把a t m 流量工程的优 势和口灵活型以及差分服务结合在一起，通过建立标记交换路径来进行流量 转发。类似于a t mv c ，m p l st el s p 利用t e 隧道的首端控制其流量到达 特定目的地的路径，这种方式比基于地址的转发更加灵活。和a t mv c 不同 的是，m p l st e 的特点避免了a t m 存在的0 0 v 2 ) 和o ( 1 v 3 ) 的洪泛问题。所 以m p l st e 作为流量工程的实现方式之一具有更广大的发展空间。 实现m p l s 流量工程包含四个主要的功能部件： 1 ) 分组转发部件：是m p l s 的基本功能部件，负责分组转发； 2 ) 信令部件：负责l s p 的建立和标签分发，一般而言，流量工程采用的m p l s 信令是r s v p t e 。r s v p t e 把c s p f 计算的完全明确路由打包到信令中， 信令根据完全明确路由确定l s p 的下一跳； 3 ) 信息分发部件：流量工程要求知晓网络拓扑的细节和动态的网络资源信 息，因此需要在i g p 上进行流量工程扩展，需要通过扩展来承载的t e 属 性包括：最大链路带宽、最大可预约带宽、未预约带宽、链路t e 度量、 链路亲和力等。l s r 根据这些信息来计算显式路由，与此同时，i g p 可以 不经任何修改地继续进行操作，完成传统的最短路径计算。信息的传递 是利用链路状态路由协议与生俱来的数据库同步能力完成的。由于本文 采用的i g p 是o s p f ，所以这个部件在本文中是归属于o s p f 的流量工程 扩展部分； 4 ) 通路选择部件：约束路由l s p 是基于拓扑信息、当前网络资源利用情况、 资源要求等约束条件来计算的。每个起始l s r 采用约束路由技术计算出 基于特定约束的最优显式路由，它实际上是一组通过网络的最短路径并 满足约束的l s r 接口地址。然后这个显式路由被传递给信令部件，由信 令部件控制转发部件建成l s p 。通路选择是由i g p t e 运用基于约束的最 短路径优先算法来完成的。同样地，由于采用的i g p 是o s p f ，所以这个 部件在本文中是归属于o s p f 的流量工程扩展部分； 综上所述，显然m p l s 流量工程的关键模块有两个：i g p t e 和r s v p t e ，由 于本文所采用的i g p 协议为o s p f ，所以相应的模块也就是o s p f t e 和r s v p t e 。 下面两节我们将分别介绍这两个模块。 第2 章m p l s 流量工程概述 9 2 2o s p f t e 概述 2 2 1o s p f t e 简介 o s p f t e 包括两个部分：信息分发( o s p f 流量工程扩展) 和约束路由计算。 o s p f 流量工程扩展主要是对链路属性的扩展，即在链路状态通告( u n ks t a t e a d v e r t i s e m e n t ，l s a ) 中增加了更多的属性，是通过引入一种新的l s a ，即o p a q u e a r e al s a 来实现的，由于此种l s a 是用作流量工程的，故也称t el s a ，在o s p f 内部为类型1 0 的l s a 。 t el s a 记录了链路的流量工程属性，比如最大链路带宽、最大可预约带宽、 未预约带宽、链路t e 度量、链路亲和力等。网络中携带各条链路流量工程属性的 t el s a 构建扩展的链路状态数据库( l i n ks t a t ed a t ab a s e ，l s d b ) ，即t el s d b 。 约束路由计算模块在系统中完成基于约束的最短路径计算。约束路由计算的 输入包括两方面：需要建立的l s p 的带宽、亲和力、t e 度量等约束条件，这些都 是在l s p 的入口处进行配置( 手工配置或网管配置) 来实现的；链路t e 属性， 它是通过o s p f 流量工程扩展得到的，即由信息分发组件来提供。t el s p ( 又称 t e t u n n e l ) 是由约束路由模块进行c s p f 计算得出的满足隧道要求和链路限制的一 条路径。 2 2 2 关于流量工程链路状态通告( i el s a ) 的描述 t el s a 的洪泛局限于区域内，也称作1 0 型l s a 。t el s a 描述了路由器、点 到点链路，与多点接入( m u l t i a c c e s s ) 网络相连的信息。 1 t el s a 的头部 t el s a 与其他l s a 头部基本相同，只是类型为1 0 ，原来4 字节的链路状态 标识( l i n ks t a t ei d e n t i f i e r , l sd ) 由1 个字节的类型数据和3 个字节的实例号 ( i n s t a n c e ) 代替，如表2 1 所示。 表2 1 t el s a 的头部 孑龄( l s a g 。 i 可。u ，、盖p l i o n s 一，项 t y p e ( 1 0 ) l l ， 类型数据( 1 ) 实例( i n s t a n c e ) 通告路由器( a d v e r t i s i n gr o u t e r ) 链路状态序列号( iss e q u e n c en u m b e r ) 链路状态校验和( l sc h e c k s u m 1 长度( k n g t 舢 1 0 o s p f 跨自治系统流最t 程以及自动路由的研究与实现 年龄：占2 个字节，记录了此l s a 存活的时间； 可选项：占1 个字节，标识路由器的特殊功能，如是否是边界路由器，是否 支持t e 等； t y p e ：占1 个字节，标识此l s a 的类型，类型1 0 表示为t el s a ； 类型数据：占1 个字节，t el s a 是o p a q u el s a 的一种，o p a q u el s a 的l si d 是由1 个字节的类型数据和3 个字节的实例号组成，t el s a 的类型数据为1 ； 实例：占3 个字节，由任意值来记录一个t el s a 的实例； 通告路由器：产生此l s a 的路由器标识； 序列号：用于判断同一个实例的l s a 是否是最新的； 校验和：包含l s a 头部的所有字段的十六进制校验和； l e n g t h ：包含l s a 头部的整个l s a 的长度。 2 t el s a 的内容 t el s a 的内容由t l v ( t y p e l e n g t l l v a l u e ) 构成。1 r i 有两种类型：t y p e l 为r o u t e ra d d r e s s ；t y p e 2 为l i n k 。这部分是附在t el s a 头部之后，并 与t el s a 头部共同组成一个完整的t el s a 。1 i 组成结构如表2 2 所示。 表2 2 组成结构 类型( t y p e ，1o r2 ) 长度( 1 e n g t h ) 内容字段( v a l u e ) t y p e1t l 、厂即r o u t e r a d d r e s st l v 的v a l u e 字段主要是携带了路由器的流量工 程标识( t er o u t e r1 1 3 ) ，占4 个字节；t y p e2 即l i n kt l ，v 的v a l u e 字段主要 描述具有流量工程的某条链路的属性，由一组子，n ( s u b t l v s ) 组成；l e n g t h 字段占2 个字节是指v a l u e 字段的长度，不包括t y p e 字段，单位是字节。t y p e 字 段占2 个字节。接下来介绍s u b t l v 。 “ 3 子t l v ( s u b n ) 描述 子t l v 描述了一条链路的流量工程方面的各种特性，共定义了9 种，分别描 述链路类型、链路m 、本地接口口地址、远端接口p 地址、链路的流量工程代 价、最大带宽、最大可预约带宽、可用带宽和链路的管理组属性。 1 ) t y p e l - 链路类型子( l i n kt y p es u b - t l v ) ( 长度：1 个字节) 第2 章m p l s 流量工程概述 表2 3 链路类型子t l v 的结构 类型( t y p e ) = 1长度( l e n g t h ) = 1 内容( v a l u e ) 字段：当此字段为1 时，表示链路类型为点到点： 当此字段为2 时，表示链路类型为多址接入。 链路类型子t l v ( l i n kt y p es u b t l v ) 描述了链路的连接类型，如表2 3 所示， t y p e 字段为1 ，l e n g t h 字段为1 。v a l u e 为1 时表示是链路类型是点到点 ( p o i n t t o p o i n t ) ，v a l u e 为2 时表示是多址接入( m u l t i a c c e s s ) ，多址接入包括广 播( b r o a d c a s t ) 和非广播多址( n o n b r o a d c a s t ) 。 2 ) t y p e 2 _ 链路标识子t l v ( l i n ki ds u b t l v ) ( 长度：4 个字节) 链路标识子，r i 描述了链路的另一端标识，当链路类型为点到点时，v a l u e 字 段为邻居的r o u t e ri d ；当链路类型为多址接入时，v a l u e 字段为指定路由器 ( d e s i g n e dr o u t e r , d r ) 的接口地址。如表2 4 所示。 表2 4 链路标识子t l v 的结构 类型f r y p e ) = 2 长度( l e n g t h ) = 4 内容( v a l u e ) 字段：当链路类型为点到点时，此字段为邻居的路由 器标识；当链路类型为多址接入时，此字段为d r 的 接口地址。 3 ) t y p e3 一本地接口i p 地址子t l v ( l o c a li n t e r f a c ei pa d d r e s ss u b - t l v ) ( 长 度：4 n 字节) 。 本地接口地址子t l v 描述了链路的本地接口地址，长度为4 n ，n 为本地口 地址的个数。v a l u e 字段为与链路相连的本地接口p 地址。如表2 5 所示。 表2 5 本地接口i p 地址子n ，v 的结构 类型( t y p e ) = 3l长度( l e n g t h ) = 4 n 内容( v a l u e ) 字段：与链路相连的本地接e li p 地址 4 ) t y p e4 一远端接口i p 地址子t l v ( r e m o t ei n t e r f a c ei pa d d r e s ss u b t l v ) ( 长度：4 n 字节) 远端接口口地址子t i 描述链路另一端的i p 地址，当链路类型为点到点时， v a l u e 字段为邻居的接口地址；当链路类型为多址接入时，v a l u e 字段为0 。如表2 6 1 2 o s p f 跨自治系统流量工程以及自动路由的研究与实现 所示。 表2 6 远端接口i p 地址子t l v 的结构 类型( t y p e ) = 4 长度( l e n g t h ) = 4 n 内容( v a l u e ) 字段：当链路类型为点到点时，此字段为邻居的接口i p 地址； 当链路类型为多址接入时，此字段为0 。 5 ) t y p e5 一流量工程代价子t l v ( t r a f f i ce n g i n e e r i n gm e t r i cs u b - t l v ) ( 长度： 4 个字节) 流量工程代价子聊描述链路的流量工程代价。由网管手动配置，可以不同于 链路的i g p 代价。如表2 7 所示。 表2 7 流量工程代价子1 1 的结构 类型( t y p e ) - - 5 长度( l e n g t h ) = 4 内容( v a l u e ) 字段： 流量上程代价( t em e t r i c ) 6 ) t y p e6 一最大带宽子t l v ( m a x i m u mb a n d w i d t hs u b t l v ) ( 长度：4 个字 节) 最大带宽子描述了链路的总带宽，一般是链路的实际物理带宽。如表2 8 所示。 表2 8 最大带宽子t l v 的结构 7 ) t y p e7 一最大可预留带宽子t l v ( m a x i m u mr e s e r v a b l eb a n d w i d t hs u b t l v ) ( 长度：4 个字节) 第2 章m p l s 流量工程概述 1 3 最大可预留带宽子t l v 描述链路在一个方向上可以预留的最大带宽值。如表 2 9 所示。 表2 9 最大可预留带宽予的结构 类型( t y p e ) = 7长度( l e n g t h ) = 4 内容( v a l u e ) 字段：在链路的这个方向上可以预留的最大带宽( 字节秒) 8 ) t y p e8 - n - l 用带宽子t l v ( u n r e s e r v e db a n d w i d t hs u b t l v ) ( 长度：3 2 字节) 可用带宽子t l v 描述链路分优先级的可用带宽，共有8 个优先级，优先级是 指隧道的建立优先级( o 一7 ) 。如表2 1 0 所示。 表2 1 0 可用带宽子的结构 类型( t y p e ) 趣 l 长度n g t h ) - 3 2 优先级为0 的未被预留的带宽( 可用带宽) ( 字节秒) 优先级为1 的未被预留的带宽( 可用带宽) ( 字节秒) 优先级为7 的未被预留的带宽( 可用带宽) ( 字节秒) 9 ) t y p e9 - 管理组子，r i ( a d m i n i s t r a t i v eg r o u ps u b - t l v ) ( 长度：4 字节) 管理组子t l v 描述了链路的管理组属性，也可以称为资源类或颜色，每一个 b i t 都可以表示链路的一个管理组，比如此链路是低时延的陆地链路；或者是高时 延但是带宽大的卫星链路。如表2 1 1 所示。 1 4 o s p f 跨自治系统流量工程以及自动路由的研究与实现 表2 1 1 管理组子t l v 的结构 类型( t y p e ) = 9长度( l e n g t h ) = 4 内容( v a l u e ) 字段：资源类颜色( r e s o u r c ec l a s s c o l o r ) 2 2 3 关于o s p f t e 模块信息分发模块描述 信息分发模块在o s p f - t e 中相当重要，它通过洪泛t el s a 完成t el s d b 的 构建。 j 信息分发模块作用主要有： 1 ) 支持o p a q u e 使能和o s p f - t e 使能。包括指定设备t e 路由器i d ，使设 备支持o p a q u e 功能和扩展本地链路t e 属性，即链路最大带宽和链路t e 度量， 以及链路亲和力等。 劲支持构造与发送t el s a 。 3 ) 支持接口状态改变导致链路状态刷新。当新的配置链路t e 属性发生变化 时，触发构造新t el s a ，并通过o s p f 在区域内扩散。 钔支持接收远端路由器通过i g p 扩散的链路t e 资源信息，包括对接收到的 t el s a 进行解码，并对自身的t el s d b 进行刷新。 由信息洪泛构建的t el s d b 同样具有非常重要的作用： 1 ) 监测扩展的链路属性。 劲用于基于约束的源路由计算( s o u r c er o u t i n g ) ，为c s p f 计算提供链路属性 信息。 3 ) 全局的流量工程( g l o b a lt r a f f i ce n g i n e e r i n g ) ；路由器可以建造一个t e l s d b ，从而可以为流量计算出在整个网络中最优或次优的路由，监视t e 拓扑， 对于拓扑的变化将重新计算最优路由。 2 2 4 关于o s p f t e 模块一约束路由模块描述 为了使基于约束的路由能根据约束来计算l s p 路由，需要对传统路由进行扩 展，使它们能够支持约束路由。作为一种命令驱动并具有资源预留能力的路由技 术，约束路由与现有的i g p 可以共存，其基本特征是具有自动地为流量中继建立 路径的能力。 约束路由计算从逻辑上来说就是针对l s p 的要求，来计算出一条满足l s p 的 约束条件的最短路径。需要注意的是：o s p f 的s p f 计算出来的下一跳就是直接的 下一跳，每一个路由器都需要运行s p f 算法。c s p f 计算的结果是一条满足约束条 第2 章m p l s 流量工程概述 1 5 件的完全