（通信与信息系统专业论文）mpls+ldp无中断重启机制的研究与实现.pdf

南京邮电大学硕士学位论文 摘要 当前，人们的社会生活和生产活动愈来愈和各种信息网络密不可分，网 络的表现特别是网络的稳定和可靠性愈来愈显得重要。影响网络设备稳定 性、可靠性的因素很多，拚议重启是其中一个重要的因素。对于传统的网络 协议，当一个路由器进行重启时，就相当于从网络拓扑结构中暂时去除掉该 节点( 路由器) ，这将导致所有经过路由器的数据包无法通过浚路由器转发 到目的地，这就相当于在网络中形成了“黑洞”，使得数据转发中断影响 网络的正常运行。为了进行数据的正常转发，协议必须重新计算路由以及进 行路由通告，这有可能引起指定路由器与备份路由器的改变：当路由器重启 完成后，又必须与周围的路由器进行邻接关系的建立，直到重新建立稳定的 链路状态，才能够进行数据的转发。这个过程不但耗时，而且也影响了数据 包的正常发送，造成数据包的丢失，引起网络振荡，大大降低了网络的稳定 性和可靠性。 随着技术的发展，目前很多路由器使用分布式系统结构，实现了路由器 控制功能和转发功能相互分离，因而可以使用无中断重启( g r a c e f u l r e s t a r t ) 机制，来降低网络设各中断对重启路由器及其邻居路由器的影响。 通过无中断重启机制能够保证在协议控制层面的短暂重肩过程中保持转发 表不变，以保持转发的正常进行在协议重启之后进行路由的同步。通过该 机制，重启路由器在重启的过程中仍然能够保持数据的正常转发，邻居路由 器在重启过程中仍按照正常状态处理，不会引起路由振荡。 本论文主要研究m p l sl 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) 协议的无中断重启机制及其实现策略。 在m p l s 网络中，由于标签交换通道同时与路由协议和l d p 协议相关， 因此m p l s 的重启性能不仅取决于路由层面，同时也取决于l d p 的重启处理 机制。与路由重启相同，对于由于l s r 控制层面的重启，尤其是l o p 控制层 第1 页 南京邮电大学硕士学位论文 摘要 面的重痿所 超扮数据转发问题，同样也可以采用l d p 无中断重启机制来解 决。l d p 无中断重启机制是指在l s r 重启的过程中能够保持m p l s 的转发状态、 保持数据转发正常进行的一种机制。 在不采用l d p 无中断重启机制对，由于版本或协议重启，或者会话重启。 导致会话一筮中断，所有相关的控制块都要翻除，帽应的转发项也会删除， 并且需要在会话重新建立以后荐次进 亍标签绑定。 采用l d p 无中断重启机制后( 在节点能够保持转发状态的基础上) ，在 会话中断后仍然使用原来的标签进行转发，在会话重新建立后自动恢复。此 时控制层面韵动荡对于数据层面完金投有影响。 l d p 无中断重启机翻既适用于在l d p 重启时能保持转发的l s r ，也适用 于不能保持转发的l s r ，但两个节点中必须有一个节点能够保持转发状态。 对于不能保持转发的节点，虽然不能减少本身对于数据转发的影响，但是却 可以协助能够保持转发的邻居节点减少对数据转发的影响。 本文对m p l sl 卯无中断重启机带9 避行了研究，并在中兴通讯公司的路 出器t 1 2 0 0 中进行了实现，在实现的过程中，我负责完成了l d p 无中断重启 机制支撑部分的需求分析、系统设计、详细设计、编码咀及调试等工作。在 本文的最后指出了该机制其他一些需要解决的问题。 第1 l 贾 南京邮电大学硕士学位论文 a b s t m d l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f n e t w o r kt e c h n o l o g y , t h er e l i a b i l i t yo f t h en e t w o r ke q u i p m e n t s b e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt h e r ea r em a n yf a c t o r st h a ta f f e c tt h er e l i a b i i 埘o ft h e n e t w o r ke q u i p m e n t s , e s p e c i a l l yt h er o u t i n gp r o t o c o lo ft h er o u t a r s t h i sp a p e rs t u d i e sa m e c h a n i s mt h a th e l p st om i n i m i z et h en e g a t i v ee f f e c t so nm p l st r a f f i cc a u s e db yl a b e l s w i t c h i n gr a u t e r s ( l s w s ) t e n , e lp l a n er e s t a r t ，s p e c i f i c a l l yb yt h er e s t a r to fi t sl a b e l d i s t r i b u t i o np r o t o c o l ( l d p ) c o m p o n e n t , o nl s r st h a ta r ec a p a b l eo fp r e s e r v i n gt h em p l s f o r w a r d i n g c o m p o n e n tb c t o s $ t h er e s t a r t i nc h a p t e rl ，t h ea r t i c l es h o w s t h ec h a r a c t e r i s t i c o f l d pa n d t h er e q u i r e m e n t s o f l d p s g f a c e f u lr e s t a r tm e c h a n i s m i nc h a p t e r2 ，w ei n t r o d u c et h eg r a c e f u lr e s t a r tm e c h a n i s mo fl d pi n c l u d i n gt h e e x t e n s i o no f l d pa n dt h ep r o c e s so f t h em e c h a n i s m ， i nc h a p t e r3 ，t h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti n c l u d i n gt h eh a r d w a r ea n dt h es o f t w a r e e n v i r o n m e n tj si n t r o d u c e d i nc h a p t e r4 ，w cd i s c u s st h ew h o l ed e s i g no fl d pg r a c e f u lr e s t a r tm e c h a n i s m ，w h i c h i n c l u d e s t h ed i v i s i o no f t h e m o d u l e s ，t h ed a t as t r u c t u r ea n da l g o r i t h m s t h e i n t e r f a c e sb e t w e e n t h e l d p a n d r t m a n d t h e 雠o f t h e m e c h a n i s m i nt h el a s tc h a p t e r , s o m ee x t r a o r d i n a r yp r o b l e m st h a tmn e e d e dt ob es o l v e da n df u t u r e r e s e a r c hd i r e c t i o ni si n t r o d u c c d k e y w o r d s ：m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w h c h i n g ( m p l s ) l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ， g r a c e f u lr a s l a r tm e c h a n i s m ，s t u d ya n di m p l e m e n t a t i o n 第l j i 页 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向： 网络及其应用 作 者：三塑生级研究生 杨志成 指导教师塑尘 题目：m p l sl d p 无中断重启机制的研究与实现 英文题目：s t u d ya n di m p l e m e n t a t i o n o fm p l sl d pg r a c e f u l r e s t a r tm e c h a n i s m 主题词：m p l sl d p无中断重启研究与实现 k e y w o r d 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 ( m p l s ) l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c l ( l d p ) g r a c e f u lr e s t a r tm e c h a n i s m s t u d ya n di m p l e m e n t a t i o n 南京邮电大学学位论文独创性声明 y 8 s 1 0 6 3 本人声明所呈交的学位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的 地方外，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 含为获得南京邮电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作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 车籼吼塑瞧， 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：璋纭翅导师签名 日期：丕! 兰f 南京邮电大学硕士学位论文 第一章u ) p 及l d p 无中断重启机制 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制1 6 l 1 1l d p 技术基础 1 1 1m p l s 技术 1 1 1 1m p l s 简介 m p l s ( m u l l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h ) 是i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 和a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 融合产生的网络技术，同时具有i p 和a t m 的优 点和技术特征。m p l s 致力于解决i n t e r n e t 骨干网的路由器转发瓶颈问题，同时 由于m p l s 在流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 和在虚拟专用网( v i r t u a lp r i v a t e n e t w o r k ，v p n ) 这些i p 网络关键技术中的表现，m p l s 已日益成为i p 网络的重要 标准。 在传统i p 转发机制中，每个路由器解析分组头，提取目的地址，查询路由表， 决定下一跳地址。计算头校验，减t t l 值，完成合适的出口链路层封装，最后发 送分组。或者简单地说，路由器处理每个分组的过程是：分析分组的网络层头字 段，根据目的地址前辍为分组分配一个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 ， 等价转发类) ，然后将f e c 映射到下一跳路由器。m p l s 旨在简化在路由器入口处 处理网络层分析和f e c 分配功能的过程，入口路由器不是直接将f e c 映射到下一 跳路由器，而是在分组上添加表示分组归属f e c 的一个标签。在下一跳路由器上， 因为分组已经与f e c 关联，所以没有必要再检查网络层头字段。标签用于索引一 个包含出e l 端口和一个新标签的连接表。旧标签被新标签取代，然后分组从出口 端口转发到下一跳路由器。m p l s 简化的转发机制示例于图i - i 。 霁霏垦 图1 im p l s 和传统的i p 转发 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 m p l s 协议的关键技术是标签( l a b e l ) 机制。标签具有短小、易于处理等特 点同时标签不包含拓扑信息，只具有局部意义。在m p l s 网络中，i p 报文在进 入m p l s 网络时，m p l s 边缘路由器首先分析i p 报文的内容，并为这些i p 报文选 择分配合适的标签。相对于传统的i p 路由器，m p l s 路由器不仅分析i p 报文中的 目的地址信息，它还分析i p 报文中的其他信息，如i p 头中的t o s ，t c p 和u d p 报文头中的端口号等。然后，m p l s 边缘路由器就用选定的标签对i p 报文进行封 装；而后，m p l s 网络中所有节点将都使用这个简短标签作为转发依据。当该i p 报文最终离开t l p l s 网络时，标签再被另一端的m p l s 边缘路由器剥除。m p l s 将上 述过程中的f e c 划分过程推到了网络的边缘，也就是说，在m p l s 网络的边缘l s r 对各种i p 分组进行f e c 的划分。 1 1 1 2m p l s 的优势 m p l s 可以提供i p 的灵活连接，且具有帧中继( f r a m er e l a y ，f r ) 和a t m 的 私有性和易于保证服务质量( q u a l i f yo fs e r v i c e ，q o s ) 特性，因此它使得服务 提供商可以在单一网络上获得i p 、a t m 、f r 的综合效益。基于m p l s 的解决方案还 可以方便的提供具有特色的业务，如具有q o s 的v p n 业务。 由于m p l s 只在i p 数据报文进入网络时对i p 包头进行一次处理，因此大大降 低了整个网络对i p 报文的分析开销。m p l s 采用集成模型，将路由、寻址与控制 等功能集成到一起，取消了各种协议与地址转换，从而避免了经典i p o a 中n h r p 、 m p o a 等技术的复杂性，改善了网络的可扩展性。同时，m p l s 利用了现有的已经发 展成熟的路由协议( 如o s p f 、b g p - 4 ) 以及传输层协议( 如t c p 、u d p ) ，一方面简 化了网络的设计过程，另一方面也保证了网络的可靠性。 1 1 1 3l s r 和i p 路由器的关系 由于m p l s 中规定所有的标签交换路由器( l a b e ls w i t c hr o u t e r ，l s r ) 必须 具有三层处理能力，因此m p l s 中的l s r 具有i p 路由器的所有功能，l s r 可以完 全取代i p 路由器。又因为m p l s 在i p 层和数据链路层之间增加了一个新的层次， 可以称为m p l s 层或垫层，负责建立连接、保证q o s ，所以m p l s 可作为基于i p 的 解决方案，是对i p 的扩展和增强。m p l s 把业务分成两大类：一种是基于传统的 i p 业务，链路中的协议号标识和以前一致；另一种是建立连接后的m p l s 业务， 在链路层定义了新的协议号，因此m p l s 业务是和i p 业务并列的。传统路由器能 2 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 够识别i p 的协议号，也能存在于m p l s 网络中和l s r 进行业务互联。当传统路由 器的软件升级后能够识别m p l s 的协议号和连接标识，就变成了m p l s 的l s r 。可 以认为l s r 是一种新型路由器，它增强了传统路由器的性能，和传统路由器兼容。 传统路由器可以很方便地升级为l s r ，因此i p 网络也可以平滑地过渡到m p l s 网 络。 1 1 2l d p 协议 在m p l s 网络中，数据通信的基本前提是两个逻辑相邻的对等l s r 间对使用的 标签在语义上达成一致，然后利用该标签进行通信。对标签语义的规定靠l d p 实 现，l d p 将某一l s r 生成的标签及隐含在标签中的信息传给与该l s r 对等的相邻 l s r ，从而建立条相邻l s r 间的信息传输通路。l d p 协议是m p l s 中一个单独的 控制协议，是m p l s 技术的核心，主要功能包括： l 、m p l s 的信令与控制协议； 2 、发布 映射； 3 、传递路由信息； 4 、建立和维护标签交换路径( l a b e ls w i t c h i n gp a t h 。l s p ) 。 l d p 协议规定了一组用于在l s r 之间建立标签交换路径的消息和处理过程。 l d p 协议将网络层的路由信息映射到l s p 上，一个l s p 可以在相邻的两个l s r 之 间建立，也可能通过整个路由区域，包括多个l s r 。 1 1 2 1l d p 协议相关概念 1 l d p 对等体( l d pp e e r s ) l d p 对等体指通过l d p 协议交换标签和数据流的映射消息的两个l s r 。相应的 通信层面称为对等层。l d p 对等体之间通过建立l d p 会话来交换信息。 2 等价转发类( f e c ) 等价转发类f e c 是指遵循相同的标签转发规则的一组数据，比如一组地址前 缀的集合，或一个主机地址。l s p 的建立就是通过一系列l s r 分别为某个f e c 分 配标签来实现的。 3 标签栈 分组头部的标签是以标签栈的形式进行封装的，标签的封装格式如图卜2 所 示。 3 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 图i 一2 标签的封装格式 l a b e l ：标签值，2 0 b i t 。 e x p ：实验保留位，3 b i t ，经常用它来表示服务类别，可以表示个级别的服 务质量保证类别。 s ：标签栈的栈底标记，i b i t 。 t t l ：标签项的生存期，8 b i t 。 4 标签交换路径( l s p ) 一个f e c 的数据流在不同的节点被赋予标签，数据转发按照这些标签进行。 数据流所走的路径就是标签交换路径。同一个f e c 的数据流经过的标签交换路径 是相同的。 5 标签空间 l d p 对等体之间分配标签的范围可以是l s r 的每个接口制定的标签空问，也 可以是整个l s r 使用的一个标签空间。标签空间有两种类型：每接口标签空间( p e r i n t e r f a c el a b e ls p a c e ) 和每平台标签空间( p e rp l a t f o r ml a b e ls p a c e ) 。 每接口标签空间是指某特定接口上输入标签的使用全部由该接口的物理特性 所限定，该接口的所有标签资源都将被该接口规定的业务使用。 每平台标签空间是指平台的输入标签可以为接口所用。这些接口可以共用同 样的标签。 6 l d p 标识符 l d p 标识符是一个六字节的数值，它用以确定l s r 标签空间。l d p 标识符格式 如下： ： 其前四字节 为l s r 的i p 地址，后两字节则指定l s r 中的特定标 签空间。 一个管理和公告拥有多个标签空间的l s r 对每个标签空间使用不同的l d p 标 识符。 7 l d p 会话 4 南京邮电大学硕士学位论文第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 l o p 会话用于在l s r 之间进行标签信息交换。如果一个l s r 向另外一个l s r 通告了多个标签空间，对于不同的标签空间，l s r 之间必须建立不同的l d p 会话。 l s r 间通过l d p 会话交换的信息有如下几种： ( i ) 发现消息( d i s c o v e r ym e s s a g e s ) ：正在网络上的l s r 周期性地用组播 方式广播发现消息给所有连在同一子网上的其他路由器，以声明和维护它的存在。 ( 2 ) 会话消息( s e s s i o nm e s s a g e s ) ：用于建立、维护和终止l o p 会话。 ( 3 ) 公布消息( a d v e r t i s e m e n tm e s s a g e s ) ：用以创建、改变和删除与某个 f e c 相关的标签映射。 ( 4 ) 通知消息( n o t i f i c a t i o nm e s s a g e s ) ：用以提供些建议性信息和错误 通知消息。 8 l d p 传输 l d p 使用t c p 保证l d p 会话的可靠传输。如果两个l s r 之间需要建立多个l d p 会话，不同的l d p 会话将使用不同的t c p 连接。 1 1 。2 2l d p 会话的建立和维护 1 l d p 会话的建立 通过l d ph e l l o 消息的交互，两个l s r ( 即两个l d p 对等体) 即可建立l d p 会 话，以便传输标签，等价转发类绑定消息。建立l d p 会话包括传输连接建立和会话 初始化两个阶段，下面我们将分别讨论之。首先假设l s r l 和l s r 2 为l d p 对等体， 他们的标签空间分别为l s r l ：a 和l s r 2 ：b ，下面的过程从l s r i 的角度描述。 ( i ) 传输连接建立 如果l s r l 和l s r 2 之间没有建立用于交换标签空间的l s r i ：a 和l s r 2 ：b 的 l d p 会话，贝u l s r l 将试图建立一个新的t c p 连接以用于该l d p 会话。 l s r i 通过比较自己和l s r 2 的地址以确定它在整个会话中扮演了主动还是被 动的角色。比较的规则较简单：把它们的地址视为整数。地址大的一方将扮演主 动角色。 如果l s r i 是主动方，它将向l s r 2 的公开l d p 端口发起一个t c p 连接。如果 l s r l 是被动方，它将等待l s r 2 向自己的公开l d p 端口发起t c p 连接。 ( 2 ) 会话的初始化 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 l s r l 和l s r 2 之间建立t c p 连接后，它们将通过交换l d p 初始化消息以协商会 话参数。协商的参数包括：l d p 协议版本、标签分发，分发方法、定时器值等。 只有参数协商的成功才意味着l s r l 和l s r 2 之间的l d p 会话建立完成。在初始 化过程中，如果l s r i 是会话的主动方，它将向l s r 2 发送一个初始化消息以启动 会话参数的协商过程。如果l s r i 是会话的被动方，它将等待l s r 2 发起参数的协 商过程。 2 l d p 会话的维护 l d p 通过定期的接收l d p 协议数据单元( p d u ) 以维护会话的完整性。对于 l s r l ，一旦它接收到与某个l d p 有关的会话另一方( l s r 2 ) 发出的l d p 协议数据 单元，l s r i 即重置该会话的活跃定时器。如果l s r l 没有接收到某个对等体( l s r 2 ) 的h e l l o 信息而导致相应的定时器超时，l s r l 将认为连接或l s r 2 出现故障，l s r i 将关闭连接终止该会话。 一个l s r 可以在任何时候终止一个l d p 会话，此时，它将发出一个“终止” 消息给会话的另一方。 1 1 2 3 标签的分发与管理 l d p 支持两种下游标签分发过程。 ( 1 ) 下游标签请求分发( d o w n s t r e a mo nd e m a n dl a b e ld i s t r i b u t i o n ) 。m p l s 结 构允许l s r 分发f e c 与标签绑定，以影响从其他l s r 收到的直接请求，该方式只有 被请求时，l s r 才有可能给f e c 分发标签，并将标签分发给上游l s r 。 ( 2 ) 下游标签主动分发( u n s o l i c i t e dd o w n s t r e a ml a b e ld i s t r i b u t i o n ) 。l s r 可以 在没有收到标签使用申请时就给其他节点分发标签，该方式无论对等实体是否需 要，l s r 都将主动分发标签，并将映射通告给对等l s r 。这两种分发方式在同一 网络中可以同时使用。但对于一个给定的l d p 会话，l s r 心, 须知道它的对等层所 使用的标签分发方式，以避免两个l s r 因分发方式的不同而引起冲突。 1 标签分发控制模式模式 在l s p 的建立过程中，标签分发有两种控制模式：独立的标签分发和有序的 标签分发。一个l s r 可以同时支持两种模式。 ( 1 ) 独立的标签分发控制 6 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重肩机制 在建立l s p 的过程中，若采用独立的标签分发控制模式，则每一个l s r 可以 在任何时候公告自己的标签绑定信息。例如在独立的下游请求标签分发模式中， 若一个l s r 接收到上游的发出的标签绑定请求，即使它没有接收到下游l s r 的有 关标签绑定消息，它仍可以立即向上游分发自己的标签绑定消息。 独立模式的结果是，一个上游标签可以在任何时候被公告，即便是还没有收 到下游对应于同一f e c 的标签的情况下。 ( 2 ) 有序的标签分发控制模式 在建立l s p 的过程中，如果采用有序的标签分发控制模式，则对于任一l s r 以及指定的f e c 。只有当该l s r 为出i l s r ，或者已收到下游有关标签指定f e c 的绑定信息后，才可以向上游分发自己的标签绑定信息。 2 标签保持模式、 l s r 的每一端口均可被配置为以下两种工作模式之一：下游主动( d o w n s t r e a m u n s o l i c i t e d ) 公告模式或下游请求( d o w n s t r e a mo nd e m a n d ) 公告模式。l s r 在l d p 会话的初始化阶段交换工作模式的情况。两种模式的区别在于由会话的哪一方负 责发起( 标签的) 映射请求或映射公告消息。 标签保持模式包括保守的标签保持模式和自由的标签保持模式两种。 ( 1 ) 保守的标签保持模式 在下游主动公告模式中，标签映射公告可以被所有l s r 对等体收到。若采用 保守的标签保持模式，则对于接收到的标签映射公告，每- - l s r 只保留其中将用 于转发分组的那一部分标签映射消息。在下游请求模式中，l s r 只向与路由相关 的下- - 跳l s r 请求标签映射消息。下游请求模式常和保守的标签保持模式配合使 用。 保守模式的好处在于只有被用于转发数据的标签才会被分配和保持。尤其适 合于标签空间有限的场合中。该模式的缺点在于，若去往某个目的地址的路由发 生改变，随后的分组必须在相应l s r 从新的下- - e j k l s r 获得新标签后才能被转发。 ( 2 ) 自由的标签保持模式 在下游主动公告模式中，标签映射公告可以被所有的对等体接收到。若采用 自由的标签保持模式，贝i l s r 将保留它接收到的所有标签映射消息，而不管发出 标签映射消息的l s r 是否是它路由的下一跳节点。当在下游请求模式中采用自由 7 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 的标签保持方式时，l s r 可以选择向所有知道地址前缀的l s r 对等体请求获取标 签映射消息。 自由的标签保持模式的好处在于能对路由改变迅速作出反应，因为标签已事 先获得。其缺点在于需要分发和维护可能不需要再使用的标签映射消息。 1 1 2 4l s p 的建立 l s p 的建立是逐段进行的，根据标签分发的控制方式建立过程有所不同。标 签分发的控制方式有严格方式和独立方式两种。严格方式是指只有某个l s r 是该 f e c 的出口节点( p e ) ，或已经收到下一跳为该f e c 分配的标签时才能为上游l s r 分配标签。在严格方式下，l s p 的建立是从出1 2 p e 至i j 入口p e 建立的。独立方式是 指每个l s r 独立决定是否为某个f e c 分配标签分发给上游l s r 。独立方式下l s p 是 从入口p e 到出e i p e 逐段建立的，不能保i 正l s p 的终点是该f e c 的出1 2 p el s r ，在 l s r 逐段建立的过程中，数据可以向l s p 已经建立的部分发送。实际上采用严格 方式的l s r 和采用独立方式的l s r 之间也可以协同工作，如果一个l s p 的建立中既 有严格方式的l s r 又有独立方式的l s r ，那么总的效果同都采用独立方式相似。 在实际应用中为了保证通过m p l s 域的f e c 的一些特性( 如确保服务质量) ，需要 全部使用严格控制方式。 图1 3 示意了在m p l s 网络中使用l d p 协议在三个p e 之间建立l s p 的过程。 图1 - 3m p l s 网络中l s p 的建立 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 1 2l d p 无中断重启的应用需求 在m p l s 网络中影响网络稳定性的因素很多，其中网络设备的稳定性是一个 重要因素，而对网络设备的稳定性来说，协议的稳定性尤为重要。对于m p l s 网 络而言，其信令协议l d p 的稳定性对整个m p l s 网络的稳定性存在很大的影响。 1 2 1 传统m p l sl d p 对于传统的l d p 协议，当网络中的某个l s r 控制层进行重启时，l d p 会话将 会中断，这就相当于从网络拓扑结构中暂时去除掉该节点，在这个过程中，所有 需要该l s r 行转发的数据流将中断，这将影响数据转发的正常进行。为了正常的 进行数据转发，协议必须重新计算路由以及进行路由通告，当路由器重启完成后 又必须与邻居路由器建立邻接关系，重新建立稳定的链路状态，然后才能够进行 数据的转发。整个过程不但耗对，也影响了数据包的正常发送，造成数据包的丢 失，引起网络振荡，大大降低了网络的稳定性。这对于m p l s 网络的高稳定性要 求来说影响是很大的。 从上述描述中可以看出，对于传统的l d p 协议，当协议重启时，所有经过该 l s r 的数据的转发都将中断，无法满足目前网络的高稳定性需求，同时对于用户 来说也是无法接受的。因此需要一种的机制，能够使得l d p 协议控制层面重启时 保证所有经过该l s r 的数据自2 够正常的进行转发( 亦即数据转发无中断) ，使得协 议重启对m p l s 网络的影响降至最小。 1 2 2l d p 协议无中断重启机制 m p l s 的一个重要特征是实现了控制层面和转发层面的分离，如图1 5 所示。 控制层面负责在相邻l s r 之间交换路由状态信息、更新路由表，这部分工作由 o s p f 、b g p 路由协议完成。控毒4 层面的另一部分工作是建立和维护转发表，建立 和维护转发表实质上即是为各个数据流建立和维护标签交换路径( l s p ) 。 转发层面的工作相当简单，当分组到达时，转发层面以分组头部的标签为索 引检索转发表，在对分组进行标签交换后，即转发分组。显然，由于标签采用固 定长度，有利于通过硬件实现。和传统的路由表查找相比，标签索引的时间开销 几乎可以忽略不计，因此可以大大提高路由器的分组转发效率。 9 妻室墼皇奎兰堡圭兰堡丝壅 笙二兰生里! 星! 里! 型里旦! ! 盟 图1 - 4m p l s 中控制层面和转发层面的分离 对于传统的m p l sl d p 协议来说，当控制层面重启( 重启过程中l d p 的所有 会话中断) 时，l s r 无法保持转发表，转发层面的工作也将中断。 若要让m p l sl d p 协议的控制层面重启过程中l s r 能够保持转发表，需要对 m p l sl d p 协议进行扩展。i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 于2 0 0 3 年发表 了r f c 3 4 7 8 ，“g r a c e f u lr e s t a r tm e c h a n i s mf o rl a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ”，对传统 的l d p 协议进行了扩展，用以支持l d p 的无中断重启机制。 l d p 协议无中断重启机制是指在l d p 控制层面重启的过程中l s r 能够保持 m p l s 的转发表、保证数据转发正常进行的一种机制。 r f c 3 4 7 8 对l d p 协议进行扩展，以支持l d p 协议的无中断重启机制。对于支 持l d p 协议无中断重启的l s r ，r f c 3 4 7 8 在l d p 初始化消息中加入了f t l t l v ( f a u l t t o l e r a n ts e s s i o nt y p e l e n g t h - v a l u e ) 作为可选参数，通过在初始化消息中携带 f t - t l v 来通告l s i l 对等体其是否支持无中断重启机制。 1 2 3l d p 协议无中断重启机制的发展现状 国外对g r a c e f u lr e s t a r t 的研究起步较早，并在2 0 0 3 年形成了r f c 3 4 7 8 ：g r a c e f u l r e s t a r tm e c h a n i s mf o rl a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ，它描述了l d pg r a c e f u lr e s t a r t 的 运行机制：并在r f c 3 4 7 9f a u l tt o l e r a n c ef o rt h el a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ( l d p ) 中扩展了l d p 初始化消息，在其中加入了f a u l t t o l e r a n t ( f t ) s e s s i o n n 作为可选 参数，用来支持l d p 的g r a c e f u lr e s t a r t 。 作为网络产品的领导厂商，c i s c o 公司在其c i s c oi o sr e l e a s e1 2 2 ( 2 5 ) s 中支持 了l d p 无中断重启机制，并且投入了商用。 1 0 南京邮电大学硕士学位论文 第一章l d p 及l d p 无中断重启机制 国内厂商对于g r a c e f u lr e s t a r t 的研究和实现亦已展开，华为技术、港湾公司 等对该技术进行了研究，并且已经在其路由器产品中实现。 中兴通讯对g r a c e f u lr e s t a r t 机制进行了大量的研究，在目前版本的产品规划 中，实现了包括b g p 、o s p f 、i s i s 、l d p 等协议的g r a c e f u lr e s t a r t 功能。 但该机制也存在不少急需解决的问题，本文所研究l d p 无中断重启机制在 l d p 控制层面重启的过程中会出现s e s s i o n 中断，引起s e s s i o n 重新建立，为此耗费 了较长的研究时间；另外本文所研究的机制仅应用于d u ( d o w n s t r e a mu n s o l i c i t e d ) 标签分配方式，d o d ( d o w n s t r e a mo nd e m a n d ) 方式下的无中断重启中断机制有待 进步研究。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章l d p 无中断重启机制及其工作流程 第二章l d p 无中断重启机制及其工作流程 2 1l d p 无中断重启机制工作原理 传统的m p l sl d p 协议在重启时，l s r 会将m p l s 转发表全部删除，导致所有 经过该l s r 的数据包无法转发到目的地，造成数据转发中断。 l d p 无中断重启机制是指在l d p 控制层面重启的过程中能够保持m p l s 的转 发状态，保证数据转发正常进行的一种机制。若系统支持该机制，则当由于版本、 协议重启，或者会话重启，l d p 相关的控制块都要删除，但相应的转发项并不删 除，并用于数据报文的转发。当l d p 会话重新建立后，系统进行相应转发项的添 加、删除和修改，从而完成标签的更新。在整个重启的过程中，保证了正常的数 据报文转发。 2 1 1l d p 协议的扩展 在不采用l d p 无中断重启机制时，由于版本或协议重启，或者会话重启，导 致会话一旦中断，所有相关的控制块都要删除，相应的转发项也会删除，并且需 要在会话重新建立以后再次进行标签绑定。 采用l d p 无中断重启机制后( 在节点能够保持转发状态的基础上) ，在会话中 断后仍然使用原来的标签进行转发，在会话重新建立后自动恢复。此时控制层面 的动荡对于数据层面完全没有影响。 l d p 无中断重启机制既适用于在l d p 重启时能保持转发的l s r ，也适用于不 能保持转发的l s r 。但是两个节点中必须有一个节点能够保持转发状态。对于不 能保持转发的节点，虽然不能减少本身对于数据转发的负面影响，但是却可以协 助能够保持转发的邻居节点减少对数据转发的影响。 为了支持m p l sl d p 协议无中断重启机制，r f c 3 4 7 8 中对l d p 的初始化消息进 行了扩展，增加了f t - t l v ( 类型一长度值) 作为可选参数。如图2 - l 所示。 南京邮电大学硕士学位论文第二章l d p 无中断重启机制及其工作流程 0l23 + 斗一+ 一+ 一+ - 4 - - + 一十斗- + 一+ 一+ - + + 一+ 斗- + 斗- + - + - + + - + - + 斗- + 一+ 一+ 斗- + - + 一+ - + i l l 0 f ts e s s i o nt l ，v ( 0 如5 0 3 ) il g m ( 一1 2 ) + 斗+ - + - + + + - + - + - + - + + + + - + - + 斗一+ - + - + - + - + - + 一卜+ 一+ 斗- + + - + + + if t f l a g s r e s e r v e d + 斗+ 斗- + + - + + 斗- + 一+ - + - + + + + - + 斗- + - + 一+ + 一+ 一+ 斗+ 一+ 一+ - + + 一+ + - + f tr e c o n n e c tt m 碡o u t ( j l lr m l l i s e c o n d s ) + 斗- + - + - + - + + - + 斗- + + - + + + - + - + - + 斗斗一+ 一+ + + 一+ 斗一+ - + - + 一+ 一+ - + - + + r e c o v c i y t i m e ( i nm i l l i s e c o n d s ) + 斗+ - + - + - + - 4 - - + 一卜+ - + + + + + + + 斗+ - 4 - + + + + 斗+ + + + + + + + 图2 if t 会话t l 其中，f tf l a g s 的格式如图2 2 。 吲 r e s e r v e d l s a c i l i + 一+ - + + - + - + 斗一+ 斗+ - + - + 斗- + - + - + + 图2 - 2f tf l a g s l ( l e a r nf r o mn e t w o r k ) ，l b i t ，若设置为l ，则表示该l s r 支持m f l sl d p 协 议无中断重启，若被设置为o ，则表示该l s r 不支持m p l sl d p 协议无中断重启机 制。 其它比特置0 ，不做处理。 f t 会话t l v 字段值包括两部分：( 1 ) f tr e c o n n e c tt i m e o u t ；( 2 ) r e c o v e r y t i m e ，用于支持l d p 协议无中断重启机制。 f tr e c o n n e c tt i m e o u t 是发送方希望接收方在发现会话中断后等待会话重建 的时间。在等待重建的过程中，接收方应该保持双方已经建立的l s p 的转发状态。 如果发送方将时间置为0 ，则表示发送方在重启时不需保持转发状态，对于需要发 送方转发的l s p 的转发项，接收方可以直接删除。 r e c o v e r y t i m e 是l s r 在重启时保持转发状态的时间，即会话重建后保持m p l s 转发状态的时间。若该时间被设置为0 ，则表示在