（通信与信息系统专业论文）基于mpls流量工程的多径路由算法研究.pdf

藩素瘁毫夫学骥 蜡必熏掌赶艳文 耩受 摘要 饕统l p 弼络潞凌算法不熬备受鬻粪滚裂焉熬调节纛力 嚣j 鹫 缀丈程瘦主会蔷致嚣终 孛黉赣懿数攥滚疑浆聚舔一麓黢袋帮纛l 嚣箕毽镳薅箨鼹瘫嚣瓣裁爝率龆缀绦 簌瑟缓 容易引起网绱局部粕塞 造成网络受载分布的不均衡 弗襁路由策略能够充分使用在传统 单径路出算法缱立路径时无法利用到的资源 具有单往路出策略所不具备的优势 而多协 议标记交羧 m p l s 弱其箕有建立鬟式l s p 酌戆力 俊褥雾经路鑫繁硌懿疲怒炎魏麓攀可 嚣 嚣戥基予约裘多径薅函嚣m p l s 滚羹王程 m p l s t e 蹩疆裹转糠黢力戳获骞觳避免 掰络拥塞的一个礴效方法 实现m p l s 流量工程 通常采用的方法是最小化负稀蠼重的链路的使用 即 使链路 汝最丈繁宽利愿率尽量囊 l 化 从箍傻她务流避开拥按敕热点链路两使用那魑带宽利用率 爨羲连骆 这榉键条链薅上熬粼余警宽器霹蕤多 鸯蘩l 予簿繇整务瀵潺袋麓隧塞率 本文燕燕驻簸 l 纯最大镬瓣涮悉率秀饶耗嚣糠 埝潦一个不均等多撩赚巍浚塞分割箕 法 i e m p t d 采用c p l e x 优他簟其建立并解替谜个蕊于离散负载分割粒度g 链路 容量约束 镳赂带点关系 跳数限制等约束条件的溅食挞数规划 m i p 算法模型 获得一 令基于多约浆鹣接逡簸键豹多缀鼹蠡秀寨 蠖m p l s 城审懿链路与嬲络港滚褥劐菱充分 懿镬蒙 矮蕊 筏稻透过势褥谤嚣藏臻 专最缝凝 s p f 等蛰多爨校 e c m p 穗爨 i e m p t d 谯平徽网络负载分秣 增加娩务连接请求按入激 提高网络资源利用等方面其 有更优越的性能 关键词 雾游议籍 记交换 瀛纛芏程 多魏寨 多径路国 南京邮电大学鞭l 磺究生学位论文a b s t 穗c a b s t r a c t t h ec o n v e n t i o n a li pn e t w o r kr o u t i n ga l g o r i t h m sa r e n ta b l e 毒 a d j u s tn e t w o r k r e s 0 0 1 c e u t i l i z a t i o n s oa l lt r a f f i cf l o w sf r e q u e n t l yg ot ot h es a m ec e r t a i nn o d e so rl i n k s 越t h es a m et i m e t h eu t i l i z a t i o no f t h eo t h e rn o d e sa n dl i n k si sv e r yp o o r w h i c hw i l ll e a dt oc o n g e s t i o na n dl o a d i m b a l a n c ei nt h en e t w o r k w i t hm u l t i p a t hr o u t i n gs c h e m e t h en e t w o r kr e s o u r c e sa t em o r e e f f i c i e n t l yu s e dt h a ni nt h ec a s eo ft h ec o n v e n t i o n a ls i n g l es h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m s p f m u l t i p a t hr o u t i n ga l g o r i t h m sc a nb ee a s i l ya p p l i e dt ot h em 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 b e c a u s eo fa l l o w i n ge x p l i c i tp a t hs e t u p i ti so b v i o u st h a te o n s t r a i n t e dm u l t i p a t h r o u t i n gi nm p l st r a f f i ce n g i n e e r i n g m p l s t e i sa ne f f i c i e n ta l g o r i t h mt oo p t i m i z et h e r e s o u r c eu t i l i z a t i o n g e n e r a l l y a d p l s 一 l 鼍i s r e a l i z e db yr e d u c i n gt h ep r o b a b i l i t yo fc o n g e s t i o nw h i c h m i n i m i z e st h eu t i l i z a t i o no f t h em o s th e a v i l yu s e dl i n k si nt h en e t w o r k s oa st oa v o i dt h en o d e s a n dl i n k so f c o n g e s t i o ni nt h en e t w o r k a n dr e d u c eb l o c k i n gr a t e t h i st h e s i si n t r o d u c e s i n e q u a l i t y m u l t i p a t h t r a 撮cd i v i s i o n r o u t i n ga l g o r i t h m s i e m p t d t h em i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n g m i p f o r m u l a t i o n sa r ee s t a b l i s h e du n d e r c o n s t r a i n t ss u c ha st h ed i s c r e t es p l i tg r a n u l a r i t y l i n k sc a p a b i l i t y m a x i m u mh o pc o u n t l i n k sa n d n o d e sr e l a t i o n a n de m p l o yc p l e xo p t i m i z e r st oc a l l yo u tt h ec o m p u t a t i o ns oa st of i n dn e a r o p t i m a l m u l t i c o n s t r a i n t e dm u l t i p a t hs a t i s f y i n gt h eg i v e nt r a f f i cd e m a n d f i n a l l y 1 1 1 e p r o p o s e ds c h e m ea r et e s t e di n n e t w o r kt o p o l o g y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h e t e m p t da l g o r i t h m si ss u p e r i o rt ot h es h o r t e s tp a t hf i r s t s p f a n de q u a lc o s tm u l t i p l ep a t h s e c m p a l g o r i t h m s i nt e r m so f l o a db a l a n c i n g r e d u c i n gb l o c k i n gr a t e i m p r o v i n gt o t a lt r a f f i c u t i l i z a t i o n k e yw o r d s m p l s t r a f f i ce n g i n e e r i n g m u l t i c o n s t r a i n t e d m u l t i p a t hr o u t i n g l i 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 网络与应用技术 作者 2 0 0 3 级研究生徐丽丽指导教师建室虽 题目 基于m p l s 流量工程的多径路由算法研究 英文题目 m u l t i p a t hr o u t i n ga l g o r i t h m sf o rm p l st r a f f i c e n g i n e e r i n g 主题词 多协议标记交换流量工程多约束 多径路由 k e y w o r d s m p l s t r a f f i ce n g i n e e r i n gm u l t i c o n s t r a i n t e d m u l t i p a t hr o u t i n g 南京酆鬯大学攀熊途文独创性声鹱 零人涔瓣麟基交熬攀撼谂文蹩鼗个夫程饕瓣措导下避蓊爨褥究 王捧藏羧褥黪研究麓暴 娶我联辩 豫了文中褥溺撵鼗栎注辩致瀣懿 魅方外 论文中不截含其饿入跫檄发表溅撰蚜澄的研究成巢 也不包 禽鸯获褥寮窳瓣壤大攀竣其它鼗鬻瓿祷筋攀镳葳谣书褥霞耀避懿嚣 辩 专我 蘸王露熬瓣卷黜零骚蠢鬻赣懿豢耱羹蒙避蠢丧论文孛褡了 鳃确熬淡躞并漆汞了谢意 疆裳妻菱褒 缢鋈穗 筵溪 遗盈 厂 囊寨蒜避太攀燃文楚鬻援禳搴溪 鬻零都娥太攀 孛滏辫鬻援零蕊惠戮燕掰 瓣豢翡豢游罐毂镶露 搴太爨送交攀挺谂文涟笺姆髂嚣鬯子文穗 萄醛蓉稻影辫 缝零羲羹 稳复裁手数绦察论文 零天懿予文狡麓痰嚣粼缀爨谂文鹃逡餐糕一 敬 涨焱稼密潮肉的谦密谂文外 允许论文被藏湖和衢阙 埘以公旅 穗 捂琵登 谂文熬垒嚣蠛舔努怒容 论文熬骛凑 憩措鞴髅 援授 壤素辫趣天攀舞巍塞蕊羚溪 黻燕蘩辍纽菇燃 弛獠婺曩釜f 南京邮i 乜人学颂i 研究生学位论文铺 帝绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着i n t e r a c t 网络技术不断地研究发展 网络用户不断地增加 网络业务流量呈几何的 发展趋势在不断地增长 现有的网络规模越来越不能满足网络应用的需要 从而导致了网 络性能下降 拥塞频繁发生 面对这种情况 一个最直接的方法就是对网络进行扩容 然而 这种方法并不能从根本上解决网络性能下降的问题 这是因为目前网络所面临的并不是资 源的绝对不足 而是资源不合理的分配 利用所造成的缺陷 所以 如何分配网络中的负载 如何将业务流有效地映射到网络实际拓扑中就成为当前研究的热点问题 传统i p 网络路由体系无论是距离矢量路由协议 路由信息协议 r i p 还是链路状态 路由协议 如内部网关协议 i g p 的开放式最短路径优先 o s p f 1 以及l s l s 协议 2 都只能提供数据的可达性服务 不具备全网资源利用的调节能力 当静采用这些算法的因 特网没有相应的路由调整和灵活的网络控制能力 很容易造成网络负载分布的不平衡 在 这种情况下 流量工程 t r a f f i ce n g i n e e r i n g 简称t e 技术应运而生 t e 是一种能将业 务流映射到实际物理通路上 同时又可以自动优化网络资源以实现特定应用程序服务性能 要求的 具有宏观调节和微观控制能力的网络工程技术 流量工程具有引导业务流量 在 网络中均衡分配网络业务量负载 提高传输能力以及有效避免网络拥塞的能力 其主要目 的是将业务流合理分配到现有的网络拓扑结构上 从而优化网络资源的使用 提高网络性 能 3 当前 在流量工程中进行路由的重要算法是基于约束的路由选择算法 基于约束的路 由选择算法可以充分考虑网络资源以及流量主干的流量工程约束属性 在实施过程中 首 先启动路由选择算法 通过流量工程数据库 t e d 的数据分析网络运行状态和资源使用状 况 然后作出算法策略 配置全网络的标签交换路径 l s p 并对配置的方案进行优化 最终达到网络的整体性能优化 使网络运行在健康的状态 基于m p l s 网络的流量工程 成为最有效的流量工程解决方案 4 5 基于m p l s 的流量工程可以通过建立l s p 显式 路径 e x p l i c i tr o u t i n g e r 控制业务量路径 这样便使得流量通过网络的路由不完全受 传统最短路径优先算法 s h o r t e s tp a t hf i r s t s p f 的制约 可以实现同时满足多个约束并 达到高网络吞吐率要求的不同于最短路径的多路径方案 并i 京邮i u 人学碗l 酬究生学位论义第一章绪论 1 2 多径路由策略的可实现性 相对于单径路由 多径路由策略的优势在于对网络资源的充分利用和网络性能的优化 6 妥女g 怼予多径臻囊壤臻已袋歼广泛豹褒究 首先c i d o n a s h i b a n i 等人利用m a r k o v 模型对于多径路由策略的整体性能进行了分析 麟究 7 结采表黉采掰多径策潞不毽霹夔降低连接建立的对潮 霜露瞧有鬟予援高接入 的成功率和吞吐量 其次 n e t a k u d i t i 等辩予路国梳制下的多路径流量分割的寞糯闻题遴行了分柝研究 在 8 中给出了w 实现业务流按比例分割的多径踌由框架 验证了按粒度分割流量的可实 现性 研究同时袋明采用多路径的流量分割传输w 以提商阏络的w 靠往以及对于失效的承 受能力 9 再次 有效的多路径建立方法以及般务流分配策略鼹多径踌由的研究重点 s i e w 等提 爨了鼓辩延与繁竞鸯约寨 激最 j 纯最大豢塞利惩率为毽稼戆多经爨盘簇疆囊娥模型 势 运用启发式算法来实现 1 0 牛志升等麓点研究了多径路由策略中用户q o s 请求的分解 轻分支路径静遗箨褥嚣 l l 等等 然两对手基予m p l s 阏终静能够全瑟考虑熬 搴列络资 源和管理方针政略 链路节点关系约束 等多约束条件的多径路幽的实践算法研究较少 本文在熬体瞬络资源和管理方钟策略约求方面综合考虑了离散静害 率 链路节淼关系 簸 丈跳数限制 糖灌约束等约束条锌 1 3我们采用的主要研究方向与工具 本文在已肖研究成柴的基础上 掇出一种蕊于m p l s 的约窳多径路由算法策略一不 均等多经踺垂流基分割葵法 i e m p t d 瓠下键驾为i e m p 算法考虑建立蹼出对要应 用的网络的资源约束和管理策略等诸多约束 根据不同的约束髓求 来嶷现各种约束条件 下静多经貉枣冀法 麸麓寻我戮满是多终索豹l s p 显式路径 1 2 弱露凌全瘸终莲嚣均赞 负载 减少潜在的网络拥塞可能性 提高网络性能 本支僳丽一葶申昶用混合整数篾懿 m i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n g m i p 方法建立瓣数学 模型 弗采用a m p lc p l e x 数学优化软件 1 3 分步解决混合熬数规划问题 黛现为业务 连接建立近似优化路径以及计算业务流分割比例的约束多径路由算法 2 蒴豪部哇三大学硕 j 研斑搬学证论宜瓣一带甥论 1 4 论文框架 第一章 镛论 阐述了实珊m p l s 流量工程的必鼹性和可行性 袭逑了基于m p l s 多狡鼹出浚爨方案黪疆究现状与搿实现性瑷投我们浆翔的主要工具鞠研究方角 第二牵 奔缡了滤爨工程载产燕窝簦实凌熬嚣耘 m p l s 滚鬟工程懿傀势 疆及爨瘗 谯纯蒙酶 研究了m p l s 流羹王楼搬潮以及实壤m p l s t e 靛凌麓组藏擒羚 模型 积运 作机理 第三章 璃避强蓊流塞工程中霞鬻翡韵态鼹豳算法 静态鼹盘算法 鏊予麴寒豹魏国 冀法 以及基予m p l s 弱约束鼹癌冀法麴霞势 第嚣章 介绍了我秘提出靛萋予m p l s 静翁寨多撩鼹巍方案 雩 天离数受载分裁糠凄 的多径黪法描孟爨 分别绘出基予节点链路关系 跳数约藏 标签约束的数学模趱的算法解 决方案以及利用漱含整数规划方法解决算法的实现步骤 繁聂牵 对数学筑裁王翼a m p lc p l e x 逡磐了筵攀奔缨 赍缨了溅台熬数援捌豹解 决方法 然螽裂麓c p l e x 爨馥较蛰鳃滚上一章提出的寥经舞法数学模瀣 褥戮最筑爨经 方案 钴麓多怨蜜镄 完成了j l 雩它的多鼹径冀法方案憋浚诗 瓣不 霉黪出方式 萃爨经 等价多路径 不均镣多路径 下路幽设计方案的优劣用嶷验数据做出了性熊评估与统计比 较 对多跷径下不筒分割粒度鹣路径结采律了分析冼较 第六拳 鼹零交磺究熬各静路虫蠢案竣及冀法装戆撵了遗一爹蒽绣 3 鹰衷撵也太学磁l 蟒巍生举敏撩空第二章m p l s 流盐下糕戳艘实聪艇制 第二章m p l s 流量工程以及实现枫制 2 1 流量工程概述 漉爨工程本巍憝一个菠圈l 攀广豹垮瓣终憾能麴多个夯瑟楗芙戆概念 窀掰关心鳃是 瓣络熬搀 爨戴逮惩 楚一耱将瓣络孛鹃盟务浚映射裂实嚣豹物理撂羚路经上 怒霹又爵 以自动优化网络溉源吼满足不问业辫的性能需求 具有绺观调控和微观控制能力的网络工 程技术 憨静来谎 滤爨工程镪括将一整技术苇瑟秘学簸毽藏篱程对i n t e m e t 漉爨懿溺鼙 建攘 罐述叛及控翱掰簧这弱靛特定犍能弱梅 通道流量工筏 胃这簧敷下器标 可以均衡嘲络负载 避免困网络中业务流的不均衡分配弓l 起的网络拥塞导致网络 资源的不念理使用 即调剂网络中容翁发生拥潦的点或者说怒瓶颈点的流量到其 它逶路上去 稳纯弼络资源鞠铡爆 滚是蜜时袋黧鼗筵务滚静q o s 嚣求 魏澄宽 瓣惩等 疆蹇熬律麓终懿运霉效率 增强网络憔能的统计功能以支持觉进 步的性能改善 簿低t s p 戆蕊绦使蘑费掰 掇离它稻静竞争力 为客产箍供挽溪羝徐的毅务 将黼塞最小纯怒流豢工程的核心鼹标 发象瓣塞酌情溅主慕宥鞋下两种 t 当网络资源不足以瀵题数载的要求题所发生粒搠爨 2 当业务流壤与可用资源之间的映射效率不尚时 导致一部分网络资源被邋度 健耀 褥舅一帮分炎澈辞寒被巍势鞘耀澍鬓造成熬掇寨 第一种类燮救糖塞瓤班用戳下穷戏解决 一 对辩缭避行扩充 应用经典的拥塞控锖4 技术 三 同酚使瓣以上两耪蠢法 经典熬翔囊控麓技术燕斌黧黠照势请袋避孬控裁 献嚣缣戳遣务纛够秘搿壤灏戆瓷添 相匹配 用于椭塞控制的经典技术饿孵 速率掇制 窝黼控制 路由器酞列篱璎 流程控 割 i 及一些其熟熬搜零 第二种类烈的拥塞 即由予资源不含理分配衙引起的绷塞 通常可用流嫩工程来解决 毒 燕京郏 赶文学确l j 蜡巍生学位论文第二章m p l s 流擞下稷以艇蜜现瓤制 一般来说 不含理的资源分配所造成的拥塞都可以通过负载均衡来缓解 这类策略是 通过有效的资源分配 减轻拥塞或者炔减少资源的使用 使得拥塞最小化 成资源利用率 最大化 当拥塞最小化时 将减少分组丢失 也将缩短传输对延 同时吞吐爨将增大 这 榉 终璇羽户掰戆爨翻藜鼹务震羹褥会骞显著撵身 显然 受载均褥凳优傀网络憔麓的踅要策略 然蠢 携供给流量工程的繁酶必须是足 够灵活的 以便网络管理员可以实现兼顾普遍成本结构和散用 税收模型的其他策略 2 1 流量王疆憔髓指标 流量工程鹣 鏊能指标分力两类 一类楚嚣淘监务滚对蒙懿 另一类是谣囱资源对象静 其中 面向业务流的性能目标主要与q o s 相关并试图从端到端的分组延时 分组延时抖 动和服务响应时间等方面来改善网络性能 其主要性熊网标有 分组丢失的最小化 延时 最小纯 吞吐萋最大化以及对服务等缴协定的增强等 蕊内资源的性能晷栎羡凝与网络资 滚有关 它试瑟纛粼络资源鬟焉率帮瓣络吞缱量等方蘑来浚警羁终整戆 毒皴的霹络资源 管理是实现面向资源优化使用目标的乎段 其主要策略思想就是通过有效的资源调配 最 小化最大拥塞的发生和最大化网络资源的使用 总之 流嫩工程的应用旨在濑过优化网络 资源利用率来提高网络的性能 通常我们都希望能够确保谯其他可选路径上逐有可用资源 辩 一条貉径上熬掰终资滚不会皱遭溲戆谩遁 豢竟是当魏瓣终上豹一耱葵鬻蘩要弱资源 因此 流量工程麴一项中心任务藏怒瓣带宽资源送行寄效的管理 本文主要研究优纯蘑囱 资源的性能目标 2 2m p l s 流豢工程闲戆的攫嫩 在传统的l p 麟络中实瑗流量工稔楚一个具有挑战程的闯题 i n t e m e t 网络撵短嚣重期态 的快速增长 通信网络中各种业务的出现 尤其是实时的多媒体业务 交互式服务等 造 成网络流量的高遮增长 流量瓶颈也f f 益明显 如果只靠牌纯的扩容方式增加网络的带宽 不仅弼络建设成本寒 周期长 嚣虽会增热赠络系统豹复杂性 在网络中提供具有滚量工 程豹隧力歪是上述瓣踅豹一令最磐戆簇决方案 由于a t m 技术是宽带网络的核心技术 a t m 网络w 以支并综合服务 并在网络工程 设计方面具有高腱的灵活性 提供流壤管理能力和q o s 支持v p n 和多种波务类型 但 由于a t m 信令道予复杂 给广泛 嫩用带来了不利 而i p 技术的简单 商效臻其得以广 5 南京邮电大学磺 制巍熬学位论文 第一二章m p l s 漶麓r 程以艇蜜理帆制 泛应用并迅速成为网络的主导技术 其灵活的路由体系结构 非面向连接的尽力而为的分 组传送方式 尤熊适合非实时数据信息的传输 但i p 拽术对网络流量的管理能力很弱无 法提供q o s 服务 时延 带宽等 保诞 无法满足语音 视频图象等实时信息的传输要求 嚣梵 在实现滚爨工程靛裙期 主鬟爨戮用a t m 粒浚豢餐理藐力 在i n t e m e t 阚终中楚 焉基于a t m 技术静重叠方式i p o v e r a t m 实现流量工筏 随着重叠模式的嚣种局限性以 及m p l s 技术的出现 在网络中使用m p l s 实现流量工程在网络的扩展性 网络的管理 等多个方面更加嶷有良好的可操作性 使用m p l s 实现流量工程成为最具前最的解决方 寨 2 1 3 m p l s 在流量工程中的饿势 m p l s 是近几年发展起来的新型网络交换技术 它主簧是在传统的i p 网绦中增加了面 向连接的特性 扶惩使得在转统挎网络中实藏流量工稷成为可能 由于m p l s 采用集成 模登 将三层援零麓链臻爱蓑零缝食巍 超 较之其它按零 m p l s 在实褒滚豢工程方瑟 具有许多优势 主簧体现在以下几个方颟 1 m p l s 集成了二层的标记交换和三层的路由技术 在m p l s 域内使用定长的短标 签对分组进行转发 不仅克服了a t m 变换机控制信令的爱杂性 而且提高了使用传统路 国秘议豹黯出嚣豹转发效搴 2 m p l s 流爨工程是基于鼗务流的需求戬及网络的状态约束为业务流选择路径的 m p l s 流量工程浆用约束的 显式路豳 方式 1 4 使用此方式可选择满足业务流需求的 路径 从而克服了传统路由协议的邂跳选路方式的局限性 3 m p l s 溅豢王程可以使用多耪策珞属性 在不中凝她务豹情提下 恢复灏元节点 嚣链路静兹簿 4 m p l s 的吸引人之处可以被姻结为以下几点 1 通道手工的网管配簧成是下层协议的自动配置 可以很容易的建立起不受 传统逐跳路由协议限制豹显式l s p 2 l s p 鼍鞋被裹效黪镶势 3 流纛主干可以被使用弗被映射至il s p 上 4 可以给流量主干规定 套属性来调整流爨藏千的行为 5 可以给各种网络资源规定属性 对建立的l s p 通过的流量主甲加以限制 矗 南京邮l u 人学坝i 圳f 究生学位论史 第一二章m p l s 流量t 程以及实现机制 6 既可以对业务进行组合 也可以对业务进行分割 而基于传统的路由协议 的i p 转发只支持对业务的组合 7 可以较容易的实现 约束路由 8 m p l s 流量工程是一种软资源 网络管理人员可以随时根据需要启动并利 用它 具有调整周期短 见效快 开销低的特性 m p l s 流量工程的主要原理是基于m p l s 支持 显式路由 功能 支持m p l s 网络域边 缘建立满足业务流需求和网络约束条件的最优路径 达到优化网络资源和满足业务流需求 的流量工程的目标 2 1 4m p l s 网中的路由优化计算策略 流量工程策略的核心在于资源的分配 覆盖了路出计算 网络优化 故障恢复及运营 策略的实施等许多方面 其中有一部分由于需要管理员人工干预而不得不手动配置 大部 分的控制策略都可以通过计算获得 并且在网络运营中根据网络状况自动实施 我们集中 于研究m p l s 网络中的具体流量工程控制策略 包括路由计算 网络优化以及全局的资 源管理策略 需要进行计算的策略主要是路由策略 m p l s 网络的路由策略主要集中在显式路出策略方面 显式路由即是采用基于约束路 由c r c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n g 算法 1 5 做离线计算 包括定期的全局路由优化策略和局 部的重路由优化策略 显式路出是m p l s 网络中实现流量工程的最重要方面 流量工程 要求对业务映射的路径进行端到端的管理 网络的路由策略由单个业务流到达触发各中删 节点进行本地的路由计算 演变为预先为同类业务流分配带宽 将减小网络节点的路山计 算负荷 加速转发 同类业务之间对带宽的统计复用还能够增加网络总体的业务吞吐量 提高带宽利用率 在一个大型网络的运营过程中 由于网络状态和业务负载处于动态变化当中 通过离 线的全局优化计算达到一个较优解通常需要花费较长的时间 这个计算时间一般以小时 计 对于动态性较强的网络而言 若使用离线的全局优化算法进行路由重优化 响应速度 远不能满足要求 因此 在进行路由重优化时 采用一种局部优化算法来进行优化计算 网络状态变化触发服务器进行局部重优化 同时定期进行全局的网络优化 当全局的优化 计算不能够获得比局部优化更为显著的优化效果时 表明网络资源不足以负载当前业务 需要对网络进行新的规划和扩容 南京娜屯大学钡i 掰移 擞学位论文 第二章m p l s 流量下程班教实现锐制 显式路由的众局优化计算问题骚囊接求得最优解比较困难 一般采用线性规划算法和 启发式算法来遇j 艟最优解 线性规划算法有较强的运筹理论基础 灵活重用性强 可以解 决复杂的优化阐照 它将问题归纳为一个目标函数和 组约束条件 在约柬条件限制下求 瑟标丞鼗的极德 在较短款霹蠲内褥羽遗经羲饶解 本文爱跫零l 矮混合线瞧鼹划建支模型 弓解决方案 2 2l f l l s 流量工程机制 概括地说 m p l s 戆流量王翟枧铡麟楚采爱约寒显式麟密技术寒实瑷鼹缎选择 受载 均衡 鸯愈後复 路径优先级等枫制 l 路径选择 传统i p 网络 旦为一个i p 包选择了一条路径 则不管这条链路是否捌滤 i p 包都会 沿着这条路径传送 这样就会造成熬个瞬络在某处资源避瘦裁麓 蔼另辨 魑撼方网络资 滚阂霉不弱 m p l s 则采用驻式路由的方式为i p 包选一条从源到瞬的地的路径 网络中的核心节点 不需要再为i p 倪选择路出 仅需根据支持流量工程的储冷协议中携带的路幽信息将信令 信息转发到下一节点 这种显式路出姻选择是在m p l s 入翻节点l e r 上完成的 具体实 凌毒戳鑫霹终警壤员手工配譬或遴遽滚籍由癸议实褒 这瓣嚣蓑终由夔饶熹羧楚瓣络管理 者可以根据网络资源合理地引导业务的流向 控制i p 瓴在嘲络中的行为 避免网络 韭务 流向已经拥塞的节点 从而实现网络资源的合理利用 2 负载均衡 m p l s 可以缆翔掰条和多条l s p 寒承载弱一个瑁户麓辨监务浚 合理地终璃户业务 流分终在这些l s p 之闻 3 路径备份 m p l s 流鬟工程可以提供l s p 的备份 即可以同时藉已鬻两条l s p 一条处于激活状态 另外一条处于备份状态 一旦主l s p 蹬现数薅 业务巍猁导向备份的l s p 囊到主l s p 麸蔽薅孛羧复 簸务簧旋蔷徐静l s p 秘辇舅l s p 4 路径的优先级与碰撞 在网络资源隰乏时 应保证优先级高的业务优先使用网络资源 m p l s 濑过设置l s p 的建立优先级和保持优先级来实现 簿条l s p8 个建立优先级和8 个保持优先级 建立 嚣 南京邮i u 人学坝i m o t 究生学位论史第 章m p l s 流量 1 粳以驶实m 机制 优先级商的l s p 首先建立 并版如果某条l s p 建立优先级高于另外一条已经建立的l s p 麓缳持挽宠缀 熬么它毒疆将跫经建立豹那条l s p 撞羚 盗爱潮终资溪 5 故障的恢复 m p l s 敌障恢复是m p l s 流整工程静一释蘩簧应嗣特性 楚指在网络发生效漳辩 妇 何及时进行故障切换 保障网络应用不受影响 m p l s 自愈恢复实现包括以下几种方式 链路或节点僳护 这种方式采用m p l s 快速重路由技术 f a s tr e r o u t e 在这稀 情况f 为每个链路和节点提供单独的迂剜路出进行保护 在建立标签交换路径时 每个v 节点负贵为每条链路或节点计算保护路径 一旦策个链鼯或节点发生故障立即由其 嶷接上淤萤点检测到 然爱在该路出器土把流量立即切换刭迂翻路径 这糖方法筑优点楚 切换速度快 假缺点是需要很多备份资源 并麒路由器需要维护的状态也比较多 鼹径保护 采臻m p l s 遗行鼹经保护基本上奁嚣释秀式 路蠹燕耨诗冀器釜徐鼹 径 恢复 蹲由重耨计算是攒在称蕊交换鼹径发生效障后 遴知该路径酶入翻路e 女舔 该入疆 路由器再利用约束路由自动重掰计算新的路由 并重新建立一条新的标签交换路径 由于 有计算和重新建立过程 在实际网络中的恢复时间量级通常和路由恢复璧级相巍 它的主 要挽点是 无嚣手工安撼额外麴路径 囊接与嬲终靼逡应 缺点在予恢笈黠阀戡较长 鍪 份路径恢复是指在建立标签交撩路径时 指定熊备份路径 在擞路径发生故障 通知入口 路由器撼流量秘挨弱备份路径 宅戆圭蘩壤点楚 扳复露麓毙较抉 疑惑是 需要占瘸壤筹 的资源 2 3m p l s 的功能组成构件 程实现模鎏 蘩予m p l s 流量工稔巢成模式酶方式采瘸m p l s 技术 在阏绦串可敬配置鬟式路宙实硗 流量工程 使用m p l s 披术实现流量工獠集成模式的实现机制包括以下四个功能组成构件 如图2 一l 所示 1 报文转发组l 牛 m p l s 技术 2 信息发布组件 3 魏寨鼹径逸努缀舞 4 信令组件 9 南豪郏 乜大学瑚l 研究生学位论文第一二孝m p l s 流麓一艘以及寝现机制 u 斑 i g 鹕由选择 日hs f 僻 硅日蟒 信令组i 一 鬲蠢西面羽 凌鏊瞅 一 孚r l 精 j 铷矧警溅 i j 滴 壁 l 据窿 i i m 脚蹭h 删瞰l 扒 r 刨 擗拨甑卜 呻 喇2 1m p l s 的功能浆藏鞫傩 每一个功能构件都是一个单独的模块 报文转发部分负责转发数据 使用的是m p l s 技术 信息发柿部分负责更新网络状态信息 通过支持流避工程扩展的i g p 实现 约束 路径选择部分负爨根据收集的链鼹璃性鄹拓扑信息采翊约束路出计算源到锻的节点豹路 径 信令藩癸受黉诗算密蘸径磊使震一定静蔼令漭议在务令繁点阗羲拣记这戏 致 建立 起l s p 具体工作流程如图2 2 所示 强2 2 爨9 之瓣豹j 佟滚秘 2 3 1 报文转发组件 m p l s 技术 流撼 r 程结构的报文转发组件就是m p l s 的报文转发组件 它负责将i p 报文流映射 戴 条事先确定的 跨越网络豹路径 这条臻径就是l s p l s p 寄点类似予a t m p v c l o 痊寨瘁 连天擎磁l 瓣究生学位论空第二章m p l s 流麓工箨菠菠实瑗壤铡 具有单向传输特性 流量只能从入口路由器传输到出口路由器 双向流燃需要两条方向相 向的l s p 镣条l s p 由一个或多个标签交换路幽器 l s r 串接而成 撤文从一个l s r 转 发到夏一个l s r 每个l s r 其实藏是支持基于m p l s 转发懿路出器 逛入霹l s r 接收到 l p 掇文辩 对i p 掇文添加上m p l s 蓄部 然后转缎绘l s p 豹下一跳l s r 携带标签的i p 报文沿着l s p 出l s r 逐跳转发 赢到它到达出口l s r 出口l s r 移惫i p 报文携带的标 签 根据i p 报文的目的i p 地址转发i p 报文 这种方法的关键是l s p 缀过的物理路径并 不一定限制在i g p 选定的最短路径上 i l s r 藻予标签交换转教缀文 每个l s r 的报文转发处理麟于标签交换的概念 这个概念类似予教生在a t mp v c 上的v p i v c i 交换 每个m p l s 报文携带的封装酋部中包含2 0 b i t 固寇长度的标签字段 当某个携带标签的m p l s 报文到达某个l s r 时 l s r 检测标签 并利用标签检索m p l s 转发表 转发表熬每一矮包会簸入振签翻赣入接日字羧 逶过这嚣个字段内容霹数获酝嚣 用到所有通i 建指定接口输入并携带指定标签报文静箕纯转发信息 这些转发信息包含输出 接口 输出标签及其他相关信息 2 报文通过m p l s 域传输 在传输过程中 我们假设阕终审3 个节点对搬义实施攥佟 这3 个点分别是m p l s 瓣 终戆入强l s r 出口l s r 帮l s p 豹中闽l s r 褒m p l s 网络静入掰边缘 由入日l s r 检测i p 报文酋部并基于检测结聚对i p 报文分类 根据分类结果为i p 报文分配一个标签 将i p 报文封装成m p l s 报文格式 转发给l s p 中的下一跳l s r 在为i p 报文指定l s p 方面 m p l s 隧络提供了极大的灵活性 丽且l s r 对报文进行转发决蹙时 是基于报文 藏携豢戆繇签 嚣苓是霞媲缀文蓠熬 l s p 孛阉豹繇一令l s r 舔瑷接浚缀文戆羲天接罄 和报文酌输入标签为索引关键翊去检索转发表 以转发表中对虚项的输如标签替换输入标 签 并从对威项指定的输出接豳将m p l s 报文转发出去 当报文到达出口l s r 时 标签 被移走 报文将离歼m p l s 网络 出口l s r 根据i p 报文原始首都中的目的i p 地址转发 掇文 并撩攒滋i g p 建立豹路凌表 找至 逶往嚣静壤点鼹径上的 f 一蹒终舀器 将l p 援 文转发给它 3 m p l s 网络的性能优势 出于m p l s 网络的精确匹配快于传统i p 路由器的最长匹配 使得l s r 的报文转发速 率有了较大的提高 更重要的楚 m p l s 网络完全将鼹出和转发分隔开 可以提供多种服 莠 荑 支捻多耱浚薰类鹜 袋螫浚交绘掇文分酝l s p 豹方法 l s p 就露箍供蒎夔璎值藏 i 辫意郏 毡大学骥l 帮 究生学位论空第二龌m p l s 漉鬣工程以及实现枫制 务 例如 可以根据i p 报文的强的i p 地址和应用类溅的缀合 i p 组播组或者虚拟专用网 络 v p n 标谈褥分鬣l s p 这萃孛情凝下 缀容荔程逶焉豹m p l s 转发设撬上开发赣的骚务 2 3 2 信息发糖组 牛 信息发钮组律用于发布计辣约束路幽所需的网路状态信息 在m p l s 网络中实现流餐 工程 为l s p 选择约束的显式路径时 出于流量工程除了需要知道有关网络负藏 链路 适用带宽等动态倍怠外 还需甏知邋有关瓣络黼扑结构的详细信意 函魏 必须肖一个信 慰笈枣缒传采实瑷滚璧工程掰簧求鹣谊崽分发功毙 藤显遵过麓攀扩炎邑露豹i g p 使蕤 在链鼹状态公嚣申包菇链路燕性 热鹱鼹灸蔫 遥弱蛰爨等 完成漉爨互程掰要麓乏的绩惑 分发功能 目前可以使用下列两种方试获得上述所需信息 第一种方式可通过对i g p 路幽协议的 扩展 程路崮器鹁链籍状态逶赘僖怠 l s a 串缮加撬畿阏终静链爨藩髅貔僚怠 霹良 常 容爱实骥滚蘩工稔率豹德惠爱蠢 第二秘方式在隧警支持鞑嚣冬q o s 穗头鹣链鼹帮繁焦 壤性交整蜻溅下 霹搜 毽一耪标准秘议 热s n m p 扶嬲蟹检索所嚣的上述傣息 我们着重讨论获得流量工糨可用信息的第一种方式 m p l s 机制中 每个l s r 维护了 两个路由信息数据库 一个是i g p 链路状态数据库 另一个是流纛工程数据库 t e d t r a f f i c e n g i n e e r i n gd a t a b a s e 其中i g p 链路获态数掇痒中维护舶楚逶鬻懿i g p 链赣状态信惑 它与蓄遴豹蹿国懿孛维护翡i g p 镳路状态绉惑是一襻瓣 流蠡工程数据痒串维护熬楚与 实现流蹩工瑕楣关灼网络链路鹅性 资源属性髑网络拓扑络均等信息 这瑗个数据库设计 成分离的模块 t e d 专用于计算用于m p l s 流量工程设鬣跨越物理拓扑结构的l s p 的显 式路径 t e d 作为 个单独的数据库进雩亍维护 傈诞髓爝流璧工程静计葬独立于i g p 和 i g p 的链路狻态数据痒 当不需要漉燕王程霹 侵普逶鹣i g p 诗算能够不经修改猿立迸行 篌之也霹宪戒健绕豹豢短路径诗葵 为实现溅量工程 i g p 链鼹状态通告中增嬲的薪的信息包括 1 最大链路带宽 2 最大可预辫镱路带宽 3 当前已经预留的带宽 4 当瓣已经壤焉豹豢宽 5 链路特性 南京邮i u 人学坝i j i i f 究生学位论文第二章m p l s 流量t 程以及实现机制 2 3 3 约束路由选择组件 在i g p 完成了链路属性和网络拓扑结构信息分发并出l s r 将这些信息存入t e d 后 每个入口l s r 根据t e d 计算跨越m p l s 域l s p 的路径 约束路由是使用m p l s 技术实现流量工程必不可少的关键功能组件 基于s p f 算法的 传统路由体系是造成网络拥塞最主要的原因 如内部网关协议 i g p 的o s p f 和i s i s 外部网关协议 e g p 等 只能提供数据传输的可达性 不具有全网资源使用的调节能力 由于s p f 算法使用单一的度量 m e t r i c 选择路径 引起网络中部分低度量值的链路和相应 的节点资源过度使用 而高度量值的网元资源没有充分使用 这种算法的使用很大程度上 导致了网络中业务流汇聚到部分网络链路和节点上 引起网络局部严重拥塞和网络资源利 用率大大降低 约束路由路径计算的方式 约束路由是在为l s p 选择最优路径时 考虑网络资源 如链路带宽容量等 的约束 业 务流的需求 如业务流所需带宽 及管理性的制约因素 排除节点链路约束 而计算得到的 路由 它可以避免因使用单度量引起的局部网络拥塞 导致的无法满足用户业务流对网络 服务的需求的问题 约束路由可通过在线 o n l i n e 或离线 o f f l i n e 两种方式计算获得 标记交换路由器可 以在任何时刻使用在线方式为l s p 计算约束路由 而对于使用离线方式的标签交换路出 器 可以通过一个离线路由服务器定期为l s p 计算路山之后 对l s p 的路由进行配置 在使用在线方式时 需考虑以下几个问题 1 约束路由的计算频度 由于在线方式可随时为l s p 计算最佳的约束路由 而网络的 状态是在随时发生变化 过于频繁的计算约束路由会降低网络的稳定性 引起约束路由的 不确定性 2 l s p 约束路由计算的先后对l s p 经过网络的物理路径也会产生重要的影响 由于 己经选择了约束路径的l s p 消耗了的网络的资源 因此先计算的l s p 可以使用的资源会 比后计算的l s p 可以使用的网络资源多 当改变计算l s p 约束路由的先后顺序时 l s p 经过网络的物理路径也会发生变化 尽管在线计算约束路由降低了网络管理人员的工作强度 但是 对网络的整体优化仍 然离不丌离线规划和分析工具 离线方式的网络规划和分析工具可同时检查每条链路的资 i3 瘫京邮电大学碳 1 j 研究生学位论文第二章m p l s 流蠡t 攫班瘦实现机制 源限制以及每对入口处口之闻l s p 的需求 尽管离线方法实现网络规划和分析需较长时间 但宦w 以实现全局计算 对每个计算 结果进行比较 选择出一个最优的计算结果 离线计算得出的一系列l s p 的约束路径实 魏了对阙络资源鹣最筑镬爰 在亵线诗饕宠藏之爱 出予诗葵缭巢为全舄最援方案 困建 霹阻戬任意顺彦建立l s p 的鳕京路睦 僵由于离线方式在计算约束路由辩 井寒考虑隧 络以后可能发生的计算约束路由的请求 因此 离线方式成作为一定时间段内的网络规划 工具 m p l 滚豢王貘使爱戆约束鼹囊冀法 m p l s 流璧工程使用的约束路由算法应满足以下的需求 1 支持在线计算约束路由 如前所述 离线方式在计算l s p 约束路径时 并未考虑网 络未来的建立l s p 的需求 而在实际应用中这样的情况几乎是不可能出现的 此外当一 条l s p 发生兹黪爨簧霪毅薅由薅 不哥鼹镬焉裹线方式避鹣终中繇鸯的l s p 燕赣凌翻 重新选路 因诧要求约束鼷由算法w 戳使用在线方式诗髯约束路由 2 在故障发生的情况下具有良好的重路由性能 该性能是衡量约束路由算法性能好坏 的重要依据 约柬路山算法在l s p 路径发生故障时 不仪需能够堑新为故障的l s p 选择 约束鼹弪 蕊旦要求尽可能必更多发生敬障的l s p 重裁选择约隶路出 3 支持捷鼷嘲络孛l s p 入盈纛蠢翻节熹僖惠 在诗嚣约寐路由霹 考虑m p l s 域嚣鸯 边缘节点的信息w 以尽可能多的满足将来建立l s p 需求 4 计算上的需求 应能够为一个妊有几千个边缘节点的网络在一定的时删内计算出约 束路出 5 支持实蕤分每式方式 这是撂终褒黪壅貔诗冀甄霹淤绫集中懿方式鑫一令魏国骚务 器上计算襻到 也可以支持分布式的方法在l s p 的发怒的标记交换路由器节点计算得到 6 支持路径的重优化功能 出于网络的状态在不断发生变化 因此要求约束路由算法 支持l s p 路径的藏优化 以便可以选择l s p 的最优约束路径 但必须控制谶优化的频率 避免因频繁挠他l s p 绞索路径弓 起麓络不稳定 7 支待考虑燕滔约束和其氇瓣策略属往 魏链鼹貔等级 c o l o r l s p 的建立帮抢占属 性等 通常 m p l s 流量工程使用约柬最短路径优先算法 c s p f 来决定每条l s p 的约束路 b c s p f 是 瓣泼进的最短路径优先算法 它是一静程计算通过网络的最短路径时 将 1 4 l 甫隶t l l t q l 太学碳 j 蝌究生学位论文第二章m p l s 漉蛰 攫以及实琨规捌 特定的约束也考虑进去的算法 c s p f 算法的输入包括 1 从i g p 获得的并在链路状悉数掘库中维护的网络拓扑链路状态信息 2 i g p 扩展墩载并存储在流量工程数据库中的与网络资源状态有关的特性信息 如最 大穗燕謦宽 最大霹颈罄链鼹豢宽 瓷寒镬弱魏可颞黎镶疆繁窕鞋及链路簇魏 3 从配霞管邂褥掰的l s p 豹策略属性 如带宽需求 畿大秽l 数 优先缎镣 当c s p f 在为新的l