MPLS流量工程

流量工程是一套工具和方法，無論是在網路設備和傳輸線路正常還是失效的情況下，它都能從給定的基礎設施中提取最佳的服務。也就是說它要對已安裝的資源進行最佳化。它是對網路工程或網路規劃的一種補充和完善措施。流量工程試圖讓實際網路業務量以一種最優的方式存在於物理網路之中。

基本介紹

• 中文名：MPLS流量工程
• 外文名：MPLS Traffic Engineering
• 優點：提供動態、實時的自動資源最佳化
• 類型：一套工具和方法
• 用途：提供流量工程的重要工具

介紹

隨著Internet持續高速的發展，人們開始對其服務質量、可靠性和效率進行重新思考，其中關鍵的解決方案之一就是採用多協定標記交換（MPLS）全面提高IP網路性能。這種趨勢導致傳統的路由協定和ATM的核心技術發生融合，而其中最重要的內容之一就是讓MPLS借鑑ATM的流控機制實現MPLS的流量工程（Traffic Engineering）。

MPLS流量工程

流量工程

目前Internet面臨兩個主要壓力。第一，目前的路由協定從本質上講是無連線的，因此導致了整個網路容量利用率的非最佳特徵。現在的路由選擇只是基於目的地IP位址和最短路徑進行的，忽略了網路可用鏈路容量和分組流本身的要求。這種情況如圖1所示，超級聚合將導致某些鏈路過載或擁塞，而其它一些鏈路則處於利用率不足的情況；第二，目前的IP服務從本質上講是沒有服務質量，或稱之為Best Effort。但是目前IP技術希望支撐廣泛的業務，其中包括話音和視頻。這一點對目前的IP技術而言是無能為力的，或者是力不從心。

到目前為止，在骨幹網上提供流量工程都是靠的ATM技術，當然ATM是一種面向連線的交換技術，它從其規劃和設計的第一天開始就承諾要提供最佳化網路的流量工程機制，事實上該項技術也做到了這一點。但是由於目前高層套用大部分都是採用基於TCP/IP技術的，ATM技術的流量控制機制對IP業務是間接控制方式，所以IP技術才考慮在自己的功能中增加流量控制，或稱之為流量工程，顯然這是要提供一種直接方式的流量控制機制。MPLS正是在這種背景下才不得不採納ATM的思想，發動一場“技術和平演變”。

MPLS

在以前相關的MPLS介紹中，我們已經介紹了MPLS的概念，即一個MPLS節點實際上是一個採用標記對其處理業務量進行交換的設備。ATM和幀中繼交換機都可以提供這裡的交換功能，在採用ATM時，直接將標記映射為ATM信元的VPI/VCI。在IP網路中，流量工程討論的問題是：解決擁塞，避免由於業務流和資源的無效映射所導致的有些網路資源過渡利用，而其它資源則利用不足的矛盾；根據網路拓撲，快速、準確、有效地動態重新分配業務流，尤其是在發生網路線路或設備故障時更應如此。

高級MPLS的流量工程提供動態、實時的自動資源最佳化，採用所謂的“智慧型連線”實現IP網路流量工程的目標，即解決上面提出的兩項挑戰。

解決的問題

智慧型連線

為了實現對網路資源的最佳化，減少管理人員的負擔，MPLS節點將採用信令協定建立端到端標記交換通道（LSP）。智慧型連線可以由用戶決定（明確路由），也可由通路計算算法實現。目前採用的鏈路狀態資料庫可以是OSPF－TE（OSPF流量工程）或IS－IS－TE（IS－IS流量工程）庫，但是計算算法是一樣的。這裡必須明確注意，沒有附加限制的通路計算算法將無疑於最小費用路徑。如果沒有附加限制條件，路徑算法只能明顯地改善管理人員配置明確路由工作量，但是對改善網路業務量分布並沒有實質貢獻。

頻寬估計

為了改善路徑計算算法分配業務量的有效性，還需要其它參數。估計頻寬便是其中之一。事實上，每個LSP都需要一個估計頻寬，而且每條鏈路還要有一個鏈路擁塞係數，而該係數又是根據該鏈路容量和已經占用LSP的容量和估值進行計算的結果。當增加新的路徑時，每條相關路徑都要重新計算其路徑擁塞係數。新的連線將選擇具有最低擁塞係數的鏈路構成。

頻寬測量

雖然估計頻寬對提高網路資源利用率有很大的改進，但是這畢竟還是一種估算。很顯然，對實際業務量的估算越準確，路徑選擇的有效性也就越高。由於前述的路徑計算算法採用的是一種靜態方式，沒有考慮實際的時變鏈路利用率，所以其結果可能是對一條鏈路的業務量估計過高或過低。過低的流量估計可能導致實際鏈路的業務量過載，造成我們希望避免的擁塞和分組丟失；而過高的流量估計則可導致實際鏈路利用不足，造成網路其它部分不必要的潛在擁塞。

因此，讓估計頻寬算法更好地發揮作用的辦法將是採用測量頻寬。定期測量鏈路的使用率，使用率波動，緩衝器占用和緩衝器占用率波動將至關重要。這些新的參數可以通過路由協定定期發布或是在超過某一門限時觸發發布。籍此，可以動態計算聚合業務量的有效頻寬。這種方法比普通的頻寬估計更精確，因此進一步提高了網路資源的利用率。

網路彈性

目前Internet服務對企業的成功至關重要，因此用戶需要不同的服務可用性。MPLS的控制機制應能提供線路或設備的失效恢復功能。傳統的方法是採用逾時檢測，即一種被動方式，新方法應採用主動方式，對故障進行早期檢測和預測。底層的失效信息與路由和信令層應有直接的聯繫，以便更早地觸發恢復對策。

連線優先權

讓某些連線比其它連線擁有更高的優先權顯然是一種普遍性的需求，因此在MPLS中的LSR必須具有這種能力，其中包括建立連線的優先權和釋放連線的優先權。值得注意的是在故障條件下的優先權處理對縮短高優先權連線的恢復時間十分重要。在有迂迴路由的地方，由於網路故障的動態性，最佳迂迴路由往往只能在最後一刻才能確定，因此連線的優先權必須動態配置。

網路重組規則

在現代通信網中，網路線路或設備造成的失效將影響數以百計，甚至是數以千計的LSP。無序的釋放，重組路由和二次信令將導致交換機控制系統的過載，造成網路重組時間過長。因此，在MPLS中必須有一種文雅的重組機制，這時必須指定不同優先權LSP組的重組策略。這樣做的好處還在於能夠更快地將重組後的網路資源占用信息傳播至MPLS的相關節點，確保重組過程仍然具有最佳化網路資源的考慮。

標記堆疊

MPLS的標記堆疊能力可以明顯地改善網路核心的恢復時間。譬如當業務量在核心網路聚合時，通過增加另一層標記可以降低核心網路中LSP的數量。一旦網路核心發生故障，只需對數量較少的LSP進行路由重組，簡化了重組任務。

恢復和最佳化

當MPLS網路中的故障設備恢復之後，網路仍應該恢復到原來的最佳資源配置狀態。在無連線的網路中，業務量將自動恢復到最短路徑面，而在面向連線的網路中則必須採用一種類似機制，復原恢復/路徑最佳化便是在面向連線網路中經常採用的方法。MPLS網路中的LSR可以定期檢測是否存在比現有LSP更好的路徑，如果存在，則老的LSP應該切換至新的LSP。典型的例子就是在網路故障恢復之後，臨時的LSP又恢復至原來的LSP，另一種情況為恢復至用戶指定的路徑。

信令性能

雖然MPLS是一種拓撲驅動的網路，大部分LSP存在的時間都比較長,對信令性能的要求相對較低。但是由於MPLS的目的是作為一種骨幹網技術，必須迅速有效地對故障進行恢復，所以，實際上信令性能的好壞對MPLS的流量工程的自動化水平有至關重要的影響。

網路服務質量

MPLS的流量工程需要提供服務質量，具體而言是針對不同的服務，尤其是未來的多媒體服務提供可選/可控的網路服務質量。這就要求MPLS的每個LSR都能針對所選的LSP分配特定的緩衝區和調度優先權，並且預留相關的網路資源。顯然，一個動態多服務網路的服務質量最佳化系統對MPLS的最終成功十分重要。

結論

MPLS是在IP網路中提供流量工程的重要工具。雖然在MPLS之前的綜合服務（Integrated Services）和差異性服務（Differentiated Services）能夠解決一部分服務質量的問題，但只有MPLS才是一種最全面的服務質量保證體系。通過MPLS的流量工程技術，傳統的Best Effort IP網路可以平滑地演進為受控的多業務網路。另外，我們必須清醒地認識到MPLS技術實際上是ATM技術的一種化身，而ATM技術的先鋒Marconi通信公司在流量工程方面已經積累了大量的經驗，而這些經驗都可以在MPLS交換機上得到良好的體現。