MPLS保护倒换的研究与实现

JournalofShijiazhuangVocationalTechnologyInstituteDec.2007Vol.19󰀁No.6

文章编号:1009-4873(2007)06-0043-03

MPLS保护倒换的研究与实现

鲍慧芝,󰀁马永红

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2

󰀁

(1.石家庄职业技术学院计算机工程系,河北石家庄󰀁050081;2.河北八五零华阳电器有限责任公司研究所,河北石家庄󰀁050002)

摘󰀁要:探讨了保护倒换(ProtectionSwitching)技术在MPLS网络中的地位和作用,阐述了保护倒换的基本原理,在某专用MPLS网络中,设计完成了MPLS保护模块,对其进行了测试验证,并对测试结果进行了分析.

关键词:MPLS;保护倒换;LSP

中图分类号:TP393.03󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

1󰀁概述

MPLS(Mult-iProtocolLabelSwitching)作为一种骨干网技术,不但提供快速高效的数据转发,还能够有效地保证服务质量和数据传输的可靠性,特别是对一些重要的数据必须保证不能中断或者中断后能够及时恢复,因此,必须提供一种机制使得当网络发生故障时,业务流能够避开故障点,在另外的路由上传输,以提高网络的可靠性.

传统的IP技术采用无连接基于目标地址逐跳转发的机制传递用户数据,无需保护倒换功能[1].而MPLS采用面向连接的技术,这为实现保护倒换功能提供了机制上的保证.采用保护倒换功能以后,用户业务能够实现基于LSP(LabelSwitchedPath)的冗余备份,如果工作的LSP出现故障,上面的数据流能够快速地转移到保护LSP上,保证用户数据不会被丢失或延迟.

在某专用网络设计中,通过参照ITU-T专门的建议标准,深入研究和设计实现了基于ATM的MPLS保护倒换功能软件模块,使该网络中基于ATM的MPLS交换机具有保护倒换功能,这为保证重要业务的可靠性,提供了必要的技术基础.2󰀁MPLS保护倒换的基本原理

保护倒换是基于资源预分配的快速故障恢复手段,适用于任何网络拓扑.通过为指定的工作实体预先配置保护通道,确保当工作实体发生故障时,网络能够将业务流在保护实体上传输.为了实现自动保

护,需要随时监测工作实体和保护实体的状态,以确定是否执行倒换.

MPLS保护倒换根据LSP连接的方式可分为点到点保护倒换和点到多点保护倒换;按照倒换的方式可以分为双向保护倒换和单向保护倒换.由于大多数的LSP基于点到点单向操作,所以点到点单向保护倒换相对用途更广.

保护方式可以分为1+1保护、1󰀁1保护、1󰀁N保护和M󰀁N保护等多种模式.(1)1+1保护倒换

在1+1保护倒换模式下,每一个工作实体都对应一个专门的保护实体,在保护域的入口采用桥接的方式将用户业务同时发送到工作实体和保护实体上,在保护域的出口,采用预定的机制选择工作实体或保护实体上的用户业务.在有些设计中,工作实体和保护实体是对等的,没有明确的界定,最终传输用户业务的实体即为工作实体.

(2)1󰀁1保护倒换

在1󰀁1保护倒换模式下,每一个工作实体都对应一个专门的保护实体.在保护域的入口采用预定的机制将用户业务发送到工作实体或保护实体上.当用户业务在保护域的一个传输实体上传输时,另一个传输实体只传输连接证实分组(CVPacket);当保护实体上不传输用户业务时,可以利用这部分网络资源传输额外业务(extratraffic).

(3)1󰀁N保护倒换

󰀁收稿日期:2007-04-19

作者简介:鲍慧芝(1971-),女,河北石家庄人,石家庄职业技术学院讲师.

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石家庄职业技术学院学报第19卷󰀁

在1󰀁N保护倒换模式下,一个保护实体对应多个工作实体,也就是说多个工作实体共享一个保护实体.在正常情况下,用户业务在工作实体上传输,当其中一个工作实体出现故障时,用户业务通过保护域入口的选择器切换到保护实体上.1󰀁N模式只能同时对多个受保护的传输实体中的一个实现保护.没有发生切换时,保护实体上不传输用户业务,只传输连接证实分组,可利用这部分网络资源传输额外业务.

(4)M󰀁N保护倒换

在M󰀁N保护倒换模式下,多个保护实体对应多个工作实体,也就是说多个工作实体共享多个保护实体,工作实体和保护实体的对应关系不是固定的.当一个工作实体出现故障时,它上面的用户业务切换到本保护域内多个保护实体中的一个上.M󰀁N模式下的保护实体可以传输额外业务.3󰀁MPLS保护倒换的实现

3.1󰀁MPLS保护倒换软件的组成

MPLS保护倒换软件内部采用模块化设计,划分成如下几个功能单元:LSP信息维护单元、切换控制和查询单元、切换上报处理单元、切换操作处理单元、切换信息表单元.

LSP信息维护单元、切换控制和查询单元是外部消息处理单元,分别处理来自LDP模块和管理维护模块的信息;切换上报处理单元是内部消息的处理单元,处理业务板上保护倒换单元上报的信息;切换操作处理单元是外部消息的处理单元,处理来自OAM的关于LSP的状态信息;切换信息表单元是保护倒换内部消息的处理单元,处理来自协议板保护倒换单元的信息;协议板的软件处理单元和业务板的软件处理单元之间采用SAR通道传递信息.

保护倒换软件内部功能单元以及与其他软件模块之间的关系如图1所示.

切换控制和查询单元接收来自管理维护模块的信息,完成保护倒换状态的查询、参数设置和进行强制切换,并将查询结果和响应报告给管理维护模块;LSP信息维护单元处理来自LDP模块的信息,将处理结果通告LDP模块和业务板上的切换信息表单元;切换上报处理单元接收来自业务板上切换操作处理单元的信息,处理之后上报维护管理模块;切换操作处理单元接收来自OAM的信息,处理之后通知数据转发模块执行切换并上报协议板上的切换上报处理单元;切换信息表单元接收来自协议板上LSP信息维护单元和切换查询控制单元的切换信息,将处理结果通告数据转发模块.

图1󰀁MPLS保护倒换软件各功能单元划分及关系

协议板上的切换控制和查询单元、LSP信息维护单元和切换上报处理单元共享一个LSP信息库,对其进行查询和更新.

3.2󰀁保护倒换软件的设计内容

MPLS保护倒换软件的设计需完成上述5个功能单元的模块输入信息和输出信息的确定、外部数据引用、内部数据结构设计、软件函数设计,并将各功能单元进行集成调试,最后与交换机等其他软件一起完成整机调试.

4󰀁MPLS保护倒换软件的测试验证

软件设计调试完毕后,需要进行测试验证,以检验软件的功能和性能.MPLS保护倒换软件的测试分2个阶段进行:第一阶段在计算机上仿真测试,用5台PC机模拟5台MPLS交换机,将保护倒换软件加载到PC机上,人为制造各种切换条件,检测切换结果;第二阶段将MPLS保护倒换软件集成到交换机上,进行实际使用环境测试,通过交换机验证保护倒换功能.

软件在仿真环境下测试通过之后,集成到实际交换机上进行功能和性能测试.

(1)测试环境

如图2搭建的测试环境,三台MPLS交换机两两互连组成网络,LER1和LER2分别通过以太网接口和专用协议测试仪相连,并在LER1到LER2上为测试数据建立互为备份的两条LSP.

(2)测试方法

用协议测试仪1向协议测试仪2发送包长相等的测试数据,并将两台测试仪的统计功能打开,记录各自的收发数据包数,在测试的过程中断开主用LSP,利用协议测试仪的丢包数计算保护倒换时间.

丢包率=(收包数-发包数)/发包数,

第6期鲍慧芝等:MPLS保护倒换的研究与实现

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切换时间=丢包率󰀁测试时长.通过网管发出强制切换命令(FS),切换执行完后,停止测试.记录测试仪的收发数据,强制切换时丢失的数据包数.

󰀁自动保护倒换测试

启动测试1分钟后,人为断掉主用LSP传输路由上的网络连接,使LSP自动切换,切换完成后停止测试,计算丢包数.

(4)测试结果

󰀁强制切换共测试3次,其中1次丢失1个数据包,其他2次没有丢失数据包.

󰀁自动保护倒换共测了3组数据,见表1.

图2󰀁交换机集成测试网络连接

(3)测试内容󰀁强制切换测试

连接好设备和协议测试仪,启动测试1分钟后,

表1󰀁自动保护倒换测试

开始时间10󰀁23󰀁4510󰀁34󰀁2710󰀁48󰀁16

停止时间10󰀁26󰀁0310󰀁36󰀁3510󰀁50󰀁29

测试时长/s

138128133

发包数6927636657

收包数685363136584

丢包数747673

丢包率/%1.071.191.10

切换时间/s1.4741.5221.458

󰀁󰀁通过实际测量结果可见,强制切换条件下基本不丢数据,自动保护倒换条件下会产生丢包.数据中断时间是从LSP故障到实施切换的全过程时间,大约需要1.5s左右.5󰀁结束语

本文阐述了交换机中保护倒换软件的设计实现,主要包括软件组成、功能模块设计以及测试验证3方面的内容.在设计过程中,根据网络中实际功能

参考文献:

需求,参考ITU-T有关协议的特点和要求,提出了

保护软件的设计思想,制定了具有扩展性的软件结构,并对保护倒换软件各个功能模块进行了划分.设计了协议软件各个功能模块的功能、接口、数据结构定义、流程和内部函数.最后对协议软件在仿真环境和实际环境中进行了测试验证,并对测试结果进行了分析.

[1]󰀁石晶林,丁炜.MPLS宽带网络互联技术[M].北京:人民邮电出版社,2001.

责任编辑:金󰀁欣

Ontheprotectionswitchingofmult-iprotocollabelswitching(MPLS)

BAOHu-izhi,󰀁MAYong-hong

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(1.DepartmentofComputer,ShijiazhuangVocationalTechnologyInstitute,Shijiazhuang,Hebei050081,China;

2.ResearchInstitute,Hebei850-HuayangElectronicCo.Ltd,Shijiazhuang,Hebei050002,China)

Abstract:ThepaperperformsanoverviewofthefunctionsoftheprotectionswitchinginMPLSnetwork,

andproposestheprinciple,andattemptstoestablishaprotectionswitchingmoduleintheMPLSnetwork.

Keywords:MPLS;protectionswitching;LSP