一种MPLS网络间的IP业务传送技术

崔丽珍,孟 霞

（中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北 石家庄 050081）

0 引言

随着通信网络的不断发展,MPLS技术在骨干网络中的应用已经日益普遍。目前,MPLS网络依赖QoS路由协议提供域内具备服务质量保障的标记交换通道,但是在MPLS网络间则因QoS路由算法不同而无法得到跨网络的QoS路径。部分针对MPLS网络间IP业务传送的技术只是采用在源端的MPLS网络节点显式指定沿途标记交换通道经过节点的方法,这种方法在互连MPLS网络拓扑发生变化的情况下,无法根据当前网络的实际拓扑灵活选择所经节点,无法保障跨网传送IP业务的服务质量。这里提出了一种用于采用不同QoS路由协议的MPLS网络间IP业务传送技术,该技术在现有QoS路由算法和协议无需改动,对原有系统影响较小的前提下,能够根据各互连MPLS网络的实际拓扑灵活选路并建立连接,保障跨网传送IP业务的服务质量。

1 传送技术

为了充分利用网络资源,同时为高级用户提供特定的服务质量保障,在MPLS网络中基于受限路由建立标记交换通道。由于不同的MPLS网络有可能采用不同的受限路由算法,在跨越不同MPLS网络进行IP业务传送时,利用各个MPLS网络所采用的受限路由算法无法统一得出跨网络的满足特定服务质量要求的标记交换通道。为了最大限度地利用已部署的MPLS网络,在不影响现有网络运行的前提下,利用接入网关和互连网关为跨MPLS网络的IP业务传送提供具备服务质量的标记交换通道。

如图1所示,在MPLS网络互连环境中,MPLS网络之间通过互连网关进行互连,在各MPLS网络的接入侧连接接入网关进行数据业务的接入。示意图中只是标明了2个MPLS网络互连的情况,下面描述的工作流程同样适用于多个不同MPLS网络之间的互连场景。

图1 MPLS网络互连示意图

①将接入网关1和接入网关2分别连接到互连的MPLS网络1和MPLS网络2的业务接入侧,互连网关连接到MPLS网络之间。接入网关1和互连网关主要完成IP数据分组信息到MPLS标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射。

MPLS网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组指MPLS网络中标记交换通道的源IP地址和目的IP地址,这2个地址并不是真正存在的2个主机地址,只是分别属于源IP和目的IP网段;

②根据各互连MPLS网络间IP业务传送的统计或预先规划,在各MPLS网络建立具备优先级和带宽保障的标记交换通道;

③在接入网关1及互连网关上配置IP数据分组信息的映射关系表,建立MPLS网络间传送的IP数据分组业务到具备不同优先级和带宽保障的标记交换通道的映射关系;

④利用到达接入网关1的IP数据分组信息查找映射关系表,根据映射关系表中IP数据分组信息的地址二元组,或地址三元组,或地址五元组进行MPLS网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组表项的查找;如果没有查到虚拟地址二元组表项,将IP数据分组直接发送;如果查到虚拟地址二元组表项,将IP数据分组根据查询结果中的虚拟地址二元组进行隧道封装及发送;

⑤对到达互连网关已隧道封装的IP数据分组进行解封装操作,恢复出原始IP数据分组,利用原始IP数据分组信息查找映射关系表,根据映射关系表中IP数据分组信息进行MPLS网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组表项的查找;如果没有查到虚拟地址二元组表项,将IP数据分组直接发送;如果查到虚拟地址二元组表项,将IP数据分组根据查询结果中的虚拟地址二元组进行再次隧道封装及发送;

⑥接入网关2对已隧道封装的IP数据分组进行解封装操作,恢复出原始IP数据分组,将IP数据分组直接发送;

⑦在预先规划的IP数据分组业务传送完成后,删除第③步骤中配置的IP数据分组信息映射关系表。

2 网关设计方案

2.1 模块组成

接入网关和互连网关的基本框架相同,主要包括配置映射关系模块、查找映射关系模块、封装隧道模块、IP传送模块和映射关系库5个模块,各模块的功能如下所述:

①配置映射关系模块在接入网关和互连网关建立IP数据分组信息的地址二元组、三元组和五元组到标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射关系;

②映射关系库负责保存二元组、三元组和五元组到虚拟地址二元组的映射关系表项。

其中,映射关系表中的“映射标志”字段定义查找时的IP数据分组信息的匹配表项:

“映射标志”为0x01时,匹配表项为二元组,包括{源地址,目的地址}。

“映射标志”为0x02时,匹配表项为三元组,包括{源地址,目的地址,协议号}。

“映射标志”为0x04时,匹配表项为五元组,包括{源地址,目的地址,源端口,目的端口,协议号};

③查找映射关系模块负责查找映射关系表,按照“映射标志”为0x04、0x02、0x01的顺序,根据IP数据分组信息的地址五元组查找得到匹配的MPLS网络连接信息,即虚拟源地址与虚拟目的地址信息;

④隧道封装模块根据查找到的虚拟源地址与虚拟目的地址依照RFC 2003建议对IP数据分组进行隧道封装,或者对已隧道封装的IP数据分组进行解封装操作,恢复得到原始IP数据分组;

⑤IP传送模块完成普通IP数据分组和已隧道封装IP数据分组的接收和发送。

2.2 内部接口

如图2所示,网关模块间的内部接口包括Inf1、Inf2、Inf3和Inf4。

其中,接口Inf1为配置映射关系模块与映射关系库间的接口。通过Inf1接口,配置映射关系模块把IP数据分组地址信息到标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射关系下发到映射关系库中,并根据实时的配置进行映射关系的维护和管理。

接口Inf2为查找映射关系模块和映射关系库间的接口。通过Inf2接口,查找映射关系模块;利用IP数据分组的地址信息依照最长匹配的原则在映射关系库中进行相应表项的查找。

接口Inf3为查找映射关系模块和封装隧道模块之间的接口。封装隧道模块通过该接口把查找映射请求发送给查找映射模块,查找映射关系模块再通过该接口把查找结果返回给封装隧道模块。

接口Inf4为封装隧道模块和IP传送模块间的接口。IP传送模块通过该接口向封装隧道模块请求是否进行隧道封装,封装隧道模块通过该接口向IP传送模块发送隧道封装的IP分组。

2.3 外部接口

如图2所示,网关的外部接口包括Inf5、Inf6和Inf7。通过接口Inf5,配置映射关系模块负责获取IP数据分组地址信息到标记交换通道连接虚拟地址的映射关系;IP传送模块通过Inf6接收IP数据分组,并通过Inf7发送IP数据分组。

3 传送性能分析

利用在研的2种典型MPLS网络,辅以接入网关和互连网关对端到端的特定业务进行跨网IP业务传送的QoS保障能力分析,QoS性能分析的拓扑示意图如图3所示。其中,接入网关和互连网关提供标准100Mbps以太网接口。

图3 IP业务传送性能分析拓扑示意图

下面利用AX4000测试仪在LAN1和LAN2接口间进行数据分析,从业务优先级和丢包率2个方面对采用网关前后的跨网端到端IP业务传送QoS保障能力进行比较和分析。预先在MPLS网络1和网络2中建立带宽为6Mbps的标记交换通道,其中MPLS网络1中的标记交换通道具有备份保护通道。之后进行如下试验。

（1）不同业务优先级的数据处理

AX4000测试仪向LAN1发送2个数据流,在网关上设置第1个数据流的带宽为6Mbps,发送包长为1500byte,优先级级别为2;第2个数据流的带宽为4Mbps,发送包长为1500byte,优先级级别为3,优先级别高于第1个数据流。这2个数据流同时发送,一段时间之后,优先级高的数据流停止发送。如图4（a）所示为采用网关设备进行互连时AX4000测试仪记录的LAN2口不同优先级IP数据的接收包数。

图4 IP业务传送性能分析

（2）利用保护切换能力的数据处理

AX4000测试仪向LAN1发送1500byte长度的单个数据流,带宽为6Mbps。在MPLS网络1中,模拟网络链路故障断开主用通道的链路,使得数据切换到备用通道上继续发送。如图4（b）所示为AX4000测试仪记录的LAN2口在链路通断前后的接收包数。

图4（a）中,AX4000测试仪发送的高优先级数据被优先处理;低优先级数据发生拥塞,发送6Mbps的数据,但是只接收到2Mbps的流量,丢包非常严重。在高优先级数据停止发送之后,低优先级数据得到及时处理,收发流量相同。所以,异构MPLS网络间采用网关进行互连,能够在带宽有限的情况下优先保证高业务优先级的优先处理。

图4（b）中,利用原有MPLS网络1的主备通道能力,在网络中链路发生故障时,利用备份通道的能力,跨MPLS网络的端到端IP业务在中断18s之后得以恢复传送。

从测试数据分析可见:

①利用接入网关提供实现基于流的带宽控制能力和业务优先级保障能力;

②在互连的MPLS网络间利用接入网关和互连网关仅需在各个MPLS网络中建立动态寻路的标记交换通道,无需显式指定所经节点,在网络拓扑发生变化的情况下,即能够根据网络的实际拓扑灵活选择所经节点,降低跨网传送IP业务的丢包率,提高服务质量。

4 结束语

自MPLS网络与流量工程技术结合以来,实现跨网的流量工程,利用标记交换通道为端到端的IP业务提供服务质量保障一直是业界争论的问题。一方面各网络运营商在提供跨网的服务质量保障时难以协调管理,另一方面,各MPLS网络采用不同的受限路由技术,难以统一。在不影响现有网络运行的前提下,提出利用接入网关和互连网关提供跨网保障IP业务服务质量的传送技术,为跨网传送IP业务提供一种思路。目前,该技术已在工程实践中得到应用,已设计实现具备标准以太网接口的接入网关和互连网关。

[1]PERKINS C.IP Encapsulation within IP[S].RFC 2003,1996.

[2]BILEL JAMOUSSI.Constraint-Based LSP Setup using LDP[S].RFC3212,2002.

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[4]崔丽珍.MPLS/CR-LDP的研究[J].无线电通信技术,2002,28（1）:57-60.