MPLS流量工程及其路径管理机制的实现

李洋 韩磊

[摘 要]随着互联网技术的不断优化，互联网的发展规模及用户数量不断增加，社会各界对互联网的运作质量提出了更高的要求。互联网要针对不同领域的要求，提供相应等级的服务保障。在这个过程中，多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）流量工程体系不断完善，文章就该项目的路径管理技术进行分析，就不同度量参数的路由算法展开研究。

[关键词]MPLS流量工程;路径管理机制;运作成本;服务质量;约束路由

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.24.054

[中图分类号]F273;TN915[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2020）24-0-02

0     引 言

21世纪是信息化时代，随着移动技术体系的不断完善，互联网的应用领域越来越广泛。因此，互联网的设计及应用机制需要与时俱进，以满足不同领域、不同等级流量工程及不同等级网络服务的发展要求。

1     MPLS原理及应用

在传统的IP网络工作实践中，其应用的是逐跳式、无连接的工作方法，这种业务通信方式，不需要端到端地建立相应连接，这种工作机制减少了一系列附加信令。这有利于简化节点设备的复杂性，节约工作成本，促进以IP技术为主的互联网技术的不断发展。但同时也存在相应的弊端，复杂系数的下降，使互联网使用者难以应用科学性方法完成端到端的业务保障，不能满足相关服务质量的要求。

在传统IP网络数据的转发及应用过程中，一般需要根据内部網关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）为网络数据流进行路径的优化，在这个过程中，不管网络链路是否出现拥塞问题，分组数据都需要根据这类途径展开信息输送。具体情况如图1所示。

根据图1网络拓扑情况，从不同节点的数据传输中，如果按照最短路径选择方案，则数据传输的顺序为1、5、8。在网络负载一定的情况下，数据资源可以进行有效输送。但如果超过一定的网络数据承载量，某些数据在这类数据传输的路径中将很有可能出现信息堵塞，导致信息转发性能下降，进而非常容易出现退服问题。在这类数据传输的背景下，其他一些数据链路，如1、6、7、8，得不到有效应用，网络综合利用率较低。

在上述IP网络的发展过程中，为解决实际常见问题，需要就互联网服务质量（Quality of Service，QoS）的体系结构模型展开优化。常见的体系结构模型，包括资源预留的集成服务模型、基于优先等级的区分服务模型，基于流量工程的多协议标记交换模型。多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，

MPLS）基于IEIF转发标准，其涉及相应的组件，包括转发组件和控制组件，是一种利用路由器进行信息标记、传输、交换的模式。

在实际操作中，控制组件使用标记进行协议的分发，从而进行MPLS网络的维护，即维护及转发所标记的信息，就相邻LSR间进行路由状态信息的交换，进行路由表的更新。这部分工作需要应用边界网关协议（Border Gateway Protocol，

BGP）、IGP路由协议。在转发组件操作中，需要利用分组中的标记信息以及控制组件的维护标记，就各类信息进行转发，对分组进行标记及交换。

在工作实践中，MPLS技术相比传统IP组网技术更具发展优势。MPLS在标记状态下，就数据转发程序展开优化，这是一种路由多次交换的方法，网络数据信息的传输能力得到提升，实现了路由和分组的转发及利用，优化了网络信息资源。这类MPLS模型保留了原有的路由技术及设备，保护了运营商的投资，节约了用户费用。

2     MPLS流量工程路径管理

2.1   路径的建立

在引入流量工程机制后，需要完善MPLS模型，实现网络资源共享，保障其优良性及公平性。在MPLS流量工程运作过程中，需要进行多种路径的管理，包括资源分配模块、流量平衡模块等，这类流量工程技术的应用能够适应当下网络规模发展要求。路径管理体系涉及路径建立机制及路径选择机制。

2.2   路径的管理

在各类流量工程技术的应用过程中，需要做好路径建立工作，在此基础上，完善路径管理机制。现在比较流行的MPLS运作机制为标签分发协议（Label Distribution Protocol，LDP）扩展模式，这种扩展模式拥有与LDP同样的信息机制。通过约束路由算法的应用，实现路由信息的嵌入及管理，并将其嵌入LDP扩展模式。在路径建立过程中，入口节点完成相应操作，其他节点需要从此路由进行转发。

扩展资源预留协议（Resource ReSerVation Protocol，RSVP）

也是重要的路径管理方法，其是一种接收信号码功率（Received Signal Code Power，RSCP）协议机制，基于MPLS信令运作系统。这种协议区别于传统的RSVP协议，丰富了传统RSVP的扩展方法，增加了一系列功能，满足了显示路由的建立要求，在MPLS系统中，有效解决了流量工程问题。LDP扩展模式和RSVP协议二者的功能存在一定的差异，在技术与运作功能方面也存在不同，难以实现彼此的互通。同时，应用这两种技术并不会取得良好的经济效果。从技术方面来看，RSVP信令系统并不完善，而LDP扩展技术更加成熟，在功能方面拥有更大的改进空间，在流量工程项目的构建过程中，需要灵活应用LDP扩展模式。

在应用实用性方面，扩展RSVP模式拥有良好的应用速度，在发展初期，便被一系列的运营商及用户所接受。从流量工程的长远发展角度来看，LDP扩展模式的适应性更好。在信息网络领域内，RSVP技术具备技术上的优越性，能够高效率解决流量工程问题。

2.3   路径选择

在流量工程路径选择方面，必须深入分析流量主干概念。流量主干是同一业务等级的业务流的集合，其基于同一标记交换路径。流量主干是一种流量抽象信息的表示。在MPLS流量项目操作过程中，流量主干是可路由对象的承载对象。

在流量主干的路径选择过程中，必须分析约束条件背景下的显示路由，应用MPLS显示路由方案。这种路由框架体系，可以满足流量主干显示路由的计算要求。在该体系的运作过程中，其输入条件包括流量主干属性、网络可用资源属性、拓扑状态属性。在环境约束下，为不同节点的流量主干计算显示路由状况，不同的显示路由需分层服务提供程序（Label Switched Path，LSP）根据输入条件，根据LSP满足流量主干属性的要求进行网络资源可用性及网络拓扑功能的分析及应用。

在网络实际应用过程中，需要利用简单的启发式算法完成相应工作。在实际操作中，需要删除非流量主干属性要求的资源。在剩下的拓扑图中应用最短的路径算法。满足网络使用拓扑驱动的要求，在路由约束过程中，需要采取相应的拓展方法。就现有的IGP协议展开拓展，支持约束路由的建立。在每个路由器上加上与现有IGP协议共存的约束路由进程。

在约束路由的背景下，按照需驱动路由规范，进行约束路由的算法优化。在路由选择过程中，其涉及源路由算法、分布式路由算法。源路由算法实现了网络边缘节点与源节点的集中结合，在这个节点上具备全网的拓扑结构，包括各类链路状态信息。在这个节点生成的路由表存储了不同目的节点的完整路径。在MPLS流量工程的运作中，需要将源路由算法的计算结果嵌入LSP建立项目，与相应的标记信息相结合，从而按照指定路径建立LSP机制。在整个运作环节中，涉及各类源节点的处理。而且，在MPLS域所引入的附加开销较少，达到了流量工程的实际应用要求。

在分布式路由算法运作中，路由的计算涉及不同节点。每个节点需要存储不同目的的节点，然后进行分组转发，分布式路由信息的发送，需要在业务信号到达前提前操作。相比源路由算法，其路径数据算法的应用速度更快。

在路由选择计算过程中，存在不同的度量参数。根据路由度量的特点，其涉及3种形式，包括加性度量方法、乘性度量方法、凹性度量方法。在计算过程中，需要分析路径选择的相应约束条件，分析所选择路径的优劣性。在流量工程操作过程中，传输路径存在链路时延的特性，其数据状况的每跳代价、时延抖动等都具备加性度量的特点。在乘性度量过程中，网络链路的可靠性、分组丢失率等都具备乘性度量的特点。在实际操作中，链路的带宽约束等度量需要适应网络数据凹性度量的工作要求。在约束路由算法操作中，需要根据不同定义的度量参数状况，找出满足实际工作情况的路径，在此基础上，优化网络传输性能。当存在多个网络线路优化方案时，需要根据相关条件，选取相关度量进行分析。在约束路由的算法运作中，需要选择相应的路由选择方法。

在最短算法操作中，需要分析给定源节点及目的节点，分析相应的约束条件，如业务流量所需的带宽，以及所需的业务流量代价，比如时延、链路、逐跳数等情况。在这类约束算法操作中，找到一条路径，获得该路径的可用资源，在余下链路中应用相应算法，从而找到最低代价的方法。

相比最短算法，最宽算法与之有类似之处，首先需要给定源节点及目的节点，需要满足多个约束条件的要求，如所需资源条件和带宽等。在算法操作中，需要找到路径可用资源，在余下链路中改进相应算法，找到最大可用资源路径。

在以上算法操作中，需要充分考虑到负载均匀分布的背景，节约网络性能资源。在实际操作过程中，要根据具体情况，选择最优的网络资源线路。在某些情况下，最短路径算法的适应性优势更强，在操作过程中，其以时延、逐跳数为相应参数标准，能够充分发挥其性能。若网络结构具备一定的复杂性，则需要根据实际情况，选择最宽算法方案。在具体路由算法操作中，需要分析不同度量参数的要求。

3     结 语

随着社会经济的不断发展，网络运作规模不断扩大，社会各界对网络运作性能提出了更高的要求，需要相关单位优化传统IP网络，解决信息拥塞管理问题、负载平均问题、流量监视问题等。在MPLS流量工程操作中，需要完善MPLS隧道方法，为虚拟专用网络业务提供支持，为通信技术MPLS體系的长远性发展奠定良好的基础，充分发挥该技术的应用优势。

主要参考文献

[1]冯径.多协议标记交换技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[2]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.