CN101150587B - 一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法，包括：主标签交换路径故障恢复后，检测得到主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主标签交换路径上，流量通过主标签交换路径传输。本发明同时还公开了一种网络节点设备。应用本发明，在从备份标签交换路径回切到主标签交换路径时，有效地保证了主标签交换路径全链路节点的转发表项都已下发完毕，实现了不丢包，不丢失流量，从而提高了用户体验及网络的可用性和稳定性。

Description

一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及通信网络路由及切换技术，特别涉及一种多协议标签交换流量工程(MPLS TE，Multi-protocol label switch Traffic Engineered Tunnel)流量切换的方法、设备及系统。

背景技术

近年来，因特网(Internet)的网络和业务增长十分迅猛，为因特网服务提供商(ISP，Internet Service Provider)带来了巨大的商机，同时也对骨干网络提出了更高的要求，为了解决日益增长的大型网络所面临的一系列问题，提出了MPLS技术。

作为下一代网络的关键技术，MPLS是一种隧道技术，是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一体的路由与交换技术，可以在一定程度上保证信息传输的安全性。在MPLS网络中使用标签交换来转发数据包，可以对网络的路由进行灵活控制，它在流量工程、虚拟个人网(VPN，Virtual PrivateNetwork)、服务质量(QoS)等方面也广泛应用。数据包在MPLS网络中转发的路径称为标签交换路径(LSP Label Switching Path)。

在MPLS体系结构中，控制平面(Control Plane)采用无连接方式，利用现有的因特网协议(IP，Internet Protocol)网络实现，转发平面(ForwardingPlane)，即数据平面(Data Plane)采用面向连接方式，可以使用帧中继，异步传输模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode)等二层网络。MPLS使用短而定长的标签(Label)来封装分组，在数据平面实现快速转发，在控制平面，MPLS拥有IP网络强大灵活的路由功能，满足各种新应用对网络的要求。

由于MPLS技术具有一些不同于内部网关协议(IGP，Interior GatewayProtocol)的特性，而这些特性是实现流量工程(TE，Traffic Engineer)所需要的，例如，MPLS支持显式标签交换路径路由，而LSP较传统的IP分组转发更便于管理和维护；基于约束的路由(Constraint-based Routing)的标签分配协议(LDP，Label Distribution Protocol)可以实现流量工程的各种策略；基于MPLS的流量工程的设备开销较其它实现方式更低。因此，大量应用在流量工程。在IP网络中，MPLS TE技术成为一种主要的管理网络流量、减少拥塞、保证IP网络服务质量(Qos，Quality of Service)的技术，通过建立到达指定路径的LSP隧道进行资源预留，使网络流量绕开拥塞节点，达到平衡网络流量的目的；在资源紧张的情况下，MPLS TE通过抢占低优先级LSP隧道带宽资源，满足大带宽LSP隧道或重要业务的需求；同时，当LSP隧道故障或网络的某一节点发生拥塞时，MPLS TE可以通过快速重路由(FRR，Fast ReRoute)和备份路径，提供保护。

使用MPLS TE技术，网络管理员只需要建立一些LSP隧道和旁路拥塞节点，就可以消除网络拥塞。随着LSP隧道数量的增长，还可以使用专门的离线工具进行流量分析。关于MPLS TE的详细介绍，可参考基于MPLS的流量工程要求2702(RFC2702，Requirements for Traffic Engineering OverMPLS)。

在MPLS TE中，基于一定约束条件建立的LSP称为基于约束的路由LSP(CR-LSP，Constraint-based Routing LSP)，与普通LSP不同的是，CR-LSP的建立不仅依赖路由信息，还需要满足其他一些条件，比如指定的带宽、选定的路径或QoS参数。在网络运行中，用户如果修改MPLS TE的隧道配置或者在FRR切换时或者主LSP出现故障时，都会发生流量切换，因此，需要在同一条隧道下建立对当前主LSP的备份LSP，用于当入节点感知到主LSP不可用时，将流量切换到备份LSP上，当主LSP恢复后再将流量切换回来，以实现对主LSP的备份保护。

现有技术中的备份方式有两种：热备份(HSB，Hot-Standby)和普通备份。

在创建主CR-LSP后随即创建备份CR-LSP，当主CR-LSP失效时，通过MPLS TE直接将业务切换至备份CR-LSP，这样的备份方式称为热备份。

在主CR-LSP失效后创建备份CR-LSP的方式通称为普通备份。

备份CR-LSP是一种端到端的路径保护(Path Protection，end-to-endprotection)，提供整条LSP的保护。

对于MPLS-TE的热备份方式，通过信令收敛实现流量切换到备份路径和从备份路径回切到主路径，当控制平面的信令检测到主LSP故障时，将流量切换到备份LSP，当信令检测到主LSP恢复后，将流量从备份LSP回切到主LSP。

但上述通过控制平面的信令收敛检测主LSP故障，然后下发切换结果信息到转发平面，转发平面再进行流量切换，不能满足快速切换的要求。

为了提高切换的速度，现有技术中提出了一种快速切换的方法，通过将TE的主LSP和转发平面的双向转发检测(BFD，Bidirectional ForwardingDetection)关联，使用BFD快速检测主LSP故障，从而实现快速切换。

图1为现有技术实现快速切换的系统结构示意图。参见图1，包括服务商边缘路由器1(PE1，Provider Edge 1)、PE2、服务商路由器P1节点及P2节点，HSB建立了一条PE1至PE2的TE隧道，主LSP经过P2，备份LSP经过P1，主LSP和BFD关联，在PE1、PE2控制平面上建立MPLS转发表项，包括入标签映射(ILM，Incoming Label Map)、下一跳标签转发入口(NHLFE，Next Hop Label Forwarding Entry)和转发等价类下一跳标签转发入口(FTN，Forwarding Equivalence Class-to-NHLFE Map)，并将这些MPLS转发表项下发到转发平面；在P1、P2控制平面上建立MPLS转发表项ILM和NHLFE，并下发到P1、P2转发平面，流量从主LSP经过P2到达PE2，通过PE2再进行转发。

当PE1通过与主LSP关联的BFD在转发平面感知主LSP出现故障，在转发平面迅速将流量倒换到备份LSP上，流量从备份LSP经过P1到达PE2，通过PE2再进行转发。

当PE1的信令感知到主LSP故障消除，PE 1需要将流量进行回切时，首先是通过控制平面的信令协议将主LSP重新建立起来，控制平面发送ILM和NHLFE至转发平面，流量回切到主LSP，完成流量回切，目前的回切策略有两种方式：

立即回切方式，控制平面的信令协议将主LSP重新建立起来，PE1的信令感知到主LSP重新建立，将ILM和NHLFE转发表项下发至转发平面，同时携带指示将FTN指向主LSP NHLFE或携带指示将主LSP状态置为可用(up)，转发平面进行流量回切，这时流量就回切到了主LSP上，发向了P2；在上述PE1将ILM和NHLFE转发表项下发至转发平面的同时，P2的控制平面将ILM和NHLFE转发表项下发至转发平面。

延时回切，控制平面的信令协议将主LSP重新建立起来，PE1的信令感知到主LSP重新建立，控制平面将ILM和NHLFE下发至转发平面，PE1在设定的延时时间到时，将FTN指向主LSP NHLFE或携带指示将主LSP状态置为可用(up)，这时流量就回切到了主LSP上，发向了P2。

但上述回切过程中，对于立即回切，可能会出现ILM转发表项与NHLFE转发表项下发不同步导致出现流量丢失。例如，PE1与P2的转发表项发送不同步或发送速度不同，即如果P2的转发表项还没有下发完，而PE1的转发表项下发快，在PE1上流量首先回切到主LSP上，当PE1的流量到达P2时，P2的转发项还没有下发完整(例如，在P2正在处理大量的路由收敛等操作的情况下)，这时将导致流量丢失，流量的丢失会严重影响网络的可用性和稳定性。

对于延时回切，虽然可以通过调整延时的时间来避免流量丢失的问题，但由于延时的时间很难确定，因此，在回切时，如果延时时间设置较大，引起回切的时延也较大，影响用户体验，而且浪费网络资源；而延时时间设置较小，P2转发平面仍可能没有建立起转发表项，造成回切时流量丢失，也影响了用户的体验及网络的可用性和稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法，降低回切时的流量丢失率。

本发明实施例还提供一种多协议标签交换流量工程流量切换的设备，能减少回切时的流量丢失。

本发明实施例还提供一种多协议标签交换流量工程流量切换的系统，能减少回切时的流量丢失。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法，该方法包含：

主标签交换路径故障恢复后，通过双向转发检测主标签交换路径状态，获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主标签交换路径上，流量通过主标签交换路径传输。

一种网络节点设备，该设备包括：接收单元及转发单元，其中，

接收单元，用于接收双向转发检测反馈消息，发送至转发单元；

转发单元，通过双向转发检测主标签交换路径上所有路由器的转发表项下发情况，如果确定接收单元发送的双向转发检测反馈消息包含转发表项下发完毕信息，将流量回切到主标签交换路径上。

一种多协议标签交换流量工程流量切换的系统，该系统包括：第一服务商边缘路由器、第二服务商边缘路由器、第一服务商路由器及第二服务商路由器，其中，

第一服务商边缘路由器，配置双向转发检测绑定关系，在主标签交换路径上转发平面创建双向转发检测会话，通过双向转发检测会话检测主标签交换路径的状态，获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主标签交换路径上，流量通过主标签交换路径传输；

第二服务商边缘路由器，用于当主标签交换路径发生故障后，通过第一服务商边缘路由器控制平面的信令与第一服务商边缘路由器恢复主标签交换路径；

第二服务商路由器，用于在发生故障后，通过第一服务商边缘路由器控制平面的信令将主标签交换路径重新建立起来，接收第一服务商边缘路由器转发平面发送的双向转发检测会话，向第二服务商边缘路由器发送，检测主标签交换路径的状态；

第一服务商路由器，用于当主标签交换路径发生故障时传输流量。

由上述技术方案可见，本发明实施例的一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法、设备及系统，当控制平面的信令感知到主LSP故障恢复后，通过在主LSP上绑定的BFD检测转发表项是否下发完毕，只有检测到转发表项下发完毕时，转发平面将流量回切到主LSP上，有效地保证了主LSP全链路节点的转发表项都已下发完毕，因而，在从备份LSP回切时，能够实现不丢包，不丢失流量，提高了用户体验及网络的可用性和稳定性。

附图说明

图1为现有技术实现快速切换的系统结构示意图。

图2为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的设备结构示意图。

图3为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的系统结构示意图。

图4为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例是通过将BFD绑定，当主LSP故障恢复后，通过主LSP上的BFD检测主LSP状态，只有当BFD检测到主LSP的状态为up时，才将流量回切到主LSP上。

为了实现上述目的，本发明实施例提出了一种多协议标签交换流量工程流量切换的设备。

图2为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的设备结构示意图。参见图2，该设备包含：接收单元、控制单元及转发单元，其中，

接收单元，用于接收主LSP建立成功的消息，并将其发送至控制单元；接收网络中传输的数据包(流量)及BFD反馈消息，发送至转发单元；

控制单元，用于根据接收单元发送的主LSP建立成功的消息生成转发表项，将转发表项下发至转发单元，同时携带指示主LSP状态不可用(down)的信息；

转发单元，配置BFD与转发单元的绑定关系，接收控制单元发送的转发表项，根据接收的指示设置主LSP状态为down；通过BFD检测主LSP上所有路由器的转发表项下发情况，如果接收单元发送的BFD反馈消息包含转发表项下发完毕信息，设置主LSP状态为up(可用)，将流量进行回切，根据转发表项将接收单元发送的数据包转发出去。

转发单元包括：接收模块、绑定模块、存储模块、处理模块、发送模块及主LSP状态转换模块，其中，

接收模块，用于接收从接收单元发送的数据包(流量)及BFD反馈信息，发送至处理模块；接收控制单元发送的转发表项，发送至存储模块；接收控制单元发送的指示信息，发送至主LSP状态转换模块；

绑定模块，用于绑定BFD，生成BFD消息，用于查询主LSP状态，向发送模块发送；

存储模块，用于接收从接收模块发送的转发表项，进行存储；

处理模块，用于接收BFD反馈消息，如果包含转发表项下发完毕信息，向主LSP状态转换模块发送主LSP状态up信息，将流量进行回切；接收从接收模块发送的数据包，从存储模块查询到相应的NHLFE，将数据包发送至发送模块；

主LSP状态转换模块，用于接收从接收模块发送的指示信息，设置主LSP状态为down；接收处理模块发送的主LSP状态up信息，将主LSP状态设置为up；

发送模块，用于接收绑定模块发送的BFD消息及处理模块发送的数据包，发送出去。

图3为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的系统结构示意图。参见图3，该系统包含：PE1、PE2、P1及P2，其中，

PE1，配置BFD绑定关系，与PE2建立主LSP和备份LSP，用于当控制平面的信令感知到主LSP故障消除，通过控制平面的信令将主LSP重新建立起来，将转发表项下发至转发平面并设置转发平面的LSP状态为不可用(down)；在主LSP上转发平面创建BFD会话，通过BFD会话检测主LSP的状态，检测得到主LSP链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主LSP上，流量通过主LSP传输；

PE2，用于通过P2与PE1建立主LSP，通过P1与PE1建立备份LSP，以及，当主LSP发生故障后，通过PE1控制平面的信令与PE1恢复主LSP；

P2，用于在发生故障后，通过PE1控制平面的信令将主LSP重新建立起来，将转发表项下发至转发平面，接收PE1转发平面发送的BFD会话，向PE2发送，检测主LSP的状态；

P1，用于在PE1和PE2之间建立备份LSP，当主LSP发生故障时传输流量。

图4为本发明实施例一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法流程示意图。参见图4，该方法包含：

步骤401，配置BFD与PE1转发平面的绑定关系，创建主LSP和备份LSP，在主LSP上转发平面创建BFD会话，通过BFD会话检测主LSP的状态；

本步骤中，在PE1、PE2控制平面上建立MPLS转发表项，包括ILM、NHLFE和FTN；在P1、P2上建立MPLS转发表项ILM和NHLFE。

步骤402，在转发平面建立相应转发表项，设置PE1转发平面的LSP状态都为可用(up)；

本步骤中，PE1、PE2控制平面上将MPLS转发表项ILM、NHLFE和FTN下发到相应的转发平面；P1、P2控制平面将MPLS转发表项ILM和NHLFE下发到相应的转发平面，转发平面接收并建立相应转发表项，PE1设置转发平面的LSP状态为up，流量从主LSP经过P2到达PE2，通过PE2再进行转发。

步骤403，主LSP上BFD检测到主LSP故障后，通过PE1转发平面设置主LSP状态为不可用(down)，转发平面自动将流量切换到备份LSP上；

本步骤中，PE1通过BFD在转发平面感知主LSP出现故障，在转发平面设置主LSP状态为不可用(down)，迅速将流量倒换到备份LSP上，流量从备份LSP经过P1到达PE2，通过PE2再进行转发。

步骤404，当主LSP重新建立后，PE1下发到转发平面的主LSP状态为down，转发流量继续通过备份LSP传输；

本步骤中，PE1控制平面的信令感知到P2故障消除，通过控制平面的信令将主LSP重新建立起来，将ILM和NHLFE下发至转发平面，携带指示将转发平面的主LSP状态仍然置为down，转发流量继续通过备份LSP传输，同时在主LSP上重新创建BFD会话，用于检测主LSP状态。

步骤405，BFD检测主LSP状态，如果检测到主LSP链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕，设置PE1转发平面的主LSP状态为up，转发平面将流量回切到主LSP上。

实际应用中，由于传输的双向性，当数据传输由PE2转发至PE1时，则在PE2配置BFD与PE2转发平面的绑定关系，通过BFD会话检测主LSP的状态，也可以采用其它的方式检测主LSP的状态。

由上述实施例可见，通过将BFD与转发平面绑定，由BFD会话检测主LSP的状态，当检测到主LSP故障后，通过转发平面设置将转发平面的主LSP状态设置为down，转发平面自动将流量切换到备份LSP上，可以保证在主LSP故障时快速切换到备份LSP上；在控制平面的信令感知到主LSP故障恢复后，在转发平面设置主LSP状态为不可用(down)，通过在主LSP上重新创建BFD会话，检测主LSP状态，只有当BFD会话检测到主LSP链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕时，转发平面将主LSP的状态置为up，将流量回切到主LSP上，有效地保证了主LSP全链路路由器的转发表项都已下发完毕，因而，在从备份LSP回切时，能够保证不丢包，不丢失流量，从而提高了用户体验，而且，由于是实时检测主LSP状态，因而当转发表项一下发完毕，转发平面就将主LSP状态置为up，将流量回切到主LSP上，避免了因难于调整延时时间引起的网络资源浪费或流量丢失，提高了用户的体验及网络的可用性和稳定性。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多协议标签交换流量工程流量切换的方法，其特征在于，该方法包括：

主标签交换路径故障恢复后，通过双向转发检测主标签交换路径状态，获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主标签交换路径上，流量通过主标签交换路径传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤“所述主标签交换路径故障恢复后”之前进一步包括：

创建主标签交换路径和备份标签交换路径，通过主标签交换路径的转发平面转发流量；

检测到主标签交换路径故障，将流量切换到备份标签交换路径上。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过主标签交换路径的转发平面转发流量的步骤包括：

在转发平面建立相应转发表项，设置转发平面的主标签交换路径状态和备份标签交换路径状态为可用，并在主标签交换路径上创建双向转发检测会话，用于检测主标签交换路径的状态。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测到主标签交换路径故障的步骤进一步包括：通过转发平面设置主标签交换路径状态为不可用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤“所述主标签交换路径故障恢复后”之后、步骤“通过双向转发检测主标签交换路径状态”之前，进一步包括：设置转发平面的主标签交换路径状态为不可用。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设置转发平面的主标签交换路径状态为不可用的步骤包括：控制平面将转发表项下发至转发平面，携带指示主标签交换路径状态为不可用的信息，转发流量继续通过备份标签交换路径传输。

7.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述通过双向转发检测主标签交换路径状态，获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息的步骤包括：

通过双向转发检测主标签交换路径状态，如果检测到主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕，设置转发平面的主标签交换路径状态为可用，转发平面获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息。

8.一种网络节点设备，其特征在于，该设备包括：接收单元及转发单元，其中，

接收单元，用于接收双向转发检测反馈消息，发送至转发单元；

转发单元，通过双向转发检测主标签交换路径上所有路由器的转发表项下发情况，如果确定接收单元发送的双向转发检测反馈消息包含转发表项下发完毕信息，将流量回切到主标签交换路径上。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括控制单元，

控制单元，用于根据接收单元发送的主标签交换路径建立成功的消息生成转发表项，将转发表项下发至转发单元，同时携带指示主标签交换路径状态不可用的信息。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述转发单元包括，接收模块、绑定模块、存储模块、处理模块、发送模块及状态转换模块，其中，

接收模块，用于接收双向转发检测反馈消息，发送至处理模块；接收控制单元发送的转发表项，发送至存储模块；接收控制单元发送的指示信息，发送至状态转换模块；

绑定模块，用于绑定双向转发检测，生成用于查询主标签交换路径状态的双向转发检测消息，向发送模块发送；

存储模块，用于接收从接收模块发送的转发表项，进行存储；

处理模块，用于接收双向转发检测反馈消息，如果包含转发表项下发完毕信息，向状态转换模块发送主标签交换路径状态可用信息，将流量进行回切；接收从接收模块发送的流量，从存储模块查询到相应的转发表项，将流量发送至发送模块；

状态转换模块，用于接收从接收模块发送的指示信息，设置主标签交换路径状态为不可用；接收处理模块发送的主标签交换路径状态可用信息，将主标签交换路径状态设置为可用；

发送模块，用于接收绑定模块发送的双向转发检测消息及处理模块发送的流量，发送出去。

11.一种多协议标签交换流量工程流量切换的系统，其特征在于，该系统包括：第一服务商边缘路由器、第二服务商边缘路由器、第一服务商路由器及第二服务商路由器，其中，

第一服务商边缘路由器，配置双向转发检测绑定关系，在主标签交换路径上转发平面创建双向转发检测会话，通过双向转发检测会话检测主标签交换路径的状态，获取主标签交换路径链路中所有路由器的转发表项都已下发完毕的信息，将流量回切到主标签交换路径上，流量通过主标签交换路径传输；

第二服务商边缘路由器，用于当主标签交换路径发生故障后，通过第一服务商边缘路由器控制平面的信令与第一服务商边缘路由器恢复主标签交换路径；

第二服务商路由器，用于在发生故障后，通过第一服务商边缘路由器控制平面的信令将主标签交换路径重新建立起来，接收第一服务商边缘路由器转发平面发送的双向转发检测会话，向第二服务商边缘路由器发送，检测主标签交换路径的状态；

第一服务商路由器，用于当主标签交换路径发生故障时传输流量。

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