CN101420331A - 一种t-mpls网络中的超长连接快速故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，本发明实施例公开了一种T－MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法。本发明实施例包括：根据连接的LSR在整条连接上分布，智能的搜索故障发生位置定位方法；创建标准的LBM消息和LBR消息；修改LBM消息和LBR消息的转发策略；利用本地存储的信息，对TTL进行修改从而实现新型的定位方法；在LBM和LBR消息中扩展流量参数，建立基于带宽权重的度量方式，同时增加MEP源节点对于该参数的管理功能；在基于域间场景或者标签嵌套环境下的MEP点和MIP点部署时，需要域间PE路由器的新型定位OAM的扩展功能支持。利用多级OAM嵌套功能，通过MEL字段标识所在OAM的监管级别。高层的OAM对于下层作为业务存在，不进行解码处理，直接透传。对于每个路由域采用节点抽象策略，实现域间故障的快速定位，建立全局端到端监控和区段的端到端监控，划分MIP点和MEP点。构建合理的搜索树结构，基于扩展的流量参数建立非等权重二叉树，并给出基于双定时器的超长连接的协议处理控制流程，完成拥塞预判并实现业务的软倒换。通过本发明所提供的故障定位方法，可以直接提高网络的故障监测速度，从而节省保护回复的关键时间。

Description

一种T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法。

背景技术

目前核心网主要由基于IP(Internet Protocol，简称因特网协议)/MPLS(Multiprotocol Label Switching，简称多协议标记交换)和TDM(Time Division Multiplex，简称时分复用)技术的两种结构共同存在。随着业务流量的突发性和不确定性增大，基于时隙交换的技术愈来愈显现出限制，在带宽的分配和管理方面不够灵活，对于按需分配的业务处理过于复杂，同时不便于网络的管理。由于光传送技术本身的特性，未来光网络的低层传输将是基于WDM(WavelengthDivision Multiplexing，简称波分复用)/DWDM(Dense WavelengthDivision Multiplexing，简称密集波分复用)技术。T-MPLS(TransportMPLS，简称传送MPLS)是一种最近才出现的基于分组的传送技术，于2006年通过后引起众多设备商，运营商的关注，目前的标准化进程速度异常迅猛，已经基本完成了包括数据平面以及OAM功能的标准制定。T-MPLS借鉴MPLS标签交换的思想，摒弃了MPLS一些针对IP业务特有的特性，如标签合并，ECMP(Equal Cost Multipath，简称等值多路径)，以及PHP(Penultimate Hop Popping，简称倒数第二跳弹出)功能，只支持管道和短管道模型，并引入了一些面向连接的特性和丰富的OAM机制以实现电信运营级别的需求。目前T-MPLS控制面的标准制定方面还是空白，但普遍认为其控制平面仍然采用原有GMPLS控制平面技术。基于IP/MPLS的设备在核心网已经大量部署，未来传送网络的演进趋势将是逐步替换原有的设备，采用基于T-MPLS技术的分组传送设备作为统一的承载平面。MPLS正由现在的点到点(Point-To-Point，简称P2P)的连接发展到点到多点(Point-To-Multipoint，简称P2MP)连接，如此复杂的连接需要一种有效的机制能够对于故障进行快速的定位，以便能够完成故障的快速恢复。对于大规模网络的域间生存性通常包括两类故障的处理：域间链路故障和域间节点故障，域间链路故障是指连接某两个域之间的链路发生故障，域间节点故障是指某域的边界网关节点发生故障。通常基于域间网络场景的连接具有较长的路径，并且对于跨域的资源管理一直为网络维护者所面对的难题。能够迅速定位到故障链路(节点)，将极大程度上提高网络的业务恢复速度，将对于网络所承载的业务的影响降到最低。目前T-MPLS在连接故障定位方面仍然沿用传统的定位方式，通过不断增加TTL来确定故障点，这在超长连接中包含的节点个数逐渐增长时呈现出O(N²)的时间复杂度。对于组播的大型网络连接将会引发配置消息风暴。

综上所述，需要一种有效的故障监测机制能够快速发现故障。此机制应当具有较低的平均时间复杂度，从而减少网络的恢复代价，使得节省出来的定位时间能够在发现故障之后能够有效地实施倒换操作。目前T-MPLS逐跳的故障定位机制过于陈旧，不适用于大规模网络环境，限制了网络的规模和网络未来的可升级、可扩展性。考虑到前述情况，存在克服相关技术中不足的需要。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，通过动态调整监测消息包的定位方式，进一步提高网络的故障恢复时间。

本发明拟通过LBM和LBR消息内容扩展及在MEP源节点处理方式改变，缩短故障发现时间。本发明实施例提供的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，包括：

根据连接的LSR在整条连接上分布，智能的搜索故障发生位置定位方法；创建标准的LBM消息和LBR消息；修改LBM消息和LBR消息的转发策略；利用本地存储的信息，对TTL进行智能的修改；MEP/MIP地址映射为源或者目的的MAC地址；每次搜索过程中将潜在的故障点从搜索集合中排除。

在MEP源节点变长TTL修改策略，为LBM和LBR消息中扩展流量参数，建立基于带宽权重的度量方式，同时增加MEP源节点对于该参数的管理功能。

在基于域间场景或者标签嵌套环境下的MEP点和MIP点部署时，需要域间PE路由器的新型定位OAM的扩展功能支持。利用多级OAM嵌套功能，通过MEL字段标识所在OAM的监管级别。所述高层的OAM对于下层作为业务存在，不进行解码处理，直接透传。对于每个路由域采用节点抽象策略，实现域间故障的快速定位。建立全局端到端监控和区段的端到端监控，划分MIP点和MEP点。

搜索时，建立故障定位树。对于流量参数扩展的非等权重的二叉树结构拓扑，需要保证通过从父节点继承的方式将子节点的权重设定，整个树形结构的生成至二叉树的叶子节点个数大于/等于检测路径的链路数为止。基于业务流量参数扩展的LBM和LBR消息，扩展业务流量参数，如队列信息，带宽资源信息，以及延时等。通过LBM、LBR消息内的可选TLV字段实现额外信息承载，进一步优化搜索树的结构。TTL的设定可以参考其中的扩展字段，并在MEP源节点增加相应的扩展功能。

快速故障定位技术的协议处理控制流程，包括：连接dLOCV、dExcess状态的确定和检查；CV连通性的检查；双定时器处理连接失效、半失效状态；扩展拥塞预判机制实现业务的软倒换。

采用本发明的方法，可以有效的减少基于较长连接的故障定位时间，并且通过流量参数扩展可以容易地实现拥塞预判，减少由于网络拥塞所造成的负面效应。在不改变原有协议结构的前提下，简单的扩展节点的实现流程，提高网络的性能。对于均匀故障分布的超长连接网络具有明显的优势。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解，本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

结合描述了本发明的各种实施例的附图，根据以下对本发明的各发明的详细描述，将更易于理解本发明的这些和其它特征，其中：

图1示意性示出T-MPLS网络中所用的故障定位技术；

图2示意性示出基于T-MPLS网络的超长连接快速故障定位所用的方法；

图3示出了T-MPLS故障定位时所用的LBM消息格式；

图4描述了T-MPLS快速故障定位方法的抽象拓扑结构；

图5示出对于域间OAM故障定位机制的应用场景；

图6示出基于快速故障定位技术的协议处理的控制流程图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

图1示意性示出T-MPLS网络中所用的故障定位技术，其中101，102，...，105分别表示支持T-MPLS分组传送OAM标准功能的路由器，101，102，...，105所形成的为一条标准的LSP路径。通过T-MPLS所定义的LBM(Loopback Messages，简称环回消息)和LBR(LoopbackResponse，简称环回响应)消息。如图所示，LSR 101为LSP的源端，将该LSP所经过路径看成为一个MEG(Maintenance Entity Group，简称维护实体组)。在源节点101首先创建LBM消息结构，将TargetMEP(MEG End Point，简称MEG末端节点)/MIP(MEG IntermediatePoint，简称Intermediate Point)设置为目的节点的MAC地址，对于目的MAC地址为广播地址的情况，则设定OAM消息中的broadcastTarget MEP/MIP Address为该地址。对于点到点T-MPLS连接，MEG包括单一的ME.对于点到多点的T-MPLS连接，包括n个末端节点，MEG包括(n-1)个MEs。一个MEG末端节点使T-MPLS MEG的终端节点具有初始化和终结用于故障管理和性能检测的OAM帧。OAM帧与T-MPLS帧的传输是明显不同的，OAM帧在T-MPLS连接中插入，假定当T-MPLS帧被监控时，采用相同的发送方法。MEP并不是给T-MPLS传送帧加上新的发送标识，相邻的MEP连接并没有终结T-MPLS连接，尽管可以获得连接的信息(例如帧计数)。一个网络连接的MEP则终结T-MPLS连接以及监测它的连接(例如帧计数)。Source MEP Address设为源节点的MAC地址，增加相应的TLVOffset，TTL为需要设定的跳数。对于源节点101首先将该TTL设为1，在101节点的下游节点102收到LBM消息后，根据该消息内部所含的信息，进而生成LBR消息返回节点101。在创建LBR消息后，将Target MEP/MIP Address设置为源节点的MAC地址，对应的SourceMEP Address设置为MAC的目的地址，同时修改TLV Offset的值。在LBR消息返回节点101后，101根据本地保存的信息，进一步修改TTL的值使之加1，TTL＝2，生成新的LBM消息发送到节点103，依次重复上述过程，直到整条LSP的每个节点返回或者在中间某个节点没有收到响应，于是确定出故障节点。可以看出，该种方式的平均探测分组跳数为 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}i~O\left(N^2\right),$ 在节点数N较大时呈现出N²的增长速率，所需的时间复杂度较高。

图2示意性示出基于T-MPLS网络的超长连接快速故障定位所用的方法。其中201，202，...，205分别表示支持T-MPLS分组传送OAM标准功能的路由器，201，202，...，205所形成的为一条标准的LSP路径。和标准的T-MPLS故障定位技术相比，本发明所用快速连接故障定位技术基于折半搜索的基本思想来实现，和已有技术相比具有更快的速度。如图所示，每次LBM消息发送均是基于连接的节点搜索，相当于每次搜索过程将接近一半的节点从下一次的节点搜索集中滤除，其复杂度为O(NlogN)。在源节点收到每一次的LBR消息后，根据其中所包含的信息来决定是否进行下一次搜索。在源节点动态的调整TTL的参数值，TTL的设定可以使用跳数折半的策略，也可以参考该链路的扩展流量工程参数进行更加精确的设计，TTL参数绑定不同的流量参数不构成对于本发明的限制。

图3示出了T-MPLS故障定位时所用的LBM消息格式。顶部的数字编号表示比特位，每一行为32比特，4个字节。其中，Label为标签(20比特)，OAM报警标签头部由T-MPLS踪迹终结源功能添加在普通的用户平面转发标签头部之前；MEL，3比特，表示MEG层；S比特，1比特，只有在OAM报警标签头部S比特才被设置；TTL，8比特，标识该数据包在网络中的生存周期，每经过一跳则减1；Function type，8比特，表示OAM的PDU类型；Res为保留部分，用于未来扩展，未设则为0；Version，5比特，指示所用的版本号；Flags，8比特，标识一些功能位；TLV Offset，8比特，指向TLV开始的指针。如果没有TLV，这部分被设置为0x00；End TLV，8比特，表示该TLV结束。所示LBM的PDU(Protocol Data Unit，简称协议数据单元)用于支持T-MPLS的LB请求，来确认MEP与MIP或者对等MEPs的连接关系，同时还可以用于MEPs对儿进行在线或不在线的双向诊断，这包括校验带宽吞吐量，检测比特错误等，因此LB的用途相对较为广泛，且扩展特性较好。本发明侧重于LB流程的设计，不同的监测参数不对本发明构成限制。携带双向LB信息的帧，可以根据选择的命令模式以不同的方法发送，如：单一发送，重复发送等，不同的发送模式不构成对本发明的限制。当校验双向连接时，MEP发送携带LB请求信息的帧，期待在特定时间内从MIP或者对等MEP收到携带LB回复信息的帧。MIP或者对等MEP通过MAC地址识别，MAC地址在请求帧的MIP/MEP MAC地址域编码；如果MEP在特定时间内没有接收到回复信息，会推断出MIP/MEP之间失去连接。在实际网络执行双向诊断时，MEP首先发送LB请求帧到对等MEP。当不在线诊断执行时，数据业务不能在所诊断的ME的任何一边传输；相反，MEPs配置成在ME任何一边的终端客户MEG层发送携带LCK信息的帧。对于底层承载网络为以太网或者和以太网互通时，可以通过OAM帧中的信息简单映射完成OAM信息的交互，从而为实现跨域的超长连接故障定位提供了必要的工具。表1给出了以太网OAM信息和T-MPLS的OAM信息的具有映射关系。

表1 以太网OAM和T-MPLS OAM映射关系

图4描述了T-MPLS快速故障定位方法的抽象拓扑结构。其中401，402，...，4010分别表示节点实体，图中所示节点之间的连接为虚拟的逻辑关系，也即该连接实际上为搜索树，在兄弟之间只可能同时存在一个分支。可以看出，对于一条连接长度为N的LSP，所形成的故障定位搜索树的最大高度为

，因此，平均探测分组跳数为

复杂度从O(N²)降低到O(NlogN)，对于连接很长的LSP而言，时间复杂度的降低将提高网络的故障定位速度。在形成搜索树的结构时，存在一些潜在的规则：

不同于传统的二叉树，由于探测分组所走的路径长度不一致，形成非等权重二叉树结构；

同父节点兄弟间的权重一致；

如父节点为父父节点的左子女，则该节点继承来自父节点的权重在该二叉树高度具有的权重级的一半；

如父节点为父父节点的右子女，则该节点的权重为父节点权重减去父节点所在二叉树高度具有的权重级的一半；

直到所形成二叉树的叶子节点个数大于/等于检测路径的链路数为止。

图5示出了对于域间OAM故障定位机制的应用场景。501，502，505，506，508，509为PE(Provider Edge，简称运营商边缘)路由器，503，504，507为骨干P路由器。网络N1由502，503，504，505组成，网络N2由506，507，508组成，501-N1，N1-N2，N2-509之间通过NNI接口相连。对于端到端的OAM连接而言，节点501和509为MEP点，PE节点为MIP点。MEG中间媒质节点(MIP)是MEG中具有相应某些OAM帧的功能。MIP并不能初始化OAM帧，MIP不对T-MPLS连接做任何反应。另外，为了便于分段故障定位，还需要进一步细分OAM连接，也即2级OAM管理。对于子网连接502，503，504，505形成分段OAM连接，此时502和505节点成为子连接的MEP点，而503和504仍然为MIP点。PE506和PE505之间形成了域间OAM连接管理，分段的方式使得本发明的快速连接在具体实施上增加了一些限制。相当于首先选择的不是每个节点，可以将每个管理域视为一个单独的节点，进而所进行的操作同上。对于多层多域网络，所建立的搜索树为递归迭代树，不断重复操作，调整所涉及的层级。

在嵌套时，需要通过MEG Level来区分所处的管理域，如果MEGs被嵌套，每个MEG的OAM帧必须同其他MEGs中的OAM帧区分开，如果OAM帧不能被T-MPLS层封装区别开，OAM帧中的MEG等级将嵌套在MEGs中的OAM帧区分开。8个MEG等级(从0到7)可以适用于不同的网络拓扑情景。在MEL＝0时，每一个MIP可以处理，以及对OAM帧作出响应。所传递的OAM消息具有透明性，也即当MEGs嵌套时，允许在较低等级的MEGs传送属于高等级的MEGs的OAM帧。属于一个管理域的OAM帧产生和终止都发生在存在于该管理域边界上的MEPs上。ME阻值OAM帧向一个管理域中的MEG通信，以及从本域泄漏。但是，如果MEP不存在或者发生故障，相关的OAM帧会离开该管理域。类似的，位于管理域边界上的MEP阻止外域的OAM帧进入本域。通过在OAM进入管理域之前增加MEL域，以及在离开域前减少MEL值的方法来使OAM帧透明传输。为了区分嵌套MEGs中的OAM帧，每一个MEP隧道通过在源方向增加以及在宿端减少MEL的方法引入OAM帧。

图6示出基于快速故障定位技术的协议处理的控制流程图。该流程开始于步骤S601，在步骤S601，重启所有定时器。然后，在步骤S602，检查连接状态，是否为dLOCV或者为dExcess。在CV或FFD帧丢失的情况下，持久的BIP16错误会引发一个连接确认的丢失(dLOCV)。而dExcess状态则是由于过多CV/FFD OAM故障在T-MPLS踪迹层被计算所引起的。

如果步骤S602的结果为“是”，则流程进入步骤S603；否则保持状态不变；

在步骤S603，确定是否收到FDI消息。

如果步骤S603的结果为“是”，则流程进入步骤S604；否则进入步骤S605；

在步骤S604，由于没有收到FDI消息，发起告警给网管系统，同时进入步骤S605；

在步骤S605，发送BDI信号进行应答；

在步骤S606，启动定时器T1，检查连接状态；

在步骤S608，检查定时器T1是否过期，以确定流程的跳转；

如果步骤S608的结果为“是”，则流程进入步骤S609；否则进入步骤S607；

在步骤S609，检查连接的状态，是否为dLOCV或者dExcess；

如果步骤S609的结果为“是”，则流程进入步骤S610；否则进入步骤S601；

在步骤S607，检查连接的状态，是否为dLOCV或者dExcess；

如果步骤S607的结果为“是”，则流程进入步骤S608；否则进入步骤S601；

在步骤S610，由于定时器T1的过期，进入连接终结阶段。关闭定时器T1，同时另外启动一个定时器T2，通常T2的时间为T1的长度的2倍；

在步骤S611，检查定时器T2是否过期；

如果步骤S611的结果为“是”，则流程进入步骤S613；否则进入步骤S612；

在步骤S613，检查此时连接的CV是否正常；

在步骤S612，检查连接的状态是否为dLOCV或者dExcess；

如果步骤S613的结果为“是”，则流程进入步骤S614；否则进入步骤S615；

如果步骤S612的结果为“是”，则流程进入步骤S611；否则进入步骤S601；

在步骤S614，此时CV的连续保障连接的连通性，因此必然是由于业务的流量参数或者网络的带宽流量造成链路的拥堵，此时的连接状态为半失效状态，修改对应的流量参数，然后进入步骤S601；通过步骤S614也可以实现通过拥塞预判机制，通过携带队列的参数可以使得源端能够了解连接上的资源使用情况，从而避免由于大量分组在输入队列溢出时的损失，特别地，在高速通信环境下，极大程度地增加了网络的可靠性。

在步骤S615，CV不连续说明链路已经无法继续使用，因此发出业务中断告警至网管系统。如果需要采用路由器主动上报的方式，可以通过MPLS的CV消息的扩展实现相邻路由器的通告获知节点的阻塞状态，端到端的拥塞判断也可以通过MPLS丢包测量工具LM来实现。

注意，通常OAM帧的净荷由OAM功能类型和具体的OAM功能类型数据组成。所有的OAM包必须有一个44字节的最小净荷长度来帮助处理这些包并且可以支持现有的支持最小包长度要求的2层技术(如以太网)。实现方法是必要的时候在具体的OAM类型数据字段都填0，所有的填充比特都为了以后的标准化而被保留。对于使用一个BIP16的OAM帧来说，BIP16(在OAM净荷区域的最后连个字节)可以被用来探测错误。BIP16的余数由所有的OAM净荷字段来计算，包括功能类型和BIP16比特位置(这些位置为了最初计算的目的都被设置成了零)。在能够为了进一步处理而可靠地传送净荷之前，所有的OAM包必须都执行BIP16处理.在接收处理时，任何显示BIP16错误的OAM包都要被丢弃。这个行为和正在经历的实际故障的实质是一致的。然而，建议在一个本地设备层面给网络管理系统一些确认来指示发生任何BIP16倍丢弃的情况，特别是那些会引起一个相关的dLOCV的情况。在其它OAM包类型的情况下，比如FDI，BDI包，再次建议在一个本地设备层面给网络管理系统一些确认来指示发生任何BIP16倍丢弃的情况。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (7)

1、一种T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于包括以下部分：

根据连接的LSR在整条连接上分布，智能的搜索故障发生位置定位方法；

MEP源节点变长TTL修改策略；

基于域间场景或者标签嵌套环境下的MEP点和MIP点部署；

故障定位树的形成方式；

基于业务流量参数扩展的LBM和LBR消息；

基于快速故障定位技术的协议处理控制流程。

2、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述故障位置搜索定位方法，具体过程是：

创建标准的LBM消息和LBR消息；

修改LBM消息和LBR消息的转发策略；

利用本地存储的信息，对TTL进行智能的修改；

MEP/MIP地址映射为源或者目的的MAC地址；

每次搜索过程中将潜在的故障点从搜索集合中排除。

3、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述变长TTL修改策略，具体包括：

在LBM和LBR消息中扩展流量参数；

建立基于带宽权重的度量方式；

MEP源节点对于该参数的管理功能。

4、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述基于域间场景或者标签嵌套环境下的MEP点和MIP点部署，具体包括：

域间PE路由器的新型定位OAM的扩展功能支持；

多级OAM嵌套功能，通过MEL字段标识所在OAM的监管级别。所述高层的OAM对于下层作为业务存在，不进行解码处理，直接透传；

路由域节点抽象策略，实现域间故障的快速定位；

全局端到端监控和区段的端到端监控，划分MIP点和MEP点。

5、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述故障定位树的形成方式，具体包括：

对于流量参数扩展的非等权重的二叉树结构拓扑；

通过从父节点继承的方式将子节点的权重设定；

至二叉树的叶子节点个数大于/等于检测路径的链路数为止，结束该搜索树的生成；

6、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述基于业务流量参数扩展的LBM和LBR消息，具体包括：

扩展业务流量参数，如队列信息，带宽资源信息，以及延时等。通过LBM、LBR消息内的可选TLV字段实现额外信息承载，进一步优化搜索树的结构；

TTL的设定可以参考其中的扩展字段，并在MEP源节点增加相应的扩展功能。

7、根据权利要求1所述的T-MPLS网络中的超长连接快速故障定位方法，其特征在于所述快速故障定位技术的协议处理控制流程，包括：

连接dLOCV、dExcess状态的确定和检查；

CV连通性的检查；

双定时器处理连接失效、半失效状态；

扩展拥塞预判机制实现业务的软倒换。

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