CN101427501A - Mpls转发和控制平面之间的一致性 - Google Patents

Mpls转发和控制平面之间的一致性 Download PDF

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Abstract

用于确保MPLS转发和控制平面之间的一致性的系统和方法。可以使得控制平面意识到转发平面异常并作出合适的响应。一种特定实现确保用于针对链路和/或节点故障保护MPLS流量工程LSP的快速重路由备份隧道的转发和控制平面之间的一致性。当检测到备份隧道转发故障时，控制平面可以例如通过重路由备份隧道和/或向或受保护的流量工程LSP的操作者或头端发送通知来作出反应。

Description

MPLS转发和控制平面之间的一致性
技术领域
本发明涉及数据联网，更具体而言，在某些实现中，涉及用于提高转发和控制平面之间的同步的系统和方法。
背景技术
MPLS(多协议标签交换)流量工程被开发来满足诸如保证可用带宽等数据联网需求。MPLS流量工程利用现代标签交换技术来建立通过标签交换路由器(LSR)的IP/MPLS网络的保证带宽端到端隧道。这些隧道是标签交换路径(LSP)类型的，因此一般被称为MPLS流量工程LSP。
与所有的IP系统类似，将MPLS流量工程网络功能划分为两个实体：“转发平面”(也称为“数据平面”)和“控制平面”是很有用的。在每个路由器上，转发平面取得接收分组、查看其目的地地址和/或标签、参考表，并以表所指定的方向和方式发送分组。该表被称为转发表。术语“控制平面”指转发表通过其而被填充以内容的实体和过程。
对于MPLS流量工程，控制平面关心流量工程隧道的放置和信令等。使用公知的RSVP协议的扩展来用信令通知流量工程隧道。在用信令通知隧道和建立路径之后，沿该路径从入口到出口的转发表应当支持新隧道的操作。当一切都正确地工作时，具有被分配给特定隧道的转发等价类(FEC)的数据将到达头端，并由于相应的转发表的先前建立的内容而被沿隧道路径从节点到节点转发。
但是，转发平面有可能在流量工程LSP的头端和尾端之间的某个点出现故障，而控制平面不受影响。例如，转发表之一的内容可能被扰乱，并且没有控制平面实体可能意识到该扰乱。这种情况的结果是属于该隧道的数据在没有任何重路由LSP的尝试的情况下被“黑洞”吸收，因为流量工程LSP被认为是从控制平面角度操作的。这种情况提出了这样的问题，即服务保证的可靠性和质量将不被满足。
为了针对沿MPSL流量工程LSP的节点和链路故障提供保护，已经开发了所谓的快速重路由技术。当发生故障时，故障上游紧邻的节点将流量非常迅速地重路由到预先配置的备份隧道上。但是，这些备份隧道可能会遭受与参考主流量工程隧道讨论的转发和控制平面之间的失步同样的失步。这尤其成问题，因为备份隧道将在故障时提供保护，并且转发平面中的损坏不可能在故障之前被注意到。
在故障之前，紧邻的前一节点(也称为本地修复点或PLR)可能基于其对控制平面可操作的理解而认为备份隧道是可操作的。因此，该PLR将报告受保护的流量工程头端：流量工程隧道事实上在PLR处受保护。因此，当链路或节点出故障时，流量被重路由到备份隧道上，即使其转发平面被扰乱，从而使得所需本地保护失效。
需要确保用于LSP(例如MPLS流量工程隧道和MPLS快速重路由隧道)的转发和控制平面之间的一致性所需的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例提供了用于确保MPLS转发和控制平面之间的一致性的系统和方法。可以使控制平面意识到转发平面异常并且能够适当地作出响应。一种特定应用确保用于针对链路和/或节点故障来保护MPLS流量工程LSP的快速重路由备份隧道的转发和控制平面之间的一致性。当检测到备份隧道转发故障时，控制平面可以例如通过重路由备份隧道和/或向或受保护的流量工程LSP的操作者或头端发送通知来作出反应。
本发明的第一方面提供了一种用于确保标签交换路径(LSP)的操作的方法。所述方法包括：验证沿所述LSP的路由器的转发状态；以及如果所述验证检测到沿所述LSP的扰乱转发状态，则通知用于所述LSP的控制平面实体，并且使用所述控制平面实体来重路由所述标签交换路径。
本发明的第二方面提供了一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的方法。所述方法包括：在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态；以及如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道。
本发明的第三方面提供了一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的方法。所述方法包括：在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态；以及如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器。
通过参考本说明书的其余部分和附图，可以进一步理解本发明的本质和优点。
附图说明
图1示出了可以应用本发明实施例的网络情景。
图2是描述了根据本发明一个实施例的本地修复点(PLR)的操作步骤的流程图。
图3是描述了根据本发明一个实施例的流量工程LSP头端的操作步骤的流程图。
图4示出了可用于实现本发明实施例的网络设备。
具体实施方式
参考代表性网络环境描述本发明，本发明应用网络协议的某种组合来通过网络转发数据。链路可以使用任何类型的物理介质(例如光介质、无线介质、双绞线等)实现。链路还可以是用于从可操作的联网协议的角度看来向连接的节点给出相邻性的逻辑连接。在一个实施例中，这种网络的节点以各种协议指定的方式互操作，所述协议包括例如TCP/IP和由以下文档定义的协议，但不限于这些定义：
E.Rosen等人，＂Multiprotocol Label Switching Architecture，＂RFC 3031，Internet Engineering Task Force，January 2001.
Braden等人，＂Resource ReSerVation Protocol(RSVP)-Version 1Functional Specification，＂RFC 2205，Internet Engineering Task Force，September 1997.
Awduche等人，＂Requirements for Traffic Engineering Over MPLS，＂RFC2702，Internet Engineering Task Force，September 1999.
Berger等人，＂Generalized MPLS Signaling-RSVP-TE Extensions，＂RFC3473，Internet Engineering Task Force，January 2003.
Pan等人，＂Fast Reroute Techniques in RSVP-TE，＂Internet Draft，InternetEngineering Task Force，November 2004.
Farrel等人，＂Encoding of Attributes for Multiprotocol Label Switching(MPLS)Label Switched Path(LSP)Establishment Using RSVP-TE，＂IETFInternet Draft，March 2004.
Kompella等人，＂Detecting MPLS Data Plane Failures，＂IETF InternetDraft，February 2004.
上述文档的全部内容通过引用结合于此，以用于各种目的。
在一个实施例中，这里参考的网络节点是实现多协议标签交换(MPLS)和操作为标签交换路由器(LSR)的IP路由器。在一种简单的MPLS情景中，在网络出口处，在将分组转发到下一跳节点之前，基于分组的转发等价类向每个传入分组分配标签。在每个中间节点处，通过使用在传入分组中找到的标签作为到标签转发表的参考，确定转发选择和新替代标签。在网络出口处(或它之前的一跳处)基于传入标签进行转发判决，但是当分组被继续发送往下一跳时不包括标签。
以此方式穿过网络的分组所采取的路径是被预先配置的，并且被称为标签交换路径(LSP)。LSP的建立需要控制平面计算路径、用信令通知路径，以及修改沿路径的转发表。然后，转发平面使用转发表来沿LSP转发流量。
本发明的实施例提供了转发和控制平面之间的更高一致性，以便在更大范围内使用MPLS LSP。这包括但不限于例如MPLS流量工程LSP和MPLS流量工程快速重路由LSP。现在详细讨论将本发明的实施例应用于MPLS快速重路由隧道。
图1示出了可以应用本发明实施例的代表性网络情景。有九个路由器R1到R9。流量工程LSP已经通过R2、R3和R4被从R1用信令通知到R9。快速重路由备份隧道已经被预先配置，以便针对节点R3或与它邻接的链路的故障来保护该流量工程LSP。备份隧道通过R6和R7从R2延伸到R4。因此，R2是用于该备份隧道的本地修复点(PLR)。当R2检测到R2和R3之间的链路故障或节点R3的故障时，R2迅速通过备份隧道重路由流量工程LSP流量。
使用向下游流向隧道尾端的RSVP PATH消息和向上游返回隧道尾端的RSVP RESV消息来用信令进行通知。RSVP消息包括记录路由对象(RRO)对象。包含RRO对象的RSVP RESV消息在MPLS流量工程隧道存活期间持续向上游流动，以维护资源的保留。适于MPSL流量工程的RRO对象在其属性子对象中包括与每一跳处的流量工程隧道的当前保护状态有关的标志。具体而言，有一个指示流量工程LSP是否在特定节点处受保护的标志“本地保护可用”。在现有技术中，这个位反映了控制平面对备份隧道可用性的理解，而不考虑备份隧道转发平面状态。还有指示所选择的备份隧道是保护PLR之后的链路的所谓的下一跳(NHOP)隧道还是保护PLR之后的节点和链路的所谓再下一跳(NNHOP)隧道。
本发明的实施例允许PLR验证备份隧道的转发平面状态，并将状态传送到流量工程LSP头端。因此，在RSVP RESV消息中携带的LSP-ATTRIBUTES对象中定义一个新位。这个位被称为“本地保护状态已验证”。这个新位指示备份隧道的转发平面是否事实上已被验证。现在，“本地保护可用”位反映转发平面测试的结果。“本地保护可用”位可以被清除，因为控制平面不维护备份隧道的状态，或者因为虽然备份隧道在控制平面的角度看来是可操作的，但是已经通过相应的转发平面的测试而被发现是不可操作的。
图2是描述了根据本发明一个实施例的操作PLR的步骤的流程图。PLR验证转发平面的操作，如果检测到与控制平面的不一致，则可以采取多个步骤。
在一种特定实现中，在步骤202，PLR每Fc秒测试备份隧道转发平面的完好性。在测试转发平面之后，如果尚未设置“本地保护状态已验证”，则设置这个位。在一种实现中，检测机制采用题为“DetectingMPLS Data Plane Failures”的因特网草案指定的LSP Ping机制。LSP Ping有些类似于本领域已知的ICMP回声请求。此外，该因特网草案还提供了对用于LSP的“路由跟踪”辅助的规定。
LSP Ping以与任何分组被通过LSP转发相似地被转发。LSP Ping最终到达LSP的末端。在那里，它被验证其事实上是该LSP的尾端的最终LSR(末端)的控制平面处理。然后，该最终LSR不是经由单向LSP而是以任何其他使用IP和/或MPLS的合适方式来向发出LSP Ping的LSR作出响应。如果LSP Ping不是为了被控制平面理解为存活的LSP返回的，则这指示存在诸如沿该LSP的某处的LSR处的转发表扰乱等转发平面故障。
检测机制识别转发平面在沿LSP的何处被损坏可能是有用的。LSPPing路由跟踪分组可以被发送到沿LSP的每个LSR处的11p。这些LSR对路由跟踪消息作出响应，以验证直到LSP中该点的连通性。但是，LSPPing检测和故障定位机制仅被提供作为示例。例如，诸如Cisco System提供的Service Assurance Agent等自治代理可以被用来自动生成类似的消息。Service Assurance Agent还可以测量沿LSP的延迟、抖动和分组丢失。此外，LSP Ping消息也可以通过题为“Label Switching Router Self-Test”的因特网草案中公开的自动技术生成。本领域已知的网络分析设备也可被用来探测LSP转发平面的完好性。
步骤204测试步骤202是否检测到转发平面故障。如果没有检测到故障，则在步骤202重复调用检测机制。如果检测到故障，则执行进行到步骤206。应当注意，转发平面故障并不限于被损坏的连接，而是还可以包括诸如过度延迟、过度抖动、过度的分组丢失等异常情况。这些都可以通过使用适当的检测机制来注册。步骤206在k2*Fc期间将LSP Ping频率(或调用备选检测机制的频率)修改为Fc/k1。变量k1和k2可以被自由配置或硬连线。还希望减小步骤206的Ping频率以减小测试的额外开销，但是相反，依赖于网络配置，也可以希望提高Ping频率。
步骤208以新探测频率测试故障是否持续。如果故障不持续，则处理返回步骤202。如果故障持续，则可以在PLR处在响应中采取多个动作。一种希望的动作是，在步骤210。PLR修改它发送到头端的RRO对象，以清除“本地保护可用”位。“本地保护状态已验证”在先前被设置，因此头端将意识到在PLR处已经有转发平面故障，并且将能够采取适当动作。
PLR在这里可以作出的其他通知包括使用系统日志(syslog)、本地命令行界面或本地通知和改变到SNMP(简单网络管理协议)MIB(管理信息库)。在步骤212，PLR可以重路由FRR隧道。当前备份隧道中包括的链路和节点的全部或一个子集可以从用于计算备选备份隧道的网络拓扑中剪除。可以基于LSP Ping路由跟踪的结果来选择要剪除的元件。以此方式，转发和控制平面被带回同步。
图3是描述根据本发明一个实施例的操作MPLS流量工程LSP头端的步骤的流程图。头端将解释接收到的“本地保护可用”和“本地保护状态已验证”位。如果两个位都被清除，则在所关心的PLR处没有备份隧道。如果两个位都被设置，则备份隧道可用，并且其转发平面已被检查。如果“本地保护可用”位被设置，而“本地保护状态已验证”位被清除，则备份隧道从控制平面角度来看可操作，但是转发平面尚未被测试。如果“本地保护可用”位被设置并且“本地保护状态已验证”位被设置，则备份隧道控制平面可用但转发平面有故障。
在步骤302，头端接收指示备份隧道的转发平面故障的RESV消息。“本地保护可用”位被设置，而“本地保护状态已验证”位被清除。
头端可以以多种方式作出反应。在步骤304，头端通知操作者。用于操作者通知的机制包括上述syslog、命令行接口，或SNMP MIB通知。然后，操作者可以请求手工重配置PLR处的备份隧道，或者可以重路由流量工程LSP，以避开已受备份隧道转发平面故障影响的PLR。
或者，这种重路由可以自动发生。但是，步骤306等待Tw秒以允许PLR自己纠正备份隧道问题和发现新备份隧道的可能性。如果备份隧道已被控制平面拆除，则该等待时间不会被使用。如果在等待时间之后，接收到的RRO对象继续指示所关心的备份隧道的转发平面被扰乱，则在步骤308，头端可以重路由流量工程LSP以避开受影响的PLR。
优选地，在每接口基础上在每个PLR处本地配置对备份隧道转发平面测试和同步的使用。Fc、k1和k2的值也可以在每端口基础上配置。或者，MPLR流量工程头端可以通过设置RSVP PATH消息中携带的LSP-ATTRIBUTES对象中的特殊位来请求备份隧道的转发平面验证。
对于不是备份隧道的MPLS流量工程LSP而言，可以遵循较为简单的过程。头端本身将调用适当的检测机制。然后，当检测到转发平面故障时，头端将通知操作者和/或还采取动作来自动重计算MPLS流量工程LSP。以此方式，控制平面和转发平面被带回同步。
图4示出了可用于实现例如图1的任意路由器和/或执行图2或图3的任意步骤的网络设备400。在一个实施例中，网络设备400是可以在硬件、软件或其任意组合中实现的可编程机器。处理器402执行存储在程序存储器404中的代码。程序存储器404是计算机可读介质的一个示例。程序存储器404可以是易失性存储器。存储相同代码的计算机可读介质的另一形式可以是某种类型的非易失性存储装置，例如软盘、CD—ROM、DVD—ROM、硬盘、闪存，等等。运送代码通过网络的载波是计算机可读介质的另一示例。
网络设备400经由多个线路卡406与物理介质接口。线路卡406可以包含以太网接口、DSL接口、千兆比特以太网接口、10千兆比特以太网接口、SONET接口，等等。当分组被网络设备400接收、处理和转发时，它们可以被存储在分组存储器408中。网络设备400实现上述所有网络协议机器扩展以及本发明提供的数据联网特征。
在一种实现中，控制平面操作由处理器402控制和用信令通知，而转发表被在线路卡406上维护。但是，本发明并不限于分布式体系结构。为了实现根据本发明的功能，线路卡406可以包含类似于上面结合作为整体的网络设备讨论的处理和存储器资源。
应当理解，这里描述的示例和实施例仅是说明性的，本领域的技术人员可以知晓其各种修改和改变，这些修改和改变将被包括在该申请的精神和范围和所附权利要求的范围及其所有范围的等同物内。

Claims (24)

1.一种用于确保标签交换路径(LSP)的操作的方法，所述方法包括：
验证沿所述LSP的路由器的转发状态；以及
如果所述验证检测到沿所述LSP的扰乱转发状态，则通知用于所述LSP的控制平面实体；以及
使用所述控制平面实体来重路由所述标签交换路径。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述LSP包括MPLS流量工程LSP。
3.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的方法，所述方法包括：
在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态；以及
如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器。
5.如权利要求3所述的方法，还包括：
在所述通知之后，使用所述头端路由器重路由所述MPLS流量工程LSP。
6.如权利要求3所述的方法，其中验证包括：
利用LSP Ping。
7.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的方法，所述方法包括：
在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态；以及
如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道。
9.如权利要求7所述的方法，其中验证包括：
采用LSP Ping。
10.如权利要求7所述的方法，还包括：
在所述通知之后，使用所述头端路由器来重路由所述MPLS流量工程LSP。
11.一种用于确保标签交换路径(LSP)的操作的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
用于验证沿所述LSP的路由器的转发状态的代码；
用于如果所述验证检测到沿所述LSP的扰乱转发状态，则通知用于所述LSP的控制平面实体的代码；
用于使用所述控制平面实体来重路由所述标签交换路径的代码；以及
存储所述代码的计算机可读介质。
12.如权利要求11所述的计算机程序产品，其中所述LSP包括MPLS流量工程LSP。
13.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
用于在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态的代码；
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道的代码；以及
存储所述代码的计算机可读介质。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括：
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器的代码。
15.如权利要求13所述的计算机程序产品，还包括：
用于在所述通知之后，使用所述头端路由器重路由所述MPLS流量工程LSP的代码。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述用于验证的代码包括：
用于利用LSP Ping的代码。
17.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
用于在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态的代码；
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器的代码；以及
存储所述代码的计算机可读介质。
18.如权利要求17所述的计算机程序产品，还包括：
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道的代码。
19.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中所述用于验证的代码包括：
用于采用LSP Ping的代码。
20.如权利要求17所述的计算机程序产品，还包括：
用于在所述通知之后，使用所述头端路由器来重路由所述MPLS流量工程LSP的代码。
21.一种用于确保标签交换路径(LSP)的操作的装置，所述装置包括：
处理器；以及
存储供所述处理器执行的软件的存储器，所述软件包括：
用于验证沿所述LSP的路由器的转发状态的代码；
用于如果所述验证检测到沿所述LSP的扰乱转发状态，则通知用于所述LSP的控制平面实体的代码；以及
用于使用所述控制平面实体来重路由所述标签交换路径的代码。
22.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的装置，所述装置包括：
处理器；以及
存储供所述处理器执行的软件的存储器，所述软件包括：
用于在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态的代码；以及
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则重路由所述快速重路由隧道的代码。
23.一种用于确保MPLS流量工程LSP的快速重路由保护的可用性的装置，所述装置包括：
处理器；以及
存储供所述处理器执行的软件的存储器，所述软件包括：
用于在沿所述MPLS流量工程LSP的所选择的路由器处，验证快速重路由隧道的转发状态的代码；以及
用于如果所述验证检测到沿所述快速重路由隧道的扰乱转发状态，则将所述MPLS流量工程LSP扰乱转发状态通知头端路由器的代码。
24.一种用于确保标签交换路径(LSP)的操作的装置，所述装置包括：
用于验证沿所述LSP的路由器的转发状态的装置；
用于如果所述验证检测到沿所述LSP的扰乱转发状态，则通知用于所述LSP的控制平面实体的装置；以及
用于使用所述控制平面实体来重路由所述标签交换路径的装置。
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