城域網(wǎng)路由器網(wǎng)絡(luò )層可靠技術(shù)分析

寬帶業(yè)務(wù)快速發(fā)展，給傳統電信業(yè)和IT業(yè)帶來(lái)了深刻的變革。多業(yè)務(wù)、多網(wǎng)絡(luò )的融合已經(jīng)成為不可逆轉的趨勢。寬帶城域網(wǎng)作為城域網(wǎng)內的主要網(wǎng)絡(luò )實(shí)體將成為3G、NGN以及其它新興增值業(yè)務(wù)的承載平臺。

3G、NGN這類(lèi)實(shí)時(shí)的語(yǔ)音和視頻應用，要求城域網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量保證和類(lèi)似于傳統電信技術(shù)99.999％的電信級網(wǎng)絡(luò )可靠性要求。同時(shí)，激烈的競爭也推動(dòng)運營(yíng)商向客戶(hù)提供類(lèi)似SLA有服務(wù)質(zhì)量保證的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )可靠性是其中的首要也是最重要的指標。通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性，運營(yíng)商可以通過(guò)提供差別化的服務(wù)，在運營(yíng)商之間的競爭中占居有利的地位，進(jìn)一步樹(shù)立和鞏固企業(yè)的品牌形象。

城域網(wǎng)路由器的可靠性體現在以下兩個(gè)方面，一個(gè)是設備層的可靠性，另一個(gè)是網(wǎng)絡(luò )層的可靠性。網(wǎng)絡(luò )可靠性是城域網(wǎng)路由器可靠性保障的一個(gè)重要內容，由于傳統的路由器協(xié)議收斂比較慢（IGP在秒級，BGP在分鐘級），不能滿(mǎn)足承載實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求。網(wǎng)絡(luò )可靠性也是城域網(wǎng)路由器新技術(shù)比較活躍的領(lǐng)域。

目前新出現的網(wǎng)絡(luò )層可靠性技術(shù)主要有IP路由快速收斂、端到端LSP備份、MPLS快速重路由、平穩重啟等。

IP路由快速收斂

IP動(dòng)態(tài)路由是最基本的網(wǎng)絡(luò )層可靠性保障機制，是IP路由網(wǎng)絡(luò )與生俱來(lái)的功能。IP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議負責進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )層IP轉發(fā)路徑計算，在鏈路或者節點(diǎn)發(fā)生故障導致原數據轉發(fā)路徑中斷時(shí)，路由協(xié)議對數據轉發(fā)路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)重新計算，雖然各種路由協(xié)議通過(guò)采用不同的機制，其響應時(shí)間有差別，但是平均水平在秒一級。對于傳統IP業(yè)務(wù)這個(gè)恢復時(shí)間可以接受，但是對于承載實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)等多業(yè)務(wù)的電信級IP網(wǎng)來(lái)說(shuō)要求毫秒級恢復響應時(shí)間，傳統IP動(dòng)態(tài)路由技術(shù)和這一要求有很大差距。

在傳統路由協(xié)議的基礎上，進(jìn)行改進(jìn)可以縮短IP路由協(xié)議的故障響應時(shí)間，這些措施主要是加快路由協(xié)議的收斂。加快路由協(xié)議收斂速度可以分為鏈路故障檢測、路由重計算、路由信息更新等幾個(gè)方面考慮。通過(guò)加快鏈路之間Hello消息的發(fā)送頻率，加快SPF計算速度和為路由更新消息設定高優(yōu)先級，路由協(xié)議可以快速發(fā)現、處理故障，并且準確快速地進(jìn)行路由更新，加快路由協(xié)議的收斂，通過(guò)優(yōu)化IGP路由協(xié)議可以實(shí)現小于1s的收斂。

另一種加快路由協(xié)議收斂的方法是采用IGP和EGP對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行合理的層次規劃，IGP進(jìn)行域內設備的路由，EGP（BGP4）承載外部路由，兩種路由之間進(jìn)行有效隔離，不相互進(jìn)行重分配。IGP和BGP的合理分工，形成了一個(gè)層次化的路由結構，域內和域間路由協(xié)議的收斂相互獨立，互不影響，可以實(shí)現最快速度收斂。

LSP保護切換

保護切換是ITU－T采用的術(shù)語(yǔ)，保護切換技術(shù)對于提高M(jìn)PLS網(wǎng)絡(luò )的可用性和穩定性具有關(guān)鍵意義。保護切換一般對受保護LSP路由的預計算和資源的預分配，所以可以保證在LSP連接失效或者中斷后可以快速重新獲得網(wǎng)絡(luò )資源。

目前技術(shù)的發(fā)展只可以支持對點(diǎn)到點(diǎn)LSP的保護切換，保護可以采用兩種方式：1＋1保護和1：1保護。

1＋1保護使用一條專(zhuān)用的備份LSP作為主LSP保護，在IngressLSR處，主LSP和備份LSP橋接在一起，主LSP上的流量復制到備份LSP上同時(shí)傳送到EgressLSR，EgressLSR根據故障指示參數的取值，選擇接收主備LSP上的流量。

1：1保護時(shí)也使用專(zhuān)用的備份LSP作為主LSP的保護，但是主備LSP不同時(shí)傳送相同的流量，備份LSP在主LSP工作正常的前提下可以傳送其它流量，流量的保護切換裁決在IngressLSR進(jìn)行。

MPLS快速重路由（FRR）

為了滿(mǎn)足諸如像視頻會(huì )議電視這一類(lèi)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)應用，必須對這些流量提供類(lèi)似于傳統SDHAPS毫秒級的LSP保護能力。

LSP保護切換技術(shù)，需要信令協(xié)議的介入，故障點(diǎn)到恢復點(diǎn)的故障指示信令傳遞引入了不必要的網(wǎng)絡(luò )恢復延時(shí)。MPLS快速重路由技術(shù)可以實(shí)現在沒(méi)有信令介入情況下，由故障檢測點(diǎn)直接對故障鏈路流量根據預先設定的保護路徑進(jìn)行重定向，恢復點(diǎn)即為故障點(diǎn)。多數的快速重路由方案依賴(lài)預先建立的備份通道，當網(wǎng)絡(luò )恢復點(diǎn)檢測到網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，它要做的工作就是簡(jiǎn)單地更新LSP交換表，使流量從故障端口的LSP切換到預先在正常端口建立的LSP內。

快速重路由的優(yōu)勢除了可以提高保護恢復的速度外，通過(guò)有選擇的在網(wǎng)絡(luò )薄弱環(huán)節配置保護能力，避免了在可靠網(wǎng)絡(luò )重復保護、無(wú)謂消耗核心網(wǎng)絡(luò )資源。MPLS快速重路由技術(shù)提供50ms內的保護切換，可以作為SDHAPS保護機制的替代。

MPLS快速重路由采用如下配置過(guò)程：

首先，在LSP的入口處即LSR1，使用一條用戶(hù)命令激活MPLS保護切換功能；LSR1向LSP路徑上的所有LSR發(fā)送信令，每個(gè)LSR都計算出一條旁路下一跳LSR的備份LSP，LSP快速重路由配置即完成。當LSP路徑上的某個(gè)LSR檢測到下游故障時(shí)，由該LSR在本地將流量切換到備份LSP內。

在IETF中有多種快速重路由的方案，主流的兩種保護方式為鏈路保護和節點(diǎn)保護，其解決問(wèn)題的思路和復雜度各異，目前該技術(shù)還沒(méi)有形成正式的RFC.

平穩重啟（Gracefulrestart）

引起控制平面重啟的可能因素包括：軟件升級、軟件Bug或者硬件故障，無(wú)中斷重啟可以做到控制平面重啟時(shí)，數據平面無(wú)間斷轉發(fā)。但是如果控制平面故障，對等路由器將重新計算路由，旁路故障路由器，數據平面的不間斷轉發(fā)就沒(méi)有意義，而且故障路由會(huì )擴散到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍。在MPLSVPNPE路由器上如果發(fā)生這種情形，其結果是災難性的。

控制平面平穩重啟技術(shù)可以有效解決這個(gè)難題，采用該技術(shù)的路由器在控制平面發(fā)生故障時(shí)，可以通知鄰近路由器繼續使用原路徑進(jìn)行數據轉發(fā)，同時(shí)重啟路由器重新和鄰近路由器建立路由狀態(tài)，保證在重啟過(guò)程中業(yè)務(wù)可用性，最小化單個(gè)設備重啟對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的影響。

在平穩重啟的過(guò)程中路由器不保存相關(guān)的協(xié)議狀態(tài)，所以引起的重啟軟件故障不會(huì )延續到重啟后。

平穩重啟是新特性，很多舊設備無(wú)法支持，所以可以在局部子網(wǎng)內支持該特性的設備上使用。

在網(wǎng)絡(luò )邊界，運營(yíng)商邊界路由器面對眾多客戶(hù)，而且一般都沒(méi)有冗余措施，最適合使用平穩重啟技術(shù)。網(wǎng)絡(luò )核心一般都采用冗余路徑進(jìn)行保護，而且帶業(yè)務(wù)重啟容易造成路由環(huán)，所以不建議在網(wǎng)絡(luò )核心采用平穩重啟技術(shù)。