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(tǒng)電信業(yè)和IT業(yè)帶來了深刻的變革。多業(yè)務(wù)、多網(wǎng)絡(luò)的融合已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。寬帶城域網(wǎng)作為城域網(wǎng)內(nèi)的主要網(wǎng)絡(luò)實體將成為3G、NGN以及其它新興增值業(yè)務(wù)的承載平臺。

3G、NGN這類實時的語音和視頻應(yīng)用，要求城域網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量保證和類似于傳統(tǒng)電信技術(shù)99.999％的電信級網(wǎng)絡(luò)可靠性要求。同時，激烈的競爭也推動運(yùn)營商向客戶提供類似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(biāo)。通過提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，運(yùn)營商可以通過提供差別化的服務(wù)，在運(yùn)營商之間的競爭中占居有利的地位，進(jìn)一步樹立和鞏固企業(yè)的品牌形象。

城域網(wǎng)路由器的可靠性體現(xiàn)在以下兩個方面，一個是設(shè)備層的可靠性，另一個是網(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重要內(nèi)容，由于傳統(tǒng)的路由器協(xié)議收斂比較慢（IGP在秒級，BGP在分鐘級），不能滿足承載實時業(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(xiàn)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(wěn)重啟等。

IP路由快速收斂

IP動態(tài)路由是最基本的網(wǎng)絡(luò)層可靠性保障機(jī)制，是IP路由網(wǎng)絡(luò)與生俱來的功能。IP動態(tài)路由協(xié)議負(fù)責(zé)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層IP轉(zhuǎn)發(fā)路徑計算，在鏈路或者節(jié)點發(fā)生故障導(dǎo)致原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑中斷時，路由協(xié)議對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑進(jìn)行動態(tài)重新計算，雖然各種路由協(xié)議通過采用不同的機(jī)制，其響應(yīng)時間有差別，但是平均水平在秒一級。對于傳統(tǒng)IP業(yè)務(wù)這個恢復(fù)時間可以接受，但是對于承載實時業(yè)務(wù)等多業(yè)務(wù)的電信級IP網(wǎng)來說要求毫秒級恢復(fù)響應(yīng)時間，傳統(tǒng)IP動態(tài)路由技術(shù)和這一要求有很大差距。

在傳統(tǒng)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)可以縮短IP路由協(xié)議的故障響應(yīng)時間，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方面考慮。通過加快鏈路之間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(shè)定高優(yōu)先級，路由協(xié)議可以快速發(fā)現(xiàn)、處理故障，并且準(zhǔn)確快速地進(jìn)行路由更新，加快路由協(xié)議的收斂，通過優(yōu)化IGP路由協(xié)議可以實現(xiàn)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(guī)劃，IGP進(jìn)行域內(nèi)設(shè)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，形成了一個層次化的路由結(jié)構(gòu)，域內(nèi)和域間路由協(xié)議的收斂相互獨立，互不影響，可以實現(xiàn)最快速度收斂。

LSP保護(hù)切換

保護(hù)切換是ITU－T采用的術(shù)語，保護(hù)切換技術(shù)對于提高M(jìn)PLS網(wǎng)絡(luò)的可用性和穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義。保護(hù)切換一般對受保護(hù)LSP路由的預(yù)計算和資源的預(yù)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)展只可以支持對點到點LSP的保護(hù)切換，保護(hù)可以采用兩種方式：1＋1保護(hù)和1：1保護(hù)。

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

1：1保護(hù)時也使用專用的備份LSP作為主LSP的保護(hù)，但是主備LSP不同時傳送相同的流量，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(hù)切換裁決在IngressLSR進(jìn)行。

MPLS快速重路由（FRR）

為了滿足諸如像視頻會議電視這一類業(yè)務(wù)的實時應(yīng)用，必須對這些流量提供類似于傳統(tǒng)SDHAPS毫秒級的LSP保護(hù)能力。

LSP保護(hù)切換技術(shù)，需要信令協(xié)議的介入，故障點到恢復(fù)點的故障指示信令傳遞引入了不必要的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)延時。MPLS快速重路由技術(shù)可以實現(xiàn)在沒有信令介入情況下，由故障檢測點直接對故障鏈路流量根據(jù)預(yù)先設(shè)定的保護(hù)路徑進(jìn)行重定向，恢復(fù)點即為故障點。多數(shù)的快速重路由方案依賴預(yù)先建立的備份通道，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)點檢測到網(wǎng)絡(luò)故障時，它要做的工作就是簡單地更新LSP交換表，使流量從故障端口的LSP切換到預(yù)先在正常端口建立的LSP內(nèi)。

快速重路由的優(yōu)勢除了可以提高保護(hù)恢復(fù)的速度外，通過有選擇的在網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)配置保護(hù)能力，避免了在可靠網(wǎng)絡(luò)重復(fù)保護(hù)、無謂消耗核心網(wǎng)絡(luò)資源。MPLS快速重路由技術(shù)提供50ms內(nèi)的保護(hù)切換，可以作為SDHAPS保護(hù)機(jī)制的替代。

MPLS快速重路由采用如下配置過程：

首先，在LSP的入口處即LSR1，使用一條用戶命令激活MPLS保護(hù)切換功能；LSR1向LSP路徑上的所有LSR發(fā)送信令，每個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(dāng)LSP路徑上的某個LSR檢測到下游故障時，由該LSR在本地將流量切換到備份LSP內(nèi)。

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

平穩(wěn)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，無中斷重啟可以做到控制平面重啟時，數(shù)據(jù)平面無間斷轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)平面的不間斷轉(zhuǎn)發(fā)就沒有意義，而且故障路由會擴(kuò)散到整個網(wǎng)絡(luò)范圍。在MPLSVPNPE路由器上如果發(fā)生這種情形，其結(jié)果是災(zāi)難性的。

控制平面平穩(wěn)重啟技術(shù)可以有效解決這個難題，采用該技術(shù)的路由器在控制平面發(fā)生故障時，可以通知鄰近路由器繼續(xù)使用原路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時重啟路由器重新和鄰近路由器建立路由狀態(tài)，保證在重啟過程中業(yè)務(wù)可用性，最小化單個設(shè)備重啟對整個網(wǎng)絡(luò)的影響。

在平穩(wěn)重啟的過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延續(xù)到重啟后。

平穩(wěn)重啟是新特性，很多舊設(shè)備無法支持，所以可以在局部子網(wǎng)內(nèi)支持該特性的設(shè)備上使用。

在網(wǎng)絡(luò)邊界，運(yùn)營商邊界路由器面對眾多客戶，而且一般都沒有冗余措施，最適合使用平穩(wěn)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(hù)，而且?guī)I(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(wěn)重啟技術(shù)。