Cisco_MPLS流量工程——TE隧道工程介绍与配置

MPLS流量工程背景：　　目前Internet发展迅猛，但是Internet上的路由协议从本质上讲是无连接的，因此导致了整个网络容量利用率的非最佳特征。现在的路由选择只是基于目的地IP地址和最短路径进行的，忽略了网路可用链路容量和分组流本身的要求。这种超级聚合将导致某些链路过载或拥塞，而其它一些链路则处于利用率不足的情况；而且Internet上的IP服务从本质上讲是没有服务质量，或称之为BestEffort。但是目前IP技术希望支撑广泛的业务，其中包括话音和视频。这一点对目前的IP技术而言是无能为力的，或者是力不从心。　　迄今为止，在骨干网上提供流量工程主要靠的ATM技术，当然ATM是一种面向连接的交换技术，它从规划和设计方面提供优化网络的流量工程机制。但是由于目前高层应用大部分都是采用基于TCP/IP技术的，ATM技术的流量控制机制对IP业务是间接控制方式，所以IP技术才考虑在自己的功能中增加流量控制，或称之为流量工程，显然这是要提供一种直接方式的流量控制机制。MPLS正是在这种背景下才不得不采纳ATM的思想，借鉴ATM的流控机制实现MPLS的流量工程（TrafficEngineering），全面提高IP网络性能。MPLS的流量工程：TE：TrafficEngineering的缩写，即流量工程的意思。流量工程的本质就是将业务流量映射到实际的物理路径上。而MPLS节点实际上是一个采用标记对其处理业务量进行交换的设备。ATM和帧中继交换机都可以提供这里的交换功能，在采用ATM时，直接将标记映射为ATM信元的VPI/VCI。就MPLS而言，其中心思想就是解决拥塞，避免由于业务流和资源的无效映射所导致的有些网络资源过渡利用，而其它资源则利用不足的矛盾；根据网络拓扑，快速、准确、有效地动态重新分配业务流，尤其是在发生网络线路或设备故障时更应如此。说到MPLSTE，不得不提到流量工程的四个基础功能部件，即信息发布、通路选择、信令和数据转发，这四个部件形成了整个流量工程的工作流程，因此是重中之重的内容，这里将介绍每个部件的主要作用。1.信息发布：MPLS流量工程使用扩展的IGP-TE来向外通告和获取网络拓扑状态信息，并形成链路状态数据库LSDB和流量工程数据库TEDB，其中LSDB用于传统的SPF计算，而TEDB用于建立TE隧道时进行选路的计算。这里的信息发布组件就是IGP-TE，IGP-TE是在普通IGP的基础之上扩展了对第10类lsa的支持，即opaque-lsa，opaque-lsa可以表征最大链路带宽、最大预约链路带宽、当前预留带宽、当前使用带宽和链路颜色等属性，从而形成对应的TEDB。2.通路选择组件：具体的通路选择组件当然是CSPF了，即基于约束的SPF算法。在TEDB形成之后，入口LSR使用CSPF计算每条lsp的物理路径。 1.信令组件：这里的信令组件可以是RSVP-TE或者CR-LDP，目前业界一般都使用RSVP-TE作为MPLS流量工程的信令组件，其作用主要是根据通路选择组件计算出来的路径建立lsp，预留资源并分发标签等。2.数据转发组件：既然是MPLS流量工程，数据转发组件当然是MPLS了，在信令组件成功的建立了lsp之后，采用MPLS对数据报文进行标签交换和转发处理。流量工程功能：1、智能连接　　为了实现对网络资源的优化，减少管理人员的负担，MPLS节点将采用信令协议建立端到端标记交换通道（LSR）。智能连接可以由用户决定（明确路由），也可由通路计算算法实现。目前采用的链路状态数据库可以是OSPF－TE（OSPF流量工程）或IS－IS－TE（IS－IS流量工程）库，但是计算算法是一样的。这里必须明确注意，没有附加限制的通路计算算法将无疑于最小费用路径。如果没有附加限制条件，路径算法只能明显地改善管理人员配置明确路由工作量，但是对改善网络业务量分布并没有实质贡献。2、带宽估计　　为了改善路径计算算法分配业务量的有效性，还需要其它参数。估计带宽便是其中之一。事实上，每个LSP都需要一个估计带宽，而且每条链路还要有一个链路拥塞系数，而该系数又是根据该链路容量和已经占用LSP的容量和估值进行计算的结果。当增加新的路径时，每条相关路径都要重新计算其路径拥塞系数。新的连接将选择具有最低拥塞系数的链路构成。3、带宽测量　　虽然估计带宽对提高网络资源利用率有很大的改进，但是这毕竟还是一种估算。很显然，对实际业务量的估算越准确，路径选择的有效性也就越高。由于前述的路径计算算法采用的是一种静态方式，没有考虑实际的时变链路利用率，所以其结果可能是对一条链路的业务量估计过高或过低。过低的流量估计可能导致实际链路的业务量过载，造成我们希望避免的拥塞和分组丢失；而过高的流量估计则可导致实际链路利用不足，造成网络其它部分不必要的潜在拥塞。　　因此，让估计带宽算法更好地发挥作用的办法将是采用测量带宽。定期测量链路的使用率，使用率波动，缓冲器占用和缓冲器占用率波动将至关重要。这些新的参数可以通过路由协议定期发布或是在超过某一门限时触发发布。籍此，可以动态计算聚合业务量的有效带宽。这种方法比普通的带宽估计更精确，因此进一步提高了网络资源的利用率。4、网络弹性 　　目前Internet服务对企业的成功至关重要，因此用户需要不同的服务可用性。MPLS的控制机制应能提供线路或设备的失效恢复功能。传统的方法是采用超时检测，即一种被动方式，新方法应采用主动方式，对故障进行早期检测和预测。底层的失效信息与路由和信令层应有直接的联系，以便更早地触发恢复对策。5、连接优先级　　让某些连接比其它连接拥有更高的优先级显然是一种普遍性的需求，因此在MPLS中的LSR必须具有这种能力，其中包括建立连接的优先级和释放连接的优先级。值得注意的是在故障条件下的优先级处理对缩短高优先级连接的恢复时间十分重要。在有迂回路由的地方，由于网络故障的动态性，最佳迂回路由往往只能在最后一刻才能确定，因此连接的优先级必须动态配置。6、网络重组规则　　在现代通信网中，网络线路或设备造成的失效将影响数以百计，甚至是数以千计的LSP。无序的释放，重组路由和二次信令将导致交换机控制系统的过载，造成网络重组时间过长。因此，在MPLS中必须有一种文雅的重组机制，这时必须指定不同优先级LSP组的重组策略。这样做的好处还在于能够更快地将重组后的网络资源占用信息传播至MPLS的相关节点，确保重组过程仍然具有优化网络资源的考虑。7、标记堆栈　　MPLS的标记堆栈能力可以明显地改善网络核心的恢复时间。譬如当业务量在核心网络聚合时，通过增加另一层标记可以降低核心网络中LSP的数量。一旦网络核心发生故障，只需对数量较少的LSP进行路由重组，简化了重组任务。8、复原恢复/路径优化　　当MPLS网络中的故障设备恢复之后，网络仍应该恢复到原来的最佳资源配置状态。在无连接的网络中，业务量将自动恢复到最短路径面，而在面向连接的网络中则必须采用一种类似机制，复原恢复/路径优化便是在面向连接网络中经常采用的方法。MPLS网络中的LSR可以定期检测是否存在比现有LSP更好的路径，如果存在，则老的LSP应该切换至新的LSP。典型的例子就是在网络故障恢复之后，临时的LSP又恢复至原来的LSP，另一种情况为恢复至用户指定的路径。9、信令性能　　虽然MPLS是一种拓扑驱动的网络，大部分LSP存在的时间都比较长,对信令性能的要求相对较低。但是由于MPLS的目的是作为一种骨干网技术，必须迅速有效地对故障进行恢复，所以，实际上信令性能的好坏对MPLS的流量工程的自动化水平有至关重要的影响。10、网络服务质量 MPLS的流量工程需要提供服务质量，具体而言是针对不同的服务，尤其是未来的多媒体服务提供可选/可控的网络服务质量。这就要求MPLS的每个LSR都能针对所选的LSP分配特定的缓冲区和调度优先级，并且预留相关的网络资源。显然，一个动态多服务网络的服务质量优化系统对MPLS的最终成功十分重要。流量工程配置案例：1、拓扑图：2、环境介绍：CiscoRouter3640version12.43、配置说明：R1、R2和R3互连；R1和R3之间建立一条TE隧道；R1、R2和R3，各起Loopback0。4、具体配置：R1：mplstraffic-engtunnels/*启用mpls-te功能*/!interfaceLoopback0ipaddress200.1.1.1255.255.255.0!interfaceTunnel1/*配置隧道tunnel1*/ipunnumberedLoopback0/*配置隧道ip，同ipaddress配置*/tunneldestination200.1.1.3/*配置该隧道的目的地址*/tunnelmodemplstraffic-eng/*配置隧道的模式为mpls-te*/tunnelmplstraffic-engautorouteannounce/*配置该隧道的自动路由功能*/tunnelmplstraffic-engpriority66/*配置该隧道的优先级*/tunnelmplstraffic-engbandwidth3000/*配置该隧道的带宽*/tunnelmplstraffic-engpath-option16explicitnamet1/*配置隧道的显示路径*/tunnelmplstraffic-engrecord-route/*配置隧道记录标签信息*/ !interfaceEthernet0/0ipaddress12.1.1.1255.255.255.0mplstraffic-engtunnels/*接口模式下使能mpls-te功能*/iprsvpbandwidth15000/*配置接口的总te带宽*/!routerospf89mplstraffic-engrouter-idLoopback0/*使能ospf-te的mpls-terouter-id*/mplstraffic-engarea0/*在ospf-tearea0中使能mpls-te*/network12.1.1.00.0.0.255area0network200.1.1.10.0.0.0area0!ipexplicit-pathnamet1enable/*配置隧道使用的显示路径*/next-address12.1.1.2next-address23.1.1.3!R2：mplstraffic-engtunnels/*启用mpls-te功能*/!interfaceLoopback0ipaddress200.1.1.2255.255.255.0!interfaceEthernet0/1ipaddress12.1.1.2255.255.255.0mplstraffic-engtunnels/*接口模式下使能mpls-te功能*/iprsvpbandwidth10000/*配置接口的总te带宽*/!interfaceEthernet0/0ipaddress23.1.1.2255.255.255.0mplstraffic-engtunnels/*接口模式下使能mpls-te功能*/iprsvpbandwidth15000/*配置接口的总te带宽*/!routerospf89mplstraffic-engrouter-idLoopback0/*使能ospf-te的mpls-terouter-id*/mplstraffic-engarea0/*在ospf-tearea0中使能mpls-te*/network12.1.1.00.0.0.255area0network23.1.1.00.0.0.255area0network200.1.1.20.0.0.0area0!R3：mplstraffic-engtunnels/*启用mpls-te功能*/ !interfaceLoopback0ipaddress200.1.1.3255.255.255.0!interfaceTunnel1/*配置隧道tunnel1*/ipunnumberedLoopback0/*配置隧道ip，同ipaddress配置*/tunneldestination200.1.1.1/*配置该隧道的目的地址*/tunnelmodemplstraffic-eng/*配置隧道的模式为mpls-te*/tunnelmplstraffic-engautorouteannounce/*配置该隧道的自动路由功能*/tunnelmplstraffic-engpriority66/*配置该隧道的优先级*/tunnelmplstraffic-engbandwidth3000/*配置该隧道的带宽*/tunnelmplstraffic-engpath-option16explicitnamet3/*配置隧道的显示路径*/tunnelmplstraffic-engrecord-route/*配置隧道记录标签信息*/!interfaceEthernet0/1ipaddress23.1.1.3255.255.255.0mplstraffic-engtunnels/*接口模式下使能mpls-te功能*/iprsvpbandwidth15000/*配置接口的总te带宽*/!routerospf89mplstraffic-engrouter-idLoopback0/*使能ospf-te的mpls-terouter-id*/mplstraffic-engarea0/*在ospf-tearea0中使能mpls-te*/network23.1.1.00.0.0.255area0network200.1.1.30.0.0.0area0!ipexplicit-pathnamet3enable/*配置隧道使用的显示路径*/next-address23.1.1.2next-address12.1.1.1!1、Mpls-te-tunnel诊断：当完成了R1上TE的相关配置后，即不配置R3斜体字部分，使用如下命令：R1#showmplstraffic-engtunnelsbrief结果如图2：当完成了R1上TE的相关配置后，即不配置R3斜体字部分，使用如下命令：R3#showmplstraffic-engtunnelsbrief结果如图3： 图-2图-3