浅谈MPLS-TE技术及应用

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一、MPLS-TE技术概述
　　简而言之，MPLS-TE就是在MPLS网络上的流量工程，是指为业务流选择路径的处理过程，以在网络中不同的链路、路由器和交换机之间均衡业务流负载。其目标是在一个点与另一节点之间计算一条路径（源路由），该路径不违反它的约束（例如带宽/管理要求），并且从一些数量指标看来是最优的。MPLS由于自身路由与转发分离的特点，适合与TE的结合，形成MPLS-TE技术。
　　MPLS-TE通过感知网络带宽的使用情况，采用带有约束条件的最短路径优先算法（CSPF）计算满足带宽要求的路径，并通过资源预留协议（RSVP）建立带宽预留的TE隧道（Tunnel），可以很好地解决基于IGP的流量工程所不能解决的问题，尽可能提高网络资源的利用率。MPLS-TE与IGP最大的不同就是MPLS-TE感知网络中的资源信息，并且知道自己的流量需求。
　　接下来，让我们首先分析一下IGP选路带来的问题，如图1所示。

图1    IGP选路图

　　在基于IGP路由技术（比如OSPF）选路的情况下，通常R8到R5的流量会选择路径R8-R2-R3-R4-R5；而R1到R5的流量会选择路径R1-R2-R3-R4-R5；如图1所示，如果R8到R5流量为20M，R1到R5的流量为40M。则在R2－R3的链路上存在60M流量（由于R2-R3的链路带宽为155M，所以没有问题），然而R3-R4的链路带宽仅为34M，此时就会有26M流量被丢弃，所以最后R5收到的流量也只有34M；问题是此时拓扑下方的链路R2-R6-R7-R4处于空闲，这就出现了流量的不均衡，需要工程师手动调整IGPMetric值，不仅操作繁琐，结果也不太理想。
　　如果启用MPLS-TE技术，拓扑结构如图2所示。

图2    MPLS-TE技术拓扑图

　　假如：R8-R5已经建立Tunnel路径为R8-R2-R3-R4-R5，此时R1也需要建立到R5的Tunnel，通过资源预留协议，会发现R3-R4的剩余带宽为14M，无法满足R1-R5需要的40M，所以R1-R5的Tunnel路径会选择R1-R2-R6-R7-R4-R5。这样链路基本做到了均衡。
二、MPLS-TE的两大类型及实验
　　目前存在两种基本类型的MPLSETE网络设计：战术式（Tactical），在网络发生拥塞时建立TETunnel以缓解拥塞，是一种事后式的方法；战略式（Strategic）,在网络中的某些部分建立FullMesh的预留带宽TE隧道，以尽可能避免网络拥塞的发生，是一种事前预防式的方法。而战略式又有在线式（online）和离线式（offline）两种，区别就是离线式中TE隧道的路径是通过离线的路径计算工具计算的，它依赖于一个离线的路径计算工具来监视网络拓扑、流量模式以及隧道，可以更加有效的利用网络的资源。
　　实验1 布置战术式MPLS-TE
　　如图3所示，从R1到R4的实际流量为1200M，如果不使用MPLS-TE，根据IGP进行选路，路径会选择R1-R2-R3-R4，此时R2-R3的链路会出现拥塞和丢包（因为此链路最大带宽为1000M），查看R2g1/1口输出的流量为989.5M，g1/2口输出流量为0，在这种情况下可以选择建立战术式TE，将流量分担到较为空闲的链路R2-R5-R6-R3。

图3    战术式MPLS-TE

　　【实验步骤】
　　1.为R2到R3建立两个Tunnel，两个Tunnel的路径分别为R2-R3和R2-R5-R6-R3。
　　2.配置两个Tunnel的带宽比为3：1。
　　【实验配置】
　　R2/
　　interface Tunnel1/
　　ip unnumbered Loopback0/
　　no ip directed-broadcast/
　　load-interval30/
　　tunnel destination 3.3.3.3/
　　tunnel mode mpls traffic-eng/
　　tunnel mpls traffic-engato route announce/
　　tunnel mpls traffic-engpath-option 10 dynamic/
　　tunnel mpls traffic-engload-share 3/
　　interface Tunnel2/
　　ip unnumbered Loop back 0/
　　no ip directed-broadcast/
　　load-interval30/
　　tunnel destination3.3.3.3/
　　tunne lmode mpls traffic-eng/
　　tunne lmpls traffic-engautoroute announce/
　　tunnel mpls traffic-eng path-option 10 explicit name R2_R3/
　　tunnel mpls traffic-eng load-share 1/
　　ip explicit-path nameR2_R3 enable/
　　next-address loose5.5.5.5/
　　next-address loose6.6.6.6/
　　next-address3.3.3.3/
　　【实验结果】
实验结果如表1
Router G1/1 out （bit/s） G1/2 out （bit/s）
R1 893.5M 301.8M
　　计算两个端口流量比例＝893.5/301.8=2.96：，非常接近我们设置的3：1。
　　实验总结：
　　1.Tunnel带宽的比例计算在路由器中是通过Hash算法实现的。
　　2.此时在网络中不需要大面积部署MPLS-TE，仅在带宽拥挤的局部网络使用。
　　实验2 部署Full－Mesh的战略式MPLS-TE
　　如图4所示，采用OSPF做为IGP路由协议，所有路由器属于OSPF的area0，所有的互连中继带宽为10M，cost值设置均为10。拓扑中标识的数字是为部署MPLS-TE的前期准备，即规划的各条中继的保留带宽。

图4    战略式MPLS-TE

　　实验造成R2-R21的链路出现拥塞，而同时存在较为空闲的链路，比如R2-R4的链路基本没有流量，工程师基于IGP路由技术只能手动调整某条链路的cost值，但是现实网络中的流量是实时变化的，所以调整的频率就可能很高，非常的不便利而且效果很差。
　　以下为启用战略式的MPLS-TE后的效果。
　　【实验步骤】
　　1.在8台路由器上部署Full-Mesh的MPLS-TE，即每个路由器都要建立七条Tunnel（可选择自动建立）；
　　2.配置每个端口的预留带宽（根据网络状况规划）；
　　3.配置自动调整每个Tunnel的带宽（默认为0），可以指定调整的时间间隔。
　　【实验配置】
　　R1:(其他路由器类似)
　　ip cef/
　　mpls label protocolldp/
　　mpls traffic-engtunnels/
　　mpls traffic-engauto-tunnelmesh/
　　mpls traffic-engauto-tunnelmesh tunnel-num min 1024 max 4095/
　　mpls traffic-engauto-bw timers frequency 30#每30秒计算一次
　　tag-switchingtdprouter-idLoopback0/
　　interfaceAuto-Template1/
　　ip unnumbered Loopback0/
　　no ip directed-broadcast/
　　tunnel destinationmesh-group10 ＃建立tunnel模板group10/
　　tunnel modemplstraffic-eng/
　　tunnel mpls traffic-engautoroute announce/
　　tunnel mpls traffic-engpath-option 10 dynamic/
　　tunnel mpls traffic-engauto-bw frequency 300＃每300秒调整一次/
　　routerospf100/
　　mpls ldpautoconfigarea 0/
　　mpls traffic-engrouter-idLoopback0/
　　mplstraffic-engarea 0/
　　mplstraffic-engmesh-group 10 Loopback0 area 0 ＃通过ospf通告，自动建立full-mesh的tunnel/
　　interfacee1/2/
　　mpls traffic-engtunnels/
　　ipospfcost10/
　　max-reserved-bandwidth90 #默认最大占用带宽的75％/
　　iprsvpbandwidth9000#设置此端口出去的预留带宽为9M
　　相关查看命令：
　　showmplstraffic-engtunnels /
　　shmplstraffic-engauto-tunnel mesh #查看以自己为源建立的多条tunnel，网络节点为n，则建立n－1个/
　　shmplstraffic-engtunnels summary#查看自己为源的tunnel和所有通过自己的tunnel数量
　　【实验结果】如表2
    表2    实验2结果
    Router e1/3 (in/out) e1/2 (in/out) e1/0 (in/out) e1/1(in/out) e0/0 (in/out)
    R1 3.898M/0 1.954M/0 0/5.842M 0/0 /
    R2 0/9.872出端口拥塞
    out drop450packet/S 0/0 5.842/0 0/0 5.847M/0
    R3 1.948M/0 0/3.897 0/0 0/0 1.949M/0
　　通过实验结果可以发现，MPLS-TE使网络流量变的更加均衡。
　　【实验总结】
　　1.MPLS-TE会根据实际情况动态调整每个Tunnel的带宽。
　　2.RSVP负责资源预留及TE的标签分配，通过RSVP信令建立Tunnel，当所有Tunnel都建立不起来时则采用IGP进行选路。
　　3.每两个路由器之间都要建立Tunnel，而且每个Tunnel是单向的，两个节点之间仅仅建立最优的Tunnel。
　　4.在Tunnel路径更换的过程中，网络不会中断，因为在建立好新的Tunnel之前不会删除现用的Tunnel。
三、MPLS-TE的应用
　　MPLS-TE在国内电信运营商中应用很少，积累的经验就更少了，在理论上，如果运营商的IP骨干网当前没有全面启用MPLS，建议采用战术式TE实现流量工程。战术式TE都是在网络的局部实施，一旦TE的使命结束，就拆除TE隧道。战术式TE主要解决网络链路利用率不均衡的问题，直接的利益是可以延缓网络带宽扩容，或者给带宽升级留出充足的时间。此外战术式TE的另一大优点是：可以避免由于一个Tunnel的实际流量过大而始终无法建立成功。
　　对于战略式TE的部署，从网络规划的方面考虑，建立Full-Mesh的TE，这样网络里的流量基本都是走Tunnel的，前提是需要运营商在骨干网络全面启动MPLS的基础上，仔细、耐心、合理地规划网络带宽，计算各条中继的预留带宽。另外，建议采用离线工具来监视网络拓扑、流量模式以及控制隧道的建立。
　　基于MPLS-TE的FRR可以达到50ms级别的故障恢复，如果运营商骨干网承载3G、NGN等业务，则建议采用FRR对重要链路的业务进行保护。
　　MPLS-TE忽略了在一个汇聚级别，包含所有服务类别的可用带宽上，进行服务等级（COS）的分类和操作，MPLSDiffserv-TE技术的到来使MPLS-TE感知到COS，允许根据COS来预留资源，并在每个COS级别提供MPLS容错机制。同时也可以通过Diffserv-TE和FRR共同实现对重要链路上关键业务的保护。