基于BFD的MPLS网络自愈恢复技术的研究与实现

论文摘要

随着Internet上业务流量的快速增长,网络应用的多元化发展,传统IP网络提供的尽力而为服务已经不能满足承载实时业务的需求。如何在故障发生时保证网络的连续性和服务质量(QoS),保持高水准的业务可用性,使传输网络能够自动检测失效并从故障中恢复成为当前迫切需要解决的问题。作为未来骨干网的核心技术,多协议标签交换(MPLS)技术通过标签交换机制,不仅可以提供比传统IP更有效的QoS保证和流量工程,也具有很强的网络生存能力。MPLS网络能够在节点或链路失效后,不需要人为的干预,就能自动的恢复受影响的业务,使整个网络保持健壮性和高效性。MPLS网络自愈恢复技术从故障检测技术和故障恢复技术两方面保证了MPLS网络的可用性和稳定性。目前基于IP路由协议的恢复机制至少需要几秒到几分钟的时间,这将导致大量分组的丢失,造成严重的服务质量问题以及网络性能的下降。传统IP网络对实时应用(如语音)进行准确故障检测方面的能力有限,并且不具备秒以下的间歇性故障修复功能。伴随着VoIP应用的激增,实现快速网络故障检测和修复越发显得必要。MPLS网络自愈恢复技术能够在故障发生后,提供比IP层更快的反应时间,可以快速的检测到网络故障并从故障中恢复过来,维持网络的服务连续性。本文对MPLS网络故障检测技术进行深入的研究,采用双向转发检测BFD作为MPLS网络的故障检测技术,详细的设计和实现MPLS BFD技术,并将MPLS BFD技术应用于多核网络设备,使MPLS网络故障检测时间达到毫秒级,大大缩短了MPLS自愈恢复的故障检测时间。MPLS网络检测到故障后,需要有一个较好的方案进行故障恢复。目前比较著名的两种MPLS故障方案有Makam方案,Haskin方案。Makam方案的优点是几乎没有分组的重排序问题,但却有分组丢失和保护时间较长的缺点。Haskin方案提供快速的路径切换,但是当工作路径上故障清除后,在流量从备份路径切换回原工作路径时,数据分组的重排序问题比较严重。因此如何设计出一种新的故障恢复方案,使得故障恢复速度快,报文不丢失,并且报文不发生重排序仍然是目前研究的热点。本文在对现有故障恢复方案研究的基础上,提出了一种新的故障恢复方案——基于BFD的故障恢复方案,新方案利用局部恢复机制,建立备份路径,当故障发生后流量快速切换到备份路径,减少了由于流量切换而造成的报文丢失及报文延迟。针对报文失序的问题,本方案提出了一种新的解决方法——利用失序控制标签实现了对流量顺序地控制,避免了流量切换带来的报文失序。经过组网测试,新方案具有较快的故障恢复速度,对报文丢失,报文失序现象都有明显地改善效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题研究意义
• 1.1.2 课题研究的目标
• 1.2 MPLS自愈恢复技术的研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 第二章 MPLS及快速重路由技术
• 2.1 MPLS产生
• 2.2 MPLS技术原理
• 2.2.1 MPLS体系结构
• 2.2.2 MPLS网络报文转发
• 2.2.3 标签分发协议
• 2.3 MPLS流量工程
• 2.4 MPLS快速重路由机制
• 2.4.1 One-to-One备份
• 2.4.2 Facility备份
• 2.5 小结
• 第三章 MPLS故障检测技术
• 3.1 MPLS故障检测技术概述
• 3.2 MPLS检测技术
• 3.2.1 RSVP软状态
• 3.2.2 RSVP HELLO
• 3.2.3 LSP Ping/Traceroute
• 3.2.4 双向转发检测BFD
• 3.3 小结
• 第四章 双向转发检测BFD
• 4.1 BFD的引入
• 4.2 BFD原理
• 4.3 BFD工作模式
• 4.3.1 Asynchronous异步模式
• 4.3.2 Demand查询模式
• 4.3.3 Echo回声功能
• 4.4 BFD控制报文格式
• 4.5 BFD协议状态机
• 4.6 BFD会话的建立
• 4.6.1 BFD会话初始化
• 4.6.2 BFD会话建立
• 4.6.3 BFD报文分离
• 4.7 BFD发送周期及检测时间的协商
• 4.7.1 BFD发送周期及检测时间
• 4.7.2 BFD参数的协商
• 4.8 小结
• 第五章 MPLS BFD故障检测技术的研究与实现
• 5.1 MPLS BFD
• 5.2 MPLS BFD原理
• 5.3 MPLS BFD实现
• 5.3.1 MPLS BFD的总体框架
• 5.3.2 MPLS BFD的内部模块
• 5.4 MPLS BFD应用于多核设备的研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于BFD的MPLS故障恢复方案
• 6.1 MPLS网络现有故障恢复技术概述
• 6.2 现有的MPLS网络故障恢复方案
• 6.2.1 故障恢复方案1-to-1
• 6.2.2 故障恢复方案N-to-1
• 6.2.3 故障恢复方案N-to-M
• 6.3 新的故障恢复方案—基于BFD的故障恢复方案
• 6.3.1 方案设计
• 6.3.2 新方案的总体结构
• 6.3.3 新方案的算法描述
• 6.3.4 新方案算法流程图
• 6.4 小结
• 第七章 新故障恢复方案测试分析
• 7.1 新故障恢复方案的切换时间测试
• 7.2 新方案故障恢复的测试
• 7.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文