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大规模MPLS网络中的新兴技术

  
  一、引言
  多协议标签交换,即MPLS(Multiprotocol Label Switching),是一种在通信网内利用定长的标签来引导数据高速传输和交换的网络技术。自1997年由IETF(Internet Engineering Task Force)提出以来,MPLS技术得到了迅猛的发展,并被评为1999年十大热门通信技术之一。但是随着网络的规模越来越大,MPLS面临着一些问题亟待解决。首先,MPLS对于一个完善的网络管理框架的需求已经变得非常迫切。网络管理作为网络的重要组成部分,是保证网络高效、安全运行的必要支撑手段,这在大规模通信网络的运行中尤为明显。MPLS作为新一代的通信网络技术,必须借助完善的网络管理功能才能充分发挥其优势。但MPLS技术的实现比较复杂,除了对底层介质的要求很高之外,它还是一个软件密度很大的协议结构。此外,MPLS网络管理要针对MPLS网络的特点,如可变业务等级,多种业务类型,面向连接的环境等,还必须分离设备中软件和硬件的功能管理,因此MPLS网络管理框架的设计既是一个难点,同时又是一个研究热点。目前MPLS可采用的网络管理框架包括SNMPv3(Simple Network Management Protocol version 3)网络管理框架以及基于策略的MPLS管理框架等。SNMP在计算机网络中应用非常广泛,但由于SNMP基于轮询机制,是一种异步请求/响应协议,因此存在一定的性能问题,并不是大规模MPLS网络管理框架的理想选择。相比之下,随着基于策略的管理方法日渐成熟,基于策略的MPLS管理慢慢引起了人们的注意。它采用分层结构,将设备管理、网络管理和服务管理分离,较为适合大规模MPLS网络的管理,因此本文将重点讨论这种方案,并对其与传统网管方案的优劣进行分析比较。
  
  除了完善的网络管理框架,在保持甚至提高MPLS网络性能的基础上,如何有效减小每个LSR以及整个网络的标签需求量对于大规模MPLS网络来说也有着至关重要的意义。降低标签需求量,就意味着提高了整个MPLS网络的可扩展性。FEC(Forwarding Equivalent Class)聚合、标签合并等技术可以在一定程度上减小标签的需求量,且这些技术已经比较成熟,在其它很多文献中都有详细介绍,因此本文将重点探讨 Trainet这一最近出现的新技术,它可以有效降低标签需求量,提高整个网络的可扩展性,是在网络规模较大的情况下对MPLS技术的改进与发展。
  
  二、基于策略的MPLS管理
  1.MPLS策略框架
  
  所谓策略,根据IETF的定义就是指一系列管理规则的集合。每条规则由条件和操作构成,当网络环境满足规则的条件时执行规则定义的相应操作。而基于策略的管理,就是指网络自动根据已确定的策略,去实施信息存取、传输以及网络设备的监控与配置,提供优化网络所必须的各项服务。
  

   大规模MPLS网络中的新兴技术(图一)
  
  IETF策略框架如图1所示,它由策略执行点(PEP,即Policy Enforcement Points)、策略决策点(PDP,即Policy Decision Points)、管理控制台以及用于存储策略集、用户和网络资源信息的目录服务器组成,其中PDP通常又称为策略服务器。PEP是执行和实现策略的实际网络装置,它接收来自设备的策略服务请求并转发给PDP,同时触发位于PDP中的策略决策引擎(PDE,即Policy Decision Engine),PDE将根据请求中的相关参数从目录服务器中读取资源信息和策略模式,通过推理和一致性的检测来进行策略决策,并把结果发往PEP,由 PEP具体执行相关操作。而管理控制台主要用于输入和编辑策略,监控网络的状态。上述IETF策略框架主要通过对设备进行配置来管理基于 DiffServ/IntServ的IP网络,并未考虑MPLS的技术特点,因此必须对现有的策略框架进行相应扩展以实现基于策略的MPLS管理。 MPLS的策略框架[2]不能限于仅仅对单个设备进行管理,而是应该根据相关策略实现对网络元素的一致性配置以支持MPLS网络正常运行,并可实现自动的流量工程。
  
  首先需要建立一个MPLS网络模型以便进行探讨。MPLS的设计实际上就是面向区分服务模型的,因此可以将MPLS与 DiffServ结合在一起保证网络QoS(Quality of Service)的实现。本文将基于单区域MPLS/DiffServ模型展开探讨。
  
  由于需在不同层次上对不同网络元素进行基于策略的管理,因此可在图1所示IETF策略框架的基础之上设计一个三层结构的策略服务器,从上至下依次为服务级策略、网络级策略和设备级策略。这样既可以明确不同层次的具体功能,又可以更好地定义PDE驱动事件。由于MPLS/DiffServ网络可提供的服务目前还在探讨之中,不很成熟,因此基于策略的服务级管理也还有待作进一步的研究与发展。下面将详细讨论设备级和网络级的管理技术。
  
  2.基于策略的设备级管理
  
  设备级管理主要是指对MPLS/DiffServ路由器的DiffServ部分进行配置。策略服务器需要根据路由器的性能信息来作出与设备相关的决策并对其进行合理的配置。在MPLS/DiffServ网络模型中,路由器的相关性能信息包括加权包调度器的可用性、可配置的队列、链路带宽、MPLS的信令协议信息等等,而策略服务器将要对转发包调度器的权重、队列的长度以及排队规则等作出合理决策。
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