基于LDP的MPLS网络流量统计功能的研究

孙文胜宋 娇

(杭州电子科技大学通信工程学院，杭州 310018)

随着MPLS的应用越来越广泛，其承载的业务也越来越丰富，网络流量成为描述网络行为的重要指标之一。网络的流量反映了网络的运行状态，是判别网络资源使用量的关键数据[1-2]。通过这些数据，一方面营运商可以及时的调整网络相关的业务部署和提供有效的网络管理策略；另一方面用户可以及时地查询当前业务的使用量、感知网络的运行情况；因而流量统计的重要性也与日俱增。基于该背景，本文提出了MPLS网络流量统计的一种实现方案，能快速有效地实现LSP的流量统计。详细介绍了转发面与控制面的模块的划分和交互、主要的函数与数据结构的实现；并对典型的MPLS网络进行组网测试，以验证该设计的可行性。

1 功能模块结构图

MPLS网络流量统计功能主要涉及的两个平面[2-4]，一是控制面，二是转发面，模块的具体划分和交互关系如图1所示。由于分布式设备分为主控板、备板和接口板，因此转发面又可分为两部分：主控板转发面和接口板转发面(关于备板的转发都是基于主控板的，此处不再讨论备板的相关转发)。

图1 MPLS转发统计特性模块的划分

从上图可看到，控制面分为三个模块[5]：配置模块、统计模块和LSP模块；转发面也有三个模块组成：同步模块、统计模块和LSP模块，关于各个模块的作用和功能阐述如下：

(1)配置模块处理配置管理层下发到控制面的MPLS流量统计配置/取消的相关命令行；

(2)控制面LSP模块处理信令协议下发到控制面的LSP的创建、更新、删除等消息[6]；

(3)统计模块处理用户配置的FEC(Forwarding Equivalence Class)节点(如在配置空间中添加、删除、查询FEC节点)、通知转发面更新LSP相关表项中的统计标志、转发面上送的统计数据；

(4)同步模块将有关的配置消息、表项信息、实时数据等封装后同步给接口板或者备板[7]；

(5)转发面LSP模块处理转发面LSP表项、ILM(Incoming LabelMap)/NHLFE(Next Hop Label Forwarding Entry)表项的形成以及更新相关表项中的统计标志，并携带统计标志下发驱动；

(6)转发面统计模块处理从驱动获取转发统计信息。除此之外，转发面主控板统计模块通知接口板开始统计数据并定时上报统计数据、以及上报统计数据给控制面。

2 原理与设计方案

MPLS网络中的设备在网络层路由协议的控制下建立路由表，然后LDP根据路由表中的网络拓扑产生标签并在相邻节点间分发标签[8]。结果，每个设备都建立了自己的LIB(Label Information Base)，其中记录了标签和FEC之间的映射关系，所有设备的LIB中的信息就形成了整个网络的不同端点间的LSP[9]。本文中统计的对象为FEC(依据目的地来划分)即统计经过某一网络设备的目的地相同的某种类型的LSP的流量。对MPLS转发统计特性的设计采用两级开关机制：在MPLS视图下，①使能/去使能统计转发循环定时器；②对指定的FEC配置使能/去使能统计功能。

2.1 使能统计功能

2.1.1 原理

用户配置统计使能FEC(Statistics ldp ip-address ip-mask)、统计时间间隔(Statistics interval intervaltime)，控制面注册、解析该命令后，一方面在控制面会生成配置空间，用于存放用户指定的需要统计使能的FEC节点信息；另一方面主控板转发面启动转发统计定时器，同时主控板通知接口板开始统计转发信息。统计时间间隔(interval-time)的单位为s，默认为0 s，即转发面不会从驱动定时获取转发统计信息。

图2 用户配置统计使能流程

图3 协议下发LSP创建的处理流程

驱动层对FEC节点是否进行统计是根据ILM/NHLFE表项中的统计业务标志(ulServiceFlag)进行判断的，对u lServiceFlag的处理主要有两个流程：用户配置及LSP专项创建，其流程分别如图2、图3所示。用户配置，在配置空间添加一个FEC节点时，匹配是否存在属于该FEC的LSP表项，具体流程如图2(去使能统计功能的处理与使能统计功能的处理相似)；控制面创建LSP表项时，在配置空间中查找是否有该LSP所属的FEC节点，具体流程如图3。如果LSP库中存在该FEC对应的LSP表项、配置空间存在该条LSP对应的FEC节点，则将LSP表项中的ulServiceFlag置位，并携带ulServiceFlag下发到转发面和驱动面实现更新或创建相关表项的操作。

2.1.2 主要数据结构

(1)修改数据结构LSPM_XcEntry：该结构存放LSP的详细信息，新增统计业务字段ulServiceFlag，当下发某条 LSP到控制面时，该字段用于标志该LSP是否具有统计功能：1表示具备、0表示不具备；

(2)修改数据结构LFIB_FW_BAS：控制面下发LSP到转发面时，封装的转发面中可识别有关LSP的数据结构，新增统计业务字段ulServiceFlag，携带统计业务字段下发到转发面；

(3)新增数据结构LSPM_LDPSTATABLEHEAD：系统中用户配置的LDP类型FEC节点信息以二叉树形式存放，该结构存放该二叉树的头节点信息。

2.2 数据收集及上报

2.2.1 处理过程

在用户指定需要进行统计的FEC后，主控板转发面启动循环定时器，定时批量收集从驱动获取的统计数据和接口板的统计数据并上报控制面。具体统计上报过程如图4所示，

图4 MPLS转发统计数据收集并上报时序图

2.2.2 主要函数接口及调用关系

统计定时器超时后，转发面的主控板调用驱动接口函数DRV_MPLS_GetIn/OutDataStatistics，从驱动获取转发统计信息。如果是转发面的接口板，则需将统计信息发送到转发面的主控板，由主控板调用函数LFIB_FillIn/OutDataStatistics将获取的统计信息封装成控制面识别的数据后给控制面；转发面的主控板调用控制面提供的函数接口LSPM_ReceivIn/OutStatistics处理，具体调用关系如图5所示。

2.2.3 主要数据结构

(1)修改LFIB_ILM_S数据结构：该结构存放转发面LSP表项入方向的相关信息，增加统计业务字段ulServiceFlag，用于标识LSP是否具有统计功能，入方向的流量根据ILM表项来实现；

图5 MPLS转发统计数据收集并上报的流程图

(2)修改LFIB_NHLFE_S数据结构：该结构存放转发面LSP表项出方向的相关信息，增加统计业务字段ulServiceFlag，用于标识LSP是否具有统计功能，出方向的流量根据NHLFE表项来实现；

(3)修改LSPM_InSegment_S/LSPM_OutSegment_S数据结构：分别存放控制面中LSP入和出方向的数据信息，本文统计的数据类型为四类：字节数(ulOctects)、数据包(ulPackets)、错误报文包(ulErrors)、丢弃报文包(ulDiscards)，增加该4个字段，存放统计数据信息。

3 MPLS流量统计特性组网配置方案

测试目的：验证该方案能否有效的实现LSP的流量统计功能。

测试步骤：阐述如下。

测试环境如图6所示，图示中配置的信息为设备的配置参数。各个路由器上使能OSPF路由协议，利用LDP信令创建LSP，以Router A为主测设备。配置完成后执行displaympls ldp lsp include 3.3.3.9 32，可以看到由RouterB到RouterC的LSP相关信息[10]，如图7所示。

图6 基于LDP协议的MPLS典型组网

图7 FEC为3.3.3.9/32的LSP的主要信息

在MPLS视图下配置统计功能：

(1)[RouterA-mpls] statistics ldp 3.3.3.9 32；

(2)[RouterA-mpls] statistics interval 30。

根据3.3.3.9/32的入标签查看ILM表项、根据ILM表项中的Token值查看NHLFE表项的相关信息，执行 display mpls Ilm 1026 verbose和 disp lay mpls Nhlfe 3 verbose，显示信息如图8所示。

图8 使能统计功能后的ILM/NHLFE表项

RouterB执行ping– c 10 lsp ipv4 3.3.3.9，向RouterC发送ICMP消息；RouterA执行display mpls statisitics lsp 65535，可显示MPLS网络中节点的流入和流出方向的统计信息，如图9所示。

图9 统计数据显示

测试结果分析：

(1)从图8可以看到，使能统计后ILM/NHLFE表项中ServiceFlag字段由无效位0 被置为有效位1， Succeed表明该统计标志字段由控制面成功地下发到转发面，标志该LSP实现了统计功能，因此该条LSP具备统计功能。

(2)由图9可以看出，执行ping命令后，该LSP统计数据中的数据包数为14(RouterB发送的10条ping报文加上LDP会话定时发送的4个报文)， 708表示流经该LSP的累积流量(以字节为单位)。该LSP的入方向和出方向的字节数和数据包数正常，错误报文包和丢弃的报文包的个数为 0， 说明RouterA运行正常，该条LSP可正常传输报文。

4 结束语

本文针对MPLS网络及该网络中设备的特点，在综合考虑网络性能和优化复杂度的情况下，提出了实现MPLS网络流量统计的设计方案，满足了用户及网络运营商实时查询流量、掌握设备运行情况的要求。文章最后对MPLS网络的统计特性进行了组网测试，测试结果表明该方案能有效地实现流量统计功能，对实现LSP流量统计是现实可行的，能很好地满足用户或者运营商的业务需求，同时该特性在MPLS网络的统计计费中也有一定的应用。

[ 1] 朱淑鑫，夏欣，刘金定.一个通用的网络流量模型的设计与实现[J] .科学技术与工程， 2008， 24(8)：6618-6621.

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[ 3] Luc De Ghein.MPLS技术架构[ M].北京：人民邮电出版社，2008：411-414.

[ 4] 许继金.MPLS技术及其应用分析[ J].电信技术， 2000， 9.

[ 5] 华为3com公司.网络之路No3MPLS技术专刊[DB/OL].

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[ 10] H3C-服务支持-02-IP业务分册(V 1.05)01-ARP[ EB/OL].[ 2008-10-18] .http：//www.h3c.com.cn/Service/Document_Center/IP_Network_Product/Routers/MSR_50/MSR_50/Configure/Operation_Manual.