MPLS TE在高铁数据网系统中的配置设计与验证测试

马幼军 张自强

MPLS TE在高铁数据网系统中的配置设计与验证测试

马幼军 张自强

摘 要：MPLS TE技术提供了服务质量 (QoS)和流量工程 (TE)控制的能力，可以根据路径、资源可用性和QoS请求为数据流设置直接的路由，避免链路拥塞导致数据传送丢失。介绍MPLS TE技术、TE配置和路由保护配置，及其测试方案。

关键词：多协议标记交换;流量工程 (TE);路径保护;跟踪路由;接口

随着高速铁路的发展，各条高速铁路客运专线数据网系统承载了视频监控、会议电视、办公自动化、动力环境监控等业务，通过各自铁路局核心节点汇聚至北京核心节点，形成了以北京、上海、广州、武汉等多核心节点的大型数据网络。这样的大型网络，各核心节点之间的数据业务流量是不同的，可能某些链路拥塞导致数据传送丢失，或某些链路流量很少，为了优化网络资源并保证网络的安全，引入了MPLS TE技术。

1 MPLS TE技术

MPLS(多协议标记交换)技术，可以帮助本质上无连接的IP网络建立到指定目的地的预先确定的路径，即标记交换路径 (LSP)。经过MPLS流量工程处理的LSP，通过同一IP网络提供差分业务，同时提高网络利用率，避免传统IP路由技术产生的流量拥塞热点，还可以根据业务的特殊要求来分配网络资源。

导致网络拥塞主要有2个原因：①网络带宽小，难以承载日益繁忙的网络应用;②网络流量分配不均匀，某些链路过载，某些链路空闲。对于第一种原因，只能通过增加链路，增加带宽扩容来解决网络拥塞。而对于第二个原因，流量工程 (TE)作为一种将流量映射到网络拓扑上的技术，可以起到非常重要作用。流量工程关注网络整体性能的优化，其主要目标是提供高效、可靠的网络服务，合理使用网络资源，优化网络流量。MPLS作为一种叠加模型，可以方便地在物理的网络拓扑上建立一个虚拟的拓扑，然后将流量映射到这个拓扑上。因此，MPLS与流量工程相结合的技术——MPLS TE应运而生。

MPLS TE分为2个层面：一是面向流量的，关注如何提高网络的服务质量;二是面向资源的，关注如何优化网络资源的使用，最主要是带宽资源的有效利用。MPLS TE是将流量导入指定路径，精确地控制流量流经的路径，避开拥塞的节点，解决路径过载和空闲问题，充分利用既有带宽资源。同时，在建立LSP隧道的过程中，MPLS TE可以预留资源，保证服务质量。因此，MPLS TE可以平衡网络中的流量，根据数据流量进行路径选择，可以提高网络运作效率与可靠性，优化网络资源和流量性能。MPLS TE的实施，减少了网络的管理、建设成本，充分利用网络资源，解决网络拥塞或者抖动情况下进行动态调节。

为了保证服务的连续性，MPLS TE还引入路径保护和快速重路由的机制，可以在链路出现问题时及时切换，科学管理网络。路径保护是MPLS TE的一项重要功能，在网络故障时及时进行网络切换，保障业务应用不受影响。

2 MPLS TE配置

根据网络拓扑及实际运行中的流量分布，高铁数据核心网络做如下TE配置及路径保护设置。

图1 全网TE配置示意图

2.1 TE配置

在核心节点之间建立全网状的路径 (LSP)，根据链路带宽来调整节点之间的路径。如图1所示。

假定上海到武汉的流量预设为从上海到广州再到武汉 (如图1左半部分)，若上海至广州的链路带宽占用率已达到70%，而从上海到北京的链路和北京到武汉的链路还有比较大的余量，那么可把上海至武汉途经广州的流量分流一部分到经由上海—北京—武汉的链路上。采用MPLS TE流量管理使上海到武汉的流量经由北京到武汉，而从上海到广州的流量仍旧走彼此之间的直连链路 (如图1右半部分所示)。

2.2 路径保护配置

从上海到武汉的流量预设通过LSPn到达，为了对它进行保护，设立另外一条备份的LSPn+1，这条LSP经过北京节点到达武汉。如果LSPn发生故障，数据流将转向LSPn+1。其他路径也采用同样的方式。详细情况见表1及图2。

表1 流量路径及其保护路径配置表

3 测试方案

网络部署完成后，根据网络部署目的进行验证测试，以验证工程是否达到了预期目标。以下为测试方案。

3.1 TE测试

1．实施MPLS TE前。测试上海至武汉的流量路径，在上海的路由器上用traceroute命令，目标地址为武汉路由器，显示的流量路径应是上海—广州—武汉;目标地址为广州路由器，显示结果流量路径应是上海—广州。

图2 保护路径配置示意图

2．实施MPLS TE，进行流量工程配置，在上海路由器的一个端口发送IP流量到广州使链路流量占用率超过额定的值，此时流量工程应启动。

3．实施MPLS TE后。在上海的路由器上用traceroute命令，目标为武汉路由器，显示结果流量路径应是上海—北京—武汉;目标为广州路由器，显示结果流量路径应是上海—广州。在建立流量工程的两端 (上海、武汉)用仪表测试数据传输性能，应正常。

在设置流量工程的路由器上用shutdown(关闭端口)命令，关闭指定路径的端口链路，数据传输受到影响;关闭非指定路径的端口链路，即在上海路由器上用shutdown命令，关闭广州的端口，上海至武汉的数据传输不受干扰。

3.2 路径保护测试

在北京、上海、广州、武汉节点之间的核心链路进行MPLS路径保护。如图2所示。本次测试主要验证在MPLS网络上实现路径保护和自愈恢复的功能。在网络中配置不同的路径作为保护路径，例如优先路径为1跳，保护路径为3跳。测试过程如下。

1．在建立流量工程的两端用ping命令传送一定数量的数据包，在上海、武汉互相用命令ping数据包。数据应平滑传送。

2．在设置流量工程的路由器上用traceroute命令观察数据传输路径。在上海Traceroute武汉 (#traceroute ip_address)，从traceroute命令的输出看出数据传输路径为优先路径，路径为上海—广州—武汉。

3．在设置流量工程的路由器上shutdown指定路径的端口链路。用traceroute命令观察数据传输路径。在上海路由器上shutdown至广州的链路 (#traceroute ip_address)，数据传输停顿一会儿后又恢复传输。从traceroute命令的输出可以看出数据传输路径从优先路径转往备份路径，路径转移到上海—北京—武汉。

4．在设置流量工程的路由器上恢复指定路径的端口链路。用traceroute命令观察数据传输路径。在上海路由器上恢复至广州的链路 (#traceroute ip_address)，数据平滑传输。从traceroute命令的输出看出数据传输路径从备份路径转往优先路径，路径恢复到上海—武汉—广州。

4 测试结果与分析

在TE测试中，发现被测链路流量超过70%的额定门限值时，网络并没有启动TE功能进行流量分流，经过查找分析原因，发现是上海路由器没有启动流量监测，所以流量达到并超过额定门限值时，网络没有正常启动TE。

MPLS TE技术提供了服务质量 (QoS)和流量工程 (TE)控制的能力，可以根据路径、资源可用性和QoS请求为数据流设置直接的路由，还有利于实现高可扩展性的虚拟专用网。随着铁路数据应用业务的高速发展，数据业务流量的不断增加，或者某个方向的数据流量增加，由于链路带宽的限制，可能会出现链路带宽不够导致链路拥塞，从而某些业务受到影响。通过MPLS TE配置，可以很好的实现链路利用率及链路保护功能。需要注意，在工程配置结束后，一定要进行工程测试，验证所设计及配置的功能是否可以正常启动并达到预期效果。

［1］华为技术有限公司.MPLS TE技术白皮书［R］.2004.

［2］中华人民共和国信息产业部.YDT1391．1-2005.多协议标记交换(MPLS)测试方法［S］.2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10755-2010.高速铁路通信工程施工质量验收标准［S］.2010.

Abstract:MPLS TE technology provides the functions of quality of service and traffic engineering control to set the direct route for data stream according to the path，availability of resources and QoS requests to avoid link congestion resulting in loss of data．The technology of MPLS TE，TE configuration，routing protection configurations and test scenarios are introduced．

Key words:MPLS;Traffic Engineering;Path protection;Tracing route;Interface

马幼军：深圳市长龙铁路电子工程有限公司 工程师 518031深圳

张自强：中铁电化集团北京电信研究试验中心有限公司 工程师100036 北京

2013-06-04

(责任编辑：诸 红)