铁路数据网应用FRR技术研究

陈郑超 岳铭凯

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

铁路数据网应用FRR技术研究

陈郑超 岳铭凯

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

数据网承载实时性业务后，对流量的中断非常敏感，讨论当网络节点或链路失效后，如何通过快速重路由FRR（快速重路由）实现对流量的快速恢复。

数据网；快速重路由；铁路应用

1 概述

随着数据网网络规模的扩大，承载的实时性业务（如语音、流媒体、以及视频会议等）不断增长，对流量的中断非常敏感。当网络节点或链路失效后，如何实现对流量的快速恢复越来越重要。

当网络中某条链路或者某个节点失效后，网络中其他路由器无法立刻发现，仍然向该链路或该节点上转发流量，导致经过这些失效节点的报文被丢弃；或者在路由器发现链路或节点失效后，由于网络收敛，导致全网路由转发表不一致，出现转发层面的环路。导致网络产生瞬时流量中断或流量回环，在网络收敛完成后才能恢复正常转发。

快速重路由（FRR)机制正是为解决以上问题而提出，主要实现以下功能。

*链路失效的快速发现。

*备份路径的快速提供。

*在网络收敛过程中避免路由环路。

目前业界FRR的主要技术实现有在IP网络环境下的IP FRR，以及在MPLS网络环境下的MPLS TE FRR、LDP FRR、VPN-FRR等多种实现方式。

2 IP FRR

IP FRR仍然是依据传统IP转发模式，通过配置本节点备用路由方式实现，在设备检测到原本主用路由不可用时，不立即广播路由更新信息并进行全网路由计算，而是利用预配置的备份路由条目优先进行故障修复。在全网路由更新期间，优先通过备份路由进行数据转发，尽量减少转发流量的中断。

目前，支持IP FRR功能的路由协议有静态路由、OSPF、IS-IS和RIP。配置IP FRR时，可以使用路由策略静态指定备份下一跳（4种路由协议都支持），可针对指定的IP地址前缀应用FRR；也可以采用自动计算备份下一跳的方式（仅OSPF和IS-IS支持），由路由协议自动计算，所有OSPF或IS-IS路由都会有备份下一跳。

由于IP转发是无信令连接,本节点的IP FRR备用路由配置，包括备用路由的建立和流量的转发，都不会影响其下一跳节点以及其备用下一跳节点的转发路由表，在临时状态中，流量在被倒换至备用下一跳之后的去向和状态，对于本节点是不可见的，因此进行IP FRR配置必须在网络方案的设计上来规避IP FRR可能导致的流量环路，通过人工计算确保每条备份路由没有发生环路，全网考虑IGPCost值的部署，以保证其部署后的可用性。

同时，由于目前IP隧道（例如：IPv6 over IPv4隧道等）不支持BFD(双向转发状态检测)，导致当IP隧道链路故障时，设备无法进行快速备份链路切换，因此IP隧道方式组网也暂不支持IP FRR。

3 MLPS TE FRR

传统路由选路协议通常选择最短的路径（跳数）或链路带宽（链路状态协议）作为路由计算参数，不考虑链路负载等因素，因此即使链路发生拥塞，通常也不会进行链路切换。而MPLS TE则是将MPLS技术与流量工程技术相结合，利用资源预留协议，为需要保护的链路建立指定的LSP隧道，保证关键链路的资源预留以及优化，在资源紧张的情况下，还可以根据优先级和抢占参数的情况，由高优先级隧道向下抢占低优先级隧道的带宽资源；并通过备份路径和快速重路由技术，在链路或节点失效的情况下，通过保护隧道，为关键业务提供保护。

MPLS TE FRR是MPLS TE技术中用于实现链路和节点冗余保护的机制。当LSP链路或节点设备端口故障时，由故障节点设备发起保护倒换，承载流量切换至保护隧道传输，从而保证数据传输的连续性，同时全网重新进行LSP更新，建立新的LSP拓扑。

目前备份实现方式有2种：Bypass方式和Detour方式。Bypass方式是用1条保护路径保护多条LSP；Detour方式则是通过一比一方式实现对关键LSP的保护。目前在实际部署中，Bypass方式使用更为广泛。

MPLS TE FRR的特点是网络快速局部保护,通常部署在对网络可靠性要求比较高的承载网络中，用于实现当网络中关键链路出现局部失效时的快速倒换，减少对承载业务的影响。

4 LDP FRR

在没有部署流量工程的MPLS网络环境中，可以采用LDP FRR技术实现快速重路由，路由器借助LDP协议实现路由标签分配，快速对路由变化作出响应，达到50 ms保护切换的要求。

在配置了LDP快速重路由功能的网络中，当接口故障（通过接口自己感知或结合BFD检测）或者主LSP不通（结合BFD检测）时，LDP快速重路由功能会将流量快速切换到备份LDP LSP上，实现对主LSP的保护，保证流量的快速切换。

LDP FRR技术同MPLS TE FRR相比，具有明显优势：

1）LDP FRR的部署不依赖于MPLS TE技术，对承载设备的压力较小。

2）本地化标签分配，不需要进行全路径标签分配协商。

3）多节点分布式处理，可同时实现链路保护、节点保护和路径保护，不需要分别建立备份LSP。

但是LDP FRR也存在类似于IP FRR的局限性，由于标签为本地分发，因此在建立备用转发方案时，需要通过手动计算确认备份路径标签转发表的可用性，存在部署的扩展性问题，因此目前尚未见到实际部署方案。

5 VPN FRR

CE双归属是MPLS网络中非常普遍的一种组网形式，但是MPLS TE FRR作为局部网络保护技术，不能实现业务的端到端保护，一旦PE节点发生故障，只能通过端到端的路由收敛、LSP收敛来恢复业务，其业务收敛时间与MPLS VPN内部路由的数量、承载网转接跳数密切相关，目前在实际网络测试，一般在5 s左右。

VPN FRR则是利用VPN私网路由快速切换技术，通过在远端PE设备中预先配置指向本地主用PE和备用PE的转发表项，并结合PE设备的故障快速探测，在PE节点设备故障情况下，实现端到端业务收敛时间小于1 s。

6 铁路骨干数据网部署FRR应考虑的问题

铁路数据网采用MPLS技术路线，所有业务流量均通过MPLS进行承载，同时考虑网络实际部署案例，建议铁路数据网FRR技术路线选择MPLS TE FRR，在网络设计中，应首先明确FRR是提高业务承载质量的有效手段，但并不是网络部署的终极目标，在进行该技术部署时，要综合考虑以下问题。

首先，FRR是业务临时倒换保护措施，FRR生效后，保护隧道所在的物理链路负载必然会上升，因此在网络设计中仍然需要通过轻载（Over Provisioning）来保障保护链路可以同时承载业务流量以及保护流量，以及相应的QoS。为了避免在网络保护倒换启动后导致网络拥塞，因此在网络设计的带宽测算时，应考虑在正常情况下，链路的带宽利用率不能超过50%。

其次，FRR切换至保护链路只是临时措施，网络自身仍会采用make before break机制来进行IGP收敛和首端LSP重优化，并采用显示共享进一步降低对业务带宽的占用，因此，在主用链路为备份隧道预留带宽不仅会造成网络资源的浪费，还会对其他正常TE LSP的最优路径计算造成影响，因此在网络设计中建议FRR的保护链路是一对一的，即预留带宽计算只考虑备用链路保护主用链路，在收敛完成后，网络仍然进行回切，不要考虑由主用链路对备用链路进行备份。

最后，基于TE的FRR在实现机理上不同于以往的底层SDH通道、复用段保护，是一种转发平面先于控制平面进行的保护，对IGP、CSPF、RSVP、LDP收敛等带来的影响，对网络流量流向因不同协议收敛机制不同而导致相互之间的作用以及影响还没有太多实际经验可供借鉴，需要在网络运维与管理中进一步进行深入研究。

TE FRR只是局部保护技术，需要明确当链路或节点故障发生在TE域之外时，网络的故障切换及恢复仍然依赖于传统的IGP以及LDP的收敛来实现。

目前实现FRR的节点保护需要采用LDP FRR,该技术扩展性较差，目前部署FRR都应用在网络的核心转发平面，而目前核心设备的可靠性远远高于广域网链路，因此不建议进行节点保护策略实施。

部署FRR需考虑在网设备的兼容性，建议在FRR域内尽量采用同一厂家设备。因为虽然各厂家都声称其主流设备可实现对TE及FRR的兼容，但根据实际测试结果和以往部署经验，各厂家在某些特性的具体实现上仍有细微的差别，需要对设备的配置参数进行微调，以达到最佳的协调状态，这在网络运行初期尤其是缺乏既往TE维护经验的情况下难以实现。

7 小结

铁路数据网部署FRR技术可以有效减少端口及链路故障对承载业务的影响，但FRR实际部署应用案例比较少，建议在网络建设初期可以对典型业务试点，在积累了运维经验后进一步进行结合多种技术，优化数据网承载业务体验。

If a data network carries real-time services, it will be highly sensitive to traffi c interruption. The paper discusses how to quickly recover the traffi c communication through Fast Reroute (FRR) after the network node failure or link failure.

data network; ERR; railway application

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.02.009

2015-02-09）

中国铁路总公司科技研究开发重大课题项目（2300-K1130004.01）