PTN网络节点业务转发能力快速恢复机制研究

刘 朴，丁明吉,鞠 涛，李和璋，罗青松，覃 波

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林541004）

PTN网络节点业务转发能力快速恢复机制研究

刘 朴，丁明吉,鞠 涛，李和璋，罗青松，覃 波

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林541004）

针对现有PTN网络特殊地理环境下网络受损后恢复时间久、无法快速恢复数据面业务转发能力的特点，提出基于网络存储标签转发表的业务转发能力快速恢复实现机制。

快速恢复；业务转发；标签转发表；标签分发协议

0 引言

在通信网业务逐渐IP化的发展趋势下，以数据包为基本单元进行数据传输和交换的方式将占据统治地位。随着IP、MPLS网络与传统TDM技术的结合，分组传送网（PTN）应运而生。PTN技术是光传送网技术领域近几年研究和应用的热点，它集成了灵活性、可扩展性、统计复用等分组特性和网络端到端OAM及保护、面向连接、QoS和定时同步等传送特性[1]。目前PTN网络已经大规模地投入实际运营，在一般情况下如果网络受损，其设计的恢复反应时间可以满足正常条件下应用需要，通常是利用控制面或者管理面，以及相关协议逐步重建其标签转发表，形成转发能力。然而在特殊地理环境下，例如PTN网络严重受损或者地质灾害频发地区，原有节点设备严重损坏时，替换设备按现有技术需要逐步重新建立标签转发表，形成转发能力的时间过长，导致时间上的延误，在紧急情况下可能导致信息无法及时传递，造成严重后果。因此，网络受损发生后，替换节点能快速建立标签转发表，及时且最大限度地恢复业务转发，从而使其数据面上的基本传送功能快速恢复有着现实的技术需求。

1 网络存储标签转发表技术原理

PTN传送业务是以成帧的形式进行的，PTN传送的帧有数据帧和OAM帧。光群路口为网络-网络接口(NNI)，光纤里传送的是标准的以太网帧，在不同节点之间传送数据帧时要进行标签更改，对应TMP和TMC标签域数据取值的更换，实现业务交叉连接和分组交换。PTN业务的数据帧结构如表1所示，目的地址(DA)是下一跳接口地址或广播地址，源地址(SA)是本地接口地址，CRC是循环冗余校验，净荷字节数N由用户根据所处理业务类型的不同自定义确定。

表1 PTN业务数据帧结构

表1中数据帧结构的TMP标签域和TMC标签域结构，分别如表2、表3所示。表2中的TMP label为TMP层转发标记标签,表示端到端的逻辑连接特性，等效于MPLS的隧道层；EXP是优先级标记字段，映射客户信号优先级，保证业务的服务质量等级（QoS）；S比特是标签的栈底标识，取值为1时标记标签栈底部；TTL表示生存时间，其取值为1或管理实体组的终端节点(MEP)到指定管理实体组的中间节点(MIP)跳数加1。同理，表3中的TMC label是TMC层转发标记标签，表示业务的特性，比如连接类型、拓扑类型（点到点、点到多点、多点到多点）及业务类型等，等效于PWE3伪线层（或虚电路层），EXP、S比特以及TTL等其它部分的含义与表2一致。对于数据帧，TMP label和TMC label表示数据转发的指针，占20比特，其中0～15的取值是保留的，不同设备厂家可自行配置从16开始的取值。因此，收到PTN数据后，先判定TMP label和TMC label的取值，若取值大于15，则能够认定其为数据帧。

表2 TMP标签域结构

表3 TMC标签域结构

在PTN网络正常工作时，各网络节点都会建立起各自的标签转发表，该转发表信息主要包含目的地址(DA)分别与不同取值的TMP标签域、TMC标签域对应关系，通过查询该表能够明确网络中经过本节点不同业务转发的路径。

网络存储标签转发表是指PTN网络正常工作时在控制面或者管理面的作用下，将各网络节点形成的标签转发表信息备份到与其相邻的网络节点中，当网络所在环境发生剧烈变化导致网络节点严重损毁时，其标签转发表信息并不会丢失，而是留存在相邻节点中，替换节点可以向相邻节点请求存储的来自被替换损毁节点的标签转发表信息，从而快速建立起自己的标签转发表。同时，在网络节点中设置定时器，使得网络节点定期与相邻节点交换标签转发表信息，保证与该网络节点相邻的节点中备份了该节点最新的标签转发表信息。

图1给出了一个7个节点PTN网络的连接拓扑图，以节点G为例介绍在PTN网络中存储标签转发表的大致流程。网络正常工作情况下，在控制平面以及相关协议的作用下，每一个节点都会逐步产生自己的标签转发表信息。如节点G，会按照目前PTN网络的技术标准，与上下游节点协商，形成自身的标签转发表。节点G在形成标签转发表后，通过扩展的LDP[2]协议与其相邻的节点A、节点E、节点F进行信令交互，协商必要的参数信息，为在这3个相邻节点中存储备份节点G的标签转发表信息做准备。

图1 PTN网络标签转发表存储网络拓扑图

PTN网络各节点采用扩展的LDP协议进行信令交互，其流程如图2所示，具体步骤如下：

图2 标签转发表信息网络存储实现流程图

①通过发送Discovery[3]（发现）消息，网络节点G确认相邻节点F是其直连邻居对等节点，节点G与节点F进行常规参数协商，如标签分发方式的协商等。

②节点G向节点F询问其设备中用于存储备份标签转发表信息的剩余存储空间的大小λF。

③节点F响应节点G的请求，返回参数值λF。

④节点G收到λF，将λF与相应的条件进行比较判断。这里相应的条件是指，由于节点G也会与其它两个邻居节点A、节点E进行同样的信令过程，经过上述步骤①、②、③后，节点G得到参数值λA和λE。节点G将以上所得的三个参数值与存储标签转发表相关信息所需的存储空间的大小进行比较，选择大于存储需求的那些参数值。假定λA和λF符合大于存储需求的条件，那么节点G就会与节点A和节点F接着执行⑤～⑦的流程，而节点G与节点E的信令过程则会直接跳转到⑦结束流程。

⑤在第4步判断的基础上，节点G向节点F请求预留存储自身标签转发表信息所需的存储资源，并分配发送这些信息所要使用的标签值。

⑥节点F响应请求，为节点G预留出所需的存储空间，并为节点G分配标签LF（同样的，节点A响应节点G的请求，为节点G预留出所需的存储空间，分配标签LA）。

⑦节点A和节点F备份存储节点G的标签转发表信息，会话结束，连接拆除。

2 基于网络存储标签转发表的业务转发能力快速恢复实现方案

在特殊情况下，比如自然灾害发生后，网络节点G严重损毁，新的替换节点设备R接入网络，经必要的初始化之后，替换节点R通过扩展的LDP协议与其相邻的节点A、节点F以及节点E进行信令交互。图3描述了快速重建节点标签转发表阶段，替换节点R与相邻节点F通过扩展的LDP协议进行信令交互的过程。同样地，信令交互在节点R与节点A、节点R与节点E之间也在同时进行。以节点F为例，这一扩展的LDP协议过程包括以下步骤：

图3 替换节点获取标签转发表实现流程图

①通过发送Discovery（发现）消息，网络节点R确认相邻节点F是其直连邻居对等节点；进行常规参数的协商，如标签分发方式的协商等。

②节点R询问节点F是否备份了被替换的损毁节点G的标签转发表信息。

③节点F通告节点R当前节点F存储空间中的备份情况。

④根据步骤③，节点R做出判断，从而知道节点F存储了原节点G的标签转发表信息，于是接着执行⑤～⑦的流程；类似地，节点R通过与节点A、节点E进行信令交互，知道节点A存储了原节点G的标签转发表信息，接着执行⑤～⑦的流程；节点E没有备份原节点G的标签转发表信息，直接跳转到⑦结束流程。

⑤节点R向节点F请求备份的被替换损毁节点G的标签转发表信息，并申请转发标签。

⑥节点F接受请求并分配转发标签。

⑦节点R接收从节点F转发的原节点G存储的标签转发表信息，同时节点R接收从节点A转发的原节点G存储的标签转发表信息，会话结束，连接拆除。

在图3所示流程的第7个步骤中，节点A、节点F分别将节点R请求的被替换损毁节点G的标签转发表信息以及这些信息存储备份的时间封装成数据包，打上节点A、节点F为这些数据包分配的转发标签，发送到替换节点R，如图4所示。节点R收到这些数据包后进行数据解封装，payload中包含的数据即为节点A和节点F备份的被替换损毁节点G的标签转发表信息，然后比较两份数据的备份时间（time），选择存储备份时间离当前时刻最近的那份标签转发表来重构节点R自己的标签转发表信息，从而到达快速重建标签转发表，形成业务转发能力的目的。

图4 PTN网络节点标签转发表快速恢复实现图

3 结束语

与现有的PTN网络节点受损恢复实现机制相比，本文提出的基于网络存储标签转发表的业务转发能力快速恢复实现方案具有业务转发能力恢复时间短、对现有网络改动小、技术实现难度低的优点，能提高PTN网络的环境条件适应性，满足特殊地理环境下的通信服务需求。在PTN网络中推广使用该技术将极大提高全网在各种地理环境下的服务水平，充分发挥PTN产业对国民经济的助推作用。

[1]丁明吉，张明宇.基于PTN的多路径传输连接建立机制研究[J].光通信技术，2013，37(9):28-31.

[2]AWDUCHE D,BERGER L,GAN D,et al.RSVP-TE：Extensions to RSVP for LSP tunnels[S].RFC3209,2001.

[3]BERGER L.Generalized multi-protocol label switching(GMPLS)signaling resource reservation protocol-traffic engineering（RSVP-TE)extensions[S].RFC3473,2003.

Research on fast recovery mechanism of traffic forwarding ability based on PTN network

LIU Pu,DING Ming-ji,JU Tao,LI He-zhang,LUO Qing-song,QIN Bo
(No.34th Research Institute of CETC,Guilin Guangxi 541004,China)

For damage to the special geographical environment of the existing PTN network leads to long network recovery time,and can not quickly recover data plane forwarding ability,the paper proposes fast recovery implementation mechanism for traffic forwarding capability based on network storage label forwarding table.

fast recovery,traffic forwarding,label forwarding tables,label distribution protocol

TN929.11

A

1002-5561（2016）03-0009-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.03.003

2015-11-26。

刘朴（1963-），男，工程师，主要从事通信工程、光通信技术、卫星导航技术等方面的工作。