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一种MPLS 网络间的IP业务传送技术

2011-05-17 09:06:12  作者:崔丽珍, 孟霞  来源:泰尔网  浏览:560  文字:【

0 引言

  随着通信网络的不断发展,MPLS 技术在骨干网络中的应用已经日益普遍。目前, MPLS 网络依赖QoS 路由协议提供域内具备服务质量保障的标记交换通道, 但是在MPLS 网络间则因QoS 路由算法不同而无法得到跨网络的QoS 路径。部分针对MPLS网络间IP 业务传送的技术只是采用在源端的MPLS网络节点显式指定沿途标记交换通道经过节点的方法, 这种方法在互连MPLS 网络拓扑发生变化的情况下, 无法根据当前网络的实际拓扑灵活选择所经节点, 无法保障跨网传送IP 业务的服务质量。这里提出了一种用于采用不同QoS 路由协议的MPLS 网络间IP 业务传送技术, 该技术在现有QoS 路由算法和协议无需改动, 对原有系统影响较小的前提下, 能够根据各互连MPLS 网络的实际拓扑灵活选路并建立连接, 保障跨网传送IP 业务的服务质量。

1 传送技术

  为了充分利用网络资源, 同时为高级用户提供特定的服务质量保障, 在MPLS 网络中基于受限路由建立标记交换通道。由于不同的MPLS 网络有可能采用不同的受限路由算法, 在跨越不同MPLS 网络进行IP 业务传送时, 利用各个MPLS 网络所采用的受限路由算法无法统一得出跨网络的满足特定服务质量要求的标记交换通道。为了最大限度地利用已部署的MPLS 网络, 在不影响现有网络运行的前提下, 利用接入网关和互连网关为跨MPLS 网络的IP 业务传送提供具备服务质量的标记交换通道。

  如图1 所示, 在MPLS 网络互连环境中, MPLS网络之间通过互连网关进行互连, 在各MPLS 网络的接入侧连接接入网关进行数据业务的接入。示意图中只是标明了2 个MPLS 网络互连的情况, 下面描述的工作流程同样适用于多个不同MPLS 网络之间的互连场景。

图1 MPLS网络互连示意图

   (1)将接入网关1 和接入网关2 分别连接到互连的MPLS 网络1 和MPLS 网络2 的业务接入侧, 互连网关连接到MPLS 网络之间。接入网关1 和互连网关主要完成IP 数据分组信息到MPLS 标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射。

  MPLS 网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组指MPLS 网络中标记交换通道的源IP 地址和目的IP 地址, 这2 个地址并不是真正存在的2 个主机地址, 只是分别属于源IP 和目的IP 网段;

  (2)根据各互连MPLS 网络间IP 业务传送的统计或预先规划, 在各MPLS 网络建立具备优先级和带宽保障的标记交换通道;

  (3)在接入网关1 及互连网关上配置IP 数据分组信息的映射关系表, 建立MPLS 网络间传送的IP数据分组业务到具备不同优先级和带宽保障的标记交换通道的映射关系;

  (4)利用到达接入网关1 的IP 数据分组信息查找映射关系表, 根据映射关系表中IP 数据分组信息的地址二元组, 或地址三元组, 或地址五元组进行MPLS 网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组表项的查找; 如果没有查到虚拟地址二元组表项, 将IP 数据分组直接发送; 如果查到虚拟地址二元组表项, 将IP 数据分组根据查询结果中的虚拟地址二元组进行隧道封装及发送;

  (5)对到达互连网关已隧道封装的IP 数据分组进行解封装操作, 恢复出原始IP 数据分组, 利用原始IP 数据分组信息查找映射关系表, 根据映射关系表中IP 数据分组信息进行MPLS 网络的标记交换通道连接虚拟地址二元组表项的查找; 如果没有查到虚拟地址二元组表项, 将IP 数据分组直接发送; 如果查到虚拟地址二元组表项, 将IP 数据分组根据查询结果中的虚拟地址二元组进行再次隧道封装及发送;

  (6)接入网关2 对已隧道封装的IP 数据分组进行解封装操作, 恢复出原始IP 数据分组, 将IP 数据分组直接发送;

  (7)在预先规划的IP 数据分组业务传送完成后, 删除第(3)步骤中配置的IP 数据分组信息映射关系表。

2 网关设计方案

  2. 1 模块组成

  接入网关和互连网关的基本框架相同, 主要包括配置映射关系模块、查找映射关系模块、封装隧道模块、IP 传送模块和映射关系库5 个模块, 各模块的功能如下所述:

  (1)配置映射关系模块在接入网关和互连网关建立IP 数据分组信息的地址二元组、三元组和五元组到标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射关系;

  (2)映射关系库负责保存二元组、三元组和五元组到虚拟地址二元组的映射关系表项。

  其中, 映射关系表中的& 映射标志? 字段定义查找时的IP 数据分组信息的匹配表项:

  “映射标志”为0x01 时, 匹配表项为二元组, 包括{ 源地址, 目的地址} 。

  “映射标志”为0x02 时, 匹配表项为三元组, 包括{ 源地址, 目的地址, 协议号} 。

  “映射标志”为0x04 时, 匹配表项为五元组, 包括{ 源地址, 目的地址, 源端口, 目的端口, 协议号} ;

  (3)查找映射关系模块负责查找映射关系表, 按照& 映射标志?为0x04、0x02、0x01 的顺序, 根据IP 数据分组信息的地址五元组查找得到匹配的MPLS 网络连接信息, 即虚拟源地址与虚拟目的地址信息;

  (4)隧道封装模块根据查找到的虚拟源地址与虚拟目的地址依照RFC 2003 建议对IP 数据分组进行隧道封装, 或者对已隧道封装的IP 数据分组进行解封装操作, 恢复得到原始IP 数据分组;

  (5)IP 传送模块完成普通IP 数据分组和已隧道封装IP 数据分组的接收和发送。

  2. 2 内部接口

  如图2 所示, 网关模块间的内部接口包括Inf1、Inf2、Inf3 和Inf4。

图2 网关模块接口示意图

  其中, 接口Inf1 为配置映射关系模块与映射关系库间的接口。通过Inf1 接口, 配置映射关系模块把IP 数据分组地址信息到标记交换通道连接虚拟地址二元组的映射关系下发到映射关系库中, 并根据实时的配置进行映射关系的维护和管理。

  接口Inf2 为查找映射关系模块和映射关系库间的接口。通过Inf2 接口, 查找映射关系模块; 利用IP数据分组的地址信息依照最长匹配的原则在映射关系库中进行相应表项的查找。

  接口Inf3 为查找映射关系模块和封装隧道模块之间的接口。封装隧道模块通过该接口把查找映射请求发送给查找映射模块, 查找映射关系模块再通过该接口把查找结果返回给封装隧道模块。

  接口Inf4 为封装隧道模块和IP 传送模块间的接口。IP 传送模块通过该接口向封装隧道模块请求是否进行隧道封装, 封装隧道模块通过该接口向IP 传送模块发送隧道封装的IP 分组。

  2. 3 外部接口

  如图2 所示, 网关的外部接口包括Inf5、Inf6 和Inf7。通过接口Inf5, 配置映射关系模块负责获取IP数据分组地址信息到标记交换通道连接虚拟地址的映射关系; IP 传送模块通过Inf6 接收IP 数据分组,并通过Inf7 发送IP 数据分组。

3 传送性能分析

  利用在研的2 种典型MPLS 网络, 辅以接入网关和互连网关对端到端的特定业务进行跨网IP 业务传送的QoS 保障能力分析, QoS 性能分析的拓扑示意图如图3 所示。其中, 接入网关和互连网关提供标准100 Mbps 以太网接口。

图3  IP 业务传送性能分析拓扑示意图

  下面利用AX4000 测试仪在LAN1 和LAN2 接口间进行数据分析, 从业务优先级和丢包率2 个方面对采用网关前后的跨网端到端IP 业务传送QoS保障能力进行比较和分析。预先在MPLS 网络1 和网络2 中建立带宽为6 Mbps 的标记交换通道, 其中MPLS 网络1 中的标记交换通道具有备份保护通道。之后进行如下试验。

  (1) 不同业务优先级的数据处理

  AX4000 测试仪向LAN1 发送2 个数据流, 在网关上设置第1 个数据流的带宽为6 Mbps, 发送包长为1 500 byte, 优先级级别为2; 第2 个数据流的带宽为4Mbps, 发送包长为1 500 byte, 优先级级别为3,优先级别高于第1 个数据流。这2 个数据流同时发送, 一段时间之后, 优先级高的数据流停止发送。如图4( a) 所示为采用网关设备进行互连时AX4000 测试仪记录的LAN2 口不同优先级IP 数据的接收包数。

图4 IP 业务传送性能分析

  (2) 利用保护切换能力的数据处理

  AX4000 测试仪向LAN1 发送1 500 byte 长度的单个数据流, 带宽为6 Mbps。在MPLS 网络1 中, 模拟网络链路故障断开主用通道的链路, 使得数据切换到备用通道上继续发送。如图4 ( b) 所示为AX4000 测试仪记录的LAN2 口在链路通断前后的接收包数。

  图4(a) 中,AX4000 测试仪发送的高优先级数据被优先处理; 低优先级数据发生拥塞, 发送6 Mbps的数据, 但是只接收到2 Mbps 的流量, 丢包非常严重。在高优先级数据停止发送之后, 低优先级数据得到及时处理, 收发流量相同。所以, 异构MPLS 网络间采用网关进行互连, 能够在带宽有限的情况下优先保证高业务优先级的优先处理。

  图4( b) 中, 利用原有MPLS 网络1 的主备通道能力, 在网络中链路发生故障时, 利用备份通道的能力, 跨MPLS 网络的端到端IP 业务在中断18 s 之后得以恢复传送。

  从测试数据分析可见:

  利用接入网关提供实现基于流的带宽控制能力和业务优先级保障能力;

  所有的仿真结果显示当源节点到中继节点( S- R) 信道的信噪比高、误码性能好的情况下, 中继信道协作系统的误码性能就会比非协作方式的误码性能好, 否则就会比非协作方式的差。这是显而易见的, 源节点传送的是信息有序序列, 通过源节点到中继节点( S- R) 信道传送给中继节点, 源信息在传输过程中难免会出错, 而错误一旦出现就会在中继信道得到扩散, 导致传送给译码器的校验位信息失去作用甚至带来负面影响, 从而降低了系统的译码性能。相反, 如果中继节点接收到的信息可靠性高, 误码率低, 那么中继节点发送给译码器的外信息就会有助于目的节点的译码, 进而提高系统的译码性能。

4 结束语

  提出了基于Turbo 码的非理想中继协作系统,通过模拟和仿真, 证明基于Turbo 码的非理想协作通信可以有效地改善系统性能, 付出的代价是必须提高源节点到中继节点( S- R) 信道传输的可靠性,即降低源节点到中继节点( S- R) 信道传输的误码率, 否则整个中继信道的协作通信将会失去意义。因此要想使基于Turbo 码的非理想中继协作系统的性能更加优秀, 可以对系统的编码方式或者传输方式做进一步的改进, 例如在中继节点到目的节点信道传送校验位的相关信息时, 可以考虑传送校验位的软信息而不是经过硬判决后的信息, 这是一个非常具有研究价值的课题。

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