陳鄭超 岳銘凱

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)用FRR技術(shù)研究

陳鄭超 岳銘凱

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

數(shù)據(jù)網(wǎng)承載實時性業(yè)務(wù)后，對流量的中斷非常敏感，討論當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路失效后，如何通過快速重路由FRR（快速重路由）實現(xiàn)對流量的快速恢復(fù)。

數(shù)據(jù)網(wǎng)；快速重路由；鐵路應(yīng)用

1 概述

隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，承載的實時性業(yè)務(wù)（如語音、流媒體、以及視頻會議等）不斷增長，對流量的中斷非常敏感。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路失效后，如何實現(xiàn)對流量的快速恢復(fù)越來越重要。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某條鏈路或者某個節(jié)點失效后，網(wǎng)絡(luò)中其他路由器無法立刻發(fā)現(xiàn)，仍然向該鏈路或該節(jié)點上轉(zhuǎn)發(fā)流量，導(dǎo)致經(jīng)過這些失效節(jié)點的報文被丟棄；或者在路由器發(fā)現(xiàn)鏈路或節(jié)點失效后，由于網(wǎng)絡(luò)收斂，導(dǎo)致全網(wǎng)路由轉(zhuǎn)發(fā)表不一致，出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)層面的環(huán)路。導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生瞬時流量中斷或流量回環(huán)，在網(wǎng)絡(luò)收斂完成后才能恢復(fù)正常轉(zhuǎn)發(fā)。

快速重路由（FRR)機制正是為解決以上問題而提出，主要實現(xiàn)以下功能。

*鏈路失效的快速發(fā)現(xiàn)。

*備份路徑的快速提供。

*在網(wǎng)絡(luò)收斂過程中避免路由環(huán)路。

目前業(yè)界FRR的主要技術(shù)實現(xiàn)有在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的IP FRR，以及在MPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的MPLS TE FRR、LDP FRR、VPN-FRR等多種實現(xiàn)方式。

2 IP FRR

IP FRR仍然是依據(jù)傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)模式，通過配置本節(jié)點備用路由方式實現(xiàn)，在設(shè)備檢測到原本主用路由不可用時，不立即廣播路由更新信息并進(jìn)行全網(wǎng)路由計算，而是利用預(yù)配置的備份路由條目優(yōu)先進(jìn)行故障修復(fù)。在全網(wǎng)路由更新期間，優(yōu)先通過備份路由進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，盡量減少轉(zhuǎn)發(fā)流量的中斷。

目前，支持IP FRR功能的路由協(xié)議有靜態(tài)路由、OSPF、IS-IS和RIP。配置IP FRR時，可以使用路由策略靜態(tài)指定備份下一跳（4種路由協(xié)議都支持），可針對指定的IP地址前綴應(yīng)用FRR；也可以采用自動計算備份下一跳的方式（僅OSPF和IS-IS支持），由路由協(xié)議自動計算，所有OSPF或IS-IS路由都會有備份下一跳。

由于IP轉(zhuǎn)發(fā)是無信令連接,本節(jié)點的IP FRR備用路由配置，包括備用路由的建立和流量的轉(zhuǎn)發(fā)，都不會影響其下一跳節(jié)點以及其備用下一跳節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)路由表，在臨時狀態(tài)中，流量在被倒換至備用下一跳之后的去向和狀態(tài)，對于本節(jié)點是不可見的，因此進(jìn)行IP FRR配置必須在網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計上來規(guī)避IP FRR可能導(dǎo)致的流量環(huán)路，通過人工計算確保每條備份路由沒有發(fā)生環(huán)路，全網(wǎng)考慮IGPCost值的部署，以保證其部署后的可用性。

同時，由于目前IP隧道（例如：IPv6 over IPv4隧道等）不支持BFD(雙向轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)檢測)，導(dǎo)致當(dāng)IP隧道鏈路故障時，設(shè)備無法進(jìn)行快速備份鏈路切換，因此IP隧道方式組網(wǎng)也暫不支持IP FRR。

3 MLPS TE FRR

傳統(tǒng)路由選路協(xié)議通常選擇最短的路徑（跳數(shù)）或鏈路帶寬（鏈路狀態(tài)協(xié)議）作為路由計算參數(shù)，不考慮鏈路負(fù)載等因素，因此即使鏈路發(fā)生擁塞，通常也不會進(jìn)行鏈路切換。而MPLS TE則是將MPLS技術(shù)與流量工程技術(shù)相結(jié)合，利用資源預(yù)留協(xié)議，為需要保護(hù)的鏈路建立指定的LSP隧道，保證關(guān)鍵鏈路的資源預(yù)留以及優(yōu)化，在資源緊張的情況下，還可以根據(jù)優(yōu)先級和搶占參數(shù)的情況，由高優(yōu)先級隧道向下?lián)屨嫉蛢?yōu)先級隧道的帶寬資源；并通過備份路徑和快速重路由技術(shù)，在鏈路或節(jié)點失效的情況下，通過保護(hù)隧道，為關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供保護(hù)。

MPLS TE FRR是MPLS TE技術(shù)中用于實現(xiàn)鏈路和節(jié)點冗余保護(hù)的機制。當(dāng)LSP鏈路或節(jié)點設(shè)備端口故障時，由故障節(jié)點設(shè)備發(fā)起保護(hù)倒換，承載流量切換至保護(hù)隧道傳輸，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，同時全網(wǎng)重新進(jìn)行LSP更新，建立新的LSP拓?fù)洹?/p>

目前備份實現(xiàn)方式有2種：Bypass方式和Detour方式。Bypass方式是用1條保護(hù)路徑保護(hù)多條LSP；Detour方式則是通過一比一方式實現(xiàn)對關(guān)鍵LSP的保護(hù)。目前在實際部署中，Bypass方式使用更為廣泛。

MPLS TE FRR的特點是網(wǎng)絡(luò)快速局部保護(hù),通常部署在對網(wǎng)絡(luò)可靠性要求比較高的承載網(wǎng)絡(luò)中，用于實現(xiàn)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵鏈路出現(xiàn)局部失效時的快速倒換，減少對承載業(yè)務(wù)的影響。

4 LDP FRR

在沒有部署流量工程的MPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，可以采用LDP FRR技術(shù)實現(xiàn)快速重路由，路由器借助LDP協(xié)議實現(xiàn)路由標(biāo)簽分配，快速對路由變化作出響應(yīng)，達(dá)到50 ms保護(hù)切換的要求。

在配置了LDP快速重路由功能的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)接口故障（通過接口自己感知或結(jié)合BFD檢測）或者主LSP不通（結(jié)合BFD檢測）時，LDP快速重路由功能會將流量快速切換到備份LDP LSP上，實現(xiàn)對主LSP的保護(hù)，保證流量的快速切換。

LDP FRR技術(shù)同MPLS TE FRR相比，具有明顯優(yōu)勢：

1）LDP FRR的部署不依賴于MPLS TE技術(shù)，對承載設(shè)備的壓力較小。

2）本地化標(biāo)簽分配，不需要進(jìn)行全路徑標(biāo)簽分配協(xié)商。

3）多節(jié)點分布式處理，可同時實現(xiàn)鏈路保護(hù)、節(jié)點保護(hù)和路徑保護(hù)，不需要分別建立備份LSP。

但是LDP FRR也存在類似于IP FRR的局限性，由于標(biāo)簽為本地分發(fā)，因此在建立備用轉(zhuǎn)發(fā)方案時，需要通過手動計算確認(rèn)備份路徑標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的可用性，存在部署的擴(kuò)展性問題，因此目前尚未見到實際部署方案。

5 VPN FRR

CE雙歸屬是MPLS網(wǎng)絡(luò)中非常普遍的一種組網(wǎng)形式，但是MPLS TE FRR作為局部網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)，不能實現(xiàn)業(yè)務(wù)的端到端保護(hù)，一旦PE節(jié)點發(fā)生故障，只能通過端到端的路由收斂、LSP收斂來恢復(fù)業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)收斂時間與MPLS VPN內(nèi)部路由的數(shù)量、承載網(wǎng)轉(zhuǎn)接跳數(shù)密切相關(guān)，目前在實際網(wǎng)絡(luò)測試，一般在5 s左右。

VPN FRR則是利用VPN私網(wǎng)路由快速切換技術(shù)，通過在遠(yuǎn)端PE設(shè)備中預(yù)先配置指向本地主用PE和備用PE的轉(zhuǎn)發(fā)表項，并結(jié)合PE設(shè)備的故障快速探測，在PE節(jié)點設(shè)備故障情況下，實現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)收斂時間小于1 s。

6 鐵路骨干數(shù)據(jù)網(wǎng)部署FRR應(yīng)考慮的問題

鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)采用MPLS技術(shù)路線，所有業(yè)務(wù)流量均通過MPLS進(jìn)行承載，同時考慮網(wǎng)絡(luò)實際部署案例，建議鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)FRR技術(shù)路線選擇MPLS TE FRR，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，應(yīng)首先明確FRR是提高業(yè)務(wù)承載質(zhì)量的有效手段，但并不是網(wǎng)絡(luò)部署的終極目標(biāo)，在進(jìn)行該技術(shù)部署時，要綜合考慮以下問題。

首先，F(xiàn)RR是業(yè)務(wù)臨時倒換保護(hù)措施，F(xiàn)RR生效后，保護(hù)隧道所在的物理鏈路負(fù)載必然會上升，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中仍然需要通過輕載（Over Provisioning）來保障保護(hù)鏈路可以同時承載業(yè)務(wù)流量以及保護(hù)流量，以及相應(yīng)的QoS。為了避免在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換啟動后導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的帶寬測算時，應(yīng)考慮在正常情況下，鏈路的帶寬利用率不能超過50%。

其次，F(xiàn)RR切換至保護(hù)鏈路只是臨時措施，網(wǎng)絡(luò)自身仍會采用make before break機制來進(jìn)行IGP收斂和首端LSP重優(yōu)化，并采用顯示共享進(jìn)一步降低對業(yè)務(wù)帶寬的占用，因此，在主用鏈路為備份隧道預(yù)留帶寬不僅會造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，還會對其他正常TE LSP的最優(yōu)路徑計算造成影響，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中建議FRR的保護(hù)鏈路是一對一的，即預(yù)留帶寬計算只考慮備用鏈路保護(hù)主用鏈路，在收斂完成后，網(wǎng)絡(luò)仍然進(jìn)行回切，不要考慮由主用鏈路對備用鏈路進(jìn)行備份。

最后，基于TE的FRR在實現(xiàn)機理上不同于以往的底層SDH通道、復(fù)用段保護(hù)，是一種轉(zhuǎn)發(fā)平面先于控制平面進(jìn)行的保護(hù)，對IGP、CSPF、RSVP、LDP收斂等帶來的影響，對網(wǎng)絡(luò)流量流向因不同協(xié)議收斂機制不同而導(dǎo)致相互之間的作用以及影響還沒有太多實際經(jīng)驗可供借鑒，需要在網(wǎng)絡(luò)運維與管理中進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。

TE FRR只是局部保護(hù)技術(shù)，需要明確當(dāng)鏈路或節(jié)點故障發(fā)生在TE域之外時，網(wǎng)絡(luò)的故障切換及恢復(fù)仍然依賴于傳統(tǒng)的IGP以及LDP的收斂來實現(xiàn)。

目前實現(xiàn)FRR的節(jié)點保護(hù)需要采用LDP FRR,該技術(shù)擴(kuò)展性較差，目前部署FRR都應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的核心轉(zhuǎn)發(fā)平面，而目前核心設(shè)備的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廣域網(wǎng)鏈路，因此不建議進(jìn)行節(jié)點保護(hù)策略實施。

部署FRR需考慮在網(wǎng)設(shè)備的兼容性，建議在FRR域內(nèi)盡量采用同一廠家設(shè)備。因為雖然各廠家都聲稱其主流設(shè)備可實現(xiàn)對TE及FRR的兼容，但根據(jù)實際測試結(jié)果和以往部署經(jīng)驗，各廠家在某些特性的具體實現(xiàn)上仍有細(xì)微的差別，需要對設(shè)備的配置參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳的協(xié)調(diào)狀態(tài)，這在網(wǎng)絡(luò)運行初期尤其是缺乏既往TE維護(hù)經(jīng)驗的情況下難以實現(xiàn)。

7 小結(jié)

鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)部署FRR技術(shù)可以有效減少端口及鏈路故障對承載業(yè)務(wù)的影響，但FRR實際部署應(yīng)用案例比較少，建議在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期可以對典型業(yè)務(wù)試點，在積累了運維經(jīng)驗后進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)合多種技術(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)網(wǎng)承載業(yè)務(wù)體驗。

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）

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)重大課題項目（2300-K1130004.01）