CN100571194C - 一种标签路径快速保护倒换方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多协议标签交换的标签路径快速保护倒换方法及其系统，所述方法包括：入口标签边缘路由器建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，并为数据分组配置用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，选择标签交换路径发送标签分组；出口标签边缘路由器接收标签分组，对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。根据本发明，第二层标签携带保护倒换信息和性能信息，与数据同时传送，有利于提高LSP保护倒换时间，系统可采用多个保护倒换优先级，实现不同情况下的保护倒换，实现简单。

Description

一种标签路径快速保护倒换方法及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多协议标签交换网络中标签交换路径的保护到换方法及其装置。

背景技术

MPLS(多协议标签交换)是一种基于标签的IP路由选择交换方法，是新一代的IP高速骨干网络交换标准。它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，即LSP(标签交换路径)，数据传输通过LSP来完成；

图1是MPLS网络结构示意图。MPLS网络由边缘部分的LER(标签边缘路由器)、核心部分的LSR(标签交换路由器)组成。入口LER的作用是接收数据包，分析数据包头，根据一定的规则对包进行分类，加上相应的标签形成标签分组；LSR根据分组上的标签以及LSR生成的标签转发表进行标签分组转发，不对标签分组进行任何第三层处理；出口LER去掉分组中的标签，继续按照数据包的路由方式转发。由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术(IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等)。

在MPLS网络中，标签分组沿着由一系列LSR构成的LSP传送。对LSP的保护对提高MPLS网络的可用性和稳定性具有重要的意义，可以保证在工作LSP连接失效或者中断后快速切换到备份LSP上，以获得新的网络资源，通常可以采用两种保护方式：1+1保护和1∶1保护，1+1保护使用一条专用的备份LSP作为工作LSP保护，在入口LER处，工作LSP和备份LSP桥接在一起，工作LSP上的流量复制到备份LSP上，同时传送到出口LER，出口LER根据故障检测等手段，选择接收工作/备份LSP上的流量；而1∶1保护使用一条专用的备份LSP作为工作LSP保护，在入口LER处，数据在工作路径上传送，工作LSP、备份LSP不同时传送相同的流量，备份LSP在工作LSP正常工作的前提下可以传送其它流量，流量的保护切换裁决在入口LER进行，如果工作LSP发生故障，入口LER转换到保护路径上发送数据，同时接收端倒换到保护路径上接收数据。

通常，对于电信网络而言，对故障的保护切换时间需要低于50毫秒(ms)，ITU-T(国际电信联盟)Y.1720 MPLS保护倒换建议草案提出的故障检测方案是CV(连通性确认)机制：如图2所示，其基本思想是周期性地从入口标签交换路由器向出口LER发送一种OAM(运行、管理、维护)分组：如CV分组，这些分组具有相同的入口LER标识和源LSP。出口LER通过分析接收到的CV分组中的标识信息来检测是否发生失效事件。为了减少网络的负担，根据草案建议，CV分组发送的时间间隔为1秒，检测时间为时间间隔的4倍，因此，工作LSP发生故障，保护倒换的时间将大于时间间隔的4倍，即大于4s。该方法LSP保护切换时间检测时间长，检测机制复杂，保护倒换时间长。

除CV机制外，新一版ITU-T Y.1711标准补充了FFD(快速失效检测)机制，以帮助实现更快速的保护倒换。FFD的机制与CV相同，但FFD以更短的时间间隔发送OAM分组，以更快速地检测到缺陷事件，FFD的发送时间间隔可变，从10ms到500ms，其保护倒换时间为40ms到2s，但是如果利用最小周期的FFD包，其将占用大量的网络带宽资源。

发明内容

如上所述，本发明的主要目的是提供一种用于多协议标签交换的标签路径快速保护方法，使得工作LSP连接失效或者中断后快速切换到保护LSP上，满足电信级传输要求。

为实现上述目的，本发明提供的方法包括：a)、入口标签边缘路由器建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，并为数据分组配置用于标签交换的第一标签和用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，选择标签交换路径发送标签分组；b)、出口标签边缘路由器接收标签分组，对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

优选地，上述方法进一步包括步骤c)：出口标签边缘路由器将链路检测以及相应处理结果通知给入口标签边缘路由器；入口标签边缘路由器根据处理结果控制切换标签交换路径。

本发明进一步提供了一种多协议标签交换网络，包括：入口标签边缘路由器，接收并分析数据分组，建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，并进一步为数据分组配置用于标签交换的第一标签和用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，选择标签交换路径发送标签分组；标签交换路由器，根据标签分组的标签在标签交换路径上进行分组转发；出口标签边缘路由器，对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组

本发明进一步提供了一种标签边缘路由器，当作为入口标签边缘路由器时，包括：信令单元：用于建立工作标签交换路径和保护标签交换路径；第二标签信息表：用于记录标签交换路径的保护倒换信息；数据转发单元：接收数据分组，给数据分组配置相应的标签交换路径第一标签，并进一步配置用于保护倒换的第二标签，形成标签分组。

本发明进一步提供了一种用于多协议标签交换的标签边缘路由器，当作为出口标签边缘路由器时，包括：标签分组数据处理单元：接收标签数据分组，对工作标签交换路径进行检测、并提取其第二标签所携带的保护倒换信息以及进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

本发明方法及其实现装置，入口LER使用MPLS标签栈的中的第二标签携带保护倒换信息和性能信息，采用和数据同时传送的方法，有利于提高LSP保护倒换时间，达到小于50ms的电信级要求；通过设置保护倒换信息K标识位，系统可以采用多个保护倒换优先级，实现不同情况下的保护倒换，实现简单；通过在第二标签中设置奇偶校验B标识位，对标签分组协议数据单元进行比特间插奇偶校验，可实时地对工作LSP误码进行快速检测。

附图说明

图1是MPLS网络结构示意图；

图2是一种典型的标签路径保护倒换示意(1+1、1∶1方式为例)；

图3是一种MPLS标签分组结构示意图；

图4是本发明采用的MPLS标签栈示意图；

图5是根据本发明所提供的一个入口标签边缘路由器分组数据处理结构示意图；

图6是根据本发明所提供的一个出口标签边缘路由器标签分组数据处理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

如图3所示一种典型的MPLS标签分组结构示意图，它包括二层头部、MPLS标记、IP头部、协议数据单元几个部分。其中，MPLS标记结构可视为一个深度为N的标签栈，每个标签的结构如下：一个20比特的、具有本地意义的标签域，唯一地表示分组所属的FEC(转发等价类)，决定标签分组的转发方式(协议保留的具有特殊含义的标记值除外)；3个比特的EXP域，保留给实验使用，现在通常用来标识QoS(服务质量)，可以设置该标签分组的QoS等级；1个比特的S域，用于标识这个标签是否是最低层的标签；以及8个比特的TTL(生存时间)域，用来防止数据在网上形成环路。值得说明的是，MPLS标签分组可以承载的报文通常是IP包，当然也可以改进直接承载以太包、ATM的AAL5包、甚至ATM信元和TDM信号等。可以承载MPLS的二层协议可以是PPP、以太网、ATM、帧中继和同步数字系列(SDH)等，图3中仅仅对于承载IP数据包时的MPLS标记结构作了一定描述，如果承载的是以太网包，ATM信元、帧中继或TDM信号，需在MPLS层对上层信号进行电路仿真，再封装到MPLS帧中，具体封装和MPLS标记结构可参考IETF(互联网工程任务组)相关文件，这里不再累述。在所有的情况下，MPLS标记结构是一致的，即包括20个比特的标签、3个比特的EXP、1个比特的标签栈指示S和8个比特的TTL。

在MPLS网络中，入口LER接收来自外部IP网络的IP数据包，分析数据包头，执行第三层网络功能，根据一定的规则，如转发等价类概念，对包进行分类，将输入的数据流映射到LSP上。简单地说，FEC就是定义了一组沿着同一条路径、有相同处理过程的数据包。这就意味着所有FEC相同的包都可以映射到同一个标记中，加上相应的标签形成的标签分组沿着形成的LSP发送给下一个LSR；LSR从标签栈顶开始处理标记，若一个分组的标签栈深度为N，则位于栈底的标签为1级标签，位于栈顶的标签为N级标签。标签分组到达LSR通常先执行标签栈顶的出栈操作，然后将一个或多个特定的标签压入标签栈顶。如果分组的下一跳为某个LSR自身，则该LSR将栈顶标签弹出并将由此得到的分组“转发”给自己。此后，如果标签弹出后标签栈不空，则LSR根据标签栈保留信息做出后续转发决定；如果标签弹出后标签栈为空，则LSR根据IP分组头路由转发该分组。

图4示意了本发明所采用的MPLS标签栈示意图，它包括双层的标签，第一标签为前述的标准MPLS标签，用于承载IP数据包，它也可以是IETF PWE3工作组定义的PW标签，用于承载其他数据包，如以太网、ATM、帧中继或TDM等；第二标签指示保护倒换信息，其结构如下：

●标签值(20比特)＝15(基于IETF规定的协议保留的具有特殊含义的标记值)；

●S字段(1比特)＝1，以指示该标签在栈底；

●K字段(3比特)携带保护倒换信息，它可以是：强制倒换(FS)、信号失效(SF)、信号劣化(SD)、人工倒换(MS)、等待恢复(WTR)、空闲(IDLE)等状态信息；

●另外，它还包括一个B字段(8比特)为对MPLS分组协议数据单元字段进行BIP-8(比特间插奇偶校验)计算，以用于接收端执行误码检测。

根据本发明思想，入口LER通过MPLS信令建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，生成相应的第一标签信息库，它包括工作LSP标签信息、保护LSP标签信息。入口LER可由网络管理系统配置第二标签库，其包含倒换保护信息。入口LER不仅仅根据第一标签信息库为数据分组配置用于标签交换的第一标签，而且为数据分组配置用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，按照选择标签交换路径发送标签分组；如前所述的1+1保护模式，入口LER将分别为数据分组配置工作LSP标签信息、保护LSP标签信息，再配置用于保护倒换的第二标签标签，标签分组将同时按照建立的主LSP和备份LSP一起发送。

LSR根据分组上的标签以及LSR生成的标签转发表进行标签分组转发，不对标签分组进行任何第三层处理；

出口LER通过工作标签交换路径接收标签分组，将对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。出口标签边缘路由器可以提取标签所携带的保护倒换信息，例如：K字段携带保护倒换信息是FS，则出口标签边缘路由器选择保护LSP接收分组数据；对工作标签交换路径链路的检测可以通过多种方式完成，如可以通过对到达的分组数据的连续性进行设置以检测链路；出口标签边缘路由器也可以进一步对标签分组的协议数据单元执行BIP-8计算得出B’，并与第二标签中携带的B字段值进行比较，可以进一步判断LSP链路状态，如二者不同，说明链路信号劣化。基于上述链路检测或分组数据处理，出口LER可以决定选择是通过工作LSP或保护LSP接收标签分组。

根据本发明的一种实施方式，系统如采用1∶1保护方式，出口标签边缘路由器将链路检测以及相应处理结果通知给入口标签边缘路由器；通知方式可以是一条逆向的LSP或其它具有高优先级的方式。入口标签边缘路由器可以根据上述通知消息对第二标签库进行更新，进而控制切换标签交换路径。

图5是根据本发明所提供的一个入口标签边缘路由器分组数据处理结构示意图，它包括信令单元50、数据转发单元56、第二标签信息表55。

信令单元50：它通过运行一种MPLS信令协议，并根据路由器的路由单元(图中未示出)所提供的路由信息生成工作LSP路径和保护LSP路径，即建立第一标签信息表，该表包含工作LSP标签和保护LSP标签。具体地说，它包括信令协议单元52、第一标签信息表51。信令协议单元52实现信令的方式可分为两类：一类是LDP/CR-LDP，源于ATM网络的思想；另外一类是RSVP，它基于传统的IP路由协议。该信令协议单元通过一定的发现机制，针对本地路由表中的每个路由条目生成一个本地的标签，由此生成第一标签信息表52，再把路由条目和本地标签的绑定通告给邻居LSR，同时把邻居LSR告知的路由条目和标签帮定接收下来放到第一标签信息表52里。

第二标签信息表55：用于保存每条LSP链路的保护倒换信息。它可以并接受网络管理命令或进一步接收来自其它标签交换路由器的通知对信息表项进行更新。

数据转发单元56：接收数据分组，给分组配置相应的标签交换路径第一标签、第二标签。它根据第二标签信息表55中的第二标签的保护倒换信息，选择第一标签信息库中的工作或保护LSP标签，形成标签分组。对于标签边缘路由器来说，本单元可以转发用户IP数据分组，也可以转发以太网数据包、ATM、帧中继和TDM等信号。

根据本发明的一种实施方式，数据转发单元56在执行标签分组封装转发时，它对进入该设备的数据分组的协议数据单元进行BIP-8计算出奇偶校验值，并将该信息设置在标签分组第二层标签B字段中，出口LER就可根据该B字段以及接收到的协议数据单元进行BIP-8处理，判断LSP链路状态。

图6是根据本发明所提供的一个出口标签边缘路由器标签分组数据处理结构示意图，它包括一个标签分组数据处理单元61：接收标签数据分组并进行相关处理。它可以提取标签分组中第二标签所携带的保护倒换信息，如：K字段携带保护倒换信息如果是FS，则选择保护LSP接收分组数据；此外，分组数据处理单元可进一步对工作标签交换路径链路的检测，如：对分组数据到达的连续性以检测链路；同时，它也可以进一步对标签分组的协议数据单元执行BIP-8计算得出B’，并与第二标签中携带的B字段值进行比较，可以进一步判断LSP链路状态，如二者不同，说明链路信号劣化。基于上述检测或处理，出口标签边缘路由器可以选择是通过工作LSP或保护LSP接收标签分组。

根据本发明的一种实施方式，它进一步包括一个控制单元62：它将标签分组数据处理单元61的链路检测以及相应处理结果通知给入口标签边缘路由器或网络管理系统，以指示其选择不同的标签交换路径。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (15)

1、一种用于多协议标签交换的标签路径快速保护倒换方法，包括：

a)、入口标签边缘路由器建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，并为数据分组配置用于标签交换的第一标签和用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，选择标签交换路径发送标签分组；

b)、出口标签边缘路由器接收标签分组，对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

2、如权利要求1所述的标签路径快速保护倒换方法，其特征在于所述方法进一步包括步骤c)：出口标签边缘路由器将链路检测以及相应处理结果通知给入口标签边缘路由器；入口标签边缘路由器根据处理结果控制切换标签交换路径。

3、如权利要求1或2所述的标签路径快速保护倒换方法，其特征在于所述第二标签配置包括设置一个标签域，以标识该标签类型；一个S域，以标识该标签为最低层的标签；以及一个K域，以标识保护倒换信息。

4、如权利要求3所述的标签路径快速保护倒换方法，其特征在于所述第二标签配置进一步包括设置一个B域，用于对标签分组的协议数据单元进行误码检测。

5、如权利要求3所述的标签路径快速保护倒换方法，其特征在于第二标签K域标识的保护倒换信息可以是强制倒换、信号失效、信号劣化、人工倒换、等待恢复、或空闲状态。

6、一种多协议标签交换网络，包括：

入口标签边缘路由器，接收并分析数据分组，建立工作标签交换路径和保护标签交换路径，并进一步为数据分组配置用于标签交换的第一标签和用于保护倒换的第二标签，执行标签分组封装，选择标签交换路径发送标签分组；

标签交换路由器，根据标签分组的标签在标签交换路径上进行分组转发；

出口标签边缘路由器，对工作标签交换路径链路进行检测以及根据其第二标签所携带的保护倒换信息进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

7、如权利要求6所述的多协议标签交换网络，其特征在于所述出口标签边缘路由器进一步将链路检测结果、第二标签处理结果通知给入口标签边缘路由器；入口标签边缘路由器接收来自出口标签边缘路由器的结果通知控制切换标签交换路径。

8、一种用于多协议标签交换的标签边缘路由器，当作为入口标签边缘路由器时，包括：

信令单元，用于建立工作标签交换路径和保护标签交换路径；

第二标签信息表，用于记录标签交换路径的保护倒换信息；

数据转发单元，接收数据分组，给数据分组配置相应的标签交换路径第一标签，并进一步配置用于保护倒换的第二标签，形成标签分组。

9、如权利要求8所述的标签边缘路由器，其特征在于所述第二标签信息表进一步接收来自网络管理系统的指令或其它标签边缘路由器的通知为标签交换路径设置相应的保护倒换信息。

10、如权利要求8或9所述的标签边缘路由器，其特征在于第二标签包括一个标签域，以标识该标签类型；一个S域，以标识该标签为最低层的标签；以及一个K域，以标识保护倒换信息。

11、如权利要求10所述的标签边缘路由器，其特征在于所述数据转发单元对数据分组的协议数据单元进行比特间插奇偶校验计算，并将计算的值设置在标签分组第二标签B字段中。

12、如权利要求10所述的标签边缘路由器，其特征在于第二标签K域标识的保护倒换信息可以是强制倒换、信号失效、信号劣化、人工倒换、等待恢复、或空闲状态。

13、一种用于多协议标签交换的标签边缘路由器，当作为出口标签边缘路由器时，包括：

标签分组数据处理单元：接收标签数据分组，对工作标签交换路径进行检测、并提取其第二标签所携带的保护倒换信息以及进行相应处理，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

14、如权利要求13所述的标签边缘路由器，其特征在于标签分组数据处理单元对标签数据分组的协议数据单元进行比特间插奇偶校验计算，并与标签分组第二标签B字段的奇偶校验值对比，选择相应的标签交换路径接收标签分组。

15、如权利要求13所述的标签边缘路由器，其特征在于其进一步包括控制单元：将标签分组数据处理单元产生的链路检测以及相应处理结果通知给入口标签边缘路由器。

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