基于LDP的MPLS網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計功能的研究

孫文勝宋 嬌

(杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院，杭州 310018)

隨著MPLS的應(yīng)用越來越廣泛，其承載的業(yè)務(wù)也越來越豐富，網(wǎng)絡(luò)流量成為描述網(wǎng)絡(luò)行為的重要指標(biāo)之一。網(wǎng)絡(luò)的流量反映了網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，是判別網(wǎng)絡(luò)資源使用量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)[1-2]。通過這些數(shù)據(jù)，一方面營運商可以及時的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的業(yè)務(wù)部署和提供有效的網(wǎng)絡(luò)管理策略；另一方面用戶可以及時地查詢當(dāng)前業(yè)務(wù)的使用量、感知網(wǎng)絡(luò)的運行情況；因而流量統(tǒng)計的重要性也與日俱增。基于該背景，本文提出了MPLS網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計的一種實現(xiàn)方案，能快速有效地實現(xiàn)LSP的流量統(tǒng)計。詳細介紹了轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面的模塊的劃分和交互、主要的函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)；并對典型的MPLS網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)測試，以驗證該設(shè)計的可行性。

1 功能模塊結(jié)構(gòu)圖

MPLS網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計功能主要涉及的兩個平面[2-4]，一是控制面，二是轉(zhuǎn)發(fā)面，模塊的具體劃分和交互關(guān)系如圖1所示。由于分布式設(shè)備分為主控板、備板和接口板，因此轉(zhuǎn)發(fā)面又可分為兩部分：主控板轉(zhuǎn)發(fā)面和接口板轉(zhuǎn)發(fā)面(關(guān)于備板的轉(zhuǎn)發(fā)都是基于主控板的，此處不再討論備板的相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā))。

圖1 MPLS轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計特性模塊的劃分

從上圖可看到，控制面分為三個模塊[5]：配置模塊、統(tǒng)計模塊和LSP模塊；轉(zhuǎn)發(fā)面也有三個模塊組成：同步模塊、統(tǒng)計模塊和LSP模塊，關(guān)于各個模塊的作用和功能闡述如下：

(1)配置模塊處理配置管理層下發(fā)到控制面的MPLS流量統(tǒng)計配置/取消的相關(guān)命令行；

(2)控制面LSP模塊處理信令協(xié)議下發(fā)到控制面的LSP的創(chuàng)建、更新、刪除等消息[6]；

(3)統(tǒng)計模塊處理用戶配置的FEC(Forwarding Equivalence Class)節(jié)點(如在配置空間中添加、刪除、查詢FEC節(jié)點)、通知轉(zhuǎn)發(fā)面更新LSP相關(guān)表項中的統(tǒng)計標(biāo)志、轉(zhuǎn)發(fā)面上送的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

(4)同步模塊將有關(guān)的配置消息、表項信息、實時數(shù)據(jù)等封裝后同步給接口板或者備板[7]；

(5)轉(zhuǎn)發(fā)面LSP模塊處理轉(zhuǎn)發(fā)面LSP表項、ILM(Incoming LabelMap)/NHLFE(Next Hop Label Forwarding Entry)表項的形成以及更新相關(guān)表項中的統(tǒng)計標(biāo)志，并攜帶統(tǒng)計標(biāo)志下發(fā)驅(qū)動；

(6)轉(zhuǎn)發(fā)面統(tǒng)計模塊處理從驅(qū)動獲取轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計信息。除此之外，轉(zhuǎn)發(fā)面主控板統(tǒng)計模塊通知接口板開始統(tǒng)計數(shù)據(jù)并定時上報統(tǒng)計數(shù)據(jù)、以及上報統(tǒng)計數(shù)據(jù)給控制面。

2 原理與設(shè)計方案

MPLS網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議的控制下建立路由表，然后LDP根據(jù)路由表中的網(wǎng)絡(luò)拓撲產(chǎn)生標(biāo)簽并在相鄰節(jié)點間分發(fā)標(biāo)簽[8]。結(jié)果，每個設(shè)備都建立了自己的LIB(Label Information Base)，其中記錄了標(biāo)簽和FEC之間的映射關(guān)系，所有設(shè)備的LIB中的信息就形成了整個網(wǎng)絡(luò)的不同端點間的LSP[9]。本文中統(tǒng)計的對象為FEC(依據(jù)目的地來劃分)即統(tǒng)計經(jīng)過某一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的目的地相同的某種類型的LSP的流量。對MPLS轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計特性的設(shè)計采用兩級開關(guān)機制：在MPLS視圖下，①使能/去使能統(tǒng)計轉(zhuǎn)發(fā)循環(huán)定時器；②對指定的FEC配置使能/去使能統(tǒng)計功能。

2.1 使能統(tǒng)計功能

2.1.1 原理

用戶配置統(tǒng)計使能FEC(Statistics ldp ip-address ip-mask)、統(tǒng)計時間間隔(Statistics interval intervaltime)，控制面注冊、解析該命令后，一方面在控制面會生成配置空間，用于存放用戶指定的需要統(tǒng)計使能的FEC節(jié)點信息；另一方面主控板轉(zhuǎn)發(fā)面啟動轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計定時器，同時主控板通知接口板開始統(tǒng)計轉(zhuǎn)發(fā)信息。統(tǒng)計時間間隔(interval-time)的單位為s，默認為0 s，即轉(zhuǎn)發(fā)面不會從驅(qū)動定時獲取轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計信息。

圖2 用戶配置統(tǒng)計使能流程

圖3 協(xié)議下發(fā)LSP創(chuàng)建的處理流程

驅(qū)動層對FEC節(jié)點是否進行統(tǒng)計是根據(jù)ILM/NHLFE表項中的統(tǒng)計業(yè)務(wù)標(biāo)志(ulServiceFlag)進行判斷的，對u lServiceFlag的處理主要有兩個流程：用戶配置及LSP專項創(chuàng)建，其流程分別如圖2、圖3所示。用戶配置，在配置空間添加一個FEC節(jié)點時，匹配是否存在屬于該FEC的LSP表項，具體流程如圖2(去使能統(tǒng)計功能的處理與使能統(tǒng)計功能的處理相似)；控制面創(chuàng)建LSP表項時，在配置空間中查找是否有該LSP所屬的FEC節(jié)點，具體流程如圖3。如果LSP庫中存在該FEC對應(yīng)的LSP表項、配置空間存在該條LSP對應(yīng)的FEC節(jié)點，則將LSP表項中的ulServiceFlag置位，并攜帶ulServiceFlag下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)面和驅(qū)動面實現(xiàn)更新或創(chuàng)建相關(guān)表項的操作。

2.1.2 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LSPM_XcEntry：該結(jié)構(gòu)存放LSP的詳細信息，新增統(tǒng)計業(yè)務(wù)字段ulServiceFlag，當(dāng)下發(fā)某條 LSP到控制面時，該字段用于標(biāo)志該LSP是否具有統(tǒng)計功能：1表示具備、0表示不具備；

(2)修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LFIB_FW_BAS：控制面下發(fā)LSP到轉(zhuǎn)發(fā)面時，封裝的轉(zhuǎn)發(fā)面中可識別有關(guān)LSP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新增統(tǒng)計業(yè)務(wù)字段ulServiceFlag，攜帶統(tǒng)計業(yè)務(wù)字段下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)面；

(3)新增數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LSPM_LDPSTATABLEHEAD：系統(tǒng)中用戶配置的LDP類型FEC節(jié)點信息以二叉樹形式存放，該結(jié)構(gòu)存放該二叉樹的頭節(jié)點信息。

2.2 數(shù)據(jù)收集及上報

2.2.1 處理過程

在用戶指定需要進行統(tǒng)計的FEC后，主控板轉(zhuǎn)發(fā)面啟動循環(huán)定時器，定時批量收集從驅(qū)動獲取的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和接口板的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并上報控制面。具體統(tǒng)計上報過程如圖4所示，

圖4 MPLS轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集并上報時序圖

2.2.2 主要函數(shù)接口及調(diào)用關(guān)系

統(tǒng)計定時器超時后，轉(zhuǎn)發(fā)面的主控板調(diào)用驅(qū)動接口函數(shù)DRV_MPLS_GetIn/OutDataStatistics，從驅(qū)動獲取轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計信息。如果是轉(zhuǎn)發(fā)面的接口板，則需將統(tǒng)計信息發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)面的主控板，由主控板調(diào)用函數(shù)LFIB_FillIn/OutDataStatistics將獲取的統(tǒng)計信息封裝成控制面識別的數(shù)據(jù)后給控制面；轉(zhuǎn)發(fā)面的主控板調(diào)用控制面提供的函數(shù)接口LSPM_ReceivIn/OutStatistics處理，具體調(diào)用關(guān)系如圖5所示。

2.2.3 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)修改LFIB_ILM_S數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)存放轉(zhuǎn)發(fā)面LSP表項入方向的相關(guān)信息，增加統(tǒng)計業(yè)務(wù)字段ulServiceFlag，用于標(biāo)識LSP是否具有統(tǒng)計功能，入方向的流量根據(jù)ILM表項來實現(xiàn)；

圖5 MPLS轉(zhuǎn)發(fā)統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集并上報的流程圖

(2)修改LFIB_NHLFE_S數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)存放轉(zhuǎn)發(fā)面LSP表項出方向的相關(guān)信息，增加統(tǒng)計業(yè)務(wù)字段ulServiceFlag，用于標(biāo)識LSP是否具有統(tǒng)計功能，出方向的流量根據(jù)NHLFE表項來實現(xiàn)；

(3)修改LSPM_InSegment_S/LSPM_OutSegment_S數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：分別存放控制面中LSP入和出方向的數(shù)據(jù)信息，本文統(tǒng)計的數(shù)據(jù)類型為四類：字節(jié)數(shù)(ulOctects)、數(shù)據(jù)包(ulPackets)、錯誤報文包(ulErrors)、丟棄報文包(ulDiscards)，增加該4個字段，存放統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息。

3 MPLS流量統(tǒng)計特性組網(wǎng)配置方案

測試目的：驗證該方案能否有效的實現(xiàn)LSP的流量統(tǒng)計功能。

測試步驟：闡述如下。

測試環(huán)境如圖6所示，圖示中配置的信息為設(shè)備的配置參數(shù)。各個路由器上使能OSPF路由協(xié)議，利用LDP信令創(chuàng)建LSP，以Router A為主測設(shè)備。配置完成后執(zhí)行displaympls ldp lsp include 3.3.3.9 32，可以看到由RouterB到RouterC的LSP相關(guān)信息[10]，如圖7所示。

圖6 基于LDP協(xié)議的MPLS典型組網(wǎng)

圖7 FEC為3.3.3.9/32的LSP的主要信息

在MPLS視圖下配置統(tǒng)計功能：

(1)[RouterA-mpls] statistics ldp 3.3.3.9 32；

(2)[RouterA-mpls] statistics interval 30。

根據(jù)3.3.3.9/32的入標(biāo)簽查看ILM表項、根據(jù)ILM表項中的Token值查看NHLFE表項的相關(guān)信息，執(zhí)行 display mpls Ilm 1026 verbose和 disp lay mpls Nhlfe 3 verbose，顯示信息如圖8所示。

圖8 使能統(tǒng)計功能后的ILM/NHLFE表項

RouterB執(zhí)行ping– c 10 lsp ipv4 3.3.3.9，向RouterC發(fā)送ICMP消息；RouterA執(zhí)行display mpls statisitics lsp 65535，可顯示MPLS網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的流入和流出方向的統(tǒng)計信息，如圖9所示。

圖9 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示

測試結(jié)果分析：

(1)從圖8可以看到，使能統(tǒng)計后ILM/NHLFE表項中ServiceFlag字段由無效位0 被置為有效位1， Succeed表明該統(tǒng)計標(biāo)志字段由控制面成功地下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)面，標(biāo)志該LSP實現(xiàn)了統(tǒng)計功能，因此該條LSP具備統(tǒng)計功能。

(2)由圖9可以看出，執(zhí)行ping命令后，該LSP統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)包數(shù)為14(RouterB發(fā)送的10條ping報文加上LDP會話定時發(fā)送的4個報文)， 708表示流經(jīng)該LSP的累積流量(以字節(jié)為單位)。該LSP的入方向和出方向的字節(jié)數(shù)和數(shù)據(jù)包數(shù)正常，錯誤報文包和丟棄的報文包的個數(shù)為 0， 說明RouterA運行正常，該條LSP可正常傳輸報文。

4 結(jié)束語

本文針對MPLS網(wǎng)絡(luò)及該網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的特點，在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)性能和優(yōu)化復(fù)雜度的情況下，提出了實現(xiàn)MPLS網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計的設(shè)計方案，滿足了用戶及網(wǎng)絡(luò)運營商實時查詢流量、掌握設(shè)備運行情況的要求。文章最后對MPLS網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計特性進行了組網(wǎng)測試，測試結(jié)果表明該方案能有效地實現(xiàn)流量統(tǒng)計功能，對實現(xiàn)LSP流量統(tǒng)計是現(xiàn)實可行的，能很好地滿足用戶或者運營商的業(yè)務(wù)需求，同時該特性在MPLS網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計計費中也有一定的應(yīng)用。

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