一種基于MPLS-VPN的主備線路切換的模型

倪希平+黃野萍

【摘要】 在為客戶提供MPLS-VPN業務時，保障業務的連續性和高可用性成為運營商提升客戶感知的重要課題。在客戶端用兩臺CE路由器分別連接運營商的兩臺PE路由器，這種接入方案逐漸成為保障MPLS-VPN業務連續性的主流。本文提出一種基于雙CE雙PE接入的，結合HSRP技術來實現MPLS-VPN主備線路切換的網絡模型，并用GNS3仿真實現。實驗表明，這種客戶端主備線路切換的模型有效地保障了客戶業務的連續性。在實際應用環境中，通過加快BGP協議的收斂速度來縮短主備線路的切換時間，達到了預期的效果。.

【關鍵字】 MPLS-VPN 主備線路 HSRP 收斂

一、引言

隨著IP技術的發展，傳統電信業務逐漸向IP化發展，包括語音、視頻業務和傳統數據等。對于跨地區企業的組網，更要求能通過運營商構建的廣域網來滿足不斷增長的業務需求，并保證良好的Qos[1]。為滿足企業這種新的信息化的需求，MPLS-VPN技術目前得到了廣泛的應用。

隨著MPLS-VPN其承載業務重要性的增加，線路故障率成為考量運營商優劣的一個重要的因素，線路故障頻發以及搶修時間過長會給客戶帶來不可接受的后果。本文在研究路由協議的基礎上，針對目前MPLS-VPN客戶端廣泛使用的雙CE雙PE的接入方案，對主備線路切換進行實驗模擬，達到路由層面的線路保護機制。對于主備線路的切換方法，目前使用比較普遍的是兩臺CE的IGP上分別配置不同的Metric值，引導VPN站點出流量在兩臺CE上形成主備關系[2]。本文嘗試用HSRP思科熱備路由協議來實現這一功能。

二、MPLS-VPN技術理論

MPLS-VPN是指采用MPLS（多協議標記轉換）技術在骨干的寬帶IP網絡上構建企業IP專網，實現跨地域、安全、高速的數據傳輸。2000年，中國聯通在國內首次推出MPLS-VPN，2002年，成為首個在全國范圍擁有MPLS-VPN的電信運營商，提供全程全網，端到端的帶寬業務。

當客戶一端的數據向MPLS-VPN網絡傳遞時，客戶端CE路由器通過靜態或動態路由協議將客戶內網的路由信息宣告給運營商骨干網的邊緣路由器PE。PE與CE路由器之間協議以靜態和EBGP協議為主。PE路由器之間運行MPBGP協議，利用BGP的擴展性傳送VPN-IP的信息以及相應的VPN標簽。在PE與P路由器之間一般通過IGP協議相互學習路由信息，并采用LDP協議進行路由信息與外層標簽的綁定，形成標簽轉發表。PE路由器建立了全局路由表及和多個VPN路由轉發表：VRF。每一個VRF對應一個VPN，并映射到PE的某一接口側。

當用戶的數據通過VRF進入網絡時，PE就可以識別出該CE屬于哪一個VPN，從而到該VPN的路由表中去讀取下一跳的地址信息。與此同時，在數據包上打上相應VPN的內層標簽。這時得到的下一跳地址為與該PE作Peer的PE的地址，此時需在起始端PE中讀取骨干網絡的路由信息以及標簽轉發信息，從而得到下一個P路由器的地址和外層標簽，并在用戶前傳數據包中打上該外層標簽[3]。

在運營商MPLS-VPN網絡中，P路由器是核心路由器，所有P路由器只通過數據包中的外層標記的信息來決定下一跳，作簡單的標記交換。在到達目的端PE之前的最后一個P路由器時，該P路由器將外層標簽彈出，將該數據交給PE，PE根據內層標簽確定數據包所屬的VPN，隨之將該數據包送至相關的接口上，進而將數據包傳送到客戶的另一端。

三、利用HSRP實現雙CE雙PE的主備線路切換

冗余備份是增強網絡可靠性的一種方法，在CE路由器接入MPLS-VPN網絡時，設備冗余和線路冗余可以大大減少故障時客戶的故障感知歷時，為運營商處理故障爭取時間。

HSRP思科熱備份技術是一種可靠性高的冗余備份技術。兩個設備共享一個IP地址和1個虛擬的MAC地址，在網絡出口中主設備端口如出現異常，協議呈down的狀態時，備用設備會接管主設備的所有業務[4]。運用這一技術來實現雙CE雙PE的主備線路切換，具有配置簡單，利于客戶端設備維護的優勢。

本文利用GNS3進行實驗仿真。圖1為模擬的網絡拓撲圖：

R1、R2、R3、R4模擬MPLS-VPN的核心區域，其中R1模擬P路由器，R5、R6是位于A城市的客戶端CE，分別接入A城市的PE：R2和R4。R7是位于B城市的CE，接入B城市的PE R3。各路由器關鍵IP地址見上表1。

在核心區域AS1234中，各PE之間創建MP-BGP協議。在各PE上創建VRF，把與CE相連的接口劃入該VRF。本文中各CE與PE之間配置EBGP路由協議，并在各CE上將內網網段通過EBGP協議宣告出去。當R5的Loopback0地址5.5.5.5和R6的Loopback0地址6.6.6.6能分別ping通R7的Loopback0地址7.7.7.7，證明MPLS-VPN的網絡已經連通。

下面在R5和R6上運用HSRP協議來實現雙CE，雙PE的主備線路切換。這里主用路由器R5的配置如下：

R5在HSRP組內的優先級為150，高于R6的默認優先級為100，在兩臺CE的選舉中就成為了主用路由器。但是由于運營商的PE一般不會對客戶做特殊的操作，因此對A城市來說，回來的流量不一定經過主用路由器R5。本文利用BGP屬性來控制CE的入流量，這里增加備份路由器R6的AS-PATHendprint

至此，就建立了利用HSRP協議來實現MPLS-VPN雙CE雙PE的主備線路切換的模型，利用HSRP協議選出優先級更高的主用路由器控制CE出方向的流量，通過加大備用路由器AS-PATH來選擇CE入方向的流量。實驗完整模擬了客戶接入運營商MPLS-VPN網絡的主備線路的情況。另外，也可通過MED屬性來控制CE入方向流量，這里不再贅述。

下面測試主備線路的切換，由R7 Loopback0地址trace 7.7.7.7 R8的地址10.10.10.13，結果如圖2.

從圖2可以看出，路由是R7—R3—R1—R2—R5—R8。當關閉主用路由器R5的端口F0/0后，由R7 Loopback0地址trace 7.7.7.7 R8的地址10.10.10.13，結果如下：

流量路徑是R7—R3—R1—R4—R6—R8。結果表明，關閉主用路由器R5的端口F0/0后，業務順利切換到了備用路由器。當R5的F0/0端口恢復后，業務再次切回到R5。

四、實際應用中的切換時間優化

蘇州聯通為一些客戶提供了上面這樣的接入模型。經測試，主備線路平均切換時間為150s。經分析，切換時間長的原因是CE與PE間的BGP協議收斂較慢。因此如何加快BGP路由的收斂成為提升客戶感知的關鍵。BGP是一種基于TCP連接的協議，在建立BGP鄰居之后，默認每隔60s就會發送1條Keepalive，3個周期180s收不到Keepalive報文，則認為BGP鄰居關系丟失，這3個周期的時間就是holdtime。可見一旦發生線路中斷，CE與PE之間的BGP協議中斷需要較長時間。這是BGP路由收斂慢的主要原因。在CE路由器上設置keepalive的時間為10s，holetime為30s

router bgp AS號

times bgp 10 30

經測試，主備路由器的切換時間平均在30s左右，大大提升了切換的速度。這里既可以同時修改PE和CE的參數，也可只修改CE的，因為BGP鄰居協商的Keepalive時間以小的為準。這樣的方式較為簡便，因為只需要修改客戶端CE的配置。另外如運用BFD協議也可實現路由快速切換功能，但是要求PE與CE端同時配置BFD協議，在實際環境中不如修改BGP參數來的方便。結語 ：綜上所述，本文基于MPLS-VPN的模型，提出了利用HSRP思科熱備協議來解決雙CE雙PE接入方式的主備線路切換模型。并在實際的組網環境中通過優化BGP的keepalive和holdtime時間，達到客戶預期的縮短主備線路切換時間的效果。

參 考 文 獻

[1]郭力培. MPLS VPN在大客戶組網業務中的應用[J]. 數字通信，2013年6月第40卷第3期，64-69.

[2]中國聯通綜合IP承載網MPLS-VPN業務接入及數據配置規范（2012版）[S].

[3] Silvio Papic. Connecting Customer Locations Using Different Service Provider MPLS Networks[J].International Journal of Digital Technology&Economy，2016，Volume 1，Number 2， 135–140.

[4] 薛競翔，孫翔，韓海翔. 網絡冗余設計及故障恢復性能分析[J]. 信息系統工程， 2014年10月，74-81.endprint