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LDP FRR技术白皮书

华为技术有限公司
Huawei Technologies Co.，Ltd.

目 录
1 前言 1
2 技术背景 1
3 核心技术 3
4 技术比较 5
4.1 各种流量保护 5
4.2 节点和途径保护 5
5 结束语 6
附录A 缩略语 7

LDP FRR技术白皮书

摘 要：LDP FRR技术是一项解决MPLS网络可靠性技术，通过主备标签技术完毕网络故障50ms倒换功能。本文档简介了LDP FRR技术原理，最后给出了LDP FRR简朴可靠，易于布置，不依赖于周边设备支持特色。
核心词：MPLS、LDP、迅速重路由
1 前言
Internet重要使命是可觉得人们提供通信服务，当前老式IP网络是一种“竭力而为”服务模型。随着信息化进一步发展，基于Internet业务浮现了两个新特点：实时业务飞速增长并且业务形式多样化。因特网必要进行性能优化以支持各种不通类别服务并能提供QoS保证，在可靠性方面，必要要达到老式电信网络水平，如保护切换速度<50ms。MPLS（MultiProtocol Label Switching）技术自20世纪90年代中浮现后，由于其具备迅速转发、QoS保证、多业务支持等优势，获得了长足发展，在下一代电信网络中扮演着越来越重要角色，是最有但愿解决上述问题核心技术。
2 技术背景
在MPLS网络中，为FEC（转发等价类）建立了LSP（标签互换途径）。FEC是在转发过程中以等效方式解决一组数据分组，普通是路由、五元组等，并可以附加QoS等规定。在LSP每个节点上，都为FEC分派了特定标签。
要建立LSP，必要借助于标签分派合同，重要有LDP（Label Distribution Protocol）和RSVP-TE（Resource Reservation Protocol with Traffic-engineer Extensions）。它们有各种工作模式，按标签分发方式，可以分为下游按需（Downstream On Demand ）标签分发和下游自主（Downstream Unsolicited）标签分发；按照标签控制方式，可以分为独立（independent）和有序（ordered）标签控制；按照标签保持方式，可以分为保守（conservative）和自由（libertarian）标签保持。普通，LDP工作在DU+有序+自由方式下，而RSVP-TE工作在DoD+有序+保守方式下。
为了保证MPLS网络可靠性，普通采用MPLS迅速重路由（Fast Re-Route）技术，这种技术借助MPLS流量工程（Traffic Engineering）能力，为LSP提供迅速保护倒换能力。MPLS迅速重路由事先建立本地备份途径，保护LSP不会受链路/节点故障影响。当故障发生时，检测到链路/节点故障路由器就可以迅速将业务从故障链路切换到备份途径上，从而减少数据丢失。
迅速重路由技术对网络业务保护如下图所示。

示例中，主隧道LSP途径为A-B-C-D-E。隧道A-G-C用来对节点B及有关链路进行保护，隧道B-G-D用来对节点C及有关链路进行保护，隧道C-F-E用来对节点D及有关链路进行保护，隧道D-F-E用来对链路D-E进行保护。例如在C点浮现故障时，B点会将网络业务流量切换到B-G-D上，从而减少了数据丢失。
当前迅速重路由方式有两种：Bypass方式和Detour方式。在Bypass方式下，一种预先配备LSP被用来保护各种LSP。当链路失败时，主隧道LSP被路由到预先配备LSP上，通过这个预先配备LSP到达下一跳路由器，这样达到保护目。当前重要使用是Bypass方式迅速重路由。
但是，这一技术也有某些缺陷，虽然浮现了较长时间，但始终不能大规模布置。详细体当前：
1) 依赖于复杂MPLS TE技术，设备开销大；
2) 备份LSP需手工显式指定，配备工作量大；
3) 为进行链路、节点和途径保护，需要分别建立备份LSP，带来不必要开销；
4) 备份LSP也存在故障也许，没有保护机制，当它失效时不能进行迅速重路由；
5)规定备份LSP不能通过被保护链路、节点，规定过于严格，有时候虽然目地可达，仍不能建立备份LSP。
为了克服上述缺陷，需要一种设备开销小、配备简朴、自适应网络变化全新技术方案，LDP FRR技术应运而生。
3 核心技术
LDP FRR技术借助了LDP合同这种应用最广泛标签分发合同。默认状况下，它工作在下游自主标签分发和自由标签保持模式下，并为路由分派标签，而不是为一种端到端连接分派标签。在这种状况下，LSR可以迅速对路由变化作出响应，从而达到50ms保护切换规定。LDP FRR技术详细工作过程如下：
1）网络中运营LDP合同，其工作方式为DU（下游自主）标签分发+有序标签控制+自由标签保持。
在DU标签分发方式下，出口LER（标签边沿路由器）无需上游LSR（标签互换路由器）提出标签分派祈求，积极分派FEC―标签绑定，并将这一消息发送到上游。FEC是指标签转发等价类，普通是一种路由。
在自由标签保持方式下，LSR可以从任何相邻LSR收到对于FEC标签映射消息，无论发送这一消息相邻LSR与否是它所告示特定FEC－标签映射中FEC所相应路由下一跳，LSR对于它收到所有标签映射都加以保存，其中，只有从FEC相应路由下一跳发送来标签映射会生成标签转刊登（如下称为主标签转刊登）。如果为其他标签映射也生成标签转刊登，并作为主标签转刊登备份，相称于建立了备份LSP，LSR就可以迅速对链路变化作出响应。

以上图为例，R1到达R5有两个途径，R5向上游发起多标签映射消息，最后，R2和R3分别给R1分派了到达R5标签，其中，R2分派标签主用，R3分派标签可作为备用。
2）指定LSR一种设备端口作为此外一种设备端口备份端口。这两个端口既可以是物理端口，也可以是逻辑端口，前提是LDP运营在这个端口上。指定备份端口办法见下面章节论述。
3 ）设备维护标签转刊登，在未实行端口备份时，一种标签转刊登仅有一种下一跳及标签，其中标签是FEC路由下一跳所连接LDP对等体为FEC分派标签。在实行端口备份后，若某个标签转刊登下一跳是被保护端口，为这个表项增长一种下一跳及标签，其中标签是备份下一跳连接LDP对等体为FEC分派标签。

如图：R2上针对FEC（到达R5报文）生成两个NHLFE。
4）设备维护每个端口工作状态（正常/失效）。当检测到某个端口不能正常工作时 （如物理链路失效或人工操作将端口关闭），及时更新其状态。在报文转发过程中，查找标签转刊登可以获得报文下一跳端口，检查到其状态为失效，则倒换到备份端口，并设立相应标签，发送报文。
5）报文到达下一跳，由于标签是它自己分派，这个下一跳上一定有相应标签转刊登，从而可以继续转发报文到目地。
4 技术比较
LDP FRR技术同老式MPLS迅速重路由相比，具备明显优势：
1）不需要采用复杂MPLS TE技术，设备开销小；
2）本地化实现，无需相邻设备配合支持；
3）各种节点分布式解决，备份端口可同步实现链路保护、节点保护和途径保护，无需分别建立针对链路、节点和途径备份LSP。
4.1 各种流量保护
该技术应用广泛，可用于对任意IP/MPLS流量保护。在对IP流量进行保护时，转刊登主用下一跳采用IP转发，而备用下一跳采用MPLS转发。在对由RSVP-TE/CR-LDP建立CR-LSP进行保护时，由于CR-LSP目地是出口LER设备，LDP为到达这个LER，也建立了标签转刊登。在指定备份端口后，为CR-LSP相应标签转刊登增长一种备份下一跳即可，其端口是备份端口，标签是备份端口相邻LDP对等体为出口LER分派。
4.2 节点和途径保护
如果各种节点均采用该技术，则既可以做到端口保护，也可以同步做到节点和途径保护，并且无需新增功能。
如下图，假设对R1-R5LSP进行保护，最短途径是R1-R2-R5，备份端口是R1-R3。在R3上，到达R5最短途径是R3-R2-R5，备份端口是R3-R4。如果R2失效，R1和R3均感知这一变化，分别切换到备份端口，从而形成新LSP，R1-R3-R4-R5。

因而，只要R1-R5间保持可达性，各种节点各自独立工作，就能对途径上任意链路、节点失效作出保护，即可以实现途径保护。
5 结束语
作为下一代网络核心技术，MPLS相对于其他技术，在流量工程、QoS保证、VPN等业务提供方面有着无以伦比优势，逐渐成为高效IP骨干网技术平台。通过增强MPLS迅速重路由技术－LDP FRR，可以在各种状况下达到电信级网络规定50ms保护切换时间，必将加快MPLS应用进程，使具备MPLS能力IP网络成为新一代多业务承载平台。

附录A 缩略语
英文缩写
英文全称
中文解释
QoS
Quality of Service
服务质量
MPLS
MultiProtocol Label Switching
多合同标签互换
FEC
Forwarding Equivalence Class
转发等价类
RSVP-TE
Resource ReSerVation Protocol with Traffic-engineering Extensions
针对流量工程扩展资源预留合同
LDP
Label Distribution Protocol
标签分发合同
FRR
Fast Reroute
迅速重路由
LSP
Label Switching Path
标签互换途径