MPLS OAM故障检测

MPLS网络实现OAM和故障检测
随着大量传统的基于电路交换技术的应用逐渐由基于分组技术的IP/MPLS网络或以太网承载，分组交换网和电路交换网之间的边界正在消失。

然而，在这一网络演进过程中，许多传统电路交换网能够支持的运行、管理和维护（OAM，Operation，Administration and Maintenance）功能，在基于分组的网络
中却难以实现。

MPLS最初是为了提高路由器的转发速度而提出的一个协议。

近年来，由于MPLS很好地在流量工程（TE，Traffic Engineering）和VPN服务中得到了应用，该协议已经日益成为扩大数据网络规模、提高网络可运营能力的重要标准。

本文将重点讨论MPLS网络中 OAM的相关问题，以及故障检测这一最基本
的MPLS OAM功能的实现方法。

MPLS网络中OAM功能的基本内容
MPLS层网络的OAM功能主要包括以下内容：
（1）控制平面和数据平面OAM功能的分离：OAM分组应经由数据路径传送。

（2）失效LSP的检测：包括相同代价多径缺陷的检测，以及独立于用户流量，并在用户投诉前完成的
缺陷检测。

（3）缺陷检测和恢复：这里的缺陷包括LSP连通性丢失、具有并发LSP重路由功能的LSP服务降级、
交换LSP缺陷、某一LSP流量复制到另一个LSP的缺陷检测，以及成环缺陷等。

（4）失效LSP的缺陷定位。

（5）LSP的描述和分层：由于LSP可能会嵌套使用，因而需要对嵌套LSP进行相应的管理。

（6）LSP缺陷通告：在多层网络应用中，告警抑制功能需要在LSP端点与其他类型的缺陷通告技术（如
ATM和SDH/SONET中的缺陷通告技术）进行必要的互操作。

（7）SLA的度量和测量：特别是业务的可用性、流量传送的时延和抖动，以及流量丢失等的度量和测
量。

（8）恢复：对于某些业务来说，通常要求网络具有从失效中自动恢复的能力。

（9）对拒绝服务（DOS，Denial of Service）攻击的检测。

此外，为了使MPLS网络具有较强的可扩展能力，OAM功能应当简单且易于配置、能够前向兼容网络中
已有的LSR，并能够在劣化的网络和链路条件下实现。

最终，MPLS OAM功能将在不同的管理域（如用户和
运营商的管理域）中运行。

MPLS故障检测概述
控制平面和数据平面的分离
控制平面和数据平面的分离直接与OAM分组的格式及分组处理方式相关。

为了区分MPLS OAM分组和数
据分组，ITU-T Y.1711规范使用了一个具有两层标签的标签栈。

栈顶标签的数值与用户分组的标签（即数
据传送所使用的标签）相同，以确保在大多数情况下OAM分组的传送路径与用户数据分组的传送路径相同。

第二标签采用了一个特殊的数值14，以将OAM分组与用户数据分组区分开来。

然而，第二标签的引入可能
会使相应的处理机制无法与现有的负载均衡算法完全兼容，因而使采用ECMP（Equal Cost Multipath）协
议的网络无法正常工作。

混合模式是另一种分离控制平面和数据平面的方法。

在混合模式中，可以通过使用一个特定的标记来
识别OAM分组，或使用分组中某一特定的字段，以使相应分组的识别更容易。

虚电路连接确认（VCCV）就
是采用混合模式的一个例子。

失效LSP的检测
除了采用网络失效/定位机制外，还需要使用特定的分组流来对LSP失效事件进行测试。

这是因为在许
多情况下，即使网络（链路或节点）并没有失效，分组流也可能被中断。

造成这种状况的原因可能是路由/
转发表出现问题、标记绑定被破坏或网络拥塞等。

连通性确认、Ping/追踪路由等类型的OAM功能适用于这
种类型的故障检测。

由于依赖的分组技术不同，上述协议的实现也不一样。

但无论采用何种分组技术，最
重要的是OAM分组应采用与正常数据分组相同的传送路径。

LSP缺陷的典型场景
近年来，ITU-T和IETF均在LSP故障检测和恢复的标准化方面开展了大量工作，并分别开发了不同的实现机制。

ITU-T Y.1711规范了连通性确认（CV，Connectivity Verification）功能，而IETF则正在定义双向前向探测（BFD，Birectional Forwarding Detection）机制。

MPLS网络中不同类型的失效场景主要包括：连接的简单丢失、错连（Misconnection）、交换连接（Swapped Connection）、错误聚合（Mismerging）和循环/无意识的分组复制（Loop/ Unintended Replication）。

ITU-T规范的故障检测机制——连通性确认CV
CV功能的基本思路是周期性地从入口LSR向出口LSR发送测试分组（CV分组）（如每秒发送一次），这些分组具有相同的入口LSR标识和源LSP.出口LSR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。

除CV机制外，新一版ITU-T Y.1711标准补充规范了快速失效检测（FFD，Fast Failure Detection）机制，以帮助实现更快速的保护倒换。

FFD的功能与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。

IETF规范的故障检测机制——双向前向探测
IETF定义了双向前向探测（BFD，Bidirectional Forwarding Detection）机制，希望以较低的开销，快速地在两个网元之间的前向路径上进行失效检测。

由于BFD定义的确认分组可以用于任何协议层，这使BFD 机制成为了一个通用的工具。

BFD可以在多种类型的路径和媒质（如物理链路、虚电路或一对网元之间的MPLS LSP）上实现失效检测。

为了建立或拆除BFD会话，或确保会话的参与方能够随时了解状态的改变，BFD协议采用了三次握手的交互方式。

应用于MPLS网络时，BFD会话可以建立在与MPLS LSP相关联的每一个转发等价类（FEC，forwarding equivalency class）上。

建立会话可以采用LSP Ping协议，相关参数（如定时器和检测失效速度）在会话建立之初协商确定，并可以在会话进行期间由运营商动态改变（如提高或降低检测失效速度）。

对于任何检测协议来说，都需要正确地选择相关参数，如定时器和探测分组的发送频率。

BFD机制的最大优点在于它能够精细地调整这些参数，以适应用于上述两种模式时的特定的检测标准。

与CV 和BFD这两种缺陷/故障检测方法相对应，我们还可以配套使用两种缺陷/故障分析方法：MPLS LSP Ping和MPLS LSP追踪路由（Traceroute）。

显然，前后两种机制的作用是互补的，CV和BFD机制首先负责检测缺陷，而Ping和追踪路由机制则负责进一步分析缺陷事件，对缺陷进行定位。

限于文章篇幅，本文仅介绍了MPLS OAM的基本情况，以及MPLS OAM机制中有关故障检测方面的内容，完整的OAM机制还包括故障分析、故障恢复、业务性能的度量和测量等。