PCEP技术白皮书

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目  录

1 概述··· 1

1.1 产生背景·· 1

1.2 技术优点·· 1

2 技术实现··· 1

2.1 PCEP网络模型·· 1

2.2 PCEP消息·· 2

2.2.1 消息类型·· 2

2.2.2 PCEP报文头格式·· 3

2.2.3 对象报文格式·· 3

2.2.4 Open消息·· 6

2.2.5 Keepalive消息·· 6

2.2.6 PCReq消息·· 7

2.2.7 PCRep消息·· 7

2.2.8 PCNtf消息·· 7

2.2.9 PCErr消息·· 7

2.2.10 Close消息·· 8

2.2.11 PCRpt消息·· 8

2.2.12 PCUpd消息·· 8

2.2.13 PCInitiate消息·· 8

2.3 工作机制·· 9

2.3.1 PCEP会话建立·· 9

2.3.2 路径计算·· 10

2.3.3 LSP托管·· 12

3 典型组网··· 13

3.1 跨域网络·· 13

4 参考文献··· 14

 

1 概述

1.1  产生背景

在大型多域网络中，路径计算非常复杂。在某些场景下，需要在控制器上部署特殊的计算组件，并需要不同域中的节点之间协作，才能完成路径计算。这使得网元在进行路径计算时效率低，同时还会降低网元本身的转发性能。

PCEP（Path Computation Element Communication Protocol，路径计算单元通信协议）通过将网络内的路径计算功能进行集中控制，由计算单元来单独完成MPLS、SRv6路径的计算，来解决上述问题。PCEP这种集中计算的核心思想与SDN技术非常匹配。因此，PCEP也作为MPLS网络向SDN网络迁移的一种方案。

 

1.2  技术优点

PCEP具有如下特点：

·     集中控制：将网络内的路径计算功能进行集中控制，提升路径计算效率，易于管理与维护网络。

·     跨域路径计算：在大型多域网络中，可以通过多个PCE协作完成跨域路径的计算。

2 技术实现

2.1  PCEP网络模型

图2-1 PCEP网络模型

 

如图2-1所示，典型的PCEP网络包括如下几部分：

·     PCE（Path Computation Element，路径计算单元）：网络中的一个实体，用于为网络上的设备提供路径计算服务，可进行区域内的路径计算，也可在复杂的网络环境中计算完整的LSP路径。

·     PCC（Path Computation Client，路径计算客户端）：请求PCE执行路径计算，并根据PCE返回的路径信息建立LSP。

·     PCEP会话：PCC与PCE、PCE与PCE之间建立的会话。PCEP会话分为如下两种类型：

¡     Stateless PCEP会话（Stateless Path Computation Element Protocol，无状态PCEP）：该类型PCEP会话下，PCC仅请求PCE执行路径计算；PCE仅提供路径计算服务。

¡     Stateful PCEP会话（Stateful Path Computation Element Protocol，有状态PCEP）：该类型PCEP会话下，PCC向PCE上报网络内所有LSP信息；PCE除了提供路径计算服务外，可以创建、删除和优化域内的LSP，以达到最大程度分配和使用网络资源的目的。Stateful PCE会话包括如下两种类型：

-     Active-Stateful PCEP会话（Active-Stateful Path Computation Element Protocol，主动有状态PCEP）：主动有状态PCEP会话下，PCC可以将LSP托管给PCE；PCE可以对LSP进行优化。

-     Passive-Stateful PCEP会话（Passive-Stateful Path Computation Element Protocol，被动有状态PCE）：被动有状态PCEP会话下，PCE仅维护PCC上报的LSP信息，不支持LSP托管和优化。

 

·     PCEP（Path Computation Element Protocol，路径计算单元通信协议）：运行于PCC与PCE之间、或者PCE与PCE之间的通信协议，用于建立PCEP会话，交互PCEP消息。该协议基于TCP。

·     PCEP对等体：建立PCEP会话的两端称为PCEP对等体。

2.2  PCEP消息

PCC与PCE之间通过交互PCEP消息完成会话建立、维护、路径计算和更新等。PCEP消息由一个PCEP报文头和一个长度可变的消息主体组成，消息主体由一个或多个对象组成。PCEP消息的主要内容通过不同的对象来携带。

2.2.1  消息类型

PCEP消息包含如下几类：

·     Open消息：用于启动PCEP会话。

·     Keepalive消息：PCEP会话的保活消息。

·     PCReq（Path Computation Request，路径计算请求）消息：PCC向PCE发送的请求路径计算消息。

·     PCRep（Path Computation Reply，路径计算应答）消息：PCE向PCC发送的路径计算应答消息。

·     PCNtf（Path Computation Notification，路径计算通知）消息：由PCC发送给PCE或由PCE发送给PCC的事件通知消息。

·     PCErr（Path Computation Error，路径计算错误）消息：由PCC发送给PCE或由PCE发送给PCC的错误通知消息。

·     Close消息：用于关闭PCEP会话的消息。

·     PCRpt（Path Computation LSP State Report，路径状态上报）消息：PCC向PCE发送的用于报告LSP当前状态的消息。

·     PCUpd（Path Computation LSP Update Request，路径更新请求）消息：PCE向PCC发送的用于更新LSP信息的PCEP消息。

·     PCInitiate（LSP Initiate Request，LSP初始化请求）消息：PCE向PCC发送的用于创建LSP的PCEP消息。

2.2.2  PCEP报文头格式

如图2-2所示，PCEP消息的报文头包含的内容如下：

·     Ver：PCEP版本号，长度为3bits。

·     Flags：标志位，长度为5bits。当前未定义，在报文中全部填充为0。

·     Message-Type：消息类型，长度为8bits。当前支持如下消息类型：

¡     1：Open

¡     2：Keepalive

¡     3：PCReq

¡     4：PCRep

¡     5：PCNtf

¡     6：PCErr

¡     7：Close

¡     10：PCRpt

¡     11：PCUpd

¡     12：PCInitiate

·     Message-Length：包括PCEP报文头在内的PCEP消息的总长度，长度为16bits。

图2-2 PCEP报文头格式

 

2.2.3  对象报文格式

1. 对象由对象头和对象体两部分构成。

如图2-3所示，对象头包含的内容如下：

·     Object-Class：PCEP对象类，长度为8bits。

·     OT（Object-Type）：PCEP对象类型，长度为4bits。Object-Class和Object-Type字段唯一标识一个PCEP对象。

·     Res：保留字段，长度为2bits。该字段在传输时必须设置为零，并且在接收时必须被忽略。

·     P（Processing-Rule）：P标志用于在PCC发给PCE的PCEP消息中标识指定对象在路径计算期间是否必须被PCE考虑。当P标志被置为1时，标识PCE在路径计算时必须考虑该对象。相反，当P标志被置为0时，标识该对象是可选的，即PCE可以忽略该对象。

·     I（Ignore）：I标志用于在PCEP消息中向PCC标识PCE是否考虑了可选对象。当I标志被置为1时，标识可选对象在路径计算期间被忽略。相反，当I标志被置为0时，标识PCE在路径计算期间考虑了可选对象。当对应的PCReq消息中I标志为1时，I标志在PCRep消息中没有意义。

·     Object Length：表示包括对象头在内的总对象长度，以字节为单位。对象长度字段必须始终是4的倍数，并且至少为4。最大对象长度为65528字节。

图2-3 对象头报文格式

 

不同的对象体具有不同的报文格式，以下列举几类常见的对象体。

2. Open对象

Open对象的Object-Class和Object-Type字段取值分别为1和1。如图2-4所示，Open对象体包含如下内容：

·     Ver：PCEP版本号，长度为3bits。

·     Flags：标志位，长度为5bits。当前未定义，在报文中全部填充为0。

·     Keepalive：发送Keepalive消息的时间间隔。

·     DeadTimer：PCEP会话的老化时间。

·     SID：PCEP会话ID。

·     Optional TLVs：可选TLV。例如STATEFUL-PCE-CAPABILITY TLV。

图2-4 Open对象体报文格式

 

3. Bandwidth对象

Bandwidth对象的Object-Class字段取值为5，Object-Type字段包含2种取值。取值为1时，表示请求的链路带宽；取值为2时，表示在自动带宽调整场景中，需要调整的链路的当前带宽。如图2-5所示，Bandwidth对象体长度固定为4字节，带宽取值的单位为每秒字节数。

图2-5 Bandwidth对象体报文格式

 

4. Metric对象

Metric对象的Object-Class和Object-Type字段取值分别为6和1。如图2-6所示，Metric对象体包含如下内容：

·     Reserved：保留字段，长度为16bits。当前未定义，在报文中全部填充为0。

·     Flags：标志位，长度为8bits。当前已定义的标志位为B（Bound）和C(Computed Metric)。

·     T：度量类型。当前定义的度量类型为：

¡     1：IGP度量。

¡     2：TE度量。

¡     3：跳数。

·     Metric value：度量值。

图2-6 Metric对象体报文格式

5. Explicit Route对象

Explicit Route对象的Object-Class和Object-Type字段取值分别为7和1。如图2-7所示，Explicit Route对象体包含如下内容：

·     L：L标志位，在报文中必须置为0。

·     Type：类型。当前定义的类型为：

¡     1：表示IPv4类型。

¡     2：表示IPv6类型。

¡     3，表示Label类型。

·     Length：对象体长度。

·     U：指示标签方向的标志位。取值为0，表示下游标签；取值为1，表示上游标签。

·     C-type：服务类型。

·     Label：路径的标签值。

图2-7 Explicit Route对象体报文格式

 

6. SRP对象

SRP（Stateful PCE Request Parameters，有状态PCE请求参数）对象的Object-Class和Object-Type字段取值分别为33和1。如图2-8所示，SRP对象体包含如下内容：

·     Flags：标志位，长度为16bits。当前未定义，在报文中全部填充为0。

·     SRP ID：Stateful PCE请求ID。

·     Optional TLVs：可选TLV。例如PATH-SETUP-TYPE TLV。

图2-8 Explicit Route对象体报文格式

 

2.2.4  Open消息

Open消息是PCEP对等体之间发送的用于建立、维护PCEP会话的消息。Open消息必须是PCC发送给PCE或PCE发送给PCC的第一个PCEP消息。

在建立PCEP会话阶段，PCEP对等体之间会协商Open消息携带的PCEP会话参数。如果双方对这些参数协商一致，则成功建立PCEP会话；否则，会关闭PCEP对等体之间的TCP连接。Open消息中包含的会话参数如下：

·     PCEP版本

·     Keepalive发送时间间隔

·     会话的老化时间

·     PCEP会话ID

·     PCEP能力集合。例如：PCEP会话类型（有状态、无状态）、本端是否具备Segment Routing能力等。

2.2.5  Keepalive消息

Keepalive消息是PCC或PCE为了保持会话处于活跃状态而发送的PCEP消息。Keepalive消息还用于响应Open消息，以确认已收到Open消息并且Open消息中携带的PCEP会话参数是可接受的。

Keepalive消息不携带任何对象，发送Keepalive消息的时间间隔通过Open消息中携带的Keepalive发送时间间隔协商。PCEP对等体之间发送Keepalive消息的时间间隔可以不同。

任何PCEP消息都具备会话保活功能。

2.2.6  PCReq消息

PCReq消息是PCC向PCE发送的请求路径计算的PCEP消息。

PCReq消息中主要携带如下信息：

·     路径计算请求ID。

·     请求计算的路径源IP地址。

·     请求计算的路径目的IP地址。

·     路径计算的约束条件：

¡     优先级。

¡     路径约束：包含、排除某个节点、SRLG（Shared Risk Link Group，共享风险链路组）或接口地址。

¡     亲和属性。

¡     带宽信息。

¡     度量信息。

2.2.7  PCRep消息

PCRep消息是PCE响应接收到的PCReq消息而向PCC发送的路径计算应答消息。

如果PCE路径计算成功，则回复的PCRep消息中主要携带如下信息：

·     路径计算请求ID。该ID与对应的PCReq消息携带的路径计算请求ID一致。

·     计算出的路径信息。

如果PCE路径计算失败，则回复的PCRep消息中主要携带路径计算失败的原因。

2.2.8  PCNtf消息

PCNtf消息可以由PCE发送给PCC，也可以由PCC发送给PCE，用于通知特定事件。主要的事件如下：

·     PCC取消路径计算请求。

·     PCE当前处于过载状态。

·     PCE当前不再处于过载状态。

2.2.9  PCErr消息

PCErr消息可以由PCE发送给PCC，也可以由PCC发送给PCE，用于通知PCEP对等体之间发生的错误。主要在以下情况下发送PCErr消息：

·     发生协议错误。例如，PCInitiate消息创建的LSP在PCC上已经存在。

·     PCEP消息不符合PCEP协议规范。例如，接收到格式错误的消息，接收到的消息缺失对象等。

2.2.10  Close消息

Close消息可以由PCE发送给PCC，也可以由PCC发送给PCE，用于关闭已建立的PCEP会话。

在收到Close消息后，PCEP对等体必须取消所有待处理的请求，且不能再发送其他类型的PCEP消息，并关闭PCEP对等体之间的TCP连接。

2.2.11  PCRpt消息

PCRpt消息是PCC向PCE发送的用于报告LSP当前状态的PCEP消息。如下场景会触发PCC向PCE发送PCRpt消息：

·     PCC接收到来自PCE的LSP更新请求。

·     PCC上LSP的状态发生变化。

PCRpt消息主要包含如下内容：

·     PLSP ID：标识一条LSP。

·     LSP操作标记和状态标记。操作标记如托管、上报和同步等，状态标记如Up、Down和Active等。

·     Stateful PCE请求ID。该ID与对应的PCUpd消息携带的Stateful PCE请求ID一致。

·     路径信息。

·     带宽信息。

·     度量信息。

·     亲和属性。

·     优先级。

2.2.12  PCUpd消息

PCUpd消息是PCE向PCC发送的用于更新LSP信息的PCEP消息。PCUpd消息主要包含如下内容：

·     PLSP ID：标识一条LSP。

·     LSP操作标记和状态标记。操作标记包括托管、上报和同步等，状态标记包括Up、Down和Active等。

·     路径信息。

·     Stateful PCE请求ID：标识一次更新请求。

·     带宽信息。

·     链路度量。

·     亲和属性。

·     优先级。

2.2.13  PCInitiate消息

在LSP托管场景中，PCInitiate消息是PCE向PCC发送的用于创建LSP的PCEP消息。PCInitiate消息主要包含如下内容：

·     PLSP ID：标识一条LSP。

·     LSP操作标记和状态标记。操作标记包括托管、同步等，状态标记包括Up、Down和Active等。

·     路径信息。

·     Stateful PCE请求ID。

·     带宽信息。

·     度量信息。

·     亲和属性。

·     优先级。

2.3  工作机制

本章节以PCC与PCE之间建立PCEP会话为例，介绍PCEP会话建立、路径计算和LSP托管的工作机制。

2.3.1  PCEP会话建立

PCC可以通过如下方式发现网络中的PCE，以便与其建立PCEP会话：

·     在PCC设备上静态指定PCE设备。

·     通过OSPF TE将PCE的IP地址发布到网络中。

如图2-9所示，PCEP对等体之间建立PCEP会话的过程为：

(1)     PCEP对等体之间建立TCP连接。

(2)     PCC向PCE发送Open消息。

(3)     PCE向PCC发送Open消息。

(4)     PCE收到Open消息后，根据Open消息中携带的信息进行会话参数协商。若协商成功，则发送Keepalive消息确认。

(5)     PCC收到Open消息后，根据Open消息中携带的信息进行会话参数协商。若协商成功，则发送Keepalive消息确认。

(6)     当PCEP对等体都收到了来自对方的Keepalive消息，则认为PCEP会话建立完成。

图2-9 PCEP会话建立示意图

 

2.3.2  路径计算

路径计算是指PCC主动向PCE发起路径计算请求，由PCE为PCC计算路径, PCC再根据PCE的路径计算结果建立LSP。

1. 域内路径计算

如图2-10所示，在AS 1内需要计算一条从Ingress节点到Egress节点的LSP，域内路径计算的具体过程为：

(1)     PCC向PCE发送PCReq消息。

(2)     PCE收到PCRep消息后，使用基于约束的路径优先算法，在TEDB（TE DataBase，流量工程数据库）中计算出一条到达目的节点的符合约束条件的路径。

(3)     PCE路径计算成功后，向PCE发送PCRep消息。

(4)     PCC收到发送PCRep消息后，根据PCE计算的路径建立LSP。

图2-10 域内路径计算示意图

 

2. 跨域路径计算

如图2-11所示，在跨域场景中，由于AS 1内的PCE 1无法学习到Egress节点所在的AS 2内的IGP路由，所以无法计算出到达Egress节点的LSP路径。因此需要AS 2内的PCE 2协作计算跨域的LSP路径。跨域路径计算具体过程为：

(1)     PCC向PCE 1发送PCReq消息请求计算到达Egress节点的LSP，其中PCReq消息中携带了PCE 1和PCE 2的地址。

(2)     PCE 1收到PCReq消息后，发现无法计算到达Egress节点的路径信息，则将PCReq消息发送给PCE 2，请求PCE 2计算PCE 1到Egress节点的路径信息。

(3)     PCE 2收到PCRep消息后，使用基于约束的路径优先算法，在TEDB中计算出一条到达目的节点的符合约束条件的路径，然后将路径信息通过PCReq消息发送给PCE 1。

(4)     PCE 1收到PCE 2的PCReq消息后，计算Ingress节点到达PCE 1的路径信息，将计算后的路径信息与PCE 1到Egress节点的路径信息汇总，再通过PCRep消息对PCC进行应答。

(5)     PCC收到PCRep消息后，根据PCE计算的路径建立LSP。

图2-11 跨域路径计算示意图

 

2.3.3  LSP托管

LSP托管是指PCE具有修改PCC上LSP的权限，由PCE主动发起LSP路径创建和更新。

如图2-12所示，PCC与PCE之间建立了Active-Stateful PCEP会话。可以通过如下方式在PCC上建立或更新LSP：

·     PCC通过发送PCRpt消息将LSP 1托管给PCE。PCE计算出LSP 1的路径后，通过PCUpd消息通知PCC更新LSP 1。

·     PCE主动向PCC发送PCInitiate消息来要求PCC创建LSP 2。PCC收到PCInitiate消息后，根据路径信息在PCC上创建LSP 2，然后通过PCRpt消息将LSP 2上报并托管给PCE。

图2-12 LSP托管、更新与创建示意图

 

3 典型组网

3.1  跨域网络

如图3-1所示，在大型跨域网络中，通过部署PCE节点，可以提升域内、跨域路径计算的效率。由于网络内的路径计算功能由PCE集中控制，易于管理员管理与维护网络。PCC将LSP上报、托管给PCE，由PCE维护网络内的TEDB，还可以减轻网络内其他网元的压力。因为，在大型的跨域MPLS网络内，PCEP的应用十分广泛。

图3-1 跨域网络示意图

 

4 参考文献

·     RFC 5440：Path Computation Element (PCE) Communication Protocol (PCEP)

·     RFC 8231：Path Computation Element Communication Protocol (PCEP) Extensions for Stateful PCE

·     RFC 8281:Path Computation Element Communication Protocol (PCEP) Extensions for PCE-Initiated LSP Setup in a Stateful PCE Model

·     RFC 8408:Conveying Path Setup Type in PCE Communication Protocol (PCEP) Messages