什么是流量工程
流量工程是指根據各種數據業務流量的特性選取傳輸路徑的處理過程。流量工程用於平衡網絡中的不同交換機、路由器以及鏈路之間的負載。
流量工程在復雜的網絡環境中，控制不同的業務流走不同的路徑，關鍵的業務走可靠的路徑並保證服務質量，並且在某段網絡擁塞的情況下，動態調整路由，整個網絡如同一個“可控的城市交通系統”。
流量工程理念在上世紀90年代末提出，最初起源於互聯網。其原理是在MPLS環境中，充分利用標簽交換系統來為不同的業務流着色，通過LDP來傳遞LSP中間鏈路網絡狀態，不同顏色的業務流，根據不同的網絡中間狀態，動態地在網絡中間傳遞，並且LSP能夠傳遞RSVP網絡控制信令，因此可以實現端到端的QoS或Diff-Service服務。流量工程用於平衡網絡中的不同交換機、路由器以及鏈路之間的負載。ISP通過流量工程可以在保證網絡運行高效、可靠的同時，對網絡資源的利用率與流量特性加以優化，從而便於對網絡實施有效的監測管理措施。
應該說，流量工程早就該進入主流應用階段了。但可惜的是，國內電信部門互聯網采用流量工程的寥寥無幾，行業和企業網中應用更是一片空白。究其原因，實際網絡環境達不到其要求的理想環境，實施復雜。
將業務流映射到現有物理拓撲上的任務被稱作流量工程。目前，流量工程作為一個課題在Internet工作組和一些大型ISP內部被熱烈地討論。如果一個流量工程的“應用”能夠實現一組正確的功能，它將使ISP在其路由域內對業務流的分布實現精確的控制。特別地，流量工程還可以在ISP網絡內實現將業務流從通過IGP選擇的最短路徑，轉移至另一條潛在的、具有更少阻塞的物理路徑上去
流量工程是ISP的一個強有力的工具，ISP通過它可以在網絡中不同的鏈路、路由器和交換機之間平衡業務負荷，使所有這些成分即不會過度使用，也不會未充分使用。這樣，ISP可以有效利用整個網絡所提供的帶寬資源。流量工程應當被看成是路由結構中的一個輔助，它能夠在沿網絡中備選路徑轉發業務時提供輔助信息。
由於客戶對網絡資源需求的空前增長、IP應用中的重要任務的性質，以及Internet市場中不斷增加的競爭性，使流量工程在ISP內成為一個重要的問題。現有的IGP在建立轉發表時，並未將帶寬的可用性和業務特點考慮進去，因此會使網絡出現阻塞。ISP清楚流量工程可有效地增強網絡的運行和性能。他們希望流量工程具有以下功能：
- 對主路徑進行路由時，繞過網絡中已知的瓶頸和阻塞點。
- 當主路徑發生一個或多個故障時，為業務如何進行重新路由提供明確控制。
- 通過確保網絡的附屬設備不會被過度使用，同時，潛在的備選路徑上的網絡附屬設備不會未被充分使用，從而對可用的集成帶寬和長距離光纖進行有效利用。
- 通過使運行有效性最大化而另運行費用降至最低，使ISP在市場中更具競爭實力。
- 通過使包丟失最小化，將阻塞的保持時間最小化和使吞吐量最大化的方法增強網絡中以業務為導向的性能特性。
- 增強網絡中將來用於支持多業務Internet的統計約束性能特性（如，丟失率，遲延變化，傳輸時延等）。
- 為客戶提供更多的選擇、更低的費用和更好的服務。
概述/MPLS流量工程
隨着Internet持續高速的發展，人們開始對其服務質量、可靠性和效率進行重新思考，其中關鍵的解決方案之一就是采用多協議標記交換（MPLS）全面提高IP網絡性能。這種趨勢導致傳統的路由協議和ATM的核心技術發生融合，而其中最重要的內容之一就是讓MPLS借鑒ATM的流控機制實現MPLS的流量工程（Traffic Engineering）。
什么是流量工程？
那 么什么是流量工程呢？流量工程實際上是一套工具和方法，無論是在網絡設備和傳輸線路正常還是失效的情況下，它都能從給定的基礎設施中提取最佳的服務。也就 是說它要對已安裝的資源進行優化。事實上，它是對網絡工程或網絡規划的一種補充和完善措施。流量工程試圖讓實際網絡業務量以一種最優的方式存在於物理網絡 之中。
目前Internet面臨兩個主要壓力。第一，目前的路由協議從本質上講是無連接的，因此導致了整個網絡容 量利用率的非最佳特征。現在的路由選擇只是基於目的地IP地址和最短路徑進行的，忽略了網路可用鏈路容量和分組流本身的要求。這種情況如圖1所示，超級聚 合將導致某些鏈路過載或擁塞，而其它一些鏈路則處於利用率不足的情況；第二，目前的IP服務從本質上講是沒有服務質量，或稱之為Best Effort。但是目前IP技術希望支撐廣泛的業務，其中包括話音和視頻。這一點對目前的IP技術而言是無能為力的，或者是力不從心。
到目前為止，在骨干網上提供流量工程都是靠的ATM技術，當然ATM是一種面向連接的交換技術，它從其規划和設計的第一天開始就承諾要提供優化網絡的流量工程機制，事實上該項技術也做到了這一點。但是由於目前高層應用大部分都是采用基於TCP/IP技術的，ATM技術的流量控制機制對IP業務是間接控制方式，所以IP技術才考慮在自己的功能中增加流量控制，或稱之為流量工程，顯然這是要提供一種直接方式的流量控制機制。MPLS正是在這種背景下才不得不采納ATM的思想，發動一場“技術和平演變”。
MPLS的流量工程
在以前相關的MPLS介紹中，我們已經介紹了MPLS的概念，即一個MPLS節點實際上是一個采用標記對其處理業務量進行交換的設備。ATM和幀中繼交換機都可以提供這里的交換功能，在采用ATM時，直接將標記映射為ATM信元的VPI/VCI。在IP網絡中，流量工程討論的問題是：解決擁塞，避免由於業務流和資源的無效映射所導致的有些網絡資源過渡利用，而其它資源則利用不足的矛盾；根據網絡拓撲，快速、准確、有效地動態重新分配業務流，尤其是在發生網絡線路或設備故障時更應如此。
高級MPLS的流量工程提供動態、實時的自動資源優化，采用所謂的“智能連接”實現IP網絡流量工程的目標，即解決上面提出的兩項挑戰。
流量工程要解決的問題
智能連接
為了實現對網絡資源的優化，減少管理人 員的負擔，MPLS節點將采用信令協議建立端到端標記交換通道（LSR）。智能連接可以由用戶決定（明確路由），也可由通路計算算法實現。目前采用的鏈路 狀態數據庫可以是OSPF－TE（OSPF流量工程）或IS－IS－TE（IS－IS流量工程）庫，但是計算算法是一樣的。這里必須明確注意，沒有附加限 制的通路計算算法將無疑於最小費用路徑。如果沒有附加限制條件，路徑算法只能明顯地改善管理人員配置明確路由工作量，但是對改善網絡業務量分布並沒有實質 貢獻。
帶寬估計
為了改善路徑計算算法分配業務量的有效性，還需要其它參數。估計帶寬便是其中之一。事實上，每個 LSP都需要一個估計帶寬，而且每條鏈路還要有一個鏈路擁塞系數，而該系數又是根據該鏈路容量和已經占用LSP的容量和估值進行計算的結果。當增加新的路 徑時，每條相關路徑都要重新計算其路徑擁塞系數。新的連接將選擇具有最低擁塞系數的鏈路構成。
帶寬測量
雖然估計帶寬 對提高網絡資源利用率有很大的改進，但是這畢竟還是一種估算。很顯然，對實際業務量的估算越准確，路徑選擇的有效性也就越高。由於前述的路徑計算算法采用 的是一種靜態方式，沒有考慮實際的時變鏈路利用率，所以其結果可能是對一條鏈路的業務量估計過高或過低。過低的流量估計可能導致實際鏈路的業務量過載，造 成我們希望避免的擁塞和分組丟失；而過高的流量估計則可導致實際鏈路利用不足，造成網絡其它部分不必要的潛在擁塞。
因此，讓估計帶寬算 法更好地發揮作用的辦法將是采用測量帶寬。定期測量鏈路的使用率，使用率波動，緩沖器占用和緩沖器占用率波動將至關重要。這些新的參數可以通過路由協議定 期發布或是在超過某一門限時觸發發布。籍此，可以動態計算聚合業務量的有效帶寬。這種方法比普通的帶寬估計更精確，因此進一步提高了網絡資源的利用率。
網絡彈性
目 前Internet服務對企業的成功至關重要，因此用戶需要不同的服務可用性。MPLS的控制機制應能提供線路或設備的失效恢復功能。傳統的方法是采用超 時檢測，即一種被動方式，新方法應采用主動方式，對故障進行早期檢測和預測。底層的失效信息與路由和信令層應有直接的聯系，以便更早地觸發恢復對策。
連接優先級
讓 某些連接比其它連接擁有更高的優先級顯然是一種普遍性的需求，因此在MPLS中的LSR必須具有這種能力，其中包括建立連接的優先級和釋放連接的優先級。 值得注意的是在故障條件下的優先級處理對縮短高優先級連接的恢復時間十分重要。在有迂回路由的地方，由於網絡故障的動態性，最佳迂回路由往往只能在最后一 刻才能確定，因此連接的優先級必須動態配置。
網絡重組規則
在現代通信網中，網絡線路或設備造成的失效將影響數以百 計，甚至是數以千計的LSP。無序的釋放，重組路由和二次信令將導致交換機控制系統的過載，造成網絡重組時間過長。因此，在MPLS中必須有一種文雅的重 組機制，這時必須指定不同優先級LSP組的重組策略。這樣做的好處還在於能夠更快地將重組后的網絡資源占用信息傳播至MPLS的相關節點，確保重組過程仍 然具有優化網絡資源的考慮。
標記堆棧
MPLS的標記堆棧能力可以明顯地改善網絡核心的恢復時間。譬如當業務量在核心網絡聚合時，通過增加另一層標記可以降低核心網絡中LSP的數量。一旦網絡核心發生故障，只需對數量較少的LSP進行路由重組，簡化了重組任務。
復原恢復/路徑優化
當 MPLS網絡中的故障設備恢復之后，網絡仍應該恢復到原來的最佳資源配置狀態。在無連接的網絡中，業務量將自動恢復到最短路徑面，而在面向連接的網絡中則 必須采用一種類似機制，復原恢復/路徑優化便是在面向連接網絡中經常采用的方法。MPLS網絡中的LSR可以定期檢測是否存在比現有LSP更好的路徑，如 果存在，則老的LSP應該切換至新的LSP。典型的例子就是在網絡故障恢復之后，臨時的LSP又恢復至原來的LSP，另一種情況為恢復至用戶指定的路徑。
信令性能
雖然MPLS是一種拓撲驅動的網絡，大部分LSP存在的時間都比較長,對信令性能的要求相對較低。但是由於MPLS的目的是作為一種骨干網技術，必須迅速有效地對故障進行恢復，所以，實際上信令性能的好壞對MPLS的流量工程的自動化水平有至關重要的影響。
網絡服務質量
MPLS 的流量工程需要提供服務質量，具體而言是針對不同的服務，尤其是未來的多媒體服務提供可選/可控的網絡服務質量。這就要求MPLS的每個LSR都能針對所 選的LSP分配特定的緩沖區和調度優先級，並且預留相關的網絡資源。顯然，一個動態多服務網絡的服務質量優化系統對MPLS的最終成功十分重要。
MPLS 是在IP網絡中提供流量工程的重要工具。雖然在MPLS之前的綜合服務（Integrated Services）和差異性服務（Differentiated Services）能夠解決一部分服務質量的問題，但只有MPLS才是一種最全面的服務質量保證體系。通過MPLS的流量工程技術，傳統的Best Effort IP網絡可以平滑地演進為受控的多業務網絡。另外，我們必須清醒地認識到MPLS技術實際上是ATM技術的一種化身，而ATM技術的先鋒Marconi通信公司在流量工程方面已經積累了大量的經驗，而這些經驗都可以在MPLS交換機上得到良好的體現。