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Grundlegendes zu Multicast-only Fast Reroute

Multicast-only Fast Reroute (MoFRR) minimiert den Paketverlust für Datenverkehr in einem Multicast-Verteilungsbaum bei Verbindungsfehlern und verbessert Multicast-Routing-Protokolle wie Protocol Independent Multicast (PIM) und Multipoint Label Distribution Protocol (Multipoint LDP) auf Geräten, die diese Funktionen unterstützen.

Anmerkung:

Auf Switches wird MoFRR mit MPLS-Label-Switched-Pfaden und Multipoint-LDP nicht unterstützt.

Bei Routern der MX-Serie wird MoFRR nur auf Routern der MX-Serie mit MPC-Linecards unterstützt. Voraussetzung ist, dass Sie den Router im network-services enhanced-ip Modus konfigurieren, und alle Linecards im Router müssen MPCs sein.

Wenn MoFRR aktiviert ist, senden Geräte Join-Nachrichten auf primären und Backup-Upstream-Pfaden an eine Multicast-Quelle. Geräte empfangen Datenpakete sowohl vom primären als auch vom Backup-Pfad und verwerfen die redundanten Pakete basierend auf ihrer Priorität (Gewichtungen, die dem primären und dem Backup-Pfad zugewiesen sind). Wenn ein Gerät einen Fehler auf dem primären Pfad erkennt, beginnt es sofort mit der Annahme von Paketen von der sekundären Schnittstelle (dem Backup-Pfad). Die schnelle Umschaltung verbessert die Konvergenzzeiten bei Ausfällen der primären Pfadverbindung erheblich.

Eine Anwendung für MoFRR ist das Streaming von IPTV. IPTV-Streams werden als UDP-Streams übertragen, sodass verlorene Pakete nicht erneut übertragen werden, was zu einer weniger zufriedenstellenden Benutzererfahrung führt. MoFRR kann die Situation verbessern.

MoFRR Übersicht

Beim schnellen Rerouting in Unicast-Streams richtet ein Upstream-Routing-Gerät MPLS-Label-Switched-Pfade (LSPs) im Voraus ein oder berechnet einen IP-loop-free alternate (LFA) Fast-Reroute-Backup-Pfad im Voraus, um den Ausfall eines Segments im Downstream-Pfad zu behandeln.

Beim Multicast-Routing stammen die Datenverkehrsverteilungsdiagramme in der Regel von der Empfängerseite. Dies unterscheidet sich vom Unicast-Routing, bei dem im Allgemeinen der Pfad von der Quelle zum Empfänger festgelegt wird. PIM (für IP), Multipoint LDP (für MPLS) und RSVP-TE (für MPLS) sind Protokolle, die in der Lage sind, Multicast-Verteilungsdiagramme zu erstellen. Von diesen initiieren PIM- und Multipoint-LDP-Empfänger die Einrichtung des Verteilungsgraphen, sodass MoFRR mit diesen beiden Multicast-Protokollen arbeiten kann, sofern sie unterstützt werden.

Wenn das Gerät in einer Multicast-Struktur einen Ausfall einer Netzwerkkomponente erkennt, dauert es einige Zeit, bis eine reaktive Reparatur durchgeführt wird, was zu erheblichen Datenverkehrsverlusten beim Einrichten eines alternativen Pfads führt. MoFRR reduziert den Datenverkehrsverlust in einem Multicast-Verteilungsbaum, wenn eine Netzwerkkomponente ausfällt. Bei MoFRR richtet eines der nachgeschalteten Routing-Geräte einen alternativen Pfad zur Quelle ein, um einen Backup-Livestream desselben Multicast-Datenverkehrs zu empfangen. Wenn ein Fehler entlang des primären Datenstroms auftritt, kann das MoFRR-Routing-Gerät schnell zum Sicherungsdatenstrom wechseln.

Wenn MoFRR aktiviert ist, verwendet das Gerät für jeden Eintrag (S,G) zwei der verfügbaren Upstream-Schnittstellen, um eine Join-Nachricht zu senden und Multicast-Datenverkehr zu empfangen. Das Protokoll versucht, zwei disjunkte Pfade auszuwählen, wenn zwei solcher Pfade verfügbar sind. Wenn keine disjunkten Pfade verfügbar sind, wählt das Protokoll zwei nicht disjunkte Pfade aus. Wenn zwei nicht disjunkte Pfade nicht verfügbar sind, wird nur ein primärer Pfad ohne Sicherung ausgewählt. MoFRR priorisiert die disjunkte Sicherung zugunsten des Lastenausgleichs der verfügbaren Pfade.

MoFRR wird sowohl für IPv4- als auch für IPv6-Protokollfamilien unterstützt.

Abbildung 1 zeigt zwei Pfade vom Multicast-Empfänger-Routinggerät (auch als Egress Provider Edge (PE)-Gerät bezeichnet) zum Multicast-Quell-Routing-Gerät (auch als Eingangs-PE-Gerät bezeichnet).

Abbildung 1: MoFRR-Beispieltopologie MoFRR Sample Topology

Wenn MoFRR aktiviert ist, richtet das Ausgangs-Routing-Gerät (Empfängerseite) zwei Multicast-Bäume ein, einen primären Pfad und einen Backup-Pfad, in Richtung der Multicast-Quelle für jeden (S,G). Mit anderen Worten, das Ausgangsroutinggerät gibt dieselben (S,G) Join-Nachrichten an zwei verschiedene Upstreamnachbarn weiter und erstellt so zwei Multicast-Strukturen.

Einer der Multicast-Bäume verläuft durch Ebene 1 und der andere durch Ebene 2, wie in Abbildung 1 dargestellt. Für jedes (S,G) leitet das Ausgangsroutinggerät den auf dem primären Pfad empfangenen Datenverkehr weiter und verwirft den auf dem Backup-Pfad empfangenen Datenverkehr.

MoFRR wird sowohl auf ECMP-Pfaden (Equal-Cost Multipath) als auch auf Nicht-ECMP-Pfaden unterstützt. Das Gerät muss Unicast Loop-Free Alternate (LFA)-Routen aktivieren, um MoFRR auf Nicht-ECMP-Pfaden zu unterstützen. Sie aktivieren LFA-Routen mithilfe der link-protection Anweisung in der IGP-Konfiguration (Interior Gateway Protocol). Wenn Sie den Link-Schutz auf einer OSPF- oder IS-IS-Schnittstelle aktivieren, erstellt das Gerät für alle Zielrouten, die die geschützte Schnittstelle durchlaufen, einen Backup-LFA-Pfad zum primären nächsten Hop.

Junos OS implementiert MoFRR im IP-Netzwerk für IP-MoFRR und am MPLS-Label-Edge-Routing-Gerät (LER) für Multipoint-LDP-MoFRR.

Multipoint LDP MoFRR wird am Ausgangsgerät eines MPLS-Netzwerks verwendet, wo die Pakete an ein IP-Netzwerk weitergeleitet werden. Bei Multipoint-LDP-MoFRR richtet das Gerät zwei Pfade zum Upstream-PE-Routing-Gerät ein, um zwei Ströme von MPLS-Paketen am LER zu empfangen. Das Gerät akzeptiert einen der Streams (den primären), und der andere (das Backup) wird in der LER gelöscht. Wenn der primäre Pfad ausfällt, akzeptiert das Gerät stattdessen den Backup-Stream. Die Unterstützung von Inband-Signalen ist eine Voraussetzung für MoFRR mit Multipoint-LDP (siehe Grundlegendes zur Multipoint-LDP-Inband-Signalübertragung für Punkt-zu-Multipoint-LSPs).

PIM-Funktionalität

Junos OS unterstützt MoFRR für SPT-Joins (Shortest-Path Tree) in PIM-Source-Specific Multicast (SSM) und Any-Source Multicast (ASM). MoFRR wird sowohl für SSM- als auch für ASM-Bereiche unterstützt. Um MoFRR für (*,G)-Joins zu aktivieren, schließen Sie die mofrr-asm-starg Konfigurationsanweisung in die [edit routing-options multicast stream-protection] Hierarchie ein. Für jede Gruppe G funktioniert MoFRR entweder für (S,G) oder (*,G), aber nicht für beide. (S,G) hat immer Vorrang vor (*,G).

Wenn MoFRR aktiviert ist, gibt ein PIM-Routing-Gerät Join-Nachrichten an zwei Upstream-RPF-Schnittstellen (Reverse Path Forwarding) weiter, um Multicast-Datenverkehr auf beiden Verbindungen für dieselbe Join-Anforderung zu empfangen. MoFRR bevorzugt zwei Pfade, die nicht zum gleichen unmittelbar vorgeschalteten Routing-Gerät konvergieren. PIM installiert entsprechende Multicast-Routen mit Upstream-RPF-Next-Hops mit zwei Schnittstellen (für den Primär- und den Backup-Pfad).

Wenn der primäre Pfad ausfällt, wird der Backup-Pfad auf den primären Status aktualisiert, und das Gerät leitet den Datenverkehr entsprechend weiter. Wenn alternative Pfade verfügbar sind, berechnet MoFRR einen neuen Backup-Pfad und aktualisiert oder installiert die entsprechende Multicast-Route.

Sie können MoFRR mit PIM-Join-Load-Balancing aktivieren (siehe Anweisung join-load-balance automatic ). In diesem Fall ist die Verteilung der Join-Nachrichten auf die Links jedoch möglicherweise nicht gleichmäßig. Wenn eine neue ECMP-Verbindung hinzugefügt wird, werden Join-Nachrichten auf dem primären Pfad neu verteilt und für die Last ausgeglichen. Die Verknüpfungsnachrichten auf dem Sicherungspfad folgen möglicherweise immer noch demselben Pfad und werden möglicherweise nicht gleichmäßig verteilt.

Sie aktivieren MoFRR mithilfe der stream-protection Konfigurationsanweisung in der Hierarchie [edit routing-options multicast] . MoFRR wird durch eine Reihe von Filterrichtlinien verwaltet.

Wenn ein ausgehendes PIM-Routing-Gerät eine Join-Nachricht oder einen IGMP-Bericht empfängt, prüft es, ob eine MoFRR-Konfiguration vorliegt, und geht wie folgt vor:

  • Wenn die MoFRR-Konfiguration nicht vorhanden ist, sendet PIM eine Join-Nachricht stromaufwärts an einen vorgelagerten Nachbarn (z. B. Ebene 2 in Abbildung 1).

  • Wenn die MoFRR-Konfiguration vorhanden ist, prüft das Gerät, ob eine Richtlinienkonfiguration vorliegt.

  • Wenn keine Richtlinie vorhanden ist, sucht das Gerät nach Primär- und Backup-Pfaden (Upstream-Schnittstellen) und geht wie folgt vor:

    • Wenn Primär- und Sicherungspfade nicht verfügbar sind, sendet PIM eine Join-Nachricht stromaufwärts an einen vorgelagerten Nachbarn (z. B. Ebene 2 in Abbildung 1).

    • Wenn Primär- und Sicherungspfade verfügbar sind, sendet PIM die Join-Nachricht stromaufwärts an zwei der verfügbaren Upstream-Nachbarn. Junos OS richtet primäre und sekundäre Multicast-Pfade für den Empfang von Multicast-Datenverkehr ein (z. B. Ebene 1 in Abbildung 1).

  • Wenn eine Richtlinie vorhanden ist, prüft das Gerät, ob die Richtlinie MoFRR für diese (S,G) zulässt, und geht wie folgt vor:

    • Wenn diese Richtlinienüberprüfung fehlschlägt, sendet PIM eine Join-Nachricht stromaufwärts an einen vorgelagerten Nachbarn (z. B. Ebene 2 in Abbildung 1).

    • Wenn diese Richtlinienprüfung erfolgreich ist, prüft das Gerät, ob Primär- und Sicherungspfade (Upstream-Schnittstellen) vorhanden sind.

      • Wenn der primäre Pfad und der Sicherungspfad nicht verfügbar sind, sendet PIM eine Join-Nachricht stromaufwärts an einen vorgelagerten Nachbarn (z. B. Ebene 2 in Abbildung 1).

      • Wenn der primäre Pfad und der Sicherungspfad verfügbar sind, sendet PIM die Join-Nachricht stromaufwärts an zwei der verfügbaren Upstreamnachbarn. Das Gerät richtet primäre und sekundäre Multicast-Pfade ein, um Multicast-Datenverkehr zu empfangen (z. B. Ebene 1 in Abbildung 1).

Multipoint-LDP-Funktionalität

Um die Duplizierung des MPLS-Datenverkehrs zu vermeiden, wählt Multipoint-LDP in der Regel nur einen Upstreampfad aus. (Siehe Abschnitt 2.4.1.1. Bestimmen des eigenen "Upstream-LSR" in RFC 6388, Label Distribution Protocol Extensions for Point-to-Multipoint and Multipoint-to-Multipoint Label Switched Paths.)

Bei Multipoint-LDP mit MoFRR wählt das Multipoint-LDP-Gerät zwei separate Upstream-Peers aus und sendet zwei separate Labels, eines an jeden Upstream-Peer. Das Gerät verwendet den gleichen Algorithmus, der in RFC 6388 beschrieben ist, um den primären Upstreampfad auszuwählen. Das Gerät verwendet denselben Algorithmus, um den Backup-Upstream-Pfad auszuwählen, schließt jedoch den primären Upstream-LSR als Kandidaten aus. Die beiden verschiedenen Upstream-Peers senden zwei Ströme von MPLS-Datenverkehr an das Ausgangsroutinggerät. Das Gerät wählt nur einen der Upstream-Nachbarpfade als primären Pfad aus, von dem der MPLS-Datenverkehr angenommen werden soll. Der andere Pfad wird zum Backup-Pfad, und das Gerät verwirft diesen Datenverkehr. Wenn der primäre Upstreampfad ausfällt, beginnt das Gerät, Datenverkehr vom Backup-Pfad zu akzeptieren. Das Multipoint-LDP-Gerät wählt die beiden Upstreampfade basierend auf dem nächsten Hop des Interior Gateway Protocol (IGP)-Root-Geräts aus.

Eine Weiterleitungsäquivalenzklasse (FEC) ist eine Gruppe von IP-Paketen, die auf die gleiche Weise, über denselben Pfad und mit der gleichen Weiterleitungsbehandlung weitergeleitet werden. Normalerweise stellt die Bezeichnung, die auf einem bestimmten Paket angebracht wird, die FEC dar, der dieses Paket zugewiesen ist. In MoFRR werden für jede FEC zwei Routen in die Tabelle mpls.0 eingefügt – eine Route für die primäre Bezeichnung und die andere Route für die Backup-Bezeichnung.

Wenn parallele Verbindungen zum gleichen unmittelbar vorgeschalteten Gerät vorhanden sind, betrachtet das Gerät beide parallelen Verbindungen als primär. Zu jedem Zeitpunkt sendet das Upstream-Gerät Datenverkehr nur über eine der mehreren parallelen Verbindungen.

Ein Bud-Knoten ist ein LSR, der ein Ausgangs-LSR ist, aber auch einen oder mehrere direkt verbundene nachgeschaltete LSRs hat. Bei einem Bud-Knoten wird der Datenverkehr vom primären Upstream-Pfad an einen Downstream-LSR weitergeleitet. Wenn der primäre Upstream-Pfad ausfällt, wird der MPLS-Datenverkehr vom Backup-Upstream-Pfad an den Downstream-LSR weitergeleitet. Dies bedeutet, dass der nachgelagerte LSR-Hop zusammen mit dem ausgehenden nächsten Hop zu beiden MPLS-Routen hinzugefügt wird.

Wie bei PIM aktivieren Sie MoFRR mit Multipoint-LDP mithilfe der stream-protection Konfigurationsanweisung in der [edit routing-options multicast] Hierarchie, und es wird durch eine Reihe von Filterrichtlinien verwaltet.

Wenn Sie die Multipoint-LDP-Punkt-zu-Mehrpunkt-FEC für MoFRR aktiviert haben, berücksichtigt das Gerät bei der Auswahl des Upstreampfads die folgenden Überlegungen:

  • Die Ziel-LDP-Sitzungen werden übersprungen, wenn es eine nicht zielgerichtete LDP-Sitzung gibt. Wenn es eine einzelne Ziel-LDP-Sitzung gibt, wird die Ziel-LDP-Sitzung ausgewählt, aber der entsprechende Punkt-zu-Mehrpunkt-FEC verliert die MoFRR-Funktion, da der Ziel-LDP-Sitzung keine Schnittstelle zugeordnet ist.

  • Alle Schnittstellen, die zum gleichen Upstream-LSR gehören, werden als primärer Pfad betrachtet.

  • Bei allen Aktualisierungen der Root-Node-Route wird der Upstream-Pfad basierend auf den letzten nächsten Hops vom IGP geändert. Wenn ein besserer Pfad verfügbar ist, versucht Multipoint-LDP, zum besseren Pfad zu wechseln.

Paketweiterleitung

Bei PIM oder Multipoint-LDP führt das Gerät die Auswahl des Multicast-Quelldatenstroms an der Eingangsschnittstelle durch. Dadurch wird die Bandbreite des Fabric geschont und die Weiterleitungsleistung maximiert, da es:

  • Vermeidet das Versenden doppelter Streams über die Fabric

  • Verhindert mehrere Routensuchvorgänge (die zu Paketverlusten führen).

Bei PIM enthält jeder IP-Multicast-Stream dieselbe Zieladresse. Unabhängig von der Schnittstelle, auf der die Pakete ankommen, haben die Pakete die gleiche Route. Das Gerät überprüft die Schnittstelle, auf der die einzelnen Pakete ankommen, und leitet nur diejenigen weiter, die von der primären Schnittstelle stammen. Wenn die Schnittstelle mit einer Backup-Stream-Schnittstelle übereinstimmt, verwirft das Gerät die Pakete. Wenn die Schnittstelle weder mit der primären noch mit der Backup-Stream-Schnittstelle übereinstimmt, behandelt das Gerät die Pakete als Ausnahmen in der Steuerungsebene.

Abbildung 2 zeigt diesen Prozess anhand von Beispiel-Primär- und Backup-Schnittstellen für Router mit PIM. Abbildung 3 zeigt dies ähnlich für Switches mit PIM.

Abbildung 2: Suche nach MoFRR-IP-Routen in der Paketweiterleitungs-Engine auf Routern MoFRR IP Route Lookup in the Packet Forwarding Engine on Routers
Abbildung 3: MoFRR-IP-Routenbehandlung in der Paketweiterleitungs-Engine auf Switches MoFRR IP Route Handling in the Packet Forwarding Engine on Switches

Für MoFRR mit Multipoint-LDP auf Routern verwendet das Gerät mehrere MPLS-Labels, um die Auswahl des MoFRR-Datenstroms zu steuern. Jede Beschriftung stellt eine separate Route dar, verweist jedoch jeweils auf dieselbe Schnittstellenlistenprüfung. Das Gerät leitet nur das primäre Label weiter und löscht alle anderen. Mehrere Schnittstellen können Pakete mit demselben Label empfangen.

Abbildung 4 zeigt diesen Prozess für Router mit Multipoint-LDP.

Abbildung 4: Suche nach MoFRR-MPLS-Routen in der Paketweiterleitungs-Engine MoFRR MPLS Route Lookup in the Packet Forwarding Engine

Einschränkungen und Vorbehalte

MoFRR-Einschränkungen und Vorbehalte bei Switching- und Routing-Geräten

MoFRR weist die folgenden Einschränkungen und Vorbehalte für Routing- und Switching-Geräte auf:

  • Die MoFRR-Fehlererkennung wird für den sofortigen Verbindungsschutz des Routing-Geräts unterstützt, auf dem MoFRR aktiviert ist, und nicht auf allen Verbindungen (End-to-End) im Multicast-Datenverkehrspfad.

  • MoFRR unterstützt das schnelle Rerouting auf zwei ausgewählten disjunkten Pfaden zur Quelle. Zwei der ausgewählten Upstream-Nachbarn können sich nicht auf derselben Schnittstelle befinden, d. h. zwei Upstream-Nachbarn auf einem LAN-Segment. Das Gleiche gilt, wenn es sich bei der Upstream-Schnittstelle um eine Multicast-Tunnelschnittstelle handelt.

  • Die Erkennung der maximalen End-to-End-disjunkten Upstream-Pfade wird nicht unterstützt. Das empfängerseitige (Ausgangs-)Routinggerät stellt nur sicher, dass ein disjunktes Upstream-Gerät (der unmittelbar vorherige Hop) vorhanden ist. PIM und Multipoint-LDP unterstützen nicht das Äquivalent von expliziten Routenobjekten (Explicit Route Objects, EROs). Daher ist die Erkennung disjunkter Upstream-Pfade auf die Steuerung des unmittelbar vorhergehenden Hop-Geräts beschränkt. Aufgrund dieser Einschränkung kann der Pfad zum Upstreamgerät des vorherigen Hops, der als primärer Hop und Backup ausgewählt wurde, freigegeben werden.

  • In den folgenden Szenarien kann es zu Datenverkehrsverlusten kommen:

    • Auf einem Ausgangsgerät wird ein besserer Upstreampfad verfügbar.

    • MoFRR wird auf dem Ausgangsgerät aktiviert oder deaktiviert, während ein aktiver Datenverkehrsstrom fließt.

  • PIM-Join-Lastenausgleich für Join-Nachrichten für Backup-Pfade werden nicht unterstützt.

  • Für eine Multicastgruppe G ist MoFRR sowohl für (S,G) als auch für (*,G) Join-Nachrichten nicht zulässig. (S,G)-Verknüpfungsnachrichten haben Vorrang vor (*,G).

  • MoFRR wird nicht für Multicast-Datenverkehrsströme unterstützt, die zwei verschiedene Multicastgruppen verwenden. Jede Kombination (S,G) wird als eindeutiger Multicast-Datenverkehrsstrom behandelt.

  • Der bidirektionale PIM-Bereich wird von MoFRR nicht unterstützt.

  • Der PIM-Dense-Mode wird von MoFRR nicht unterstützt.

  • Multicast-Statistiken für den Backup-Datenverkehrsstrom werden von PIM nicht verwaltet und sind daher in der Betriebsausgabe von Befehlen show nicht verfügbar.

  • Die Ratenüberwachung wird nicht unterstützt.

MoFRR-Einschränkungen beim Switching von Geräten mit PIM

MoFRR mit PIM weist die folgenden Einschränkungen für das Wechseln von Geräten auf:

  • MoFRR wird nicht unterstützt, wenn es sich bei der Upstreamschnittstelle um eine integrierte Routing- und Bridging-Schnittstelle (IRB) handelt, was sich auf andere Multicastfunktionen wie IGMPv3-Snooping (Internet Group Management Protocol, Version 3) auswirkt.

  • Paketreplikation und Multicast-Lookups bei der Weiterleitung von Multicast-Datenverkehr können dazu führen, dass Pakete mehrmals durch PFEs zirkulieren. Daher können die angezeigten Werte für die Anzahl der Multicast-Pakete aus dem show pfe statistics traffic Befehl in Ausgabefeldern wie Input packets und Output packetshöher als erwartet angezeigt werden. Dieses Verhalten kann in MoFRR-Szenarien häufiger auftreten, da doppelte Primär- und Sicherungsdatenströme den Datenverkehrsfluss im Allgemeinen erhöhen.

MoFRR-Einschränkungen und Vorsichtsmaßnahmen bei Routing-Geräten mit Multipoint-LDP

MoFRR weist bei Verwendung mit Multipoint-LDP die folgenden Einschränkungen und Vorbehalte für Router auf:

  • MoFRR gilt nicht für Multipoint-LDP-Datenverkehr, der in einem RSVP-Tunnel empfangen wird, da der RSVP-Tunnel keiner Schnittstelle zugeordnet ist.

  • Gemischte Upstream-MoFRR wird nicht unterstützt. Dies bezieht sich auf PIM-Multipoint-LDP-In-Band-Signalisierung, wobei ein Upstream-Pfad über Multipoint-LDP und der zweite Upstream-Pfad über PIM verläuft.

  • Multipoint-LDP-Beschriftungen als innere Beschriftungen werden nicht unterstützt.

  • Wenn die Quelle über mehrere eingehende (quellenseitige) Provider-Edge-Routing-Geräte (PE) erreichbar ist, wird Multipoint-LDP-MoFRR nicht unterstützt.

  • Gezielte LDP-Upstream-Sitzungen werden nicht als Upstream-Gerät für MoFRR ausgewählt.

  • Der Multipoint-LDP-Link-Schutz auf dem Sicherungspfad wird nicht unterstützt, da interne MoFRR-Bezeichnungen nicht unterstützt werden.