（光学专业论文）遇忙返回重路由在光网络中的应用研究.pdf

内容挺要 内容提要 随着i n t e r n e t 规模的不断扩大，人们对带宽的需求越来越大，d w d m 应用应 运而生。目前，主干网络大都通过d w d m 实现光纤直连，从而构成了一个遍布全 球的光纤网络。为了保证光网络的正常运行，充分发挥和利用光网络的高带宽， 人们迫切希望提供一种方法实现对光网络的自动控制与管理。6 m p l s 通过对m p l s 的扩展，实现将时隙、波长和光纤端口作为标签用于数据转发；同时通过对信 令协议、路由协议的扩展以及新增链路管理机制实现对光网络的动态控制和 动态信令传送，从而实现动态管理光网络资源并增加网络的存活性。 由于光网络资源的稀缺性，如光波长受限，因此在光l s p ( 标签交换路径) 建立过程中更容易出现资源失效现象，这时就会导致l s p 建立失败。因此，如何 提供有效方法束实现l s p 请求失败后的快速返回与重建，是光网络中的一个重要 课题。本文描述了如何通过遇忙返回重路由，实现在l s p 建立受阻后通过遇忙返 回信息使修复节点知道受阻的链路和节点位置以及受阻的原因；同时，如何根 据遇忙返回信息通过重路由来寻找新的l s p 路径：最后，本文通过计算机仿真程 序对遇忙返回重路由在光网络中应用进行仿真验证与分析。为此，本论文主要 分为六个章节，第一章简单描述了光网络及其管理与控制；第二章对g m p l s 了协 议进行了分析；第三章介绍了遇忙返回重路由工作原理；第四章是本文的重点， 介绍了光网络遇忙返回重路由的结构，所需的信令协议的扩展，以及光网络遇 忙返回重路由的实现与控制；第五章也是本文的重点，介绍了遇忙返回重路由 的计算机仿真设计，并运用该仿真程序对遇忙返回重路由在光网络中应用进行 了仿真验证，最后对仿真结果进行了分析；第六章对前面工作进行了总结，并 对今后工作进行了展望。 关键词：光网络；g m p l s ：遇忙返回重路山；显式路由 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t p e o p l eh a v eg r e a t e rd e m a n d ir lb a n d w i d t h i no r d e rt op r o vi d eh i g h e rt r a n s f e rr a t e d w d mt e c h n o o g y i sd e v e l o p e d n o w a d a y s ，m o s to ft h eg a n s ( m e t r o p o li t a na r e an e t w o r k ) a r e c o n n e c t e dw i t hf i b e r ss o a st oc o n s t r u c ta no p t i c a ln e t w o r kt h r o u g h o u t t h ew o r l d i no r d e rt oe n s u r ef a i l u r ef r e eo p e r a t i o no fo p t i c a ln e t w o r k a n dm a k ef u l lu s eo fi t sh i g hb a n d w i d t h d e v e l o p i n gan e ws y s t e mi s g r e a t l yn e e d e dt or e a li z et h ea u t o c o n t r o la n da u t o - m a n a g e m e n to fo p t i c a l n e t w o r k u n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e s ，c m p l si si n t r o d u e e d ，w h i c hi s d e v e l o p e df r o mm p l s g m p l sd i f f e r sf r o mt r a d i t i a n a lm p l si nt h a ti t s u p p o r t sm u l t i p l et y p e so fs w i t c h i n g ，i e ，t h ea d d i t i o no fs u p p o r tf o r t d h ，l a m b d a ，a n df i b e r ( p a r t ) s w it c h i n g a tt h es d j l l et i m e ，g h p l se x t e n d s t h es i g n a lp r o t o c o l 、r o u t ep r o t o c o la n di n t r o d u c e san e w1i n km a n a g e m e n t p r o t o c o ls oa st or e a l i z et h ec o n t r o lo fo p t i c a ln e t w o r ka n dt h ed y n a m i c t r a n s m i s s i o no fs i g n a l ，w h i c hm a k e si tp o s s i b l et om a n a g et h er e s o u r c e o fo p t i c a ln e t w o r kd y n a m i c a l l ya n di n c r e a s et h er e l i a b i l i t yo fn e t w o r k b e c a u s eo ft h el a c ko fo p t i c a ln e t w o r k sr e s o u r c e ，s u c ha st h e l i m i t a t i o no fw a v e l e n g t h ，r e s o u r c e sa r em o r el i k e l yt ob ei n s u f f i c i e n t d u r i n gt h eo p t i c a ll s p ( l a b e ls w i t c hp a t h ) s e t u pr e q u e s tt h a n t h e t r a d i t i o n a lo n e s ，w h i c hl e a d st of a i l e dl s ps e t u pr e q u e s t h o wt os u p p l y a ne f f i c i e n tw a yt or e a l i z ef a s t r e t u r na n dr e c o n s t r u c t i o na f t e rl s p s e t u pf a i l u r ei s am a j o rt o p i ci no p t i c a ln e t w o r k an e wm e t h o di s i n t r o d u c e dt os o l v et h i sp r o b l e mi nt h i sp a p e r w h e nt h el s ps e t u pr e q u e s t i sb l o c k e d ，c r a n k b a c ki n f o r m a t i o nw i l lb er e t u r n e dt ot h er e p a i rp o i n t ， w h i c hi n d i c a t et h e1 0 c a t i o no ft h eb l o c k e d1 i n k sa n dn o d e sa n dt h er e a s o n o fb l o c k a g e t h er e p a i rp o i n tw i l lc o m p u t e ra na l t e r n a t ep a t ht h r o u g h c r a n k b a c kr e r o u t i n g ac o m p u t e rs i m u l a t i o np r o g r a mw i l lb eu s e dt ov e r i f y a n da n a l y s i st h en e wm e t h o dd e s c r i b e di nt h i sp a p e ra tl a s t t h i sp a p e r 堂! ! 坠旦 i sd i v i d e di r i t es j xc h a p t e r s ：t h ef i r s tc h a p t e rd e s c r i b e st h eo d t i c a l n e t w o r ka n d1 t sm a n a g e m e n ta n dc o n t r o l s ：t h es e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e s t h eg m p l sp r o t o c o l s ：t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b et h et h e o r yo fc r & n k a b c k r e r o u t i n g ：t h ef o u r t hc h a p t e rist h em a i np a r to f t h i sp a p e r ，w h i c h d e s c r i b e st h es t r u c t u r eo fo p t i c a ln e t w o r k sc r a n k b a c kr e r o u t i n g ，t h e e x t e n s i o no fs i g n a lp r o t o c o l ，a n dt h er e a li z a t i o na n dc o n t r o lo fc r a n k b a c k r e r o u t i n g ：t h ef i f t hc h a p t e ri sa l s oae m p h a s i s ，t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o n p r o g r a mi sd e s c r i b e di nt h i sc h a p t e r ，a n dg i y e sas i m u l a t i o no ft h e c r a n k b a c kr e r o u t i n g ，w h i c hs h o w st h a tc r a n k b a c kr e r o u t i n gc a nd ow e l li n o p t i c a ln e t w o r k ：t h el a s tc h a p t e rd r a w sac o n c l u s i 0 1 1o ft h ep a s t e dw o r k a n dm a k ea ne x p e c t a t i o no ft h ef u t u r ew o r k k e yw o r d s ：o p t i c a ln e t w o r k ：g m p l s ；c r a n k b a c kr e r o u t i n g ；i m p l i c tr o u t e 第带绪论 第一章绪论 第一节g m p l s 技术产生的背景 1 1 传统的光网络向智能光网络演进 近几年。随着i p 业务的爆炸性增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大， 而且由于i p 业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动念分配要求 也越来越迫切，传统的光网络己经很难适应i p 业务发展对网络智能化的要求“1 。 在传统的光网络中，主要靠人工配置来实现网络的连接“1 。这种原始的方法耗时 费力，不仅难以适应现代网络的飞速发展和新业务拓展的需要，也难以适应市 场竞争的需要。越来越多的运营商希望传送网能够为客户提供更快的速率、更 灵活的组网方式，以及实现自动的光路连接、控制与维护。光网络技术迫切需 要融合各种先迸的网络技术，向下一代智能光网络演迸“。自动交换光网络( a s o n ) 是能根据用户请求自动进行光路连接的革命性光网络。它不仅能为客户提供更 快的速率、更灵活的组网方式以及对新业务的后向支持、对多厂商多运营商互 操作的支持，还能提供更强大的生存性和更加智能的网络管理。并且，所有这 些a s 州智能都是建立在a s o n 网络中的控制平面基础之上，通过a s 渊的控制平面 来实现的。 控制平面是a s o n 的核心，控制平面的引入使碍光网络在多厂商环境下可以提 供传统网络难以提供的服务。这些服务包括端到端连接的提供、自动流量工程 的实现、对网络保护与恢复的实现以及对光虚拟专用网( o v n ) 的提供等“1 。但这 个控制平面又是怎样具体实现的呢? 这就需要借助另外一项重大技术一通用多 协议标记交换( g m p l s ) 。g m p l s 是多协议标记交换( m p l s ) 向光网络中的扩展，由 于其设计方面的先导性和灵活性，所以非常适用于a s o n 控制平面的具体实现“1 。 g m p l s 的引入，不仅带来了网络的智能，同时也使传统的网络四层结构得以简化。 为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，i p o v e ra t m o v e rs d h o v e rd w d m 。其中i p 层用于承载业务：a t m 层用于集成多种业务，并为每种业务 提供相应的服务质量保证；s d h 层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供 可靠的保护机制；w d m 层用于提供大容量的传输带宽。g m p l s 的出现，促进了网 第一章绪论 络层次的简化，使得i po v e rd w d m 成为可能1 。下一代传送网络从功能上可以 分为传送、控制和管理三个平面。g m p l s 技术的提出将促进网络从最基础的传输 层走向融合。它将推动传输网络和交换网络的统一，实现基础网络的智能化。 l _ 2 从m p l s 向g m p l s 的演进 我们知道，近几年迅速发展的m p l s ( 多协议标记交换) 己被证明是一种非常适 合于在电信网络中传输数据业务的技术。它能够在i p 这样的无连接网络中创建 连接型业务，以提供完善的流量工程( t r a f i ce n g i n e e r i n g t e ) 能力，m p l s - t e 正成为下一代i p 网络中的关键技术”3 。 在m p l s 中，通过采用基于约束的路由技术来实现流量工程和快速重新选路， 从而满足业务对服务质量的要求。所以，采用m p l s 的基于约束的路由技术完全 可以在流量工程中取代a t m 。同样，快速重新选路作为一种保护恢复技术也完全 可以取代s d h 。由此我们可以看出，使用i p m p l s 提供的流量工程和快速重新选 路，为使未来的传输网络完全可以跨过a t m 和s d h 两层，为直接实现i po v e rd w d m 提供了可能。而且，这种i pv i am p l so v e rw d m 的网络将会是一个操作更简单、 花费更低、更加适合数据业务传输的网络。 然而，m p l s 毕竟是一种位于o s i 七层模型中的网络层和数据链路层之间的 2 5 层技术，而d w d m 属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让m p l s 跨过数 据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际 标准化组织i e t f 适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术( g m p l s ， g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) ，g m p l s 是m p l s 向光层扩展的产 物。在m p l s 中，网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络只能被看作是一条 预先配置好的物理线路。分组交换节点不能按照资源的需求情况调节传输网络 内部的物理线路资源，传输网络内部的电路分配只能通过人工的方式进行配置。 g m p l s 则可以彻底改变这种状态。在g m p l s 的网络中，不仅有p s c ( 分组交换) 节点， 还有t d m 节点，还有l s c ( 波长交换) 节点，甚至f s c ( 光纤交换) 节点。分组交换节 点可以在任何需要的时候为自己建立一条通达其他分组交换节点的电路、波道 甚至光纤，而只需要发起一个g m p l s 的信令过程。 g m p l s 的出现，使得i p 网络和传送网络的管理不再是彼此独立，为i p 网络和 第一章绪论 光网络的无缝结合提供了可能。g m p l s 对m p l s 的标签进行了扩展，使得标签不但 可以用来标记传统的数据包，还可以标i 己t d m 时隙、光波长、光波长组、光纤等： 为了充分利用w d m 光网络的资源，满足未来一些新业务的开展( 如v p n 、光波长租 用等) ，实现光网络的智能化，g m p l s 还对信令和路由协议进行了修改和补充： 为了解决光网络中各种链路的管理问题，g m p l s 设计了一个全新的链路管理协议 l m p ( l i n km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ：同时为了保障光网络运营的可靠，g m p l s 又 对光网络的保护和恢复机制进行了改进”1 “。 g m p l s 技术的提出，是m p l s 向光网络扩展的必然产物它是未来适应对智能光 网络进行动态控制和传送信令的要求而对传统的m p l s 进行的扩展和更新。g m p l s 技术的提出，代表了人们对下一代网络的期待，也代表了未来网络向简化层次 和广泛融合的趋势，同时也是i p 技术向光传输领域的真正迈进。因此，6 m p l s 技 术的提出将使人们对未来网络产生新的认识，对下一代网络的发展产生积极的 推进作用。 第二节g m p l s 的技术优势和当前研究现状 2 1g m p l s 的技术优势 g m p l s 为新的i p 构架提供了强大的和灵活的信令、路由解决方案，它的主要 优点有“3 1 ： 1 6 m p l s 对开放标准的支持允许运营商和业务供应商来选择最佳的设备以 满足持续增长的网络性能需求； 2 对等模型允许传输网络的拓扑向i p 路由器全面开放，从而使i p 路由器在为 l s p 计算通道时可以充分利用光层的资源； 3 消除了叠加模型中使用n 2 个光信道的全链路来交换路由信息的需要，对等 模型使得i p 路由网络具有拓展性； 4 g m p l s 可以使现有的运营商和服务供应商能充分利用传统的m p l s 流量工 程； 5 g m p l s 消除了重新开发、测试和量化新型控制协议的必要性； 6 开放式的标准使得u n i 和n n i 标准能够并行发展，因此能不断地满足运营商 和服务供应商的需求： 一 銎= 垦堕堡 7 g m p l s 与o i fu n i 并行工作从而使服务供应商能够灵活地根据实际需要来 选择合适的方法配置网络； 8 g m p l s 觌- r 快速的配置并能够实现按需分配。这种全新的光互联网能在 数秒钟内分配带宽资源、提供新的增值业务和为业务提供商节约大量的运营费 用。 2 2g m p l s 的研究现状 g m p l s 技术代表了未来网络的发展趋势，已经引起了众多网络运营商和设备 制造商的关注，目前的国际上的标准化工作也进行得如火如茶，甚至有国外某 些设备制造商声称推出了符合g m p l s 控制平面要求的网络设备和试验平台，国内 8 6 3 课题也设置了a s t n ( 自动交换传送网络) 相关的专题。 目前，g m p l s 体系中还有很多待完善的内容，所有协议都还仅仅是草寒，还 有很多不成熟的方面。g m p l s 是否能够按照预想的目标统一传输网络和交换网 络，也还是一个未知数，但网络智能化的方向不容置疑，未来的网络必将是灵 活、智能管理的网络。 下面简单介绍一下最近个阶段关于g m p l s 的研究重点，i e t f ( 因特网工程任 务组) 正在进行g m p l s 的标准化工作，对m p l s 的信令和路由协议进行调整、更新 寝扩展，总结如下： 扩展的开放最短路径最先中间系统一中间系统( o s p f i s - i s ) 路由协议，实 现各种光瓷源的利用，交换链路状态拓扑及其他光资源可用信息来计算连接路 径”1 。 扩展的资源预留约束路由标签分发( r s v f c r l d p ) 信令协议，允许指定标签 交换路径通过核心光网以达到流量工程的目的，自动完成路径建立过程。 新的链路管理协议( l m p ) ，在光子交换光网络中实现链路管理。 在有关g m p l s 的研究中，有关l s p 恢复的研究也是当前的研究热点之一“”2 。 目醣，对于l s p 建立过程中与l s p 后发生的l s p 失效，传统的恢复方法是采用启用 备份l s p 方法，如备用l s p 失效，就重新计算生成新的l s p 。采用这种方法，由于 光网络的实时状态发生变化，经常会导致备用l s p 也失效：同时由于修复l s r 保 留的网络状态信息与网络的实时状态不一致，常导致重新生成的l s p 仍然使用失 效的链路和节点资源，这样造成新的l s p 仍无法建立，使得l s p 的恢复效率低下。 4 第一章绪论 为了提高l s p 的恢复效率，避免新生成的l s p 路径仍使用失效的链路和节点资源， 本论文提出在光网络l s p 恢复中使用遇忙返回重路由机制，通过遇忙返回信息使 修复l s r 知道导致l s p 失效的链路和节点位置及失效原因，从而在生成新的l s p 时 避免使用这些失效的资源。 第三节本人的主要工作 本文是作者对g m p l s 技术在光网络中应用进入深入研究的基础上得出o “。作 者首先对光网络控制平面中与g m p l s 相关的协议进行了学习，对g 押l s 中的关键 技术，信令协议和路由协议的扩展进行了研究，特别对g m p l s 中l s p 保护与恢复 进行了主要的研究和分析。在此基础上，提出了基于遇忙返回重路由实现光网 络中l s p 的重建，最后并通过计算机仿真程序验证其可行性。 为此，本文的主要内容可分成以下几个部分： 第一章是光网络技术的综述，包括g m p l s 技术在光网络中的应用，以及当前 g m p l s 的研究状况； 第二章对g i “p l s 的基本结构、技术原理和工作流程进行了介绍i 第三章在第二章基础上对光网络中l s p 修复与恢复的背景知识进行介绍，说 明在g m p l s 光网络中执行遇忙返回重路由的重要性； 第四章是本文的重点，提出了基于遇忙返回重路由的l s p 通道重建的实现方 案，首先分析了何时需要遇忙返回信息，接着说明如何提供遇忙返回信息，最 后对修复节点如何通过遇忙返回信息实现重路由进行了详细分析和描述，其重 点在于对r s v p 信令协议的扩展； 第五章也是本文的重点，介绍了仿真系统的设计，并运用仿真程序对遇忙返 回重路由在光网络中的应用进行验证与分析；通过仿真实验，我们得到了比较 满意的结果； 第六章是全文的总结与展望，概述了本论文研究工作，同时也提出了今后有 待继续改进和研究的方向。 第二章通用多协议标记交换技术g m p l s 第二章通用多协议标记交换技术g m p l s 第一节g m p l s 组成及体系结构 l - 1 g m p l s 接口 g m p l s 是通过对m p l s 的扩展来实现的，它与m p l s 的一个主要区别是支持非分 组交换。为了实现对非分组交换的支持，g m p l s 对标签进行了扩展，将t d m 时隙、 光波长、光纤等也用标签进行统一标记，从而实现了分组交换与非分组交换的 归一化标记o “。g m p l s 定义了五种接口类型来实现归一化标记，分别是： a ) 分组交换接口p s c ( p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ) ：进行分组交换。通过识别分 组边界，根据分组头部的信息转发分组。例女f f m p l s 的标签交换路出器l s r 基于 “s h i m ”标签转发数据： b ) 第二层交换接口l 2 s c ( l a y e r 2s w i t c hc a p a b l e ) ：进行信元交换。通过识 别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如a t ml s r 基于a t m 的v p i v c i 转发信元： c ) 时隙交换接口t d m c ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n gc a p a b l e ) ：根据t d m 时 隙进行业务转发。典型的如s d h 的d x c 设备的电接口，可根据时隙交换s d h 帧： d ) 波长交换接d l s c ( l a m b d as w i t c hc a p a b l e ) ：根据承载业务的光波长或光 波段转发业务。例如o x c 设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长做 出转发决定。 e ) 光纤交换接口f s c ( f i b e rs w i t c hc a p a b l e ) ：根据业务( 光纤) 在物理空间 中的实际位置对其转发。例立u o x c 设备可对一根或多根光纡进行连接操作。 1 2 g m p l s 通用标签 为了实现对非分组交换接口的支持，g m p l s 定义了一系列新形式的标签，这 些标签统称为通用标签。一个通用标签包含着足够的消息，使得无论对于何种 交叉连接( c r o s sc o n n e c t ) ，接收节点都能正确的对标签进行处理。为支持通用 标签，g m p l s 新引入的几种新的标签格式，它们分别是通用标签请求、通用标签、 波带交换、建议标签和标签设定。 1 2 1 通用标签请求 第二章通用多掷泌标记交换技术o m p l s 通用标签请求用于标签交换路径( l a b e ls w i t c hp a t h ，l s p ) 的建立，出l s p 上游节点发出，向下游节点申请建立l s p 的资源。与m p l s 相同，g m p l s 的l s p 建立 过程也是由上游节点向目标节点发出“标汜请求消息”，目标节点返回“标签 映射消息”。所不同的是，标签请求消息中需要增加对所要建立的l s p 的说明 包括l s p 类型( p s c ，t d m c 等) ，载荷类型等。 1 2 2 通用标签 g i p l s 扩展了传统的m p l s 标签，它不仅代表与数据分组相联系的带内标签， 而且包括用来标志时隙，波长或空分复用位置的虚拟标签。g a p l s 分别为电路交 换( 主要是s d f ) 和光交换( 包括l s c 和f s c ) 设计了专用的标记格式，以满足这些业 务的需求。 l - 2 3 波带交换 对于o x c 设备来说，一次交换一组连续的光波长可以有效地减少单个光波长 的波形失真，提高业务的传输质量。这种光波长组的交换可用光波带交换标签 来实现。 1 2 4 建议标签 传统m p l s 配置l s p 是沿反方向进行的，上游节点必须等待下游节点的反馈标 签来确定l s p 的具体路径。这种反向配最l s p 的方式不适用于光链路，因为o x c 设 备需要通过光开关的切换来改变光连接，反向配置会造成很大延时。因此，g m p l s 引入建议标签来快速建立光连接。 建议标签由准备建立l s p 通道的上游节点发出，告知下游节点建立这个l s p 通道所希望的标签类型。这就可以让上游节点无需获得下游节点的反馈映射标 签确认，而先对硬件设备进行配置，从而大大减少建立l s p 通道所需的时间，同 时也减少t l s p 建立的控制开销。 不过，l s p 通道的能否最终建立还需由下游节点反馈的“标签映射消息”确 定。如果下游节点发现节点的可用资源可以满足建议标签的请求，贝t l s p 可按上 游节点的要求建立起来。反之，只要下游节点反馈回不同于建议标签信息的“标 签映射消息”，则上游节点必须根据该标签映射消息的内容重新配置l s p 通道。 第二带通用多挑泌标记交换技术g m p l s 1 2 5 ，设定标签 设定标签用于限制下游节点选择标签的范围，这在光网络中非常重要。首先， 某种类型的光设备只能传输和接收某一波段范围内的光波长，例如某个光端机 只能接收c 波段光波长，而另一个则能在c + l 波段中接收光波长；其次，有些接 口没有波长转换能力，要求在几段链路上甚至整条l s p 上只能使用相同的波长： 第三，为了减少波长转换时对信号波形的影响，设备次只能处理有限个光波 长；第碴，一条链路两端的设备支持的光波长的数晶和范围都不尽相同， 1 3 g m p l s 通用标签交换路径l s p “” 1 3 1 l s p 分级 对于m p l s 来说，其l s p 与分组相对应，可以进行连续颗粒度的带宽分配。但 对光网络来说，却存在带宽资源分配的颗粒度问题。个o x c 只能支持很少量的 光波长，每个光波长具有粗糙和离散的带宽颗粒，这种固定带宽建立的光通道 的方式必然导致资源浪费。因此有必要在一个相对高容量的光通道中映射进多 个低带宽l s p ，这就是g m p l s 中的l s p 分级技术。 l s p 分级是指低等级的l s p 可以嵌套在高等级的l s p 中，从而将较小粒度的业 务整合成较大粒度的业务。例如，一条2 4 8 8 g b i t s 的光l s p 可以聚合2 4 条1 0 0 0 m b i s 的e t h e r n e tl s p 。 l - 3 2 双向l s p 在传统m p l s 中，要建立双向l s p 就必须分别建立两个单向的l s p ，这种方式存 在l s p 建立的时延过长，开销过多，可靠性差，管理复杂等缺点。 为了解决这个问题，g m p l s 特别定义了建立双向l s p 的方法。双向l s p 规定两 个方向的l s p 都应具有相同的流量工程参数，包括l s p 生存期，保护和恢复等级， 资源要求( 如时延，抖动等) 。由于在g m p l s 的双向l s p 中，上行和下行的数据通 路均采用同一条信令消息，两个l s p 同时建立，可以有效地降低l s p 的建立时延， 同时也可减少建立l s p 所需的控制开销。 1 4 链路管理协议( 瑚p ) 1 第二章通用多协泌标 已交换技术g m p l s l m p 协议( l i n km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 是g m p l s 中运行于对等节点之间的协 议。光网络通过g m p l s 控制平面来实现动念地分配网络资源，以及在网络发生故 障时对网络进行快速的保护和恢复。在光网络中，一对节点之间可能有成千上 力的交叉联接；这些交叉联接再被复用时，可能每一个交叉联接都出若干个数 据链路组成。为了实现对这些数据链路的管理与维护，g m p l s b 】入了l m p 协议， 负责维护管理数据链路以及确定控制通道的可达性。 l m p 协议由控制通道管理( c o n t r o lc h a n n e lm a n a g e m e n t ) 、链路所有权关联 ( l i n kp r o p e r t yc o r r e l a t i o n ) 、链路连通性验证( l i n kv e r i f i c a t i o n ) 、链路 错误管理( f a u l tm a n a g e m e n t ) 四个部分构成，其中前两项为必选项，后两项为 可选项。 除此之外，g m p l s 协议族还包含了路由协议和信令协议，以分别完成路由寻 址、标签分发及l s p 路径建立。下面，我们将分别介绍g m p l s 的路由及信令机制。 第二节g m p l s 的路由与信令 2 1 g m p l s 的路由机制 g m p l s 路由机制的主要功能是计算从本地出发到达其它所有l s r 的最佳路 由，指导信令协议完成相应的l s p 建立过程。它沿袭了i n t e r n e t 路由选择体系， 采用基于相互平等的自治系统“”( a s ，a u t o n o m o u ss y s t e m ) 。自治系统是指在 同一技术管理之下的一组路由器，自治域内使用内部网关协议( i g p ，i n t e r i o r g a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 和共同的度量指标进行路由选择，自治域间使用外部网关 协议( e g p ，e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 进行路由选择。 g m p l s 通过网络拓扑信息的分发机制实现域内每个l s r 形成一致的网络资源 信息。网络资源主要用途是为标签交换路由器( l s r ，l a b e ls w i t c hr o u t e ) 形 成网络拓扑数据库以便使它们能够进一步执行路由计算。全局的拓扑信息分发 就是要把网络中每个l s r 的足够和必要的信息有效地分发给其它l s r ，使它们彼 此之间能够根据这些信息选择最优的路径。g m p l s 使用扩展的开放最短路径优先 协议( o p e ns h o r t e s t p a t hf i r s t ，o s p f ) 。”来实现网络拓扑信息的分发；同 时，由于光网络的链路状态信息非常巨大，因此还采用了路由聚合、层次路由、 限制更新频率等来控制网络拓扑信息的分发“。 第一二章通用多协泌标让变换技术g m p l s 当边缘l s r 接收到数据流量请求时，就会通过路由选择机制对网络资源信息 进行计算以获取到达目的节点的路径。g m p l s 支持两种路由选择方式：逐跳路由 ( h o p b y h o pr o u t i n g ) 和显式路由( e x p l i c i tr o u t i n g ，e r ) 。 2 1 1 逐跳路由 逐跳路由是当前i p 网络采用的路由选择机制，o s p f 路由协议就是个典型的 逐路路由协议。在逐跳路由方式下，每个l s r 独立地为给定的数据请求选择下一 跳路由。逐跳路由主要应用于尽力而为的网络环境，并不能支持流量工程 ( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，t e ) 。“和q o s ( q u a li t yo fs e r v i c e ) ，因此并不适用 于光网络。g m p l s 之所以保留这种路由选择机制，主要是考虑以下几个原因： ( 1 ) 还需要一些传统的网络需要这种路由选择机制： ( 2 ) 安全过滤设备( 如防火墙) 需要第三层路出； ( 3 ) g m p l s 需要和非g m p l s 的网络保持兼容。 2 1 2 显示路由 显式路由是一种流量工程技术，它可以通过流量工程手段为源和目的节点 之间明确地指定所需经过的路由。通过流量工程，网络管理者可以在两点之间 的不同路径上人为地分配业务量，从而减少繁忙路径上的阻塞率。 采用显式路由机制，每个l s r 不能独立地选择下一跳，而是由入口l s r 决定 数据流过的路径，这条路径也叫做显式路径。如果能确定路径经过的所有l s r ， 则称为精确的( s t r i c t ) 显式路径；若只能确定部分l s r ，则称为松散的( l o o s e ) 显式路径“。”3 。路径经过的中间节点只需进行标签交换，而无需考虑路由。这样 可以大大提高网络的转发效率，而且由于路由只由少数节点完成，可以方便地 制定统一的路由策略。 2 2 g m p l s 的信令协议 信令是g m p l s 控制平面重要的组成部分，g m p l s 通过信令协议完成标记的 分发，l s p 的创建、删除、修改、恢复以及异常处理等功能。目前g m p l s 的信 令协议还处于标准化之中，主要的信令协议有r s v p t e 和c r _ l d p 两种“州。这 两种协议在功能上大同小异，都可以满足g m p l s 对信令的要求，本文我们将以 第二章通用多协议标记交换技术g m p l s r s v p t e 作为研究的参考对象。 发起l s r 通过路由机制获得到达目的节点的显式路径后，就会通过信令协 议为路径分配波长标签生成l s p 。当l s p 路径生成后，就可以通过信令协议发 起l s p 的建立请求。在第三章中，我们将坩r s v p t v 信令协议中与本论文密切 相关的l s p 请求建立过程、出错处理与常用恢复方法进行介绍。 第三章遇忙返【口j 重路由的t 作原理 第三章遇忙返回重路由的工作原理 第一节l s p 建立过程与出错处理 1 1 基于r s v p - t v 的l s p 建立过程 从前面的介绍我们可以知道，g m p l s 对传统的路由协议如o s p f 和i s - i s 进行了扩展，通过扩展的o s p f 和i s i s 路由协议来传送相关的状态信息，达到 网络资源信息的收集，从而在进行显示路径计算时能够区别网络中的每条链路 和每个节点所能使用的资源。同时，g m p l s 网络中可以使用r s v p t e 来建立具有 显式路径的l s p 。通过r s v p t e ，可以预留路径上的资源，从而可以保证和控制 l s p 上数据q o s 的实现。 发起l s p 的l s r 通过分布式网络资源信息计算显式路径，并在l s p 建立过 程中用信令标明是显式路由。“。下面，通过图2 1 来说明基于r s v p t v 的显式 l s p 路径的建立过程。假设要建立一条如图2 1 所示的l s p 路径，路径通过了 入口l s ra 、中间l s rb 、出口l s rc ，则该l s p 建立过程过下： 图2 1l s p 请求建立过程 ( 1 ) 入口l s ra 要建立一个到达l s rc 新的l s p 。通过流量参数的会话或管 理信息，l s ra 判断l s p 需要通过l s rb 。l s ra 就建立一个路径信息， 包含了显式路由( b ，c ) 和流量参数。l s ra 以i p 数据报格式把p a t h 转发给l s rb 。 ( 2 ) l s rb 接收到p a t h 请求，判断它不是l s p 的出口，并沿消息中规定的路 径转发请求。它修改p a t h 消息中的显式路径并将该消息传递给l s rc 。 ( 3 ) l s rc 判断它是l s p 的出口，它从根据流量参数中决定预留的带宽并分 配所需的带宽后，为l s p 选择一个标签并通过r e s v 消息将标签分发给 1 s rb 。 第三章逍忙返酬重路由的t 作原理 ( 4 ) l s rb 接收到r e s v 消息后，根据r e s v 消息决定需要预留的资源，为l s p 分配标签，建立转发表，并由r e s v 消息将标签转发给l s ra 。 ( 5 ) l s ra 的处理与b 相类似，但它不需要分配新的标签转发到上游l s r ， 因为它是l s p 的入口l s r 。 1 2 l s p 建立过程的出错处理 在l s p 建立请求的处理过程中，如果路径经过的链路或节点失效，l s p 建 立请求就会受阻，这样就会导致l s p 建立的失败。当l s p 建立请求受阻后，就 会向发起的l s r ( i n i t i a t o r ) 发送p a t h e r r 信息，向出口l s r ( t e r m i n a t o r ) 发送r e s v e r r 信息，告知l s p 建立过程出现了错误，这两种信息都会导致l s p 建立请求的放弃。同时在g m p l $ 中，为了提高出错的传输效率，还增加了n o t i f y 出错通知信息，通过它可以加快向入口l s r 、出口l s r 或指定的修复节点( r e p a i r p o i n t ) 传递l s p 失败信息过程。 所以说在g m p l s 网络中，当l s p 在建立过程中发生了错误，可以通过信令 的p a t h e r r 、r e s v e r r 和n o t i f y 信息向入口l s r 、出口l s r 或修复节点传送有 关出错链路和节点的信息。当入口l s r 、出口l s r 或修复节点获得这些信息后， 既可以放弃l s p 的建立请求，也可以对l s p 进行修复和恢复。目前常用的l s p 恢复方法是采用备用l s p ，当主l s p 建立请求失败后，就通过备用l s p 重新发 起l s p 的建立请求。如果主l s p 与备用l s p 都无法建立，就要重新启用路由协 议与信令协议生成新的l s p 路径”“3 。 但是，在分布式路由环境中，用于计算约束路由o ”3 的资源信息可能是过 时的，也就是说l s r 保留的网络资源状态资源信息与网络的实时状态可能不一 致。这就意味着重新经过路由计算得到的显式路径仍然可能使用失效的链路和 节点资源，这样新的l s p 建立请求仍然会受阻。 1 3 遇忙返回重路由机制的引入 为了解决这个问题，本论文提出在l s p 建立请求受阻后，通过遇忙返回重 路由( c r a n k b a c kr e r o u