（通信与信息系统专业论文）gmpls系统实现初探.pdf

g r a d u a t et h e s i so f u e s t c ：e x p l o r a t i o no f g m p l ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o n 摘要 许多各种各样的设备运用于现今的数据网络中，如p 路由器，a t m 交换机， s d h s o n e t 设备，它们都有各自的控制和管理协议，这样却使得网络的管理 越来越复杂。同时，网络流量的激增和单根光纤的容量增加使得光交叉连接设 备的应用成为高速交换网络的选择。于是，一种统一的控制平面协议成为融合 多种设备的数据网络高速、高效运行的关键。 通用的多协议标签交换协议正由i e t f 组织标准化为下一代数据网络协议，它 把多协议标签交换协议从p 层扩展到物理光层。从功能上分，通用多协议标签 交换协议控制平面分为信令、路由和链路管理。它在多协议标签交换的基础上 扩展了路由和信令协议，并且增加了新的协议用于光网络的链路管理，而此时 的光网络不仅仅有路由器，还有光交叉连接，交换机和密集波分复用设备。链 路管理协议，扩展的开放式最短路径协议，扩展的资源预留和带约束的标签分 发协议正由i e t f 组织标准化。 在我们的项目中，我们展示了一个试验性的g m p l s 系统，它包括链路管理， 路由，信令和它们之间相互的接口实现。这篇论文描述了并实现了这个系统的 路由功能，包括约束路由模块，信息发布模块和路径管理模块以及g m p l s 的 约束路由算法和恢复机制。 关键字：通用多协议标签交换、带约束条件的最短路由、信息发布协议、路径 管理、链路管理协议 g r a d u a t e t h e s i so f u e s t c ：e x p l o r a t i o n o f g m p l ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o n a b s t r a c t a g r e a tv a r i e t yo fe q u i p m e n t s ，s u c ha s 口r o u t e r s ，a t ms w i t c h e s ，s o n e t s d t t d e v i c e s ，h a v e b e e n d e p l o y e d i nt o d a y sd a t an e t w o r k s e a c ho f t h e mh a si t so w nc o n t r o l a n dm a n a g e m e n t p r o t o c o l ，w h i c hm a k e st h em a n a g e m e n to fi n t e g r a t e dn e t w o r kv e r y c o m p l e x m o r e o v e r ，t h ee x p l o s i v eg r o w t h o f n e t w o r kt r a f f i ca n d i n c r e a s i n gc a p a c i t y o f as i n g l e o p t i c a l f i b e rm a k e st h ed e p l o y m e n to fo p t i c a lc r o s s c o n n e c t s ( o x c s ) a p r e f e r r e do p t i o nf o rs w i t c h i n gh i g h - s p e e d d a t as t r e a m s au n i f i e dc o n t r o lp l a n ef o ra l l t h e s e e q u i p m e n t s t o s u p p o r tm u l t i p l es w i t c h i n gl a y e r s ，s i m p l i f yo p e r a t i o n s a n d m a n a g e m e n t ，r e d u c e t h ec o s t o f o p e r a t i o n ，a n dc r e a t en e w s e r v i c e sb e c o m e sc r i t i c a lf o r t h ee v o l u t i o n o f o p e n a n d i n t e r o p e r a b l ed a t an e t w o r k 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 ) i sb e i n gs t a n d a r d i z e d b y i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ( i e t f ) t os e r v ea sa ni n t e g r a lp r o t o c o lf o rt h en e x t g e n e r a t i o no f d a t a n e t w o r k s g m p l se x t e n d sm p l sf r o mt h ei pt op h o t o n i cl a y e r st o a l l o wf o ri n t e r o p e r a b l ea n ds c a l a b l ep a r a l l e lg r o w t hi nt h ei pa n d p h o t o n i cd i m e n s i o n s f r o mt h ef u n c t i o n a lp o i n to f v i e w ，ag p m l sc o n t r o lp l a n ec a nb e p a r t i t i o n e di n t ot h e f o l l o w i n gc o m p o n e n t s ：l i n km a n a g e m e n t ，r o u t i n g ，a n ds i g n a l i n g a sa i le x t e n s i o no f m p l s ，g m p l sn e e d sm o d i f y t h er o u t i n ga n d s i g n a l i n gp r o t o c o l so f m p l s ，a n d a d da n e wp r o t o c o lt oa d d r e s si s s u e sr e l a t e dt ol i n k m a n a g e m e n ti no p t i c a l n e t w o r k s d e v e l o p e dw i t hp h o t o n i cs w i t c h e s ( p x c s ) ，o p t i c a lc r o s s c o n n e c t s ( o x c s ) ，r o u t e r s ， s w i t c h e s ，a n dd w d m s y s t e m s l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l ( l m p ) ，e n h a n c e m e n t s t o o s p f i s i s ，a n de n h a n c e m e n t s t or s v p c r - l d pa r eb e i n gs t a n d a r d i z e db yt h ei e t f u n d e rt h eu m b r e l l ao fg m p l s r e s p e c t i v e l y i n0 1 1 1p r o j e c t ，w es h o wag m p l s e x p e r i m e n t a ls y s t e mi n c l u d i n gl m p ，r o u t i n ga n d s i g n a l i n gp r o t o c o l sa n di n t e r f a c e so f t h e m a sp a r to f t h e s y s t e m ，t h e t h e s i sp r o v i d e sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o na b o u tc s p f ，i d p ，p mm o d u l e sa n dg m p l s r o u t i n ga n dr e c o v e r y a l g o r i t h m , a n ds u c c e s s f u l l yr e a l i z e st h em u t i n g f u n c t i o no f t h i se x p e r i n a e n t a ls y s t e m k e y w o r d s ：g m p l s ，c s p f ，i d p ，p m ，l m p 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：圣磊：丕暨 日期：矽争年瑚毒。日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) g r a d u a t et h e s i so f u e s t c ：e x p l o r a t i o n o fg m p l s s y s t e mi m p l e m e n t a t i o n 1 1b a c k g r o u n d c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n t h et i m e l yd e l i v e r yo fd i g i t i z e da u d i o - v i s u a li n f o r m a t i o no v e rl o c a lo rw i d ea r e a n e t w o r k si sn o wb e c o m i n gr e a l i s t i c ，t h a n k s t of r u i t f u lr e s e a r c hi n h i g h - s p e e d n e t w o r k s ，i m a g ep r o c e s s i n ga n dv i d e o a u d i oc o m p r e s s i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h e e m e r g i n gd i s t r i b u t e dm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s a l s or a i s en e w c h a l l e n g ef o rn e t w o r k r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t f o re x a m p l e ，av i d e o - o n d e m a n da p p l i c a t i o nr e q u i r e st h a t i t sd a t at h r o u g h p u to v e rt h en e t w o r kb eg u a r a n t e e da to ra b o v eac e r t a i nr a t e i nt h ec u r r e n ti n t e m e t ，d a t ap a c k e t so fas e s s i o nm a yf o l l o wd i f f e r e n tp a t h st ot h e d e s t i n a t i o n t h en e t w o r kr e s o u r c e s ( e g ，s w i t c hb u f f e ra n dl i n kb a n d w i d t h ) a r ef a i r l y s h a r e db y p a c k e t sf r o md i f f e r e n ts e s s i o n s h o w e v e r ，t h i sa r c h i t e c t u r ed o e sn o tm e e t t h er e q u i r e m e n t so ff u t u r ei n t e g r a t e ds e r v i c e sn e t w o r k st h a tw i l lc a r r yh e t e r o g e n e o u s d a t at r a f f i c f i r s t ，i td o e sn o ts u p p o r tr e s o u r c er e s e r v a t i o n ，w h i c hi s v i t a lf o rt h e p r o v i s i o n o fg u a r a n t e e de n d - t o - e n dp e r f o r m a n c e ( b o u n d e dd e l a y , b o u n d e d d e l a y j i t t e r a n d o rb o u n d e dl o s sr a t i o ) s e c o n d ，d a t ap a c k e t sm a ye x p e r i e n c eu n p r e d i c t a b l ed e l a y s a n da r r i v ea tt h ed e s t i n a t i o no u to fo r d e r w h i c hi su n d e s i r a b l e f o rc o n t i n u o u s r e a l t i m em e d i a h e n c e ，b e s te f f o r td e l i v e r y i u t e m e ti sn ol o n g e re n o u g hf o rt h e e x p a n d i n g g l o b a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s o p t i c a l n e t w o r k t e c h n o l o g i e su s i n g w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) o f f e r o n ep o t e n ts o l u t i o nt ot h i sp r o b l e m m o r e o v e r , r e s e a r c hi so n g o i n gt oi n t r o d u c em o r ei n t e l l i g e n c ei nt h ec o n t r o lp l a n eo f o p t i c a lt r a n s p o r ts y s t e m s ，w h i c h w i l lm a k et h e mm o r e s u r v i v a b l e ，f l e x i b l e ， c o n t r o l l a b l ea n do p e nf o r t r a f f i c e n g i n e e r i n g g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ( g m p l s ) i n r e c e n ty e a r si sm o r ea n dm o r ew i d e l ya d o p t e di nt h ei n d u s t r y 1 20 u t l i n e t h i st h e s i si so r g a n i z e da sf o l l o w s ：i nc h a p t e r2 ，w ed e s c r i b em p l ss i m p l ep r i n c i p l e a n dg m p l s p r o t o c o la r c h i t e c t u r ei n c l u d i n gs i g n a l i n ga r i dr o u t i n gp r o t o c o le x t e n s i o n ， l m pi n t r o d u c t i o na n dr e c o v e r ym e c h a n i s mi m p o r t a n c e i nc h a p t e r3 ，w ep r o v i d ea n o v e r v i e wo ft h ew h o l eg m p l se x p e r i m e n t a ls y s t e m t h e nt h et h r e ei m p o r t a n tp a r t s i n c l u d i n gc s p f ，p a t hm a n a g e r a n di d po fg m p l s s y s t e m a r ed e s c r i b e di nc h a p t e r 4 ， 5a n d6a n di nc h a p t e r7t h et e s t i n gr e s u l t sa r es h o w e d t h el a s tc h a p t e rd i s c u s s e st h e a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to f g m p l s a n dm a k e sac o n c l u s i o n 2 g r a d u a t et h e s i so f u e s t c ：e x p l o r a t i o no f g m p l ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o n c h a p t e r2g m p l s p r o t o c o la r c h i t e c t u r e 2 1m p l sl a b e lf o r w a r d i n gp r i n c i p l e i nc o n v e n t i o n a li pr o u t i n g ，e a c hr o u t e ra n a l y z e st h ep a c k e t sh e a d e r ，a n dr n n sa n e t w o r kl a y e rr o u t i n ga l g o r i t h m e a c hr o u t e ri n d e p e n d e n t l yc h o o s e san e x th o pf o r t h ep a c k e t ，c 6 m p a r i n gi t sd e s t i n a t i o na d d r e s sw i t ht h e “l o n g e s tm a t c h ”o ft h er o u t e r s r o u t i n gt a b l e i nm p l s ，ap a r t i c u l a rp a c k e ti sa s s i g n e dt oap a r t i c u l a rf o r w a r d i n g e q u i v a l e n c ec l a s s 口e c ) o n l yo n c e t h ef e ct ow h i c ht h ep a c k e ti sa s s i g n e di s e n c o d e da sas h o r tf i x e dl e n g t hv a l u ek n o w na sa “l a b e l t h a ti su s e dt of o r w a r dt h e p a c k e t sa l o n gl a b e ls w i t c h e dp a t h s ( l s p s ) w h e nap a c k e ti sf o r w a r d e dt oi t sn e x t h o p ，t h el a b e li ss e n ta l o n gw i t hi t ；t h a ti s ，t h ep a c k e t sa r el a b e l e db e f o r et h e ya r e f o r w a r d e d a ts u b s e q u e n c eh o p s ，t h e r ei sn of 1 2 r t h e ra n a l y s i so ft h ep a c k e t sn e t w o r k l a y e rh e a d e r a l lp a c k e t so n l yn e e dt ol o o ku pt h el a b e li n f o r m a t i o nb a s e ( l m ) a n d m a pt h ef e ct ot h en e x th o p l a b e la n dl s ps e t t i n gu pa r ed e s c r i b e di nl d p 【1 i nt h ef o l l o w i n gp a r t i c u l a re x a m p l e ，w ec a l ls e e ：w h e nt h ei pp a c k e ta r r i v e st ot h ee d g e l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ( l e r ) o fm p l sn e t w o r k ，l e r l ( i n g r e s sn o d e ) c h e c k si p h e a d e ra n de n c a p s u l a t e dt h ep a c k e tw i t hl a b e l lt ol a y e r 2h e a d e ra n ds e n di to u t ；w h e n t h ep a c k e ta r r i v e st oa n o t h e rl s r ，l a b e l lr e p l a c e db ya n o t h e rl a b e l sw h i c hi sd e c i d e d b yt h el s pl a b e l i n g w h e nt h ep a c k e ta r r i v e st ot h el e r 2 ( e g r e s sn o d e ) ，t h el a b e li s d e l e t e da n dt h es a m ep a c k e ti ss e n to u t f i g u r e2 - 1l a b e lf o r w a r d i n g ，3 g r a d u a t et h e s i so f u e s t c ：e x p l o r a t i o no f g m p l ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o n 2 2g m p l sc h a r a c t e r i s t i c g m p l si sb e i n gd e v e l o p e di nt h ei n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ( i e t f ) i ti sa l l e x t e n d e dv e r s i o no fm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) w h i l em p l sw a s o r i g i n a l l yd e v e l o p e dt oc o n t r o lt h ei p - p a c k e tl a y e r ，g m p l sc o n t r o l ss e v e r a ll a y e r s ， s u c ha si p - p a c k e t ，t i m e d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g ( t r i m ) ，w a v e l e n g t h ，a n do p t i c a l f i b e r l a y e r ，i nad i s t r i b u t e dm a n n e r 2 】i pl i n k s t a t e - b a s e di n t e r i o rg a t e w a yr o u t i n g p r o t o c o l s ( i g p s ) s u c ha so p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ( o s p f ) a n di n t e r m e d i a t es y s t e ma n d i n t e r m e d i a t es y s t e m ( i s - i s ) h a sb e e ne x t e n d e dt o s u p p o r tg m p l sr o u t i n gb y a d v e r t i s i n ga v a i l a b i l i t yo fo p t i c a lr e s o u r c e si nt h en e t w o r k ( e g ，b a n d w i d t ho i l w a v e l e n g t h s ，i n t e r f a c et y p e s ) a n do t h e rt r a f f i ce n g i n e e r i n g ( t e ) a t t r i b u t e sa n d c o n s t r a i n t s r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o lw i t ht r a f f i ce n g i n e e r i n gf r s v p t e ) 3 】 a n dc o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n gl a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ( c r - l d p ) 4 】a r ea l s o e n h a n c e dt oa l l o wt h es i g n a l i n ga n di n s t a n t i a t i o no fo p t i c a lc h a n n e lt r a i l si no p t i c a l t r a n s p o r tn e t w o r k sa n do t h e rc o n n e c t i o n - o r i e n t e dn e t w o r k i n ge n v i r o n m e n t s a n da n e wl i n km a n a g e rp r o t o c o l ( l m p ) 5 】d e s i g n e dt oa d d r e s st h ei s s u e sr e l a t e dt ol i n k m a n a g e ri no p t i c mn e t w o r k s b e s i d e s ，g m p l sr e c o v e r ym e c h a n i s m 6 h a sb e e n a d d e ds ot h a tt h ed e v i c e si nt h en e t w o r kc a nd e t e c taf a i l u r e ，r e p o r ti t ，q u i c k l y d e t e r m i n ew h e t h e r s p a r ec a p a c i t yi sa v a i l a b l eo no t h e rr o u t e s ，a n dt h e n u s es i g n a f i n gt o r e s t o r et h es e r v i c ec o n n e c t i o no n t oaf a u l t - f l e er o u t e ，c k c u m v e n t i n gt h ep o i n to f f a i l u r e 2 2 1l s p g m p l sd i f f e r sf r o mt r a d i t i o n a lm p l si nt h a ti ts u p p o r t sm u l t i p l et y p e so fs w i t c l l i n g n a m e l yp a c k e ts w i t c hc a p a b l e 口s c ) i n t e r f a c e s ，l a y e r - 2s w i t c hc a p a b l e ( l 2 s c ) i n t e r f a c e s ，t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e xc a p a b l e ( t d m ) i n t e r f a c e s ，l a m b d as w i t c h c a p a b l e ( l s c ) i n t e r f a c e s ，f i b e r - s w i t c hc a p a b l e ( f s c ) i n t e r f a c e s t h es u p p o r tf o rt h e a d d i t i o n a lt y p e so fs w i t c h i n gh a sd r i v e ng m p l st oe x t e n dc e r t a i nb a s ef u n c t i o n so f t r a d i t i o n a lm p l sa n d ，i ns o m ec a s e s ，t oa d df u n c t i o n a l i t y t h e s ec h a n g e sa n da d d i t i o n s i m p a c tb a s i cl a b e ls w i t c h e dp a t h ( l s p ) p r o p e r t i e s f ac i r c u i tc a nb ee s t a b l i s h e do n l y b e t w e e n ，o rt h r o u g h ，i n t e r f a c e so ft h es a m et y p e d e p e n d i n go nt h ep a r t i c u l a r 4 g r a d u a t et h e s i so fu e s t c ：e x p l o r a t i o no fg m p l ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o n t e c h n o l o g yb e i n gu s e df o re a c hi n t e r f a c e ，d i f f e r e n tc i r c u i tn a m e s c a nb eu s e d ，e g ，s d h c i r c u i t ，o p t i c a lt r a i l ，l i g h t p a t h ，e t c i nt h ec o n t e x to fg m p l s ，a l lt h e s ec i r c u i t sa r e r e f e r e n c e db yac o m m o nn a m e ：l s p ) f o re x a m p l e ，n e s t e dl s p ( l s pi nl s p ) ，a l s o a v a i l a b l ei ng m p l s ，f a c i l i t a t e sb u i l d i n gah i e r a r c h yo fl s p sb e t w e e ni n t e r f a c et y p e s i nt h ef o l l o w i n gf i g u r e ，a tt h et o po f t h eh i e r a r c h ya r ef s ci n t e r f a c e s ，f o l l o w e db yl s c i n t e r f a c e s ，f o l l o w e db yt d mi n t e r f a c e s ，f o l l o w e db yl 2 s c ，a n df o l l o w e db yp s c i n t e r f a c e s t h i sw a y , a nl s pt h a ts t a r t sa n de n d so nap s ci n t e r f a c ec a l lb en e s t e d ( t o g e t h e rw i t ho t h e r _ s p s ) i n t oa l ll s pt h a ts t a r t sa n de n d so n at d mi n t e r f a c e i nt u r n ， t h i sl s pc a nb en e s t e d ( t o g e t h e rw i t ho t h e rl s p s ) i n t oa nl s pt h a ts t a r t sa n de n d so na l s ci n t e r f a c e ，w h i c hi nt u r nc a nb en e s t e d ( t o g e t h e rw i t ho t h e rl s p s ) i n t oa l ll s pt h a t s t a r t sa n de n d so naf s ci n t e r f a c e 7 f i g u r e2 - 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