（信号与信息处理专业论文）光网络中gmpls流量工程实现的研究.pdf

论文题目： 专 业： 硕士生： 指导教师： 光网络中g m p l s 流量工程实现的研究 信号与信息处理 王 勇( 签名) 王亚民( 签名) 摘要 目前的数据通信网络体系结构主要包括四层：i p ，a t m ，s o n e t s d h ，d w d m ，其 中i p 层承载业务；a t m 层实现业务流量工程；s o n e ts d h 层用于传输；d w d m 层提供 传输容量。这种体系结构限制了网络的扩展并增加了网络费用。为了提高各网络设备之 间的互操作性，在混合光网络以及全光网络环境下更好地利用网络资源，并支持越来越 大的i p 业务需求，人们正在寻求最优的下一代网络解决方案，以最经济有效的方式传输 更多的业务。业界一致认为，光网络最终将发展成为i po v e rd w d m w i t hg m p l s 的协议 结构。通用多协议标签交换( g e n e r a lm u l t i p l ep r o t o c o ls w i t c h g m p l s ) 是m p l s 向光网络 扩展的必然产物。g m p l s 是一个正在标准化的公共控制平台协议，设计光控制平台是 为了协调多个厂家设备组成的网络或多个网络运营商的网络的相互操作，使光网络能够 更简单、更快、更灵活地提供网络资源。然而由于g m p l s 技术的标准还没有完全形成， 基于g m p l s 的网络也尚未大规模使用；目前，i e t f 的各个工作组正在积极致力于g m p l s 规范、信令协议和路由扩展等研究工作。 本文阐述了g m p l s 设计中对光网络流量工程的支持，包括流量工程机制，流量工 程结构，约束路由。根据m p l s 中的流量工程，我们将之扩展到光层，可以利用它进行 光路径上的流量分配。与此相适应，考虑到光网络的特点，我们设计了一种新的c s p f 约束路由算法。最后根据我们对其进行了仿真，验证了其可行性。 正是在这种背景下，文中对g m p l s 技术和g m p l s 核心转发模块以及基于g m p l s 的 流量工程的实现方案的设计进行了探讨和研究。同时，比较分析了流量工程的多种算法， 并分析了c s p f 路由算法的仿真结果。最后，提出了自己的观点。 关键词：智能光网络；m p l s ；g m p l s ；流量工程；约束i f 6 由c s p f 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t r a f f i ce n g i n e e r i n gr e a l i z a t i o ns t u d yi ng m p l sn e t w o r k s p e c i a l t y ：s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g n a m e ：w a n gy o n g i n s t r u c t o r ：w a n g y a m i n ( s i g n a t u ( s i g n a t u a b s t r a c t t y p i c a l l y ，t h e t r a d i t i o n a l d a t a n e t w o r k m a i n l y i n c l u d e sf o u r l a y e r s ： i p ， a t m ，s o n e t s d h ，a n dd w d m s u c ha r c h i t e c t u r eh a sh i n d e r e dt h eg r o w t ho ft h en e t w o r k ， a n da l s oi n c r e a s e dt h ec o s to ft h en e t w o r k t oi m p r o v et h ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nn e t w o r k d e v i c e s ，a n dt om a k et h eb e s tu s eo ft h en e t w o r kr e s o u r c e si nh y b r i do p t i c a ln e t w o r ka n da l l o p t i c a ln e t w o r k ，a l s o ，t os u p p o r tt h ei n c r e a s i n gi ps e r v i c ed e m a n d ，i ti sv e r yu r g e n tt os e e k f o ra no p t i m a ls o l u t i o nf o rn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，t r a n s m i t t i n gm o r es e r v i c ebt h em o s t e c o n o m i c a la n de f f e c t i v em e a n s i ti sg e n e r a l l yb e l i e v e dt h a to p t i c a ln e t w o r kw o u l dd e v e l o p i n t o i po v e rd w d mw i t hg m p l sp r o t o c o ls t r u c t u r e g m p l si sa ni n e v i t a b l er e s u l to f m p l s se x t e n s i o nt oo p t i c a ln e t w o r k s g m p l si sap u b l i cc o n t r o lp l a t f o r mp r o t o c o lb e i n g s t a n d a r d i z e d b u tb e c a u s et h es t a n d a r d so ft h i st e c h n o l o g ya r ei m m a t u r e ，n e t w o r k sb a s e do n g m p l sh a v e n tb e e nu s e db r o a d l y p r e s e n t l y ，i e t fi sd e v o t i n gt ot h er e s e a r c ho fg m p l s s t a n d a r d ，s i g n a l i n gp r o t o c o la n dr o u t i n ge x p a n s i o np o s i t i v e l y t h i sa r t i c l ee l a b o r s t e di nt h eg m p l sd e s i g nt ot h el i g h tn e t w o r ke n g i n e e r i n g s u p p o r t i n c l u d i n gt h ee n g i n e e r i n gm e c h a n i s m t h et r a f f i ce n g i n e e r i n gs t r u c t u r e ，r e s t r a i n st h e r o u t e a c c o r d i n gt om p l si nt r a f f i ce n g i n e e r i n g ，w ee x p a n s i o nt ob r o a dl e v e l m a yu s ei tt o c a r r yo nt h el i g h tw a yt h ec u r r e n tc a p a c i t ya s s i g n m e n t a d a p t sw i t l lt h i s c o n s i d e r e dt h el i g h t n e t w o r kt h ec h a r a c t e r i s t i c ，w eh a v ed e s i g n e do n ek i n do fn e wc s p fr e s t r a i n tr o u t ea l g o r i t h m f i n a l l ya c c o r d i n gt ou st oc a r r yo nt h es i m u l a t i o nt oi t ，h a sc o n f i r m e di t sf e a s i b i l i t y s ou n d e rt h i s b a c k g r o u n d ，g m p l sa n d i t sk e m e lt r a n s m i tm o d u l ea n dt r a f f i c e n g i n e e r i n gd e s i g nb a s e do ng m p l sa r eb e i n gd i s c u s s e da n dr e s e a r c h e d t h i si s a l s oa n i m p o r t a n tp a r to ft h i st h e s i s i nt h i sp a r t ，e x i s t i n gr o u t i n ga l g o r i t h m sa r ei n t r o d u c e da n d c o m p a r e d a n dt h ea l g o r i t h mw ep r o p o s e di sa n a l y z e da n dd i s c u s s e d f i n a l l y ，t h es i m u l a t i o n v a l i d a t i o nw a sc a r r i e do u t t h el a s t p a r ti s ac o n c l u s i o n t h i sp a r ts u m m a r i z e dt h em a i n c o n t e n t so ft h i st h e s i s s i m u l t a n e o u s l y ，e x i s t e dp r o b l e m sa r ep o i n t e do u t k e yw o r d s ：a s c i n m p l sg m p l st ec b rc s p f t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 要料技女学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他入或集体己经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表示了谢意。 2 学位论文作者签名：j 乏现日期：知0 7 3 3 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 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 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 口 工勇 指导教师签名： 渺 年多bf 日 1 绪论 1 1 引言 1 绪论 传统光网络已经很难适应业务发展对网络智能化的要求。近几年，随着i p 业务的 爆炸性增长，对网络带宽的要求不仅变得越来越大，而且由于i p 业务量本身的不确定 性和不可预测性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。在传统的光网络中，主要 靠人工配置网络连接的方法，原始方法耗时费力，不仅难以适应现代网络和新业务提供 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输网能够为客户提 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。 光网络迫切需要融合各种先进的网络技术，向下一代智能光网络演进。自动交换光 网络( a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，a s o n ) 【1 】是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能力，还能提供更强大的生存性和更加智能的网 络的管理。并且这些所有a s o n 智能都是建立在a s o n 网络中的控制平面基础之上。 控制平面是a s o n 的核心，控制平面的引入使得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 状网保护与恢复的实现以及对光虚拟专用网( v p o n ) 的提供等。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 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 ) 【2 1 g m p l s 是多协议标记交换 ( m 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 ) 向光网络中的扩展，由于其设计方面的先导性 好灵活性，所以非常适用于a s o n 控制平面的具体实现。 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，如图l 所示。其中i p 层用 于承载业务；a t m 层用于承载集成多种业务；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，促进了网络层次的简化。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 3 1 。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。 西安科技大学硕士学位论文 i p a t m s d h w d m ( a ) 四层网络模型 1 2g m p l s 概述 如图1i p o v e r w d m 网络发展趋势 i p g m p l s w d m ( b ) 两层网络模型 光交换技术的出现使人们终于找到了改造传输网络的契机，l t u t 、o i f 和o d s i 等组织纷纷推出智能光交换的体系结构和相应的接口标准。其基本思想是将光传送网智 能化，保证对上层交换网的良好承载能力，并与o s i 的传统模型保持一致，业界将其统 称为o v e r l a ym o d e l 与此同时，i e t f 也推出了一种被称为p e e rm o d e l 的网络模型，这就 是g m p l s 。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 l s w i t c h i n g ) 是m p l s 向光网络扩展的必然产物，它为了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 进行了扩展、更新。在智能光网络中，基于g m p l s 协议完成是实现光网络节点控制平面的主要途径，光网络节点通过g m p l s 协议可完成 信令、路由、链路管理等功能，真正实现了光传输网与业务交换网的集成，为发展新业 务创造了良好的条件。g m p l s 对光网络生存性方面的支持主要体现在其为光网络的故 障恢复机制提供了消息的处理机制 1 2 1g m p l s 出现的背景 随着网络的不断扩大，数据业务量的不断增长，业务的日趋复杂，使现有网络不堪 重负，人们越来越不能忍受这种尽力而为( b e s te f f o r t ) 的传输模式了。另一方面，互 联网服务提供商i s p ( i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r s ) 又比以往任何时候都更重视利润，i n t e m e t 迫切需要在按需扩展的带宽占用、快速便捷的路由选择、有保证的服务质量q o s ( q u a l i t y o fs e r v i c e ) 、灵活多样的定制服务等多个方面得到快速发展。正是由于上述多方面的需 求驱动了ip 技术与光通信技术的融合，使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 ) 的出现成为必然。 在传统网络模型中，传输层、链路层、网络层相互独立，各自用自己的语言在本层 内的设备间沟通，形成了各自的标准体系。在g m p l s 的体系结构中，没有语言的差异， 只有分工的不同，g m p l s 就是各层设备的共同语言。g m p l s 统一了各层设备的控制平 面，各个层面的交换设备都将使用同样的信令完成其对用户平面的控制。因此可以说， 2 1 绪论 g m p l s 是网络世界的世界语，它将使不同网络设备实现真正的畅通交流，从而推动网 络的智能化，并实现在i p 基础上的互通乃至真正融合。 1 2 2g m p l s 的优点 光通信网络中所交互的是大量的数据流，它使用的变量单元也相应的是基于波长 ( w a v e l e n g t h ) 、时隙( t i m e s l o t ) 、甚至是波段( w a v e b a n d ) 的。在中间节点的交换 处，光交换机只要看到波长、时隙或者是波段的对照表就可以将数据流交换出去。光纤 是光通信网络中最明显、最基本的交换单元。波长和光波段也是一个很普遍的交换单元。 当然，还有延续至今仍然作为光网络承载业务主流的时隙交换单元。在光通信网络中 g m p l s 对m p l s 标签进行了扩展，使得标签可以对分组、时隙、波长、光纤等进行统 一标记，使标签具有有了真正意义上的“通用”。另一方面，g m p l s 扩展了m p l s 的标 签交换路径l s p 机制，使得“通用”标签和标签交换路径l s p 不仅仅可以支持分组交换 接口( p s c ，p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ) 、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 ) ， 还可以支持时隙交换接口( 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 ) 、波长交换接 口( l s c ，l a m b d as w i t c hc a p a b l e ) 和光纤交换接口( f s c ，f i b e rs w i t c hc a p a b l e ) 。 g m p l s 继承了几乎所有m p l s 的特性和协议，是m p l s 向光网络的扩展，它可以用统 一的控制平面来管理多种不同技术组建的网络，从而为简化网络结构、降低网络管理成 本和优化网络性能提供了重要保证。通用m p l s ( g m p l s ) 是m p l s 向光网络扩展的 必然产物，它为了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 进行了扩展、更新。在智能光网络中，基于g m p l s 协议完成是实现光网络节点控制平 面的主要途径，光网络节点通过g m p l s 协议可完成信令、路由、链路管理等功能，真 正实现了光传输网与业务交换网的集成，为发展新业务创造了良好的条件【3 】。 1 3g m p l s 发展现状 g m p l s a s o n 控制平面从s d h 延伸到w d m 以及c e ，甚至实现多个传送层面的 统一控制，是技术发展的必然趋势。借助智能光网络控制平面，网络的可靠性得到提高， 同时也可快速提供新的带宽业务如光虚拟专网o v p n ，带宽点播b o d 等，也可给网络 的运维带来效率的提升和成本的降低。但是，美好的愿景仍旧受制于现实条件：厂家并 不具备强大的o s s 和其他网络业务运营支撑系统；运营商内部的业务处理流程( 如数 据和传送部门的关系) 制约了新业务的应用；智能光网络的网络设计理念需要变更，网 络规划和工程实施都需要据此进行相应转变，而这个转变冷却了许多运营商对智能光网 络的热情；此外，标准化进程也制约了g m p l s a s o n 控制平面的发展，还有技术难点 需要攻克，以及标准化，如多层l s p 嵌套、大规模多厂家多域组网等。 3 西安科技大学硕士学位论文 2g m p l s 体系结构及核心技术 2 1g m p l s 的体系结构 基于向光网络扩展的需要 4 1 ，g m p l s 与m p l s 不同，它支持多种类型的交换单元， 即g m p l s 除了支持分组交换外，还支持t d m 、波长和光纤交换等。为了支持这种新 型的光交叉连接，g m p l s 拓展了m p l s 信令和路由协议，增加了新功能。 2 1 1 信令 信令用来完成lsp 的建立过程。gmp ls 的信令由三部分组成： 信令的功能性描述( g m p l s - - s i g ) 扩展的r s v p t e ( r s v p t e g m p l s ) 扩展的c r l d p ( c r l d p g m p l s ) r s v p t e g m p l s 和c r l d p g m p l s 是功能相同的两个协议，m p l s 中就没 有进行选择，g m p l s 也不作明确要求，完全交由运营商选择( 当然运营商必须选择， 因为两个协议是无法互通的) 。与m p l s - - t e 的信令过程相同，g m p l s 的l s p 建立过 程也是由上游节点向目的端发出“标记请求消息”、目的端返回“标记影射消息”。所不同 的是，“标记请求消息”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 l s c f s c ) 、载荷类型和链路保护方式等。另外，由于传输网络的路径通常都是双向 的，因此g m p l s 特别定义了建立双向l s p 的方法。同时，既然是双向l s p ，自然没有 上游和下游的区别，l s p 的两个端点都有权发起l s p 的建立过程，如何处理这一冲突， g m p l s 建议采用比较双方n o d ei d 大小的方式，这就意味着所有交换节点( 包括p s c 、 t d m 、l s c 、f s c ) 都必须配置一个公用的n o d ei d 。 2 1 2 路由与寻址 控制平面的一体化并不等同于没有层次结构，控制平面的层次结构体现在路由域的 划分上。如果路由器将a d m 或光交换机视为路由上的邻居( n e i g h b o r ) 会形成r 1 一a d m a d m l 迎一光交换机一光交换机一r 3 这样一条p s c - - l s p ，这就意味着，路由器在 分组头上打的标记需要由a d m 或光交换机完成交换。很显然，a d m 和光交换机不能 完成分组头的标记交换过程，它们有其固有的交换方式( 电路交换和光交换) 。因此， 路由的结构必须是层次化的。 g m p l s 将网络划分为两个层次：分组交换层( p s c ) 和非分组交换层( n o n - - p s c ) 。 非分组交换层当然还可以细分，特别是当t d m 与光交换由不同设备完成时，进一步细 4 2g m p l s 体系结构及核心技术 分是非常必要的。每一个非分组交换层可以自成为一个a s ( 自制系统) ，即自成一个单 独的路由域。每个域内可以运行不同的内部路由协议( g m p l s 仅定义了两种扩展的i g p 协议：o s p f - - t e 和i s i s t e ) ，域间则运行扩展的b g p 4 ( 目前尚未定义) 。众所周知， 在传统的路由网络中，两个i g p 的邻居之间必须用物理链路直连，否则二者不能成为邻 居。因此，g m p l s 重新定义了链路的概念，规定网络有权将部分l s p 作为链路并在路 由域内进行通告。为此，g m p l s 还设计了一个复杂的链路管理协议( l m p ) ，这是g m p l s 体系中一个非常重要的组成 g m p l s 是由m p l s - - t e 演进而来，信令和寻址是两个重要体现。m p l s - - t e 规定 了两种寻址方式：显式路由( e x p l i c i tr o u t e ) 和逐跳路由( h o pb yh o p ) 。e x p l i c i tr o u t e 类似于源路由技术，在入1 3 处指定路径中的每个节点；而h o p b yh o p 则是由中间的每 个节点自行决定下一个出口节点。很显然，h o pb yh o p 模式要求中间的每个节点拥有全 路由，这对于设备路由处理能力的要求是非常高的。所以为了降低对传输网络设备的要 求，g m p l s 指定显式路由( 包括宽松型和严格型) 作为设备必须具备的能力，将逐跳 路由作为可选能力。 另外，为了提高g m p l s 的扩展性，同时为了满足将光网络的路径信息向i p 设备通 告的需要，g m p l s 引入了虚拟链路的概念，称之为f o r w a r d i n g a d j a c e n c i e s ( f a ) 2 1 3g m 咿l s 的标记 g m p l s 网络包含了各种交换方式：分组交换、电路交换甚至光交换，因此标记也 不能仅仅用于加载在分组头上用以标识每个分组的交换方式。g m p l s 分别为电路交换 ( 主要是s d h ) 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。在非分组交换的网络中，标记仅用于控制平面，而不用于用户平面。一条 t d m 电路( t d m l s p ) 的建立过程与一条分组交换的连接( p s c l s p ) 的建立过程 完全相同，源端发送“标记请求消息”后目的端返回“标记影射消息”。所不同的是，标记 影射消息中所分配的标记与时隙或光波一一对应。当前定义的l s p 类型如表1 所示： 表1 所示 当前定义l s p 参数 l s p 编码类型8 b i t 编码类型 l p a c k e t 2e t h e m e tv 2 d i x 3 a n s ip d h 4 e t s ip d h 5 西安科技大学硕士学位论文 5s d hi t u tg 7 0 719 9 6 6s o n e ta n s it 1 1 0 5 - 1 9 9 5 7 d i g i t a lw r a p p e r 8 l a m b d a ( p h o t o n i c ) 9 f i b e r 1 0e t h e m e t8 0 2 3 1 1s d hi t u - tg 7 0 72 0 0 0 1 2s o n e ta n s it 1 1 0 5 2 0 0 0 2 1 4 链路管理协议( lmp ) 链路管理协议( l m p ) 1 5j 6 1 是g m p l s 体系中非常重要的组成部分。包括控制信 道管理、链路所有权关联、链路连接性验证和故障隔离定位。其中控制信道管理是其 中的主要内容，用于建立和维护节点之间的控制信道。 ( 1 ) 、控制信道用于在两个邻接节点问承载信令、路由和网络管理信息。 g m p l s 采用专用信道( 与数据信道分离) 承载控制信息，不仅因为在传输网络中 必须采用这一方式，而且因为采用专用信道可以提高网络的可靠性和可管理性。 g m p l s 对控制信道的可用性要求极高，与数据信道的分离也为此提供了可能。 g m p l s 通常要求为控制信道预配置备份通道。控制信道与数据信道分离会给i p 网络带 来一些困惑，传统i p 网络是通过控制路由信令来判定数据通路的状态，在出现故障 后通过路由的重新计算为数据寻找新的路由。因此在数据信道与控制信道分离后， g m p l s 必须为数据信道设计新的协议以完成数据信道的检测。 ( 2 ) 、链路所有权关联 交换链路所有权可以动态改变链路的特性，可以增加链路、改变链路保护机制、改 变端口标识符等。 ( 3 ) 、链路连通性验证 链路连通性验证是一个可选的规程，在链路交换配置阶段会协商是否启用此规程。 链路连通性验证规程主要用于验证数据链路的连通性，它通过发送p i n g 类的测试消息 逐一验证所有数据链路( 包括捆绑链路中的每个组件( c o m p o n e n tl i n k ) ) 。 ( 4 ) 、故障定位隔离 故障定位对于网络运营非常重要。快速的故障定位是实现快速自愈和快速人为响应 的前提。故障定位分为两个阶段：故障检测和故障通告。在各种传输协议并存的g m p l s 网络中，光信号丢失是最通用的检测手段。但在复杂的纯光网络中，光信号经历了众多 器件环节，准确地定位仍然是一件非常困难的工程，带外的管理系统可能是一个良好的 6 2g m p l s 体系结构及核心技术 辅助手段。g m p l s 还没有能够制订完善的规程来完成这一功能，它只是提出希望系统 能够综合各个采集点所提供的信息进行更智能的分析，快速定位故障点。 2 2g m p l s 工作原理 通过产生虚拟的l s p ( 标记交换路径) ，在一个l s r ( 标记交换路由器) 网络上， m p l s 能够改善i p 的规模和q o s 。相对于m p l s ，g m p l s 的一个增强之处就是在l a y e r l 层次上建立连接的能力。 g m p l s 具有两种应用模型：覆盖模型和匹配模型。在覆盖模型中，也被称作u n i ， 路由器是光纤域的一个客户机，只与邻接的光纤节点直接作用，实际的物理光通路由光 纤网络而不是路由器来决定。而在匹配模型中，i p m p l s 层的作用就像一个光传输层的 完全匹配，特别是i p 路由器可以确定包括通过光纤设备在内的连接的整个路径。 无论匹配模型还是覆盖模型，g m p l s 的目标是扩展从路由器到光纤域的m p l s 范 围，其传输决定基于时间槽、波长或物理端口( 在g m p l s 技术中被称为“暗示标记”) ， 而不是信息包的分界线。g m p l s 通过支持新种类的l s r ( 包括密集波长分割多路复用 器、加减多路复用器和光纤交叉连接) 使这样的连通域匹配成为可能。 g m p l s 使用i g p ( 内部网关协议) 扩充来支持多种连接类型，包括常规的、非信息 包的和邻接的连接送入连接状态数据库。如果在连接的任何一端的节点能够收发信息包 的话，g m p l s 将它们视为一个常规连接，反之它们被作为一个非信息包连接。如果一 个l s r 产生并保持一个标记交换路径，它能够将l s p 进入i g p 作为一个前行邻接来通 告。这个方法的关键之处在于g m p l s 定义了l s p 的层次，这使l s p 的嵌套能够支持通 信中继线的建立。该功能类似于m p l s 对标记堆栈的支持，很多小的l s p 可以通过聚 集成为一个大的l s p 。g m p l s 和l s p 的工作方式有很多的相同之处，它们都是对于物 理路径的一个虚拟表达。 在g m p l s 建立起来的层次之中，由信息包交换节点开始和终止的l s p 处于最底层， 随后逐渐递增的层次分别是连接t d m 交换节点、l a m b a 交换节点和光纤交换节点的 l s p 。g m p l s 有望可以帮助业务供应商动态提供带宽和容量，改善网络恢复能力并降 低运营开支。像光纤v p n 这样具备新的利润增长点的业务也可能会由g m p l s 产生。 另一个可预见的收益是由g m p l s 支持丌放标准带来的，这使电信商可以在建设网络时 使用符合标准的最优设备。 随着i p 通信和业务的增长，对g m p l s 的需求也会增加。但挑战也同时存在，厂商 需要建立起引入g m p l s 的成功商业案例。而企业如果想获得最大效率的话，他们还必 须克服分隔光纤传输和管理域的自身组织上的障碍。 7 西安科技大学硕士学位论丈 2 3g m p l s 和m p l s 比较 g m p l s 和m p l s 是两个容易混淆的技术术语1 7 j1 8 j 。人们很容易将g m p l s 在控制 平面中的应用和m p l s 在数据平面中的应用混淆起来。虽然g m p l s 是从m p l s 发展而 来的，但是它在控制平面中的应用却与m p l s 有很大差别。m p l s 本质上是只为分组交 换网络设计的。m p l s 技术的优势在于它可以提供传统网络所不能提供的流量工程能力 和更强的传送能力。g m p l s 和m p l s 的一个主要区别就在于它们的功能性重点不同。 m p l s 的注意力集中在数据流传送方面，g m p l s 则把注意力放在连接管理方面。这种 连接管理可对数据平面进行具体管理，并且这种数据平面可同时包括具备分组交换使能 ( p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ) 和不具备分组交换使能的接口。更进一步，这种不具备分组交 换使能的接口又可被分为时分复用使能( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e xc a p a b l e ) 、波长交换使能 ( l s c ：l a m b d as w i t c hc a p a b l e ) 以及光纤交换使能( f s c ：f i b e r - - s w i t c h e dc a p a b l e ) 等几种类型。m p l s 和g m p l s 之间的另一个差异在于m p l s 需要在一对路由器之间建 立一条标记交换通路( l s p ) ，而g m p l s 仅需要在任何两个类似的标记交换路由器( l s r ) 之间建立l s p 就可以了，也就是说在g m p l s 中把l s p 端点设备的范围从路由器扩展到 了多种标记交换路由器。例如，我们可以在两个s d h s o n e t 的分插复用器( a d m ) 之间建立一条时分复用的l s p ，也可以在两个波长交换器之间建立一条l s c 的l s p ，甚 至还可以在两个光纤交换系统之间形成一条f s c 的l s p 。g m p l s 还允许一条l s p 嵌套 在另外一条l s p 中，形成l s p 的层次结构，这种能力使得g m p l s 网络具备更好的规模 性能力。 g m p l s 在以下几方面拓展和更新了传统的m p l s 机制： ( 1 ) 跨越p s c 接口的l s p 的建立在原有的m p l s 或m p l s t e 控制平面中已有明 确定义，g m p l s 扩展这些控制平面以支持以上介绍的四种等级的交换接口( 即层次) ，适 合于完全独立的对每一层次进行控制，有利于将来其它组网模型的开发。g m p l s 控制 平面由多个构建模块组成，这些构建模块是对m p l s 经扩展和修改后的信令和路由协 议，它们可以使用i p v 4 或i p v 6 。相对于以往的m p l s 增加了一个新的特定协议，即链 路管理信令协议( l m p ) 。 ( 2 ) g m p l s 是真正的基于m p l s 的流量工程( t e ) 扩展，这是因为大部分能够使用 于底层p s c 的技术都要求一些流量工程，这些层次l s p 的配置一般需要考虑一些约束 ( 如带宽、保护能力等) 并旁路最短路径优先算法( s p f ) 。扩展传统的路由协议和算法需要 统一的编码和传递t e 链路信息，而光网络的信令要求使用显式路由( 如源路由) 。另外， 针对光网络的信令要求能够传输所需要的l s p 参数，如带宽、信号的类型、所希望的保 护、特定复用的位置等。许多协议扩展已为p s c ( i p ) 定义了m p l s 流量工程，g m p l s 增加了额外对于t d m 、l s c 和f s c 流量工程支持的功能扩展。 8 2g m p l s 体系结构及核心技术 ( 3 ) g m p l s 扩展了定义于m p l s t e 信令中的信令协议，即r s v p t e 和c r l d p ， 不过并没有规定使用哪一协议，而由厂商和运营商根据其自身的条件决定。标签分配策 略没有限制，可以为请求驱动、业务数据驱动或拓扑驱动。在路由选择中，显式路由在 使用上没有限制，正常采用显式路由( 严格或松散) ，但逐跳路由也同样可以使用。g m p l s 进一步扩展两个传统的己为t e 扩展的域内路由协议，即0 s p f t e 和i s i s t e 。但是如 果使用显式路由，这些协议所使用的路由算法则不再需要进行标准化，因为它们此时只 是用于显式路由的计算，从而不再使用逐跳路由。对域问路由，还在进一步的研究。 ( 4 ) d w d m 等技术的使用意味着能够在两个直接相邻的节点间拥有大数目的平行 链路( 上百的波长数，如果使用多条光纤甚至上千的波长数) 。对如此众多的链路进行手 工配置和控制是完全不可行的，为此在g m p l s 中引入了链路捆绑的概念。链路管理协 议( l m p ) 就是针对这个问题提出的，用于链路提供和故障隔离，同时它还可以用于 g m p l s 之外的信令协议中。l m p 的一个独有的特性是它可以隔离透明和非透明网络的 故障，独立于数据所使用的编码方案。l m p 可用于验证节点间的连接，并隔离网络中 的链路、光纤或信道故障。g m p l s 信令和路由协议要求至少具有一个双向控制信道以 进行通信，甚至在两个相邻节点以单向链路相连时也可使用多个控制信道。l m p 可用 于建立、维护和管理这些控制信道。 2 4g m p l s 的核心技术 为了兼容i p 和光传输网的共同管理，g m p l s 对m p l s 标记进行扩展，使得标记不 但可以用来标记传统的数据包，还可以标记t d m 时隙、光波长、光波长组、光纤等； 为了充分利用光网络资源，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 i n km a n a g e m e n t p r o t o c o l ，l m p ) 2 4 1g m p l s 接口1 9 1 g m p l s 对m p l s 原有3 2 b i t 定长的标记进行了很大的扩展，将t d m 时隙、光波 长、光纤等也用标记进行统一标记，使得g m p l s 不但可以支持i p 数据包和a t m 信元， 而且可以支持面向话音的t d m 网络和提供大容量传输带宽的w d m 光网络，从而实现 了i p 数据交换、t d m 电路交换和w d m 光交换的归一化标记。 g m p l s 定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，他们分别是： p s c 分组交换接1 ：3 ( 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。 l 2 s c 第二层交换接1 3 ( l a y e r 2s w i t c hc a p a b l e ) ：进行信元交换。通过识别信元分 9 西安科技大学硕士学位论丈 组边界，根据信元头部信息转发信元。 t d m c 时隙交换接口( 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。 l s c 交换波长交换接1 3 ( 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。 f s c 光纤交换接口( f i b e rs w i t c hc a p a b l e ) ：根据光纤在物理空间中的实际位置对 其转发。 如图2g m p l s 五种接口类型 2 4 2g m p l s 网络框架结构及工作流程 ( 1 ) g m p l s 框架结构【1 。】f i l l l s r 上图描述了g m p l s 网络模型。g m p l s 网络由边缘部分的l e r ( 标记边缘路由器) 和核心部分的l s r ( 标记交换路由器) 组成。其中l e r 是g m p l s 网络同其他网络交接的 边缘设备，它提供流量分类和标记f e c 绑定( 在i n g r e s sl e r ) 、标记的删除( 在e g r e s s l e r ) 功能。而l s r 是g m p l s 网络的核心设备，它通过标记信息库( l i b ) 执行标记 1 0 2g m p l s 体系结构及核心技术 交换( l a b e ls w a p p i n g ) ，具有第三层转发分