（通信与信息系统专业论文）基于gmpls的vpn波长分配算法及用户接口技术研究.pdf

摘要 摘要 日益增长的带宽密集型新应用如：分布式存储、e s c i e n c e 、多业务融合、高性 能v p n 的广泛应用和发展，给传送网络带来了新的挑战和需求。随着新型智能光 网络的出现，基于智能光传送网络的新型v p n 技术已成为国际标准化组织、工业 界和学术界广泛关注的研究热点。本文选取了两个方面进行展开研究：( 1 ) 基于 g m p l s 的波长分配算法研究：( 2 ) v p n 的用户接口技术研究。 本文首先介绍了研究背景，国内外发展现状以及课题的来源，并介绍了本文 的主要工作以及章节安排。本文得到国家高科技研究发展计划的资助( 资助号： 2 0 0 7 a a 0 1 2 2 4 6 ) 。 接着讨论了通用多协议标签交换协议体系结构：通用多协议标签交换将数据 面与控制面分离，并支持多种类型的交换接口、层次化的标签交换路径设计，定 义了建议标签和设点标签的概念，增添了新的链路管理协议等。 然后，本文对p w a 波长分配算法和标签优先级波长分配算法进行了研究，并 对标签优先级波长分配算法进行了改进。同时，在两种优先级波长分配算法的基 础上，本文提出了基于g m p l s 的双重优先级波长分配算法。o p n e t 仿真结果表 明：相对于g m p l s 和标签优先级波长分配改进算法，基于g m p l s 的双重优先级 波长分配算法显著的降低了网络的阻塞概率，提高了网络的利用率。 最后，本文研究了基于h o s e 软管技术的v p n 模型，并针对h o s ev p n 模型的 特性以及用户的需求提出了基于h o s ev p n 的用户可控模型。同时，设计了一种自 动调节用户接口带宽的机制用于该用户可控模型。基于h o s ev p n 的用户可控模型 节省了承载网络的资源，在满足了用户的需求的同时，降低了v p n 用户租用网络 资源的成本。 本文的主要贡献和创新包括以下几个方面。针对标签优先级波长分配算法的 问题提出了标签优先级波长分配算法的改进算法；在p w a 波长分配算法和标签优 先级改进算法的基础上提出了基于g m p l s 的双重优先级波长分配算法，并使用 o p n e t 进行仿真验证；针对h o s ev p n 模型的特性以及用户需求提出了基于h o s e v p n 的用户可控模型，并设计了一种自动控制h o s ev p n 接口带宽的用户带宽控 制方法用户该用户可控模型。 摘要 关键词：通用多协议标签交换，波长分配算法，用户接口技术 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hn e wb a n d w i d t h - i n t e n s i v ea p p l i c a t i o n s ，s u c ha sd i s t r i b u t e ds t o r a g e ，e - s c i e n c e ， m u l t i s e r v i c ei n t e g r a t i o n ，a n dt h eh i g h - p e r f o r m a n c ev p n ( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ) , b e i n ga p p l i e dw i d e l y , t r a n s m i s s i o nn e t w o r k f a c e sn e wc h a l l e n g ea n dn e wd e m a n d w i t h t h ed e v e l o p m e n to fn e wi n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ，an o v e lv p nb a s e do ni n t e l l i g e n t o p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r kh a sb e c o m et h er e s e a r c hh o t s p o tf o ro r g a n i z a t i o n ，i n d u s t r y a n da c a d e m i a i nt h i sw o r k ，w es e l e c tt w oa s p e c t st or e s e a r c h ：( 1 ) r e s e a r c ho f w a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h mb a s e do ng m p l s ；( 2 ) r e s e a r c ho fu s e ri n t e r f a c e t e c h n o l o g yf o rv p n f i r s t l y ，t h eb a c k g r o u n d ，s o u r c ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h i sw o r ka r ei n t r o d u c e d t h i s w o r ki ss u p p o r t e db yc h i n e s en a t i o n a lp r o g r a m sf o rh i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t ( 2 0 0 7 a a 0 1z 2 4 6 ) ， s e c o n d l y , g e n e r a l i z e d 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 ( g m p l s ) p r o t o c o l a r c h i t e c t u r ei sd i s c u s s e d ，w h i c hc l e a r l ys e p a r a t e st h ec o n t r o lp l a n ea n dt h ef o r w a r d i n g p l a n e ，t os u p p o r tm u l t i p l et y p e so fs w i t c h i n g v a r i o u sf e a t u r e so fg m p l si n c l u d i n g b i d i r e c t i o n a ll a b e ls w i t c hp a t h ，l i n kb u n d l i n g ，u n n u m b e r e dl i n k s ，l i n km a n a g e m e n t p r o t o c o l ，s u g g e s t e dl a b e l ，l a b e ls e ta r ei n t r o d u c e d t h i r d l y , p r i o r i t y b a s e dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ( p w a ) a l g o r i t h ma n dl a b e l p r i o r i t i z a t i o nw a v e l e n l g t ha s s i g n m e n t ( l p w a ) a l g o r i t h ma r ei n v e s t i g a t e da n da n i m p r o v e dl p w aa l g o r i t h mi sp r o p o s e dt oe n h a n c et h ej u s t i c eo fn e t w o r k t h e n ，a d o u b l ep r i o r i t i e sw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ( i ) p w a ) a l g o r i t h mi sa l s op r o p o s e df o r g m p l s c o n t r o l l e do p t i c a ln e t w o r kb a s e do np w aa l g o r i t h m s i m u l a t i o n ss h o wt h a t t h ed p w a a l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h eb l o c k i n gp r o b a b i l i t yo f s e r v i c e s f i n a l l y , v p nm o d e lb a s e do nh o s e - t e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e da n dau s e r - c o n t r o l l e d i n t e r f a c em o d e lb a s e do nh o s ev p nm o d e li sp r o p o s e da d a p t i n gt ot h eh o s e v p n c h a r a c t e r i s t i c sa n du s e rd e m a n d s t h i sm o d e li n c r e a s e st h en e t w o r ku t i l i z a t i o nf o r n e t w o r kp r o v i d e ra n dr e d u c e st h ec o s to f v p nf o rv p nu s e r s t h em a i nc o n t r i b u t i o na n di n n o v a t i o no ft h et h e s i si n c l u d et h ef o l l o w i n g t h e l p w a a l g o r i t h mi si m p r o v e da n dt h ed p w aa l g o r i t h mi sp r o p o s e da n ds i m u l a t e du s i n g 1 1 1 a b s t r a c t o p n e tt 0 0 1 au s e r - c o n t r o l l e di n t e r f a c em o d e lb a s e do nh o s ev p ni sp r o p o s e dt o c h a n g eb a n d w i d t ho ft h eh o s ei n t e r f a c ea u t o m a t i c a ll y k e y w o r d 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 ，w a v e l e n g t ha s s i g n m e n t a l g o r i t h m ，u s e ri n t e r f a c et e c h n o l o g y i v 图目录 图 目录 图2 1m p l s 网络的基本结构9 图2 2l s p 层次化结构1 2 图2 3l s p 的嵌套关系1 2 图2 4g m p l s 请求标签13 图2 5g m p l s 的通用标签格式1 4 图2 - 6 波长交换和光纤交换标签1 4 图2 7 光波段交换标签l4 图2 8g m p l s 设定标签实体一1 6 图3 1p w a 波长分配算法波长分配图2 l 图3 2 双重优先级波长分配算法网络模型2 9 图3 - 3 本地节点的节点模型3 0 图3 4 本地节点的数据源进程配置3 l 图3 5 本地节点处理进程的进程模型3 l 图3 - 6 路由器节点的节点模型3 2 图3 7 路由器节点处理进程的进程模型3 2 图3 8 网络负载v sl s p 持续时间3 4 图3 - 9l s p 建立的阻塞概率v s 网络负载3 5 图4 1 基于h o s e 的v p n 模型3 7 图4 2 基于h o s e 的v p n 虚拓扑3 8 图4 3 用户带宽控制单元3 9 图4 4 带宽查询及应答消息：4 l 图4 5 带宽调整申请及应答消息4 l 图4 - 6 带宽控制及应答消息4 2 图4 7 发送数据控制单元进程流程图厶4 3 图4 - 8 接收数据控制单元进程流程图4 4 图4 9 增大发送带宽模型消息发送过程4 6 图4 1 0 减小发送带宽、减小接收带宽模式消息发送过程4 7 v 1 1 1 图目录 图4 1l 用户带宽控制方法事例一4 8 图4 1 2 带宽查询消息4 9 图4 1 3 带宽查询应答消息。5 0 图4 一1 4 带宽调整申请消息5 0 图4 1 5 带宽调整申请应答消息5 l 图4 1 6 带宽控制消息5 1 图4 1 7 带宽控制应答消息。5 l i x 缩略字表 a s t n a p f p 缩略字表 a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k 自动交换传送网 a v a i l a b l ep o o l f l a g g e dp o o l g m p l sg 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 l m p l s p m p l s o x c l i n km a n g e m e n tp r o t o c o l l a b e is w i t c hp a t h 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 o p t i c a lc r o s s c o n n e c t 空闲域 标记域 通用多协议标签交换 链路管理协议 标签交换路径 多协议标签交换 光交叉连接器 r o a d m r e c o n f i g u r a b l eo p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r 光分叉复用器 露翮 s p u p 啪 u i v p n w d m w l s w s s r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t 路由与波长分配 s e r v i c ep l a n e u s e dp o o l u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e u s e ri n t e r f a c e v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k 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 a v e l e n g t hi n t e r c h a n g es w i t c h s w a v e l e n g t hs e l e c t e ds w i t c h s x 服务层 占用域 用户网络接口 用户接口 虚拟专用网络 波分复用 具有波长交换能力 无波长交换能力 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己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：差0 牡日期： 年月日 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) 签名：兰衅导师签名：单盘垄 日期：年月日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 日益增长的带宽密集型新应用如：分布式存储、e s c i e n c e 、多业务融合等驱 动了高性能虚拟专用网络( v p n ，v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ) 的应用和发展，同时 也给v p n 技术带来了新的挑战和需求：用户可控、组播支持、资源优化管理等， 而现有的v p n 技术无法满足这种承载需求。然而，随着新型智能光网络的出现， 基于智能光传送网络的新型v p n 技术已成为国际标准化组织、工业界和学术界广 泛关注的研究热点。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 光传送网络发展现状 当前广泛使用互联网协议( i p ，i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 作为网络层传输协议，提 供不可靠的、无连接的和尽最大努力的传输服务【l 】。近年来由于互联网一些新业 务的应用与发展，如流媒体、分布式存储、多业务融合等，网络的数据流量呈现 爆炸性的增长，这给传统的传送网带来了前所未有的挑战，使其在流量模式、业 务类型等方面都发生了巨大变化。为了满足日益增长的数据传输需求，学术界与 工业界陆续提出了许多高速传输与交换技术应用于骨干网络中，这些技术包括： m u l t i p r o t o c o lo v e ra t m 、i ps w i t c h i n g 、m p l s 、i po v e rs d h 、以及i po v e ro p t i c a l 2 1 。 在传送网中，波分复用( w d m ，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 ) 技术以及在其 基础上发展起来的密集波分复用( d w d m ，d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 技术是被广泛采用的传输技术，能够提供高达tb i f f s 级别的物理通 道，i po v e rw d m 结构是传送网的未来发展方向，如何将传统的点到点的光纤通 道变成一种可管理的、灵活的智能传送光网络是当前首要解决的问题。在物理层， 光交叉连接器( o x c ，o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ) 技术和可重构光分插复用器( r o a d m ， 电子科技大学硕士学位论文 r e c o n f i g u r a b l eo p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 技术的应用使得光通道能够实现动 态重构；在网络控制层，国际标准化组织互联网工程任务组( i e t f ，i n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 扩展了多协议标签交换( m p l s ，m 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 ) 1 3 1 ，【4 】的概念，将交换对象从数据分组扩展到波长、波段、光纤级别并 将其抽象为通用标签( g e n e r a l i z e dl a b e l ) ，推出了通用多协议标签交换( 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 ) 协议体系结构【5 h 9 作为包括光层在内 的不同交换层的统一控制平面。本文将在第二章详细介绍通用多协议标签交换协 议体系结构。 和传统的不透明的网络相比，w d m 光网络不需要进行光一电一光( o e o o p t i c a l e l e c t r o n i c o p t i c a l ) 转换，提供透明的传输，因此w d m 光网络大大简化 了网络的结构，降低了网络的成本。w d m 光网络可以分为具备波长交换能力的 ( w i s ，w a v e l e n g t hi n t e r c h a n g es w i t c h s ) 光网络和不具备波长交换能力的( w s s ， w a v e l e n g t hs e l e c t e ds w i t c h s ) 光网络。在w i s 光网络中，光交换器件可以对不同 类型波长的数据进行交换。在建立光路的过程中，由于光交换器件具有波长转换 的功能，只要所需的链路通道上有空闲的资源，光路的建立就不会生阻塞，从而 大大降低了光路建立的阻塞概率，提高网络资源的利用率。但是由于波长转换器 的成本非常高，使得w i s 网络的成本很大，所以w i s 网络还未得到广泛的应用。 近年来，光收发器件的发展以及一些新的调制方式的使用，使得w s s 透明 传输光网络更具有可扩展性和性价比优判1 0 1 。基于这种技术的网络结构已经在世 界范围内被商业上所采用，并被认为是最有前景的一种技术1 1 1 o 但传统的r o a d m 网络基本上是基于环形的，而在环上透明传输的路径是非常有限的。因此在传统 的r o a d m 网络基础上，进行不同环路之间的路由优化计算是非常复杂的。所以 在当前网络的发展过程中，为了降低路由计算的复杂度、尽可能减少器件的成本 代价，在计算光路的过程中不可能不考虑到物理损耗、波长连续性的限制 ( w a v e l e n g t hc o n t i n u i t yc o n s t r a i n t s ) 等问题f 1 2 】。波长连续性的限制，即要求连接 同一光路的各段链路必须使用相同的波长，这个限制使得在建立波长链路时的阻 塞概率增大，但是可以通过路由优化算法和波长分配算法来降低网络的阻塞概率， 增大网络的吞吐量。 通用多协议标签交换在其信号( g m p l ss i g n a l i n g ) 机制中提出了建议标签和 设定标签的概念f 6 1 。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 2 第一章绪论 需的时间，同时也减少了l s p 建立的控制开销。设定标签用于限定下游节点选择 标签的范围，在建立标签交换路径( l s p ，l a b e ls w i t c hp a t h ) 过程中，一定程度 上减小了l s p 建立的前向和后向的阻塞概率。 1 2 2v p n 发展现状 v p n 网络是一种建立在实际物理网络基础上的功能性网络，它提供一般专用 网络所具有的功能，但本身却不是一个独立的物理网络，而是一种逻辑上的专用 网络，由于其方便灵活、能够屏蔽网络实际资源的分布细节，而向用户提供逻辑 上的虚拟拓扑结构的特性，已经在互联网络领域被广泛应用【l3 1 。作为传统租用线 业务的一种延伸和增强，v p n 能在光传送网络中动态按需建立、配置和拆除；各 个v p n 借助其专用的网络资源子集相互隔离地共存，是构建跨地域的优质视频会 议、分布式存储和计算、e s c i e n c e d 等带宽密集型应用的理想技术手段。 v p n 从实现的层面上可以分为应用层v p n ，l 3 层v p n 、l 2 层v p n 和l l 层v p n 。随着智能光网络的发展，大容量、高性能的l l 层v p n 已经成为工业界、 学术界和国际标准化组织的研究热点。人们从不同的技术角度、针对不同的应用 需求研究和实现v p n ；学术界的研究工作主要在l l 的光v p n ( o v p n ) 方面； 国际标准化组织如l t u t 、i e t f 等则专门设立了相应的工作组致力于l 1 、l 2 和 l 3v p n 的标准化，现有工作主要在l l 和l 3i p m p l sv p n 方面；各国也在其重 大项目( 如欧盟g e a n t 、g e a n t2 、n o b e l2 ，加拿大c a * n e t4 ) 中把v p n 列为重要研究开发内容；网络设备商近年也开发了支持i p m p l sl 3v p n 的路由 器设备，但该v p n 技术因流量速率和服务质量所限，仅能满足常规的普通商务应 用，无法满足面向未来e s c i e n c e 、g r i d 等带宽消耗型v p n 业务的需求。 l l 层v p n 技术支持在一个通用的承载网络中建立多个用户网络，承载网络 分配资源给l l 层v p n 网络，授权l l 层v p n 的管理者管理所拥有的资源l j 4 j 。因 此承载网络的资源可以划分为：l l 层v p n 的所租用的私有资源，承载网络中可 以租用给v p n 使用的空闲资源以及不能租用v p n 的资源。l l 层v p n 的管理者 可以根据自身网络的运行情况调整网络的路由及波长分配，可以查看网络承载网 络提供的可用资源列表来申请增加资源。因此对于l 1 层v p n 的网络管理者来说， 如何根据承载网络提供的虚拟拓扑在v p n 内部合理的进行路由和波长分配，增加 v p n 用户之间连接建立的成功率，增大v p n 私有网络的吞吐量，减小网络的阻 塞概率，是本文研究的一个重点。 3 电子科技大学硕士学位论文 传统的v p n 采用隧道技术，所谓的隧道技术就是v p n 用户网络在与公网的 接口处将数据作为负载封装在一种可以在公网上传输的数据格式中，在目的v p n 用户网络与公网的接口处解封装，取出负载。这种技术缺点是用户需要详细了解 所有端点的流量矩阵，同时用户所用的管道不能进行复用，造成网络资源的严重 浪费。h o s e 模型是一个不确定性模型，对一个节点用户到网络的业务量进行了约 束，而没有限制业务量在网络中如何流动。对于v p n 用户来说，h o s e 模型提供 重要的优势：( 1 ) 对于某个端点发送流量给一些端点不需要特定流量矩阵( t r a f f i c m a t r i x ) 的具体细节；( 2 ) 通过各个接收端点之间的流量的自然合并来进行复用， 从而减少了接入网络的链路数量。因此本文对h o s ev p n 接口技术进行了研究。 1 2 3 波长分配算法研究 大容量，高性能的光互网络受到学术界、工业界和标准化组织的广泛关注， 对于光互联网的研究也已经比较深入。w s s 光网络中的路由和波长分配( r w a ， r o u t ea n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n t ) 问题根据连接的需求可以分为静态的和动态的 两类。静态连接下r w a 算法的优化目标是在尽可能少占用波长和光纤等资源的 情况下，为已知的连接需求建立光通道，或者在给定的光纤和波长资源上建立尽 可能多的连接。而在动态连接下，因为需要建立的业务需求往往是未知的，网络 需要及时为刚提出的新需求建立连接，并在通信结束后拆除连接的通道。如果因 网络资源不足而不能支持连接的建立，则请求被拒绝，也称为被阻塞，被阻塞的 连接占所有连接的比值称为阻塞概率。根据连接请求建立连接并分配波长，从而 使连接阻塞率最小或使连接数最大是此类问题的优化目标。与静态r w a 相比， 动态r w a 具有更大的灵活性，能够适应网络形状及流量的改变，但其求解非常 复杂，其中的波长分配问题是一个n p - 完全问题，所以通常把r w a 问题拆分为 路由问题和波长分配问题分别加以解决。路由问题决定源节点到目的节点间的路 由，波长分配问题则是在源节点和目的节点间有多个波长可用的情况下，选择一 个最合适的波长建立连接。 为连接建立一个l s p 时，在源节点和目标节点之间有多条波长可用的情况下， 波长分配算法将沿预定的路由从中选择一条最适合的波长建立光路，且目标是要 使网络的阻塞率最小。在对波长分配问题的研究中，出现了一系列的波长分配算 法。在不考虑网络状态的情况下，典型的有随机r ( r a n d o m ) 算法、首次适配 f f ( f i r s t - f i t ) 算法。随着研究的深入，研究人员发现在分配波长时考虑网络的状 4 第一章绪论 态可以大大提高算法的性能，这类算法典型的有最近最常使用m u ( m o s t u s e d ) 算法、最近最少使用l u ( l e a s t u s e d ) 算法、全局最大总和m ( m a x s u m ) 算 法和最小承载l l ( l e a s t - l o a d e d ) 算法等，并且从最大化相对空闲波长数的角度 又提出了一些新的算法，如相对容量损失r c l ( r e l a t i v ec a p a c i t yl o s s ) 算法、相 对最小影响r l i ( r e l a t i v el e a s e i n 2 f l u e n c e ) 算法、相对容量影响r c i ( r e l a t i v e c a p a c i t yi n f l u e n c e ) 算法、最小影响l i ( l e a s t i n f l u e n c e ) 算法、承载均衡l e ( l o a d e q u a l i z a t i o n ) 算法等。此外，还从支持多优先级的角度提出了如基于r c l 算法的动态门限法、公平分配限额波长分配算法等算法。 1 2 4 用户接口技术研究 光传送网络的发展为带宽密集型应用如：分布式存储、e - s c i e n c e 、多业务融 合等提供了一个承载网络，同时控制面负责传送网与客户网络之间的协调，为客 户网络提供一个快速、动态的带宽需求【1 5 1 。随着技术的发展，客户网络要求传送 网提供信息和可执行的服务来自己配制网络资源来满足服务质量的要求【l 引。例 如：在现有的传送网络运营模式下，v p n 用户需要以书面或电子方式向网络运营 商提出申请，然后由网络运营商使用网管系统配之相关的网络资源，而且配置的 网络资源是较固定静止的，v p n 用户无法灵活自主操控。根据这种需求，传送网 应该为上层网络提供服务( 比如可以为上层网络提供虚拓扑结构) ，但是并不涉及 到传送网的具体细节，因为作为传送网的拥有者也不会希望将自己的实际网络物 理拓扑提供给其他客户。因此，在中，在自动交换传送网络( a s t n ，a u t o m a t i c a l l y s w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k ) 结构的基础上，增加了新的一层：服务层( s p ，s e r v i c e p l a n c e ) 1 1 7 j - i 博j 。通过a s t n 提供的连接服务，s p 将传送网的结构抽象后提供给 用户，用户可以在抽象后的拓扑结构上通过s p 来配置传送网的资源i l 引。s p 与用 户网络之间使用的接口称为用户接口( u i ，u s e ri n t e r f a c e ) 。通过u i ，用户在某 种程度上自由控制和管理本v p n 所拥有的网络资源子集。 v p n 用户接口是运行v p n 业务的设备和承载网络设备之间的接口，从所处 的位置和功能角度看，类似i t u t 和o i f 定义的用户网络接口( u n i ，u s e r n e t w o r ki n t e r f a c e ) ，但由于v p n 业务的某些本质特性，需要在客户端实现某种程 度的路由计算和信令激活功能，因此，v p n 接口并不完全和i t u t 、o i f 定义的 u n i 接口一致。根据i t u t 的g 8 0 8 0 技术建议，流经u n i 参考点的信息流可望 支持如下功能：呼叫控制、资源发现、连接控制和连接选择【2 0 1 ，虽然没有排除其 电子科技大学硕士学位论文 他功能，如呼叫安全授权、增强的存量业务，但明确指出：u n i 参考点不支持路 由功能。另外，o i f 对u n i 的定义为：u n i 是用户设备和传送网络之间的业务控 制接口，并指出，u n i 是由客户和传送网络之间的物理接口定义、传送网络提供 的连接业务、用以唤醒业务的信令协议、传送信令消息的机制、以及辅助信令的 自动发现过程1 2 1 】j 2 3 1 。因此，虽然o i fu n i 具有信令激活功能，但不提供v p nu n i 执行路由功能所需的可达信息。在这个意义上讲，某些v p n 特别是面向高端应用 的l 1v p n 的u n i 可能需要相应的路由计算模块和一个能动态更新的可达信息库 和某种简化的网络管理信息库( m i b ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) 。 就现有的研究工作看，欧盟的n o b e l2 和加拿大的c a * n e t 4 均对此投入极 大关注。n o b e l2 在g m p l s 控制平面之上引入一个业务平台( s p f ) ，用来实现 网络资源抽象和资源虚拟化功能：业务抽象是将一组业务( 指v p n ) 需求参数翻 译成一组特定网络参数，以便网络配置业务：资源虚拟化是指向业务应用隐藏网 络资源技术细节。c a * n e t 4 则计划采用基于x m l 技术开发的w e b 应用模块，即 i ，c i p 。 1 3 本课题的来源及主要工作 本课题来源于由国家高科技研究发展( 8 6 3 ) 计划课题：基于智能光传输网络 的新型虚拟专用网络理论与技术。在i po v e rw d m 新型光传送网上实现虚拟专用 网络，是开展分布式存储、多业务融合、e s c i e n c e 等带宽密集型新业务的理想技 术手段，己成为国际标准化组织、工业界和学术界广泛关注的研究热点，欧洲的 g e a n t 2 、n o b e l 2 项目，加拿大的c a n e t4 光网络项目中，均将其列为重要的 研究内容。 本课题紧跟着项目，选取了波长分配算法和可控的用户接口两个点进行研究。 在基于g m p l s 的波长分配算法方面，分析了p w a 波长分配和标签优先级波长分 配算法，针对标签优先级波长分配算法的缺陷提出了改进，并在两种优先级算法 的基础上，提出了基于g m p l s 的双重优先级波长分配算法。该算法在o p n e t 上进行了仿真，仿真结果表明：和标签优先级波长分配算法和g m p l s 协议算法 相比，基于g m p l s 的双重优先级波长分配算法大大降低了网络的阻塞概率，提 高了网络资源的利用率。 在可控的用户接口方面，分析了h o s e 软管v p n 的基本模型，针对h o s ev p n 6 第一章绪论 的特性以及用户的基本需求，提出了基于h o s ev p n 的用户可控模型，并在该可 控模型的基础上，详细阐述了一种用户自动控制h o s e 接口带宽的方法。这种方 法能够使用户在需要的时候自动向网络提供商申请增加相应h o s e 接口的发送或 者接收带宽，并在使用完成时自动恢复到基本配置。这种方法充分的利用了有限 的网络资源，对于用户来说可以分时段共享网络提供商的部分闲置资源，解决了 v p n 用户租用大量资源而闲置不用造成资源的浪费以及v p n 成本很大的问题； 同时对于网络提供商可以有限的利用闲置资源临时租给有需求的v p n 用户，充分 的利用了网络资源。 1 4 本文的主要安排 第一章：绪论。 本章主要介绍了本文的研究背景，国内外研究现状和课题的来源。 第二章：通用多协议标签交换技术。 本章主要介绍了g m p l s 协议体系的特点。 第三章：基于g m p l s 的双重优先级波长分配算法。 首先介绍了p w a 波长分配算法和标签优先级波长分配算法，然后提出了标 签优先级波长分配算法的改进算法，接着详细介绍了基于g m p l s 的双重优先级 波长分配算法，最后给出了双重优先级波长分配算法的仿真结果并对结果进行了 分析。 第四章：基于h o s ev p n 的用户可控模型。 首先介绍了基于h o s e 软管技术的v p n 模型，针对h o s ev p n 的特性以及用 户的基本需求，提出了基于h o s e 软管v p n 的用户可控模型，并在该可控模型的 基础上，详细阐述了一种用户自动控制h o s e 接口带宽的方法。 第五章：本文总结。 7 电子科技大学硕士学位论文 2 1g m p l s 概述 第二章通用多协议标签交换技术 如何解决i p 层与光层的融合，g m p l s 提供了一个良好的思路。g m p l s 继 承了几乎所有的m p l s 的特性和协议，是m p l s 向光网络的发展，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，从而为优化网络结构、降低网络管 理成本和优化网络性能提供重要了的保证【2 4 1 。g m p l s 协议对m p l s 协议的标签 进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据分组，还可以用来标记t d m 时隙、波长、波段和光纤。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，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 a l ) 。为了保证光网络运营的可靠性，g m p l s 又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。 2 2 从m p l s 到g m p l s m p l s 网络相比于传统的路由网络，提供了流量工程，且转发特性比传统的 路由网络要好的多。传统的l p 转发机制是：转发的路由器首先要解析数据分组头 部，提取出目的地址，然后查询路由表决定下一转接点的地址，接着要计算数据 的帧头校验，递减”几，完成合适的出口链路封装，最后转发分组。m p l s 大大 简化了传统l p 转发机制的过程。m p l s 网络的基本结构如图2 1 所示，当数据分 组到达m p l s 网络的入1 ：2 1 边缘标签交换路由器( l e r ，l a b e le d g er o u t e r ) ，l e r 通过分析数据分组的信息来决定该分组属于哪个转发等价类( f e c ，f o r w a r d i n g e q u i v a l e n c ec l a s s ) ，然后查找标签信息库( l i b ，l a b e ll n f r o m a t i o nb a s e ) ，将一 个与该f e c 相关联的标签加在数据分组的前面。当带有标签的分组数据送到标签 交换路由器( l s r ，l a b e ls w i t c hr o u t e r ) 时，不需要再查询l p 分组头，只需要根 据数据分组的标签来查找l i b ，即可决定其转发的出口，在转发前将新的标签取 8 第一章通川多研议标等交换技术 代l n 的扫、答，然后转发到r - 个l s r 喊l e r 。1 数据分组到达m 口1 1 e r 时，晰 口l e r 将杯签从数据分组r f | 去掉，又按照传统的i p 转发时甜数据分组转敏。 萁- j i ，所有与f e c 绑定的标祷分发和l s p 的建立_ ! j i ；由标筘分发协议( l d p ，l a b e l d i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) 束宽成。 图2 1m p l s 网络的摹本结构 在现有的光网络中，光缆中的光纤，光纤巾的波长，皱k 巾的时隙都可以作 为杯签在光网绪中作为资源发布年交换，从而，在m p i ，s 的基础r ，提出了通用 多掷议标箍变换协议体系结构。g m p l s 除了支持分组交换咀外，迁支持光纤交 换，波长交换和时隙交换等，相应的定义了以下几种接u ：数据分组交换接口，2 层