（通信与信息系统专业论文）ipmpls+over+wdm网络综合路由策略研究.pdf

摘要 i p 技术简单灵活，可扩展性好，具有智能性，而w d m 技术提供了巨大的带 宽，己成为传送网中最主要的传输技术，因此i po v e rw d m 的应用与发展势在必 行。由于m p l s 具有良好的q o s 、t e 等功能，以及o m p l s 强大的路由信令功能 及其在统一控制平面上的应用，使得m p l s 成为了适配口和w d m 的最佳选择， 并由此形成了m ，m p l so v e rw d m 网络。 根据控制平面的集成度不同，咖l so v e rw d m 网络主要分为重叠模型 ( o v e r l a ym o d e l ) 和对等模型( p e e rm o d e l ) ，它们的路由机制分别是分层路由和 综合路由。对等模型由于采用了统一的控制平面，能提供更好的资源利用率，所 以它将成为i p m p l so v e rw d m 网络的最终发展方向。本文以对等模型下的综合 路由策略作为研究对象，在根据网络模型建立的分层图模型基础上，比较了三种 综合路由策略：m t a 、i o l f 和l h l b ，其中l h l b 策略在选路时通过比较路径的 负载平衡参数，优先选用跳数较少、剩余带宽较大的路径，使业务负载在全网中 较均衡的分布，因而具有更好的阻塞性能。接着本文研究了综合路由策略中的虚 链路选择问题，即当节点对间存在多条虚链路时如何选择其中一条来建立l s p ， 并比较了三种策略。最后通过对综合路由中的m t a 策略和分层路由中的重策略 进行仿真比较，证明了综合路由策略能获得更好的阻塞性能，更有效的利用网络 资源。 关键词：口，m p l so v e rw d mg m p l s 对等模型综合路由阻塞性能 i p t e c h n o l o g y o f f e r sh i g h f l e x i b i l i t ya n di n t e l l i g e n c e ，a n dw d mp r o v i d e s u n p r e c e d e n t e dl e v e l so fb a n d w i d t hs c a l a b i l i t y ，s ot h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to fi p o v e rw d mi si m p e r a t i v e d u et oi t se x c e l l e n tf u n c t i o n ss u c h 酷o o sa n dt e t o g e t h e r w i t hg m p l s sp o w e r f u lr o u t i n ga n ds i g n a l i n gf u n c t i o n sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o ni nt h e u n i f i e d c o n t r o lp l a n e ，m p l st e c h n o l o g yi se x p e c t e dt ob ec h o s e na st h ea d a p t a t i o nl a y e r i nt h ei n t e g r a t i o no fi pa n dw d m ，a n ds u c hn e t w o r ki sc a l l e di p m p l so v e rw d m n e t w o r k a c c o r d i n gt ot h ei n t e g r a t i o nd i f f e r e n c eo fc o n t r o lp l a n e ，i p m p l so v e rw d m n e t w o r ki sc l a s s i f i e da sf o l l o w s ：t h eo v e r l a ym o d e lw i t hs e p a r a t e dm u t i n gs c h e m ea n d t h ep e e rm o d e lw i t hi n t e g r a t e dr o u t i n gs c h e m e t h ep e e rm o d e le m p l o y sau n i f i e d c o n t r o lp l a n e ，s oi tc a na c h i e v eb e t t e rr e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，a n dw i l lb et h eu l t i m a t ea i m o fi p m p l so v e rw d mn e t w o r k t h u s ，i nt h i sp a p e r ，i n t e g r a t e dr o u t i n gp o l i c i e sf o rt h e p e e rm o d e lw i l lb ed i s c u s s e d b a s e do nt h el a y e r e dg r a p hm o d e ld e r i v e df r o mt h e n e t w o r km o d e l ，t h r e ei n t e g r a t e dr o u t i n gp o l i c i e sa r ec o m p a r e d ：m t a , i o l fa n d l h l b ( i z a s th o p a n dl d a db a l a n c ep o l i c y ) b yc o m p a r i n gt h el o a db a l a n c ep a r a m e t e r o fe a c hp a t h ，t h el h l bp o l i c yc h o o s e st h ep a t ht h a th a sf e w e rh o p sa n dm o r er e s i d u a l b a n d w i d t h ，w h i c hc a nd i s t r i b u t et h ew h o l et r a f f i cl o a dw i t h i nt h en e t w o r ke v e n l yt o e a c hl i n k ，s oi th a sb e t t e rb l o c k i n gp e r f o r m a n c e t h e nt h ev i r t u a ll i n ks e l e c t i o np r o b l e m t h a th o wt os e l e c tas u i t a b l ev i r t u a ll i n kb e t w e e nt w on o d e st or o u t ei _ , s pi sd i s c u s s e d ， a n dt h r e ep o l i c i e sa r ec o m p a r e d a tl a s t ，b yc o m p a r i n gm t a p o l i c yf o rt h ei n t e g r a t e d r o u t i n gw i t hi l fp o l i c yf o rt h es e p a r a t e dr o u t i n g ，i ti sp r o v e dt h a tt h ei n t e g r a t e dr o u t i n g p o h c yh a sb e t t e rb l o c k i n gp e r f o r m a n c ea n dh i g h e ru t i l i z a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e st h a n t h es e p a r a t e dr o u t i n gp o l i c y k e y w o r d ：i p m p l so v e rw d m g m p l s p e e rm o d e l i n t e g r a t e dr o u t i n g b l o c k i n gp e r f o r m a n c e 第章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 进入新世纪以来，尽管网络经济进入调整期，电话业务无论是业务量还是收 入仍处在主导地位，但数据业务量继续以高于话音业务量数倍甚至十倍的速度在 增长。传统的由i p 、a t m 、s d h 和w d m 构成的多层网络虽然有q o s 和生存性措 施，但由于其管理的复杂性和数据业务成本偏高促使人们不断探讨如何简化层次。 鉴于w d m 技术能提供巨大的带宽，已经无可争议的成为骨干网络中最为主要的 传输技术，因此，如何在w d m 之上高效的承载i p 业务就成为最热门的话题，1 p o v e l w d m 成为人们期望的选择。 口层利用路由器实现在第三层转发数据报，有已经证明的可交互工作的丰富 的标准协议，能在任意点到任意点建立连接支持多种业务( 包括传统电路交换网 难以支持的组播业务和w e b 传送业务等) ，实现用户业务与传送速度的匹配，获得 统计复用的增益。因此口层不仅可叠加在现有的各种物理层和链路层之上，而且 可以作为各种业务甚至是现有的各种链路层信号的承载层。光纤通信技术特别是 d w d m 技术的发展使光传送层成为最主要的物理层技术，光传送层提供t d m 和 标准的成帧格式，实现大带宽、长距离、低成本传送，具有故障隔离、保护和恢 复等生存性保证。 i p o v e rw d m 能够减化网络的设备，它的体系结构简单，降低了管理的复杂性， 减少了功能的重叠。它的最大优势在于w d m 拥有巨大的带宽潜力，w d m 具有若 干个波长信道，很容易兼容不同性质的业务，做到多业务融合，它还可以利用保 护光纤上的空闲带宽吸收突发业务量。另外i p 层和w d m 层都具备各自的保护、 恢复功能，可以将它们综合在一起，实现快速、高效的保护恢复功能。 1 2i p 与智能光网技术的结合 由于口网络与w i ) m 光网络有着明显的差异，比如球网络是基于无连接( c l ) 的分组交换网络，而w d m 网络是基于连接( c o ) 的类似于电路交换的网络；口 包是平均长度为5 0 0 b y t e s 左右的分组，而w d m 网络的粒度则是波长级的，通常 为1 5 5 m b i t s 1 0 g b i t s ，甚至更高，因此，坤业务需要经过中间的数据链路层进 行适配，再放到w d m 上面进行传输，从而构成了从口到w d m 的多层协议栈。 不同的协议栈实现的功能有所不同，但它们的实现难易、复杂性和运营维护 2 i p m p l so v e rw d m 网络综台路由案略研究 方式有很大区别。形成多层协议栈的原因主要为 i p 业务同w d m 光波长相比，其线路速率很低，必须经过一定的速率适配才 能充分的利用波长带宽。 多层体系架构的产生有一定历史原因，网络发展初期，各个运营商发展了各自 的协议体系以及网络结构，在各个运营商网络之间进行信息交换需要一定的协 议转换过程。 像a t m 、s d h 这样的技术，它们都有自己最合适的应用场合，利用它们来传 输口业务不是最佳选择，采用多层协议栈一方面可以兼容现有技术，另一方 面可以发挥各协议层的优点。 国际上很多标准化组织和论坛都致力于此方面的研究，对如何将砰适配到光 层现在有很多不同的观点，但是大家都一致认为，简化p 层到光层的适配过程是 未来的发展趋势。如何将口业务适配到w d m 层上进行传输，历史上曾出现过多 种不同的方案【”。图1 1 给出了几种典型的网络体系结构。 i p a t m s d h s o n e 盯 w d m l a y e r i p s d h ，s o n e 汀 w d ml a y e r 四层结构三层结构两层结构 图1 1 l po v e rw d m 协议栈的发展过程 1 2 1i fo v e r 删o v e rs d ho v e rw d m 9 0 年代中期，一些因特网业务提供商在他们的核心网络中引入i po v e ra t m o v e rs d ho v e rw d m 的模式，以满足带宽的需求，适应网络业务的爆炸性增长。 在这种层次结构中，诤层用来实现各种类型的应用，a t m 层用于实现流量工程、 q o s 和v p n 服务，s d h 层为上层业务流量分配带宽并且通过其自愈环( s e l fh e a l r i n g ，s h r ) 为整个网络提供可靠性保证，而w d m 则被用于s d h 节点之间，以 第一章绪论3 提供高带宽的传输通道。 业务流首先在i p 层封装成口包，包通过a t m 适配层( a t ma d a p t a t i o n l a y e r ，a a l ) 分割成a t m 信元，在s d h 层，a t m 信元被插入到s d h 帧中，并 最终通过w d m 层的光通道传送到目的节点。 讲和a t m 的结合是面向连接的a t m 与无连接讲的统一，也是选路与交换的 优化组合，但其网络结构复杂，功能重复，开销损失达2 0 以上，网络扩展性也 差。 1 2 2 i po v e rs d h s o n e to v e l rw d m s d h s o n e t 是目前网络中应用最为广泛的传输技术，能够提供多种不同速率 的复用和业务整合功能，具有强大的故障恢复和保护功能。坤与s d h s o n e t 的 结合是将口数据报通过p p p l a p s s d l g f p 等协议直接映射到s d h s o n e t 帧， 去除了中间的a t m 层，从而保留了i n t e m e t 的无连接特征，简化了网络体系结构， 提高了传输效率。职与s d h s o n e t 的结合易于兼容不同技术体系和实现网问互 联，是一种较现实、高效的婵传送方式，目前已在实际应用中获得较大的成功。 但是该体系结构中的s d h s o n e t 是以链路方式来支持口网的，没有从本质 上提高口网的性能。目前这种方式尚不适用于多业务平台，可扩展性不理想；对 连续业务比较适合，但不适合突发性业务。 1 2 3i po v e rw d m 随着光网络技术的进步，在光层上实现类似于s d h 中分插复用器a d m ( a d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 和数字交叉连接器d x c ( d i g i t a lc r o s sc o n n e c t s ) 功能的 光分插复用器o a d m ( o p t i c a l a d d d r o pm u 州e x e r ) 和光交叉连接器o x c ( o p t i m a l c r o s s c o n n e c t ) 设备已经出现，使w d m 具有了灵活的组网能力和带宽提供能力， 从而使w d m 取代s d h 直接承载m 流量成为可能，并且为坤o v e rw d m 网络突 破上述局限性提供了技术基础。 i p o v e r a t m 以及i p o v e r s d h 都是在已广泛应用的技术基础上提供对口业务 的传输，但它们的最初设计目标不是针对坤业务。a t m 的目标是承载多业务、提 高网络吞吐量和q o s 保障，s d h 的目标则主要是针对电路交换式业务提供高容量 的传输，它们都不是很有效的m 到w d m 的适配方式。如何将口和w d m 廉价的 带宽很好的结合是我们关心的问题。目前普遍认为简化口到w d m 的适配过程是 未来网络体系结构的发展趋势，在口层和w d m 光层之间只需要一个合适的适配 层。简化网络结构可以得到的好处有： 避免了多层协议封装造成带宽利用率的浪费。多层协议的封装不可避免地 4 1 p m p l so v e r w d m 网络综合路由簧略研究 增加了i p 、w d m 集成的复杂性，因为在各种边界都需要对客户信号进行路由、 映射，这无疑会增加运行的成本： 避免了在a t m 、s d h 设备上所花费的开销； 结合光层和邛层的路由功能，提供动态的波长路由； 结合光层和m 层的恢复功能，提供类似于s d h 的恢复性能，满足目前网络 发展的需要。 除了以上介绍的几种主要的i po v e rw d m 实现方式外，有些公司还提出了一 些自己的适配技术，例如c i s c o 公司提出的动态分组传输技术( d p t ) 和l u c e n t 公司提出的简单数据链路( s d l ) 协议。动态分组传输技术是由c i s c o 公司提出的 一种分组优化的光传输解决方案，d p t 环由两根反向传输的光纤组成，每一根光 纤并行的传输数据和控制信息，为数据传输提供最大的利用带宽，同时可以加速 控制信号的传输，具有很好的自愈能力。简单数据链路协议是对s d h 的封装格式 进行简化，但是它考虑到了后向兼容性，既可以直接映射到w d m 层进行传输， 也可以先映射到s d h 帧格式中，再到w d m 层进行传输。这些实现技术目前都得 到了一些厂家的支持。 1 3 基于m p l s 的i po v e r w d m 集成方法 a t m 、s d h 技术虽然在现实中已经得到了广泛的应用，但是也证实了它们不 是适配层和w d m 层最合适的选择，需要寻找新的适配层技术，目前比较流行 的方案有多协议标签交换( m p l s ) 和数字包封器两种。由于m p l s 具有良好的 q o s 、t e 和v p n 功能，以及g m p l s 2 , 3 】强大的路由信令功能及其在统一控制平面 上的应用，使得m p l s 成为了适配坤和w d m 的最佳选择。因此，我们把以m p l s 作为适配层的i p o v e r w d m 网络称为i p m p l so v e r w d m 网络。 在i p m p l so v e r w d m 网络中，i p m p l s 层( 或简称碑层) 负责向终端用户 提供具有q o s 保证( 支持流量工程t e 、s l a 、v p n 、a a a 等功能) 的丰富的数 据业务和多媒体应用，而w d m 传送层则负责为口层提供r o b u s t 、s c a l a b l e 并且 功能强大的传送网络功能。 目前基于i p m p l so v e rw d m 的网络体系结构正在日渐成熟，国际上的标准 化组织如i e t f 、r r u t 和o i f 以及各大电信设备制造商和各大运营商都在积极酝 酿相关的标准，如路由协议( o s p f - t e 、i s i s - t e ) ，信令协议( c r - l d p 、r s v p t e ) ， 以及基于g m p l s 的统一控制平面问题。 i p m p l so v e rw d m 网络根据控制平面的集成度不同分为重叠模型( o v e r l a y m o d e l ) 和对等模型( p e e rm o d e l ) ，还有一种过渡的增强模型( a u g m e n t e dm o d e l ) ， 第一章绪论 5 由于i p m p l so v e rw d m 是正在形成中的网络体系架构，对其资源分配策略了解 和研究还不是很多，尤其在对等模型下，结合砰层和光层的拓扑资源信息的动态 综合路由( i n t e g r a t e dr o u t i n g ) 还是一个新兴的领域，因此本文将对其进行研究。 这里的动态是指无论i p 业务、标签交换路径( l a b e ls w i t c h e d p a t h ，l s p ) ，还是由 此形成的对于光层的光通道( i a g h t p a t h ，或称为光路) 的连接请求均是动态到达的。 1 4 本文的内容安排 本文主要研究了i p m p l so v e rw d m 网络对等模型下的综合路由策略，包括 分层图模型的建立、综合路由策略以及虚链路选择问题等，最后介绍了仿真平台 的设计。本文的工作内容安排如下： 第一章绪论介绍了口和智能光网技术结合的概况。 第二章介绍了i p 和w d m 的三种交互模型，然后详细分析了i p m p l so v e r w d m 网络对等模型的节点结构和网络模型，并以此为基础建立了分层图模型。 第三章研究了i p , q v i p l so v e rw d m 网络对等模型下的综合路由策略，在已有 策略基础上提出了一种新的策略l h l b ，通过仿真比较证明l h l b 策略有更好的 阻塞性能。然后以l h l b 策略为基础，比较了三种虚链路选择策略。最后通过对 比综合路由策略和分层路由策略的阻塞性能，证明了综合路由策略能更有效的利 用网络资源。 第四章介绍了仿真实现的具体过程。 第五章结束语总结全文。 第二章i p m p l so v e rw d m 的网络模型 7 第二章i p m p l so v e rw d m 的网络模型 礤业务流量的突发性、动态性以及大数据量等特性要求w d m 层不仅能够解 决带宽问题，并且能够根据流量规模动态地为评层提供所需带宽，以有效地使用 网络资源，这需要m p l so v e rw d m 网络的控制平面具有一定的智能以实现层 间信息交换和资源动态分配。如何优化光网络的管理性能，提高其资源利用率， 动态的提供波长资源已经成为研究热点之一。 本章先介绍了i p m p l so v e rw d m 网络的三种交互模型，其中对等模型由于 共享了评层和w d m 层两层资源信息因而能更有效的利用网络资源。接着介绍了 对等模型中基于g m p l s 的统一控制平面和国际标准化组织在咖l s o v e r w d m 方面的进展。然后详细分析了研究综合路由策略采用的节点结构和网络模型，并 以此为基础建立了分层图模型，为下一章具体研究工作做好了铺垫。 2 1i p 与w d m 的三种交互模型 根据m 层和w d m 层控制平面的集成度以及选路信令协议的不同，i p m p l s o v e r w d m 网络存在三种交互模型【4 】：重叠模型( o v e r l a ym o d e l ) ，对等模型( p e e r m o d e l ) 和增强模型( a u g m e n t e dm o d e l ) ，如表2 1 所示。决定上述模型的主要差 别为；在m 层和w d m 层之间是存在统一的还是分离的控制平面。 模型控制平面路由 重叠模型独立相互独立的路由域，域间交换很少的信息 对等模型集成统一的路由域和路由协议，域间自由交换路由信息 增强模型独立相互独立的路由域，但域间交换路由信息概要 表2 1 三种交互模型比较 2 1 1 重叠模型( o v e r l a ym o d e l ) 重叠模型又称客户一服务者( c l i e n t s e r v e r ) 模型，是国际电联( r r u ) ，光互 联论坛( o i f ) 和光域业务互联( o d s i ) 等国际标准组织和准标准组织所支持的 网络模型，如图2 1 所示【1 5 】。这种模型的基本思想是将业务层( i p 层) 和光传送 层( w d m 层) 分成两个基本独立的智能网络层，彼此的关系可理解为客户- - n 务 者关系：业务层向光传送层请求传输服务，光传送层作为一个开放的通用传送平 台，为业务层提供动态互联。 旦 一堡垒竺坚竺竺塑坚旦丝堡鱼墅宣箜堕堕壅 图2 1 重叠模型的网络结构 重叠模型又可分为两个子模型：供给模型( p r o v i s i o n e dm o d e l ) 和交换模型 ( s w i t c h e dm o d e l ) 。供给模型中光通道由网络管理系统静态配置，不需要通过用 户一网络接口( u s e r - n e t w o r ki n t e r f a c e ，u n i ) 交换电层与光层间的路由信息，这 种模型类似于a t m 中的永久虚电路( p v c ) ；交换模型中，光通道的端点由u n i 信令指定，电层可以向光层动态的申请带宽，类似于a t m 中的交换虚电路( s v c ) 。 因此，电层和光层需要通过u n i 交换少量信息，如电层可达信息。下文中提到的 重叠模型是指交换模型而言，即动态的重叠模型。 为此，重叠模型有两个独立的控制面，一个在核心光网络，即光传送层，而 另一个在业务层，具体集中体现在u n i 上。边缘业务层设备与核心光网络之间不 交换路由信息，各自独立选路，具有独立的拓扑。光传送层为网络边缘的客户提 供波长业务。 重叠模型的主要特点有： 口路由器和o x c 设备在两个独立的管理区域内； 口路由器通过u n i 连接到最近的o x c 上。一个u n i 意味着连接的一端是 i p 路由器，另一端是0 x c ； i p 路由器不了解w d m 层的内部拓扑结构，它只能得知整个口网络的拓 扑信息； m 层和w d m 层都运行各自的信令和路由协议，保持独立的拓扑，它们之 间只交换很少的信息； i p 路由器可以请求w d m 层建立同其他坤路由器的连接。 重叠模型结构简单，具有许多优点：首先，可以实现统一透明的光传送平台。 其次，口层的服务请求通过u n i 传送给w d m 层，由w d m 层完成建立连接的工 第二章i p m p l so v e rw d m 的网络模型 9 作，这样可以屏蔽光传送层的网络拓扑细节。第三，这种模型允许光传送层和口 层网络技术独立演进，彼此不会影响。第四，这种模型可以利用成熟的标准化的 u n i 和n n i ，比较容易在近期实现多厂家光网络中的互操作性，较快实现网络商 用化，这对网络运营者十分重要。 然而这种模型的缺点首先是功能重叠，p 层和w d m 层需要有自己独立的控 制平面运行路由和信令协议：其次是扩展性受限，为了实现数据转发，需要在边 缘设备间建立点到点的网状连接，即存在n 2 问题；最后，由于两个层面存在两个 分离的地址空间，因此需要复杂的地址解析。 2 1 2 对等模型( p e e rm o d e l ) 对等模型又称集成模型或混和模型，如图2 2 所示【1 捌，是i e t f 所支持的网络 模型，为此i e t f 在m p l s 基础上提出了g m p l s 的概念。g m p l s 采用集成的方 式，基本思路是将m p l s 的选路和信令功能加以扩展形成一个控制平面的协议规 范，以实现对i p m p l so v e l w d m 网络统一的控制和管理。g m p l s 对m p l s 的扩 展以及在光传送层的应用将在2 2 节中介绍。 图2 2 对等模型的网络结构 相对而言，对等网络模型突破了业务层和光传送层之间的界限，通过统一的 控制平面将业务提供者和光传送网有机的结合在一起。在对等模型中，光传送层 的控制智能转移到i p 层，由i p 层来实施端到端的控制，即i p 层可以看见光传送 层的结构，并做出智能化的全局路由决策。 此时光传送层和口层可以看作是一个集成的网络，具有统一的路由域和控制 平面，两层之间可以自由地交换路由信息并运行同样的选路和信令协议，实现一 t 0 i p m p l so v e r w d m 网绍综舍路由策略研究 体化的管理和流量工程。所以采用统一控制面的对等模型可以消除重叠模型由于 管理分离、控制操作语义不同而带来的冗余性。 在图2 2 中，口路由器和o x c 相互之间是对等的实体，并且在毋域和光域 只运行一个路由协议实例。一种通用的i g p 协议，如o s p f t e 或i s i s t e 可以被 用来交换拓扑信息。该模型假定所有的m 路由器和o x c 都有共同的编址和寻址 方案。 对等模型的主要特点有： 口路由器和o x c 设备在一个管理区域内； 讲路由器直接作为o x c 的邻接，交换拓扑信息； 口路由器对光传送层拓扑有着完全的认识，所有口路由器和o x c 设备 可以共享一个网络拓扑； 口路由器和o x c 运行统一的路由和信令协议，使用单个的地址结构。 然而在对等模型中，为了实现口路由器对光传送层的全面控制，必须对疋层 开放光传送层的网络拓扑细节，这一般是比较困难的( 比如当瑾网和光传送网属 于不同的运营商) 。其次，这种模型需要在口层和光传送层之间进行大量的状态和 控铝4 信息交换，一定程度上增大了网络资源的开销。 2 1 3 增强模型( a u g m e n t e dm o d e l ) 除了上述两种最典型的交互模型外，还可以有中间形式，即所谓的增强模型。 增强模型可以看作是上述两种模型的折衷，它采纳了重叠模型独立的业务层和光 传送层控制面的做法，在域和光域分别运行着分离的路由实例，依然需要定义 u n i 和n n i 。但是增强模型允许层问交换有限的路由信息，例如网络边界上的o x c 与邛路由器可以通过域问路由协议( 如b g p ) 互相交换总的路由信息概要，i p 地 址可能被指派给光网络单元并且由光域路由协议携带以便和碍域共享可达性信 息，从而实现某种程度的自动发现。 从i p 寻址的角度看，增强模型下的i p 层和光传送层相当于两个对立的路由域， 既不像重叠摸型那样完全独立，又不像对等模型那样完全统一在一个路由域中。 这类中间解决方案也不失一种可行的过渡方案。 2 1 4 重叠模型和对等模型的比较 由于网络运营商大多希望保持光传送网的独立，不愿意让用户了解其业务的 提供方式，故较多选用重叠模型。因此，实际的网络中多将酽层和光传送层分别 置于不同的控制面控制之下，i p 域选路与光域选路是独立进行的，并且相应的路 由机制是分层路由( s e p a r a t e dr o u t i n g ，或称为分离路由) 。 第二章i p m p l so v e rw d m 的网络模型 1 1 但是，重叠模型由于采用了分离的控制平面，不仅管理上复杂，而且最重要 的是不能利用全局网络信息为业务请求分配资源。而对等模型采用了统一的控制 面方案，相应的路由机制是综合路由( i n t e g r a t e dr o u t i n g ) ，这样不仅减少了管理 的复杂性而且能够结合m 层和w d m 层两个层面的资源信息进行选路，因而有更 好的阻塞性能。综合路由相对于分层路由，可以获得更高的网络资源利用率，以 及在变化的动态业务下使得网络有更好的鲁棒性( r o b u s t n e s s ) 和弹性( r e s i l i e n c e ) 。 可见，对等模型应该是i p m p l so v e rw d m 网络发展的最终方向。因此，本文将 重点研究i p m p l so v e rw d m 对等模型下的综合路由策略。下面先介绍对等模型 使用的统一控制平面模型。 2 2 基于g m p l s 的统控制面模型 在i p m p l so v e r w d m 对等模型中，考虑到o x c 和路由器需要一个统一的控 制平面，并且控制平面、传送平面和管理平面是相互分离的，因此i e t f 在m p l s 的基础上提出了多协议波长标签交换m t r l s n ，并进一步提出了通用多协议标签交 换g m p l s n 。 m p l s 是第三层路由技术和第二层转发技术相结合的产物，它既采用标准的第 三层分组处理方式进行路由控制，又采用标准的第二层标签交换方式进行分组转 发。m p l s 技术把基于无连接的p 交换变为面向连接的包交换，提高了转发速度， 改善了o o s 。随着网络的发展和演化，m p l s 被应用于实现流量工程( t e ) ，即平 衡网络的流量。通过为不同的标签分配不同等级的网络资源，m i l s 能够支持不同 等级的q o s 要求，从而提高网络运作效率和可靠性，并优化资源利用率和流量性 能。 m p l s 技术的流行使人们想到将它与光网络技术结合起来，使口分组能够通 过m p l s 方式直接由光网络承载。m p l s 是构建i p 层和光层统一控制平台的理想 选择。将m p l s 流量工程的思想应用于w d m 光网络中，用来指配端到端的光通 道，不同的标签对应于不同的波长，这种应用技术成为多协议波长交换( m p 熔) 。 m p x s 是口分组通过m p l s 方式直接在光网络上传输的技术。如果说m p l s 是对第三层数据流进行第二层上的转发，那么m p x s 就是对第三层数据流在第一 层上实现直接转发。m p 嫣采用光波长作为交换的标签，利用波长来寻找路由，并 标识所建立的光通道，为上层业务提供快速的波长交换通道。光网络节点可咀被 看作是具有m p i - s 能力的节点。 随着网络的进一步发展，人们又继续扩展了m p l s 的概念，提出了通用多多 协议标签交换( g m p l s ) 。m p l s 、m i x s 、g m p l s 三者之间的关系如图2 。3 所示。 1 2i p m p l so v e rw d m 网络综合路由策略研究 m p l s 是这个体系的基础，主要用于数据网络的分组交换；m p x s 将m p l s 的思想 扩展到了光网络中，提供波长光路级交换能力；g m p l s 又在m p l s 基础上进一步 扩展，将m p l s 思想应用到t d m 时隙、光波长组、光纤等，m p l s 和m p l s 成了 g m p l s 的个子集。 分组交换能力 光路交换能力 通用交换能力 图2 3m p l s 、m p 惦、g m p l s 的继承关系 g m p l s 最大的特性是从传送平面中分离出控制平面，并统一了备层设备的控 制平面，它的主要控制功能包括资源发现、信息分发、路径选择、路由、信令、 保护和恢复。g m p l s 的控制协议包括3 部分：信令、路由和资源管理。路由负责 拓扑发现和路径计算，相应的协议有o s p f - t e 和i s i s - t e ；信令用于建立连接， 相应的协议有r s v p t e 和c r l d p ；资源管理用于链路检测和业务管理，相应的 协议有l m p 。 g m p l s 控制面模型如图2 4 所示，具备该控制面的网络节点通过o s p f - t e 或 i s i s t e 与其他节点交换资源和拓扑信息，l s a t e 数据库负责这些信息的存储和 维护，使每个节点都拥有一张标注着资源使用情况的网络拓扑图，当有l s p 连接 请求到达时，路径计算模块按照本地维护的网络状态信息和给定的路由策略计算 出一条端到端路径，即显式路由( e x p l i c i tr o u t i n g ) n , l s 】，然后通过信令协议 r s v p - t e 或c r l d p 建立连接，并在沿途各链路上预留带宽。 对等模型能够动态的高效利用网络资源，满足不同业务流的需求，以提高网 络性能。这种高效的资源利用方式归功于基于g m p l s 的统一控制平面。本文研究 对等模型下综合路由策略的主要动机是它能获得比重叠模型下分层路由策略更高 的资源利用率。 第二章i p m p l so v e rw d m 的网络模型 1 3 图2 4g m p l s 控伟8 面模型 需要指出的是，在i p m p l so v e rw d m 重叠模型下，业务层由m p l s 流量工 程控制平面来承担相关的选路、监控和网络生存性，即就是使用m p l s 来提高网 络性能和执行流量工程t e , 在传送层则由w d m 光网络本身来提供w d m 选路和 传输的光层联网技术。 2 3国际标准化组织在珊m p l so v e rw d m 方面的进展 国际上，一些标准化组织1 t u t 、i e t f 、o i f 等正在积极酝酿口与w d m 结 合的策略。各组织分别侧重于不同方面，以形成一个统一的通用标准。 i t u t 从提供智能的电信业务出发，提出了建立自动交换光网a s o n 的设想， 并且在g a s o n 中描述了a s o n 的管理、控制结构和它的主要组件。自动交换光网 络是光传送网与智能化结合，它是从传送网的光层网络基础上演进而来的。a s o n 网络结构核心是通用的控制平面，其控制平面必须是可靠的，具有动态路由连接、 自动的业务和资源发现、状态信息分发、通道连接建立和通道连接管理等功能， 能够支持交换连接( s w i t c h e dc o n n e c t i o n ) 和软永久连接( s o f t p e r m a n e n t c o n n e c t i o n ) 。控制平面不仅能够为用户建立连接，提供服务，而且还要对低层网 络进行控制。同时，此控制平蔼还应该能够支持不同的技术和满足不同的业务需 求，不仅用于光传输网络，也可以用于其他的传输网络，包括s d h 网络。同时， a s o n 通过定义用户一网络接口( u m ) 以及网络一网络接口( n n i ) ，可以支持 多种厂商的设备和不同的技术。a s o n 管理平面通过对这些接口的管理，综合了 i p 和w d m 豹网络管理，并采用分布式的域间网络管理，实现了综合豹网络管理 1 4i p m p l so v a l ? w d m 网络综合路由策略研究 方案，体现了网络管理的新观念。 而i e t f 和i t u t 的区别在于：r r u t 主要关心总体结构的组成元素的标准化， 而i e t f 则侧重于开发用来支持整体结构的工具和协议族。g m p l s 是i e t f 依据 m p l s 可以用于不同交换技术的控制平面这一假设而提出的。g m p l s 是一套协议 族而不是一个协议，是i e t f 关于m p l s 用于坤网络流量工程相关工作的扩展， 从而可以同时控制光交换和分组交换等多种交换方式。目前，g m p l s 的标准化工 作还没有完成，有些功能，特别是网间互联信令功能还在进一步研究中；通道管 理和控制规范( 信令协议) 已经完成；链路管理协议和路由协议还有许多工作要 做。 o i f 不是一个正式的标准化组织，它负责制定一些实施协议，并提交给正式的 标准组织。0 1 f 在光网络信令方面最重要的贡献是o - u n i ，其作用是支持光网络 的客户之闻快速建立连接，并具有不同等级的保护和恢复能力。o - u n i 包括用予 建立连接，自动邻接发现，自动服务发现，故障监测、定位和通告等的信令，对 客户设备屏蔽了光网络的内部结构，是实施重叠模型光网络的基础。 从以上内容可以看出，i t u t 主要集中于网络框架体系结构、总体需求以及控 制面的特性方面的建议，其主要优点在于网络结构特性：i e t f 则主要集中于为支 持坤控制信道而进行的口方面的扩展，其主要优点在于路由信令部分；o i f 则把 注意力放到了u n i 和n n i 的具体实现方面。通过这些组织的优势互补，将大大推 动咖l so v c i w d m 网络的发展。 2 4i p m p l so v e rw d m 综合路由的网络模型 g m p l s 可以支持多种交换方式和异种网络，本文将只研究由i p m p l s 层( 或 简称礤层) 和w d m 传送层构成的对等的两层网络模型，即i p m p l so v e rw d m 对等模型。在球层，主要的单元是标签交换路由器l s r ( l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ) ； 在w d m 传送层，主要的单元是o x c 。从g m p l s 的角度来看，在这样的网络中 有两种l s p ：i p 分组l s p ( 即e l s p ) 和波长l s p ( 即0 l s p ) 。前者就是m p l s 网络中的标签交换通道，后者就是光网络中的光通道。在下面的章节中，如没有 特别声名，所有的l s p 特指口分组l s p 。 2 4 1 节点结构 本文所要研究的综合路由策略是基于i p m p l so v e rw d m 网络的对等模型， 并且假定所有的节点由两部分构成【硎：l s r 和o x c ，如图2 5 所示。在这样的节 整三里! 呈竺坚竺竺! 旦坚塑塑竺堡型 ! ! 点结构中，l s r 处理电域业务，o x c 处理光域业务，并且都在g m p l s 控制平面 下统一管理。在光域，o x c 通过复用、解复用器( m u l t i p l e x e r 、d e m u l t i p l e x e r ) 和 光纤连接，将波长信号复用到光纤上或从光纤中解复用出来，另外，o x c 还负责 将波长信号从一个输入端口空分交换到其他输出端口，并且实施在光域的波长路 由功能。 l o c a li n c o m i n gl o c a l o u t g o i n g 图2 5 对等模型节点结构 在电域，l s r 通过光收发器( t r a n s m i t t e r 、r e c e i v e r ) 和o x c 的上、下路端口 ( a d d d r o p p o r t s ) 相连。当光纤中的波长信号需要在本地上下路时，它便通过下路 端1 3 送入l s r ，经光接收器分解成电信号。电信号先经过3 r 处理【8 】，即重放大、 重整型、重定时( r e a m p l i f i c a t i o n ，r e s h a p i n g ，r e t i m i n g ) ，然后l s r 能够以任意带 宽粒度对业务进行处