（通信与信息系统专业论文）基于gmpls的光突发交换的业务接入的实现.pdf

电子科技大学硕士论文 中文摘要 光突发交换中，交换的带宽粒度介于一个波长带宽和一个分组传 送所需带宽之间，比光线路交换带宽利用率高，又比光分组交换更贴 近实用化。可以说，0 b s 结合了光线路交换和光分组交换两者的优点且 克服了两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择。而g m p l s 是代表网 络智能化方向的协议体系。将二者结合是本文的创新之处，同时二者 的结合也代表了未来光传输网发展的趋势。 我首先研究光突发交换网以及g m p l s 体系，分析了l o b s 的研究 成果的优缺点，比较基于g m p l s 的光突发交换与l o b s 的优点，并给 出基于g m p l s 的光突发交换的边缘节点中的具体实现方法以及对具 体协议的一些修改来适应我们的实验系统。 我在光突发交换关键技术和实验系统这个项目主要完成以下硬件 实现及测试工作： 1 千兆以太网业务接入的实现：先研究8 0 2 3 协议，再根据基于 g m p l s 的光突发交换的要求写出用f p g a 实现的方案，与导师和负责 其它部分工作的同学协商通过后用v e r i l o g 语言实现，电路板做好后 先用我的模块自环，用s n i f f e r 向f p g a 收发数据不掉包，最后大家联 调可以实现视频点播。 2 光突发交换实验系统的突发接受的能力的测试：先测试试验板上 要测试的芯片的通道的工作情况。然后制定试验方案测试突发数据的 接收能力。测出结果满足要求。最后联调时也证明了。 在项目中，我负责了不少硬件调试工作，从中也学到不少知识， 并有一些心得。 关键词；g m p l s io b s ；s d h ；干兆以太网；突发接收 本文的独创性包括： 1 提出将g m p l s 与0 b s 相结合的思路： 2 给出一个基于g m p l s 的光突发交换的边缘节点中的实现方法； 3 对于标签和l d p 的回应消息作修改以适应本项目相关需要； 4 自己动手将多模网卡改成单模网卡以节约项目成本； a b s tr a c t i no p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，t h eg r a n u l a r i t yo fb a n d w i d t hi sb e t w e e na b a n d w i d t ho fw a v e l e n g t ha n dab a n d w i d t ht h a tm e e t st h en e e do fa g r o u p i n gt r a n s m i t t i n g ，w h i c h ism o r ee f f i c i e n tt h a nt h a to f o p t i c a l c i r c u i t r ys w i t c h i n ga n dm o r ep r a c t i c a lt h a ng r o u p i n go p t i c a ls w i t c h i n g t h a ti st o s a y o b sh a st h em e r i t so fo p t i c a lc i r c u i t r ys w i t c h i n ga n d g r o u p i n go p t i c a ls w i t c h i n g ，m e a n w h i l eo b sg e t s o v e rs o m ef l a w so f t h e s et w ok i n do fs w i t c h i n g ，t h u sw ec a ns a yt h a tt h eo b si st h eb e s t c h o i c eo v e rt h e o p t i c a l c i r c u i t r ys w i t c h i n g a n d g r o u p i n go p t i c a l s w i t c h i n g m o r e o v e r g m p l si st h e p r o t o c o ls y s t e mi n d i c a t i n g t h e t e n d e n c yo fn e t w o r ki n t e l l i g e n t i z a t i o n t h u st h ep a p e r si n n o v a t i v ep o i n t i st oc o m b i n et h eo b sw i t hg m p l sb e c a u s et h i sk i n do fc o m b i n a t i o ni s t h ei n e v i t a b l et e n d e n c yi nf u t u r eo p t i c a lt r a n s m i t t i n gn e t f i r s t l y ，t h ep a p e ra n a l y z e st h en e t o fo b sa n dg m p l sa sw e l la s t h em e r i t sa n dd e m e r i t si np r e s e n tr e s e a r c h i n ga c h i e v e m e n t so fl o b s ， t h e nc o m p a r e st h em e r i t sb a s e do ng m p l sa n dl o b s ，a tl a s tp r e s e n t st h e d e t a i l e di m p l e m e n tm e t h o d sf o rm a r g i n a ln o d eo fo b sb a s e do ng m p l s a n ds o m em o d i f i c a t i o n sf o rt h ep r o t o c o l s oa st of i to u r e x p e r i m e n t a l s y s t e m t h ef o l l o w i n g sa r et h em a i nh a r d w a r er e a l i z a t i o na n dt e s t i n gw o r k i nt h ep r o j e c t ， t h ei m p l e m e n to fg b i te t h e r n e t so p e r a t i o na c c e s s ：f i r s t l yt os t u d y t h e8 0 2 3 p r o t o c o la n dw r i t eo u tt h ei m p l e m e n t i n gs c h e m eu s i n gf p g a a c c o r d i n g t ot h ed e m a n d so fn e tb a s e do ng m p l sa n do b s ，u s ev e r i l o g t ow r i t eo u tt h ep r o g r a ma n dm a k et h ec i r c u i tb o a r dt o t e s t m ym o d u l e a f t e rd i s c u s s i n gw i t ht u t o ra n do t h e rp a r t e r s ，t h e nu s es n i f f e rt os e n dd a t a t oa n dr e c e i v ed a t af r o mf p g a a tl a s ta 1 1p a r t e r st e s tt o g e t h e rt o r e a l i z e t h eo r d e rp r o g r a mb yv i d e of r e g u e n e y t h et e s to fb u r s tr e c e i v i n ga b i l i t yi no b se x p e r i m e n t a l s y s t e m ： f i r s t l yt o t e s tt h ec m o s sr u n n i n gi ne x p e r i m e n t a lb o a r d ，t h e nw o r ko u t t h ee x p e r i m e n t a ls c h e m et ot e s tt h er e c e i v i n ga b i l i t yf o rb u r s td a t a t h e t e s t i n gp r o v et h a tt h eo u t c o m em e e t st h ee x p e r i m e n t a ld e m a n d s ，w h i c h a l s oi sp r o v e db yt h es u b s e q u e n tt e s t i n g i nt h i sp r o je c t ，it o o kc h a r g ea n df i n i s h e dm a n yh a r d w a r et e s t i n ga n d f r o mi til e a r n e dm a n y k n o w l e d g ea sw e l la se x p e r i e n c e k e yw o r d s ：g m p l s ；o b s ；s d h ；g b i te t h e r n e t ；b u r s tr e c e i v i n g 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：盘立 盗! i日期：& 对年，月驴日 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： 聋立垄主 导师签名： 亟塑 日期：伊。厂年- 月争日 电子科技大学硕士论文 p s c b h p g m p l s m p l s d w d m f i f o f p g a t d m o b s l s c f s c q o s s d h w d m l s p m a c p c s 简略字表 p a c k e ts w i t c h g 塑! 堡! 、 b u r s th e a d e rp a c k e t g e n e r a l i z e dm u t ip r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g d e n s e w a v e l e n g t h - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g f i r s ti nf i r s to u t f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g l a m b d as w i t c hc a p a b l e f i b e rs w i t c hc a p a b l e q u a l i t yo f s e r v i c e s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y w a v e l e n g t h - - d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g l a b e ls w i t c hp a t h m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 p h y s i c a lc o d i n gs u b l a y e r v 分组交换接口 突发头分组 通用多协议标签 交换 多协议标签交换 密集波分复用 先进先出队列 现场可编程门阵 列 时分复用 光突发交换 波长交换接口 光纤交换接口 服务质量 同步数字复接 波分复用 标签转发路径 介质访问控制层 物理编码子层 电子科技大学硕士论文 第一章引言 1 1 i n t e r n e t 发晨概况 近年来，随着通信技术与计算机技术的飞速发展，i n t e r n e t 规模 不断扩大，i n t e r n e t 入网的主机数、上网的人数都在飞速增长。预计 到2 0 0 5 年间，入网主机总数将达到1 ，0 0 0 ，0 0 0 ，0 0 0 台，预计到2 0 0 5 年，在线用户总数也可以达到1 ，0 0 0 ，0 0 0 ，0 0 0 人。在入网主机数和上 网人数增长的同时，i n te r n e t 的网站数量也在上升，到2 0 0 1 年3 月， 商业网站( 仅c o m ) 已经达到3 6 ，3 5 2 ，2 4 3 个 6 。主机数、上网人数 以及网站数目的增长使得i n t e r n e t 的流量以每年4 倍的速度递增 1 预计到2 0 0 5 年，骨干节点的流量可以达到l o o t b p s 。在ir t t e r r l e t 的规 模飞速增长的同时，业务种类也越来越多，由数据通信、e - m a i l 、w w w 业务向集音频、视频数据为一体的多媒体方向发展。 1 2 光网络的发展 随着i n t e r f i e t 的发展，过去常用的通信媒介，如电缆、同轴线、 双绞线等无法满足海量信息传输的需求，光纤由于巨大的潜在容量成 为目前的主流通信媒介。在各种光网络实现方案中，波分复用( w d m ： w a v e l e n g t h d iv is i o nm u l t i l 3 l e x i n g ) 是目前提高光纤传送带宽的最 有效的方法，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波 的特点，把光纤可用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一 个独立的信道传输一种特定波长的光信号。这些信号可能是a t m ， s o n e t s d h 或者是i p 流量，典型的w d m 系统有4 或者16 个信道，如果超 造! 壁多追耋! 就整塑多波坌墨旦一皇巡婴。电粤s ! ，驶m ) 。 、 光纤传输技术的发展这样迅速，使得传统的通信网络无论从业务 量设计、容量安排、组网方式，还是交换方式都已经无法适应这一新 的发展趋势。例如目前的高速传输网络中，如果网络节点处仍然采用 原有的设备，以电信号处理信息的速度进行交换、分插复用和交叉连 接，网络节点将变得庞大而复杂，而且受到“电子瓶颈”的限制。随 着i p 业务在网络上越来越占主导地位，传统的分层结构已经不再适应 网络的发展，需要重新设计整个网络结构来满足i n t e r l e t 增长对带宽 的需求。 从长远来看，为了提高交换速率和带宽利用率，并技i p o v e rd w d m 技术，全光的分组交换( 0 p s 一一一o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 是发展方 向，但o p s 存在着两个近期内难以克服的障碍：一是没有合适的光缓存 器，目前的实验系统中采用的光纤延迟线( f d l 一一一f i b e rd e l a yl i n e ) 往往比较笨重，不灵活，存贮深度有限：二是在0ps 交换节点处，多个 输入分组的精确同步难以实现。因此，短时期内，光分组交换的商业应 用前景并不被看好。 针对电路交换和分组交换的缺点，近年来，国外有人提出了新的光 交换技术一一一光突发交换( o b s o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 。光突 发交换中，使用的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换 灵活，带宽利用率高，又比光分组交换更贴近实用。可以说，它结合了两 者的优点且克服了两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而逐渐 引起了众多学者的重视。 1 3 本文概述 本文先对光传输网的几种方式做出介绍并加以比较，然后对基于 g m p l s 的o b s 系统的研究做了一些讨论，后介绍光突发交换网络业务接 入( 以太网、s d h ) 的具体实现以及光突发交换实验系统的突发接受的 能力的测试过程及结论，最后介绍本人在项目中的一些心得。 电子科技大学硕士论文 第二章光突发交换网络 2 1 光传送网概述2 1 目前实现全光透明网还有不少困难，如光缓存器还没有实现以及全 光组网技术相应的标准需要制订，在光域处理i p 分组还没有实现，所 以光路由器的控制系统仍然要在电域完成。因此现在研究的主要还是 半透明的光传送网。光传送网的控制在电域完成，数据在高速的透明 光数据信道传输。光传送网有三种可能的解决方案：波长路由、分组 交换、突发交换。 2 1 1 波长路由 2 1 1 1 波长路由网络模型 图2 1 波长路由光网络模型 图2 1 描述的是一个波长路由( w a v e le n g t hr o u t i n g ) 网络的模 型，它由接入点，波长路由交换机( w r ：w a v e le n g t h r o u t e r ) 组成， 中间通过w d m 链路相连。当需要传送数据时，首先必需在源节点和目 的节点间建立光通路。光通路是一个波长信道，在没有波长转换器的 情况下，一条光通路占用传输所经过光纤的同一个波长，这叫做波长 连续性受限( w a v e l e n g t h c o n t in u i t yc o i l s t r a i n t ) 。在同一根光纤 上的光通路必须占用不同的波长通路来避免信号间的相互干扰。图2 1 显示了两个连续的波长通路：节点a 和节点c 直接通过波长 l 建立的 通路，另一条是节点a 和f 之间通过波长 2 建立的波长通路。如果 在w r 处存在波长转换器，从源到目的间的路由上光通路可以占用多个 电子科技大学硕士论文 波长。图2 1 显示了节点d 和c 之间经过波长转换后的光通路，它在 链路 d ，w r 4 ) 之间占用波长 1 ，在链路 w r 3 ，c ) 之间占用波长 2 。如 果采用可选路由( a l t e r n a t er o u t i n g ) 策略，可以从一组通路中选择 一条作为光通路。“波长转换”和“可选路由”是减少网络中波长限 制的两种有效方法。波长转换是一种软硬结合的解决方案，它需要网 络中有波长转换器件( w a v e l e n g t h c o n v e r t e r ，同时需要算法和协议 对这些波长转换器进行管理。可选路由是一种软解决方案，需要协议， 信令和管理协议来执行可选路由。 2 1 1 2 波长路由的缺点 i 波长交换从本质上来讲，仍然是一种电路交换技术。 连接建立过程是一个双向预留过程。假定信号在单向传输时延为p ，总 处理时延为，那么从连接建立开始到发送数据需要的时延为2 p + 。 同时在数据传输过程中所有中间节点必须维持信道直到信道拆除。在 波长路由系统中，每个数据信道占用一个波长丽更先进的数据汇聚技 术要求能更有效的利用带宽。 2 假如存在很多边缘节点，按电路交换的要求，必须能为任何两 个节点间建立连接。在这样一个a l l t o a l l 的拓扑结构牛，如果节点 数目太多时，将没有足够多的波长来满足这些连接请求。即使有这么 多波长，光交叉连接系统本身存在尺寸限制，而且控制和配置管理系 统将十分复杂。 3 由于没有一个统一的波长集合( f u l l 1 i e s h ) ，在两个节点间 增加或者减少一个信道，不仅影响这两个节点之间的通信，而且影响 许多通过这两个节点的流量。 2 1 2 光分组交换 如图2 2 所示光分组交换网络由核心节点，边缘节点组成，它们 之间通过w d m 链路相连接。边缘节点完成光分组生成以及将光分组拆 分成普通分组的功能。核心节点完成光分组转发寻路功能。光分组交 电子科技大学硕士论文 鼍鼍曼暑曾皇量葛葛ii ll e 量量墨置置墨墨墨暑e 蕾皇皇置甚e 皇墨墨量墨墨墨置量暑詈目暑鼍詈置量詈暑置墨霉鼻皇皇墨皇皇鼻董_ | 图2 - 2 光分组交换网络的模型 换网络中的光数据分组主要分成两部分处理，其中光分组交换中的有 效载荷部分采用不需要经过光电电光处理的路由与转发，因此极大地 提高了数据分组的转发速度和节点的吞吐量。载有地址和管理信息的 光数据分组的信头需要同步、帧识别和地址识别等较复杂处理。由于 目前光信号处理还处于初步研究阶段，因此一般采用电处理技术。 图2 3 光分组交换机的结构图 图2 - 3 显示的是光分组交换机的结构模块图，它由复用解复用 器，输入接口，输出接口以及交换结构和交换控制单元组成。下面详 细介绍各部分的功能： 1 输入接口：输入接口首先对信号进行再生处理和减少延迟抖 动，以保证信号在处理 和交换过程中的质量，然后进行分组识别，包括识别分组的开始和结 束以及头部和负载，分离出头部并将它提交给控制单元。最后将分组 同步并将它们分配到某个交换时隙( $ w i t c h i n gt i m es 1 0 ts ) 。 2 控制单元：控制单元处理输入接口送来的分组头部信息，查找 转发表并根据结果配置光交换矩阵，有效载荷通过交换矩阵交换到相 应的输出接口。同时更新分组头部的某些域，生成新的分组头部，传 递给输出端口。 电子科技大学硕士论文 3 输出接口：输出接口首先将新的分组头部和有效载荷组合在一 起，然后对信号进行再生和同步处理( 包括分组间和分组内部同步) 以保证输出信号的质量。 2 1 3 光突发交换 2 1 3 10 b s 网络产生背景 光路由器中直接交换i p 分组的主要限制在于电系统的处理和控制能 力上，一个4 4 字节件的负担，从而增加整个路由器的吞吐量，交换粒 度必须比i p 分组大。这种考虑导致了“b u r s ts w i t c h i n g ”概念的诞 生，将拥有相同目的地址和一些其他共同属性( 例如q o s 参数) 的i p 分 组组装成一个b u r s t 2 0 2 1 2 2 ，作为网络的一个基本转发单元。在 0 b s 网络中，分组在网络入口处组装成b u r s t ，在网络出口处拆分成分 组。0 b s 网络的本质特征是b u r s t 的头标和有效载荷的传输和交换在 物理上是分开的，这有助于在光核心节点处对头标进行电处理，而为 有效载荷提供端到端的透明光网络。0 b s 网络可以看作两个相互联系 的o v e r l a y 网络；一个光网络传送有效载荷，个混合的控制网络传 输头标。控制网络可以看作传统的分组交换网络，它根据头标中携带 的信息来控制载荷在光网络中的传输。由此可见，o b s 能够将成熟的 电技术和先进的光技术有效的结合起来。 213 2o b $ 结构 图2 4 是一个0 b s 网络的基本结构，它是由处于网络边缘的边缘 路由器、位于网络中心的光核心路由器以及密集波分复用( w d m ) 的链 路组成。分组在网络入口处被组装成突发数据，经过光核心路由器的 交换，然后在网络的出口处被分解成分组，并被转发到下一跳( h o p ： 即节点) 。边缘路由器提供b u r s t 的组装和拆分功能，并且提供了各 种网络接口( 如：o ig a b i t e t h e r n e t ，p a c k e to v e rs o n e t ( p o s ) ，i p a t m 等) ，使之可以和其他协议类型的网络互联。光核心路由器主要由光 交换矩阵( o p t ic a ls w i t c h i n gm a t r ix ) 和交换控制单元( s w i t c h c o n t r o l u n i t ) 组成。b u r s t 由控制头标( b h p ，b u r s th e a dp a c k e t ) 电子科技大学硕士论文 皇皇皇墨墨墨量暑曩岛_ i i 图2 4o r s 网络模型 和有效载荷( d b ，d a t ab u r s t ) 两部分组成( 如图2 1 l 所示) ，它们 通过光核心路由器时各自在电域和光域交换。b h p 包含所有必要的控 制信息，o b s 主干网的每一跳的交换控制单元根据这些信息来配置光 交换矩阵，以便在光域交换d b 。d b 和b h p 独立传输和交换不仅有助于 对头标进行电处理，降低光核心路由器光电转换的需求，而且可以提 供入口到出口的透明光通路来传输d b 。图2 一“w d m 链路上的d b 及其 对应b h p 的传输情况本论文用信道( c h a n n e l ) 来表示两个相邻路由器 间的某种单向传输能力。信道可以由一个波长或者时分( 码分) 复用 下的波长的一部分构成。传输d b 的称为数据信道，传输b h p 的称为控 制信道。信道组( c h a n n e lg r o u p ) 是一组具有相同类型和节点信息的 信道组成。一个w d m 链路代表两个路由器间的整体传输能力。通常每 个方向都有一个数据信道组( d c g ，d a t ac h a n n e lg r o u p ) 和一个控制 信道组( c c g ，c o n t r 0 1c h a n n e lg r o u p ) 组成( 如图2 1 2 所示) 。d c g 和c o g 在物理上既可以是同一条光纤又可以属于不同的光纤。 c 啪t 1 o c j ：l h hc h a r l r ja n p 0 0 6 ：c 瑚铷r a 丑c b 耵1 l 硝o t 。峪p 图2 - 5o b s 网络中的b u r s t 传输 。，。譬绺i 兰霉士论文1 田目皇置量置置曩置蔓皇皇量墨_i 2 ，1 ，4 三种方案的比较 片粲惟宽剥j i l 牢端剥端时姬 光缓存刚步 渡k 路由 l o w i g i l 4 i 霈珏书严格 分f 【蹙撅 h i g h l o w婺严格 突奠乏尘换 l l i g h l m w iu 选 4 ；严惜 表2 1 三种方粟的比较 由表2 一l 以及前面的内容可以看出，光突发交换中，交换的带宽粒度介 于一个波长带宽和一个分组传送所需带宽之间，比光线路交换带宽利 用率高，又比光分组交换更贴近实用化。可以说，o b $ 结合了光线路交 换和光分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，是两者之间的 平衡选择 电子科技大学硕士论文 第三章基于g t p l s 的光突发交换( o b s ) 的研究 3 1g m p l s 3 1 概述5 1 任何一种技术之所以存在，都有存在的理由。就网络技术而言， 互联网的动态路由技术使网络具有非常灵活的管理能力和非常强的自 生存能力，而其完善的域名解析体系更使人们轻而易举地记住了成千 上万的网站地址；电信网全部采用静态管理模式，所有管理信息需要 静态预配置，这限制了很多服务的开展( 所以出现了智能网) ，也延长 了服务提供时间，但电信网却具有非常好的稳定性和可靠性。 自互联网问世以来，电信网与互联网之争就从未停止。以i t u t 为代表的传统电信专家与以i e t f 为代表的互联网专家从水火不容的相 互对立、相互攻击，到近年的相互协作、相互借鉴，历经了风风雨雨。 这个历程既是对互联网技术生命力的考验和证明，也是电信网包容性 和学习能力的充分体现。随着计算机技术的飞速发展，设备智能化的 成本越来越低，而服务智能化的要求却越来越高。越来越多的厂商和 运营商开始构想以全新的方式进入传统电信的最后一个领域一广域 传输网( 包括s d h 、d w d m ，甚至全光交换网) 。新一代智能光交换网络 随着光交换技术的出现，人们终于发现了改造传输网络的契机， t u t 、 o i f 、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。 他们的基本思想是将光传送网智能化，并保证对上层交换网络良好的 承载能力，与0 s i 的传统模型保持一致，业界将其统称为o v e r l a y m o d e l 。与之相对应，i e t f 推出了一个称为p e e rm o d e l 的网络模型， 这就是通用多协议标签交换( g e n e r a l i z e dm u l t ip r o t o c 0 1l a b e l s w i t c h i n g g m p l s ) 。 3 1 1g m p l s 的特点 1 所有网络设备的共同语言一一g m p l s 在o s i 的网络模型中，传输层、链路层、网络层相互独立，各自 9 电子科技大学预士论文 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。如果从设备结构角度来看，我们知道网络设备 通常由三个平面组成：管理平面、控制平面和用户平面。管理平面为 网络管理者提供对设备的管理能力；控制平面则是通过信令的交互完 成对用户平面的控制；用户平面用于转发和传递用户数据。g m p l s 统一 了各层设备的控制平面，如图1 所示，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。 g m p l s 虽然统一了信令，但并没有抹杀网络设备的功能差异，也就 是说，g m p l s 承认并接受网络设备用户平面的差异。g u p l s 将交换划分 为4 种类型：p s c ( 分组交换) 、t d m ( 时分复用) 、l s c ( 波长交换) 、 f s c ( 光纤交换) 。一个网络节点可以仅完成其中一种或几种交换功能， 因此人们仍然习惯地将g m p l s 的网络简单划分为两层结构：路由网络 和光网络，但这两个网络间不再是重叠的，而是对等的，它们平等地 用相同的信令进行沟通。 2g m p l s 与m p l s ”1 比较 g m p l s 是从m p l s 演进而来，它继承了几乎所有m p l s 的特性和协议。 但两者又具有非常本质的差异。m p l s 是一个网络层的网络协议，m p l s 的网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络被浓缩并等同为一个预 先配罱好的物理线路，这就是标准的重叠网络架构。分组交换节点没 有能力按照自己的意愿、按照资源的需求情况调节其物理线路资源， 这些工作全部需要管理人员进行人工调整。g m p l $ 则彻底改变了这种状 态，或者说正在努力改变这种状态。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。 3 1 2g m p l s 的基本概念 g m p l s 是m p l s 的扩展和延伸，更准确地况，是m p l s t e 的扩展。 o 电子科技大学硕士论文 由于g m p l s 主要是扩展了对于传输网络的管理，而传输网络的主要业 务为点到点业务，这与m p l s t e 的业务模型非常相似，因此g m p l s 主 要借助m p l s t e 的协议栈，将其加以扩展而形成。与m p l s - t e 相同， g m p l s 网络由两个主要元素组成：节点( 同样被称为l s r ) 和路径( 同 样被称为l s p ) 。但g m p l s 的l s r 包括所有类型的节点，可以是p s c ， 也可以是t d m 、l s c 或f s c ；l s p 则既可以是一条传递i p 包的虚通路。 也可以是一条t d m 专线或是一条d w d m 的波道。 1 信令 信令用来完成标签 i t c hp a t h ，l s p ) 的建立 过程。g m p l s 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 = l 3 扩展的r s v p t e g m p l s r s v p - s i g r 3 扩展的c r l d p g m p l s c r l d p ”3 g m p l s r s v p t e 和g m p l s c r l d p 是功能相同的两个协议，m p l s 没 有对它们进行选择，g m p l s 也不对它f 1 做明确要求，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6 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。那么，如何处理这中间的 冲突呢? 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 e i d 。 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。 从图3 1 可以看出，如果路由器将a d m 或光交换机视为路由上的 湛q 、m 径 眵 - - 叠盈誊誊鎏土警乙。，。一 邻居 ( n e i g h b o r ，路由中的一个基本概念) ，就会形成r 1 - a d m a d m - r 2 - 光交 换机一光交一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， 圈3 一lg m p l s 网络图例 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( 1 3 0 1 3 一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 b 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) 。 既然r 1 与r 2 之间的t d m 网络不能再被简单地视为一条l i n k ，而 是一个t d ma s ，而连接r 1 和r 2 的是一条t d m l s p ，r 1 与r 2 间的路由 关系就会变得非常复杂。众所周知，在传统的路由网络中，两个i g p 的n e i g h b o r 之间必须用物理链路直连，否则二者不能成为n e i g h b o r 。 因此，g m p l $ 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 ic 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，在入口处指定 路径中的每个节点；而h o pb yh o p 则是由中间的每个节点自行决定下 电子科技大学硕士论文 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。 3 g m p l s 中的标记”1 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， 所以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。 4 链路管理协议( l m p ) 链路管理协议包括控制信道管理、链路所有权关联、链路连接性 验证和故障隔离定位。其中后两项为可选项。 ( 1 ) 控制信道管理 控制信道用于在两个邻接节点间承载信令、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，这是因为在传 输网络中必须采用这一方式，而且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，因为传统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。所以，在数据信道与控制信道分离后，g m p l $ 必须为数据信道设计新的协议( 见链路连通性验证) 以完成数据信道 的检测。 ( 2 ) 链路所有权关联 l t 电子科技大学硕士论文 1 日_ i i 置量置置l 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一个 组件( c o m p o n e r l t 1 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 h i 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 确的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 好的辅助手段。g i p l s 还没有能够制定出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。 3 2 基于g m p l s 的光突发交换的研究“o 3 ，2 1l o b s 的研究情况l ”1 l o b s 是采用mp l s 机制的o b s 技术或者是采用o b s 控制机制 的o l s 技术。由于基于o b s 技术，l o b s 同样使用分离的波长来传 送数据突发包和它们的控制分组。但是控制分组所携带的信息与通常 的o b s 不同，l o b s 的控制分组不再携带突发包的地址信息，而是加 入了标签信息，其他的信息如承载突发包的波长信道、偏鼍时间、q o s 要求等则仍然需要携带。一旦l s p 建立起末，l o b s 网络中对控制分 组的处理不必再进行路由计算，只要根据其所携带的标签进行基干标 签交换的转发操作即可。在这个过程中，输出数据信道的调度和根据 o o s 的处理与o b s 一样。 1 4 电子科技大学硕士论文 l o b s 技术作为一项较新光交换技术，将m p l s 与o b s 有机地结 合起来，充分利用了两者的优点，因而具有广阔的应用前景。目前， l o b s 的研究，除了o b s 所固有的技术问题外。在诸如如何继续扩展m p l s 体系结构以容纳更多的l o b s 特性；如何改变现有网络中的业务 量聚合方式以适合l