（通信与信息系统专业论文）ason路由协议的研究与实现.pdf

摘要 本论文的研究主要分为三个部分：一是基于o s p f 的a s o n 路由协议的研究 和实现；二是i p 域内的光网络路由协议仿真平台的设计和实现；三是本文对多级 业务光网络中的业务抢占算法进行了研究，提出了一种新的业务抢占算法。 1 a s o n 中的路由信息分发协议可以采用基于0 s p f t e 协议的扩展。 o s p f 砸是一种流量工程扩展协议，在r f c 3 6 3 0 标准中制定，它通过扩展0 s p f 的l s a ，引入一个新的流量工程l s a 来实现链路t e 属性在域内的传递。流量工 程l s a 利用t y p e 1 00 p a q u c l s a 在区域内进行洪泛。本文详细讨论了基于o s p f 的a s o n 路由协议的实现方法，并在已有的路由软件基础上进行扩展，实现了可 用于a s o n 路由的o s p f t e 的扩展协议。 2 光网络路由计算与i p 网络路由计算相比有许多自身独有的特点。因此在 p 域测试光网络的路由协议也需要相应特殊的仿真程序。路由功能是a s o n 控制 平面的主要功能之一，为了完成光网络的业务连接的建立，除了路由协议外，控 制平面还有其他协议与之相呼应。在i p 域内对光网络的路由协议进行仿真时，也 需要搭建类似a s o n 控制平面功能结构框架的平台。本文设计实现的路由协议仿 真平台是一种集中控制模式下的路由结构模型，文中给出了路由仿真平台的设计 方案，并进行了实现，并在最后利用仿真平台对本文实现的基于o s p f t e 的a s o n 路由协议进行了测试和仿真。 3 业务抢占是多级业务网络情况下进行连接建立时链路资源得不到满足时 所提出的一种思想。随着网络的不断演进，网络中承载的业务种类不断增多，可 能存在多种原因( 如链路失效，节点失效，网络负载过重等) 会引起业务中断或业 务请求得不到满足。如果中断的或新到达的业务优先级较高，则为了保证高优先 级业务的q o s ，就需要抢占低优先级的业务获得资源，来支持高优先级业务。以 往的业务抢占算法计算复杂度高，且不能保证获得最佳抢占方案。文中提出了一 种工作于集中控制模式下的基于逻辑变换的抢占算法，此算法与以往的抢占算法 相比具有较高的运算效率，而且最突出的特点是通过此算法可以一次同时求出所 有可行的抢占方案，找到最优的抢占方案。 关键词：自动交换光网络，路由协议，业务抢占 第l 页 a b s 订a c t a b s t ra c t l nt h i sp 印e ro u r 呶蚵m a i m yi n c l u d e s p a r t s t h ef i r s ti s ( h ed e s i 阴a n d i m p l 锄c n t a t i o no f a s o n sr o u t e r i r 喀p m t o c o lb a s e d 0 n1 1 1 eo s p fp r o t o c 0 1 n es e c o n d i st h ed e s i 弘0 ff o u t i n gp r o t o c o ls i m u l a l i o ns y s t e m 1 1 1 et l l i r di sm er e s e a r c i lo f c o m l e c t i o np r e e l n p t i o na l g o 劬m 1 d 0 c u m e mi c 3 6 3 0s p e c i f i e sam e t l l o do fa d d i n g 仃a 蚯ce i l 百n e 锄g c a p a b i l i 廿e s t oo s p fv e r s i 2 ，u s i i l go p a q u el i 呔s t a t ea d v e n i s 啪e l l t s 1 1 1 i s e x t e l l s i o i l sp r o v i d eaw a yo fd c s c 舶i n gt l l e 仃a 伍ce i l 百n e e r i n gt o p o l o g ) r ( i n c l u d i i l g b a i l d w i d t l la i l da d m i n i s t r a t i v ec o n s 仃a i n l s ) a n dd i s 仃i b u t i n gt l l i si n 如m l a t i o nw i t l l i na 百v e n0 s p fa 托a i tc a nb eu s e di i la s 0 nc o n lp l a i l et 0d i s 讲b u t ea s o nr o u t i l l g i i 面珊a t i o n c h 印t e r 3d c s c r i b eh o wt 0 i n l p l 锄e n t o s p f - t ep r o t o c 0 1 n e i n l p l 锄伽t a t i o ni sb 嬲e d 叫al 协u xr o u t i n gs o 细a r e 2 r o u t i n gi no p t i c a ln e t w o r kh 勰m o r cs p e c “c h a r a c t e r st h a n 证i pn e w o r k ，h o r d c rt ot e s tt l l ep r o t o c o li 1 i i p l e m e n t e di nc h 印t e r3 ，c h a m c r4d e s i g nar o u t i n gp r o t o c o l s i m u l a t i o ns y s t e m t h i ss i i i l u l a t i o ns y s t e mw o r k si l lc e n 仃a l i z e ds c h e m e ，i tc a i ls e tu po r d e l e t ec o 皿e c t i o n s ，w o r k sl i k ea s o nc o m r o lp l a n e t h er e s u l to fs i m u l 撕o ni n d i c a l e t h a tl l s i n go s p f t ep r o t o c o l 船a s o nr o u t i n gp r o t o c o li se 舵c 曲e 粕dc o i n c i d e n t 而t 1 1 t i l es y s t e m sd 锄a 1 1 d 3 ma ni n t e 跳do p t i c a ln e t w o 咄仃a 伍c s 谢ml l i 曲e rp r i o r i 够s h o u l dl l a v e 1 0 r e p p o m l i l i t i e st oa c c e s st h en e t w o r kr c s o u r c e s w h e nt h en e t 、 r o r kd o e sn o th a v ee n o u 曲 u n u s e db a n d 诵d t l lt oa c c 印tt h en e wc o m i l l gl l i g hp r i o r 哆仃a 髓c s ，s s i o n so f1 0 w 盯 埘o r t i e sm a d ya d i n i 仳ds h o l l l db ep r e e m p t e d t h c “i 幽gc o 衄e c t i o np r c e l l l p t i o n a 1 9 0 r i t i l i i l s sa r eo i l l ys u b o p t i m a li nt l l e “e w p o i n to f t h cp r 删叽f h c t i d f s b e c a l j s eo f t h ec o m p u 协t i o m lc o m p l e x i t ya l i dt 1 1 eu m a t i s f i e dr e s u l t w ep r o p o 如o p 缸a l c o 衄e c t i o np r e i 洳p t i 伽a l g o r i t i l mw o k i = n gi nt l l ec 吼昀l i z c ds c h e m e 弧ep r o p o s e d a l g o r i t l l i ni sm o r ee m c i e ma n d i tc a n 百v e 枷t l l ep r e e m p t i o ns c h e ：芏i l ea tt l l es a m e 吐m e k 叮聊r d s ：a u t o os w i t c h0 p t i c a ln e 咖比c o 彻e 以o np f e e l n p t i 吗r o u t i n gp r o t o c o l 第证页 图表目录 图表目录 图1 1a s o n 的组成结构3 图1 2a s o n 协议体系结构6 图2 1 路由功能组件关系一8 图2 - 2 基于g m p l s 的a s o n 路由模型1 2 图3 1 扩展l s a 报文格式1 8 图3 2z e b r a 模块组成结构。2 0 图3 。3 系统主线程流程图2 1 图3 4 程序核心存储结构2 2 图3 5 命令管理存储结构图2 4 图3 6 扩展链路属性配置命令2 5 图3 7 扩展链路数据库2 6 图4 1 路由系统运行流程图3 0 图4 - 2 非核心节点路由器状态转移图3 1 图4 3 响应路由器模块部分的状态转移图3 1 图4 - 4 响应客户端部分的状态转移图3 2 图4 5 协议报文头格式3 2 图4 6 客户业务请求报文3 3 图4 7 客户请求应答报文3 3 图4 8 路由请求报文3 3 图4 9 路由请求报文应答3 4 图4 1 0 路由表更新报文。3 4 图4 1 l 路由表更新应答报文3 4 图4 1 2 路由器注册报文 一3 5 图4 1 3 注册应答报文3 5 图4 1 4 仿真程序配置命令3 6 图6 1 n w a r e 网络设置4 7 图6 - 2 啪w a r e 路由节点配置4 8 图6 3 网络拓扑结构图4 9 第v i 页 图表目录 图6 4 路由器接口参数配置 图6 5 业务请求发起程序 5 0 。5 0 图6 6z e b r a 进程模块配置过程5 2 图6 7z e b m 进程模块配置结果5 2 图6 - 8o s p f d 进程模块配置过程5 3 图6 9o s p f d 模块配置结果5 4 图6 - 1 0 运行0 s p f 协议后的链路状态数据库5 5 图6 1 l 启动o s p f t e 协议过程5 5 图6 - 1 2 查看本地o p a q l l e - l s a 5 6 图6 1 3 扩展链路属性详细信息( 1 ) 5 6 图6 1 4 扩展链路属性详细信息( 2 ) 5 7 图6 1 5 仿真程序核心节点路由器节点配置。5 8 图6 。1 6 仿真程序非核心节点路由器节点配置。5 8 图6 1 7 业务请求程序响应5 9 表1 1a s o n 标准及内容6 表2 1o s p f 基本数据报文类型1 4 表2 - 2 流量工程l s a 子哪类型1 6 表3 1 扩展命令表2 4 表3 - 2 主要函数列表表格2 6 表4 1 报文功能描述表3 5 表4 2 框架代码函数表3 6 表5 - l 业务信息表3 9 表5 2 业务与抢占链路关系矩阵4 l 表5 3 算法运行时间表4 4 表6 1 路由接口配置参数4 9 表6 2 虚拟终端端口映射表 第埘页 主要符号表 缩略语： a s o n c r l d p d w d m g m p l s i s m l m p l s a n s m n n i o s p f o s p f t e q o s r c r d b r 口 r s v p t e s r l g 仉v u n i v 哆 主要符号表 a 1 l t o m a t i cs 埘t c h e do p t i c a ln e 铆o r k s c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t b gl a b c l d i 蛐u t i o np r o t o c o l d e l l w a v e l e n g t i ld i v i s i o nm i l l t i p l e x i n g g e l l 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 i l i n g 1 1 1 t e r i l c es t a t cm a c l l i n e l i n l ( m 觚a g e m e n tp f o t o l l i i 血s t a t ea d v e n i s e m e n t n e i g b b o rs t a t em a c h i n e n e 似n e t 、阳呔k t e r f a c e o p e ns h o n e s tp a mf i r s t 1 h f f i ce n g i n e e 渤ge x t e l l s i o i l st oo p e n s h o r t e s tp a mf i r s t q l l a l 时o fs e r v i c e r o u t m gc o n t r o l l e r r o u t j n gl n f d r t t l a t i o nd a t a b a s e r o u t i n gi m m a t i o n p r o t o c 0 1 r - c s o u r c er e s e f 辘难o np r o t o c o l - t r 缸矗c e n 西n e e 豳g s h a r e d 融s kl i i l kg r o u p 聊e l e l l g t l l ，v 射u e u s e rn 咖0 r ki n t e r 缸e v i r m a l 啪et e m l i n a l 第v i i i 页 自动交换光网络 基于路由受限标签分发协议 密集波分复用 通用多协议标记交换 接口状态机 链路管理协议 链路状态通告 邻居状态机 网络网络接口 开放最短路径优先 开放最短路径优先的流量工 程扩展 服务质量 路由控制器 路由信息数据库 选路信息协议 基于流量工程扩展的资源预 留协议 共享风险链路组 类型伥度值 用户网络接口 虚拟用户终端 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：盏丝 日期：矽7 年r 月2 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：务毛 导师签名：孝乐民 日期：加吖年s 月”日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 人类社会已经迈入了信息时代。进入2 l 世纪以来，以集成芯片、电脑软件、 系统网络等信息产业为物质基础，容信息和知识于一体的新经济形态的出现，代 表了当前社会发展的迫切需求和必然趋势。通信技术是引领人类迈向信息时代的 一座桥梁。人类社会的生产、经营、科研教育等活动愈来愈依赖于通信网络，随 着不断增加的宽带业务和即将出现的3 g 业务，光网络作为支持所有有线、无线通 信网络业务的基础备受关注。 目前，骨干网容量日益增大，城域网接入能力也趋于多样化发展，设计具备 良好自适应能力的下一代传输网络正成为人们追求的目标。经历了p d h ( p l e s i o m o f i ) h o u sd i g i t a lh i e b a r c h y ) ，s d h ( s y i l c h m n o l l sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 和 d w d m ( d e i l s ew a v e l e n g t l ld i v i s i o nm u h i p l e x i l l g ) 几个阶段的发展，传统的光传输 网络借助于s d h 、d w d m 等技术不断走向成熟，为骨干光网络的扩容提供了广阔 的空间。但是这些技术仅在一定程度上缓解了业务的带宽需求。传统的光网络仍 存在一定的局限性，例如以语音为中心的s o n e t s d h 结构的局限性，以增加虚 光纤为目的的第一代d w d m 系统缺乏智能，简单的i po v e rd w d m 缺少 s d h s 0 帅玎的保护恢复功能和服务质量( q o s ) ，于是客观上需要一种更具伸缩性 和灵活性的解决方法。与此同时，考虑到网内的波长将越来越多，光器件和光系 统的复杂性不断增加，光通道互连将更加复杂而多变，因此，光层管理和控制的 重要性也显得非常突出。 随着口业务逐渐成为网络的主要业务量后，对网络带宽的动态分配要求将越 来越迫切。尽管随着光网络设备的不断发展，o x c ( o 嘶c a lc r o s s c o 加鳅) 已具 有灵活组网能力，但传统意义上的0 x c 仅仅具有静态网络配置能力，缺乏自动联 网智能和端到端的动态配置能力，因此无法适应日益动态的网络和业务环境，也 解决不了传统网络的结构问题。除此之外，市场的开放和竞争的压力也要求有一 种创新的光联网技术，使网络可以能更快更高效地提供高质量服务。网络最终需 要的是一种实时动态配置的能力，即智能光交换能力，才能满足不断发展的业务 第l 页 电子科技大学硕士学位论文 和市场需求。 1 2a s o n 技术概述 a s o n 最早是在2 0 0 0 年3 月由i t u - t 的q 1 9 1 3 研究组正式提出的。它是一 种具有灵活性、高可扩展性的，能直接在光层上按需提供服务并实现智能化控制 管理的光网络基础设施。a s o n 实质上可以看做自动交换传送网技术在光网络中 的一种应用实例，它将a t m 和口路由功能引入到光网络中，将i p 的灵活性和效 率、s 0 n e t s d h 的保护能力以及d w d m 的容量通过分布式网络管理系统有机地 结合在一起，把光层从一种静态的传输媒体变成了一种智能的光网络结构，形成 以软件为核心的能感知网络和用户服务要求，并可以直接从光域提供各种灵活的、 高速增值业务的技术。 a s o n 是近年来光联网技术的一个重要的发展。a s o n 的出现，对运营商的 起始投入运营带来了诸多好处：如a s o n 技术简化了网络结构和节点结构，允许 将网络资源动态分配给路由，优化网络资源分配，提高带宽利用率，可以运行运 营商引入新的波长业务，诸如按需带宽业务、分级的带宽业务、动态波长分配租 用业务、光层虚拟专用网等等。做为一种标准化的智能光传送网，目前a s o n 正 逐步从概念、理论阶段过渡到实用化阶段【1 】。 1 2 1a s o n 结构组成 a s o n 由控制平面、传送平面、和管理平面组成。此前，光传送网只有传送 平面和管理平面，没有分布式智能化的控制平面，因此，a s o n 概念的提出，使 传输、交换和数据网络结合在一起，实现了真正意义的路由设置、端到端业务调 度和网络自动恢复【2 】。a s o n 是一种分层架构，层与层之间、节点与节点之问通 过相应的接口进行通信，组成结构如图1 1 所示： 第2 页 第一章绪论 r a 代理请求n 咖：内部网络节点接口e n n i ：外部网络节点接口 图1 1 a s o n 的组成结构 传送平面负责数据业务的传送。它具有各种粒度的交换和疏导结构，如光纤 交叉连接，波带和波长交叉连接；具有各种速率和多业务的物理接口，如s d h ( s 弧4 - n ) ，以太网接口，a t m 接口以及其他特殊接口等。传送平面实现的是一 种物理数据的传输功能。控制平面和管理平面通过相应的接口与传送平面进行交 互，通过这些接口，管理平面和控制平面可以对传送资源进行统一的控制和管理。 控制平面包括一系列实现路由和信令交互等功能的特定组件。a s o n 控制平 面的核心功能之一就是可以在管理平面的控制下，利用信令功能实现端到端自动 连接的建立和删除以及其他操作的控制。控制平面是a s o n 技术的关键部分，控 制平面的实现程度决定着a s o n 智能化的程度。控制平面内的许多关键技术如路 由技术、链路资源管理技术、生存性技术等都是a s o n 技术研究的重点内容。 管理平面负责传送平面、控制平面和整个系统的维护功能。它通过网络管理 接口a ( n m i a ) 管理控制平面，并协同控制模块的链路管理协议( l m p ) 完成 对数据通信网( d c n ) 的管理。管理平面主要面向网络管理者，主要功能着重于 对网络运行情况的掌握和网络资源的优化配置，负责所有平面间的协调和配合。 管理平面对于整个网络拥有比控制平面更高的权限。 在以上三个平面中，控制平面是网络的关键部分。在a s o n 网络中，业务可 实现动态连接，时隙资源也可进行动态分配，还可以对底层网络进行实时控制， 其原理就是因为控制平面的存在。控制平面使a s o n 可以同时支持不同的技术方 案和不同的业务需求，具备高可靠性、可扩展性和高有效性等特点，也使网络业 务的调配变得更加灵活。 第3 页 电子科技大学硕士学位论文 1 2 2a s o n 关键技术 a s o n 采用独立的控制平面来实施动态配置及连接管理，使传统的传送网更 佳具有智能化。控制平面由一组通信实体组成，负责完成呼叫控制和连接控制功 能，主要是连接的建立释放、监测和维护，并在发生故障时恢复连接，由信令网 支撑。大体上，a s o n 包含以下一些关键技术：链路资源管理技术、自动发现技 术、生存性技术和路由技术。 a s o n 的分布式智能所达到的网络拓扑发现、电路自动配置等，完全依赖于 控制平面链路资源管理、光路由和信令协议 3 】。链路管理协议( l m p ) 用于发现 光网络邻居，管理本地链路资源，并将光链路资源通过控制平面路由协议进行全 网络泛洪；信令协议主要用于控制和管理，当路由节点计算出路由后，通过信令 协议进行端到端连接的建立；路由协议的作用是在网内各个路由节点问泛洪光网 络拓扑信息，使网络内部的每个路由节点、或指定的路由节点具有全网的链路资 源信息，用于条件约束路径计算。a s o n 控制平面路由技术是整个a s o n 网络的 核心技术之一。目前还在进一步的研究之中。本文重点研究了基于o s p f 的a s 0 n 路由协议，并给出了具体的设计和实现。 1 2 2 ，1 链路资源管理技术 链路资源管理技术主要研究网络内邻居及链路资源的发现和管理的问题。在 a s o n 建议的制定过程中，i e t f 发挥了在i p 技术方面的优势，继承i p 路由协议 和m p l s 的信令体系，提出了g m p l s 系列标准草案。其中和链路资源管理相关 的部分是g m p l s 链路管理协议( l m p ) 。l m p 协议是运行于两个相邻节点间用于 流量工程( t e ) 链路管理的协议，主要是针对网络日益复杂、庞大，相邻节点之间光 链路数目不断增加，如何能实现对链路的有效、智能管理，如何能实现链路故障 的快速定位而提出的。在a s o n 的控制平面结构中，l m p 协议为光网络资源管理 做了相应的扩展，使原有的功能有所增加。l m p 的功能主要包含控制通道管理， 链路属性关联，链路联通性验证，链路故障关联，资源发现等。链路管理技术对 光网络链路资源的智能化管理起着重要的作用。 1 2 2 2 自动发现技术 自动发现是指网络能够通过信令协议实现网络资源( 包括拓扑资源和业务资 源) 的自动识别。自动发现技术是体现a s o n 节点智能性的重要功能之一。在i t u - t a s o n 协议框架中，( 汀7 1 4 建议对传送网络的自动发现技术进行了概括性、功能 第4 页 第一章绪论 性的框架描述。自动发现技术主要完成物理端口映射、逻辑邻接关系绑定、检测 错连线路以及业务能力通告等功能。 1 2 2 3 生存性技术 a s o n 中的生存性机制具有智能化、多样化的特点。目前，a s o n 采用的生 存性技术分为保护和恢复技术。恢复包括集中恢复和分布恢复。保护和集中恢复 是传统光网络的功能，而分布恢复则是a s o n 所特有的功能。在a s 0 n 中，恢复 与控制平面的动作有关，保护则由传输平面完成。a s o n 的保护技术主要有：1 + 1 单向路径保护，l + n 路径保护，1 + l 单向s n c 小和s n c s 保护。同时，还 有光通道( o c h ) 共享保护和光复用段( o m s ) 共享保护环。a s o n 的恢复方法分 为3 种：预计算、动态和这两种同时采用。a s 0 n 由于控制平面的存在，其生存 性不仅更具有重要的意义而且更富有挑战性。 1 2 2 4 路由技术 路由技术包括域内路由技术和域同路由技术两部分，是整个a s o n 的核心技 术之一。a s o n 的路由的具有其自身的新特点： 1 从连接建立方式上看，请求建立连接时就需要给出路由的选择路径，并且 在传送连接建立请求时不会影响已有的业务。 2 路由协议不直接参与数据交换，因此可以灵活包含各种有用的信息。光网 络中不同网元可以采用不同的路由算法，对于相同的信息，不同的路由算法也可 以采用不同的处理方式。 3 在带宽资源的管理方面，带宽统计比口网络简单，光网络的控制信息以带 外方式携带，可以通过一个时分复用电路或光监控信道传输。 a s o n 路由的新特性决定了a s o n 路由协议的新特点。随着各方面技术的不 断发展，a s 0 n 路由技术也正不断的趋于完善。 1 3a s o n 研究现状 进行a s 0 n 标准研究工作的国际标准组织和准标准组织有国际电信联盟标准 部( i t u t ) 、光互连论坛( 0 i f ) 、互联网工程任务组( i e t f ) 、光域业务互连( 0 d s i ) 等。i t u t 、i e t f 、o i f 分别为下一代智能光网络研究制定了一系列标准规范和草 案，而且研究也在不断的进行之中。 i t u t 主要负责网络体系结构，网络性能和设备功能要求，以及物理层规范等 第5 页 电子科技大学硕士学位论文 的制定，i t u - t 也规范信令和协议。从标准的成熟度来看，在体系结构方面，i t u t 已经给出了比较完善的a s o n 体系结构。对于控制平面，r r u t 关于信令的标准 化已经基本完成f 4 】。目前已有标准化草案如图l - 2 所示： a s o n 总体要求 a s o n 体系架构 至：更至：鱼：重卜求 各标准具体内容如下： 图1 - 2a s 0 咐协议体系结构 表l 一1 a s o n 标准及内容 详细要求 j 标准内容 标准内容 g 8 0 7 a s o n 总体要求【1 】 g 7 7 1 4a s o n 的通用自动发现技术 g 8 0 8 0a s o n 体系架构 6 】g 7 7 1 5a s o n 路由架构和要求 g 7 7 1 2数据通信网的体系架构g 7 7 1 6 c p 初始化建立，重构和恢复 g 7 7 1 3呼叫和连接管理 g 7 7 1 7连接允许和控制 表格1 1 描述的各个标准的主要内容。i t u t 在路由、信令等方面标准化目的 是提供一种与协议无关的方法。这样为以后协议的具体实现，留下了更多的选择 空间和更大的灵活性。 o i f 和i t u - t 的工作具有很强的互补性，i t u 主要从功能结构、信令、路由、 l m p 等几方面进行标准化，而o i f 主要是制定u n i 和n n i 接口规范。0 i f 在u n i 方面重要贡献是o - u 咐i ，o u n l 支持在光网络的客户之间快速的建立连接，并具 有不同等级的保护和恢复能力，是实施重叠模型光网络的基础。n n i 协议提出了 网络分级路由的模型。 i e l 限的g m p l s 及相关工作组主要工作是定义用于智能光网络的控制协议。 它提出了通用多协议标记交换( g m p l s ) 的一系列标准草案，包括信令协议 v p t e c r l d p ) 、路由协议( o s p f ) 、链路管理协议( l m p ) 等。 从标准化研究情况来看，a s o n 标准化研究进入了一个崭新的阶段，随着研 第6 页 第一牵绪论 究的不断深入和完善，a s o n 技术和设备正慢慢的走向成熟。 1 4 本文主要内容及安排 本文主要内容包含四个部分，第一部分主要研究了基于o s p f 的a s o n 路由 协议的实现。第二部分设计并实现了口域内进行光网络路由仿真的应用程序框架； 第三部分提出了一种基于多级业务光网络的路由抢占算法；最后第四部分对本文 实现的a s o n 路由协议在仿真平台上进行测试，并给出最终的运行结果。本文具 体安排如下： 第一章对a s o n 的基本知识、技术及研究现状、研究现状进行概述。 第二章研究了a s o n 的路由技术，描述了一种基于g m p l s 的a s o n 路由模型， 对基于o s p f 的a s o n 路由协议进行了研究。 第三章描述了基于o s p f 的a s o n 路由协议的实现方案和过程。 第四章设计并实现了i p 域内进行光网络路由协议仿真的应用程序框架。 第五章提出了一种基于多级业务光网络的有效抢占算法。 第六章搭建路由协议仿真平台，对本文实现的基于0 s p f 的路由协议进行测试和分 析。 第七章总结全文。 第7 页 电子科技大学硕士学位论文 2 1 概述 第二章a s o n 路由技术 路由技术是a s o n 标准框架的重要组成部分之一。国际电信联盟( i t u - t ) 第 1 5 工作组在2 0 0 2 年6 月通过了g 7 7 1 5a s o n 路由体系结构和需求，g 7 7 1 5 定义 了在a s o n 中建立交换连接s c ( s 证t c hc o i l i l e c t i o n ) 和软永久连接s p c ( s o f t p e 锄棚e n tc o 蚰e c t i o n ) 路径选择功能的结构和要求，以及a s o n 路由结构，路径 选择、路由属性、抽象信息和状态转移图等功能组件【7 】。这是一个与协议无关的 的分级路由体系结构。 2 2a s o n 路由功能结构 a s o n 的路由结构由路由控制器( r c ) 、路由信息数据库( r d b ) 、链路资源 管理器( l r m ) 和协议控制器( p c ) 几部分组件构成【7 】： 圈2 1 路由功能组件关系 路由控制器r c 的主要功能为与对端r c 交换路由信息，并通过对路由信息数 据包的操作回复路由查询，即路径选择。同时r c 也会对从连接控制器发出的为建 立连接所需的通道信息做出回应，对拓扑信息请求做出相应回应。 第8 页 第二章a s o n 路由技术 路由信息数据库r d b 主要用于存储本地拓扑，网络拓扑，可达性，路由策略 配置和其它通过路由信息交换获得的信息。r d b 可以包含多个路由域的路由信息， 这些路由信息是进行路由计算的基础。 链路资源管理器u l m 主要功能为向r c 提供所有s n p p 链路信息，并将其控 制的链路资源的任何状态改变告知r c 。 协议控制器p c 的功能为将路由原语转换成特定路由协议的消息，因此是与协 议相关的。p c 还处理和路由协议相关的控制信息，这些控制信息用于路由信息交 换的管理和维护。其中，u t m 、r d b 和r c 是与协议无关的，p c 是与协议相关的。 2 3a s o n 路由模式 针对多域网络环境中动态光通道的建立，a s o n 路由结构提出三种路由方式： 分级路由( h i e r a r c h i c a lr 0 u t 打培) ，逐跳路由( s t e p b y s t e pr o u t i n g ) 和源路由 ( s o h 舣b a s e dr o u t i n g ) 。并且也对路由信息表达方式的不同进行了抽象，如链路 状态，距离矢量等。为了提供路由服务，还需要事先了解网络资源的情况，并对 网络资源进行分配后再使用。这些网络资源可以通过人工配置，也可以通过自动 发现机制来配置。 层次路由模式：从水平方向来说，a s 0 n 可以划分成不同的路由域( r a ) ，而 每个路由域又可以分成不同的可以互相嵌套的子网。一个大的子网( 上层子网) 可以包含许多小的子网( 下层子网) ，形成了层次的网络结构。每个子网都知道自 身的拓扑结构，并能进行动态的连接控制，但不了解上层子网或下层子网的拓扑 结构，子网层次的每一层都有一个包含r c 、c c 、u t m 的主结点负责本级子网的 选路，连接请求首先到达最上层子网主节点，由他计算出从源到目的地节点之间 的路径所需经过的下一层子网和他们的链路链接，然后通知下层的主节点分别建 立在自己子网内部的连接。这样，由上到下逐级子网进行分段选路，最终得到整 条连接的路由。 源路由模式：源路由模式与层次路由模式有许多相似之处，但在源路由模式 中连接过程是通过分布的节点中的c c 和r c 分段联合完成的。由于一条连接可以 经过多个路由域，从源节点开始连接所经过的每个路由域，其人口节点( 第一个 节点) 需要负责本路由域中的路由选择，并负责判断连接所需要经过的下一个路 由域的入口节点，这样，逐个路由域进行选路，直到最终到达目的节点所在的路 由域。 第9 页 电子科技大学硕士学位论文 逐跳路由模式：逐跳路由模式与源路由模式大致相同，不同之处在于路由的 选择是以节点为单位逐跳进行的，与i p 网路中数据包的转发方式类似，而原路由 模式是以经过的路由域为单位逐跳进行的。 2 4a s o n 路由属性 通过路由协议分发的路由信息可以分为基于链路的和节点的信息。这里的节 点可以表示一个r a 或予网，要根据计算路由时路由层次的需要确定。 1 节点属性 对于一个节点来说，主要的路由属性是可达性和多样性以及一些其他属性信 息。可达性属性指定经过给定节点可达的一系列节点，通过显式的或摘要的地址 列表的形式给出；多样性相关的属性表示用于受限路径选择的节点属性，如共享 风险组( s r g ) ，这个属性可用节点共享风险组的表示列表给出，可用于确定有共 同风险的节点。 2 链路属性 链路属性集合包括链路状态和多样性信息，链路状态信息由存在、权重和容 量信息组成，多样性相关信息与节点信息中的类似。 2 5a s o n 路由消息 2 5 1 路由消息类型 从功能上讲，a s o n 路由消息分为路由功能的维护信息和携带网络路由的信 息。维护信息在协议控制器( p c ) 之间交互，这些p c 之间有逻辑邻接关系，消 息交换的范围限在组成邻接关系的p c 之间。路由信息消息在两个邻接的路由控制 器( r c ) 之间交换，这些消息被选路算法用于计算通过网络的连接请求的路由。 路由消息交互范围限制在r a 内。每个r c 接收并产生在它直接控制下的网络资源 的路由信息，并把产生的信息发送给相邻的r c ，知道所有的r c 的r d b 稳定后， 消息的交换过程才会结束。路由信息交换的通用路由消息包括： ( 1 ) r d bs y n c ：同步两个r c 的r d b 。 ( 2 ) 砒a d d ：加入新网络资源。 一 ( 3 ) r id e l e t e ：删除一个存在的网络资源。 第1 0 页 第二章a s 0 n 路由技术 ( 4 )r ii m d 闻 e ：更新r d b 。 ( 5 ) r l q u e r y ：查询邻居的路由信息。 a s 0 n 的路由消息模型与口域内的路由消息具有一定的一致性。 2 5 2 消息分发拓扑 r c 需要把相关的网络拓扑和可达端点的路由信息发送给其他的r c ，并和他 们协调。对等r c 之间传送路由信息的方法与路由源位置和路由信息用户无关，因 此路由信息传送机制可以采用不同的网络拓扑。 1 一致拓扑( c 0 n g m e n tt o p o l o 盯) r a 中所有节点对都互相连接并建立了邻接关系，路由拓扑与传送网的拓扑相 同。通过传送链路连接起来的节点对于其他节点来说保证是可见和可达的，但此 时传送的冗余路由信息会大大增加。 2 使用一个路由消息服务器的集中拓扑( h 曲b e dt o p o l o g y ) r a 中包含一个或多个路由消息服务器。每个网络中的r c 都会和消息服务器 保持联系。消息服务器会把一个r c 接收的路由消息发送给路由域中其他r c 。这 样可以通过消息服务器节点执行对于发送路由信息的任何策略。 3 定向拓 h ( d i r e c t e dt b p o l o g y ) r a 中所有r c 按照指定路径转发消息，这种分发拓扑会覆盖域中所有r c ， 因此可以综合考虑d c n 的拓扑分支性，使网络中传送的冗余信息最小。 2 6 a s o n 路径选择 a s o n 路径选择功能是一个能返回路径参数的功能函数，连接控制器( c c ) 可以使用这个返回路径发起信令建立连接。路径选择可以离线完成( 通过管理平 面进行路由规划) 或实时在线计算( 控制平面实现) 。这种选择取决于计算的复 杂度、拓扑信息的可用性以及给定的网络策略。在a s o n 中存在三种不同的路由 模式，三种不同的模式也使路径选择的方式有所不同。总体来讲，路径选择的输 入包括拓扑内容、目的节点、源节点、约束条件等，输出包括下一跳链路、单条 路径、两个或更多条路径等信息，不同的路由模式具有不同的输入输出内容。而 且各个要素之间的组合也具有一定的约束性。 第1 1 页 电子科技大学硕士学位论文 2 7 基于g m p l s 的a s o n 路由模型 a s 0 n 的路由体系结构可以通过两种网络模型进行分析，即叠加模型和对等 模型。叠加模型是一个客户服务器模型，其中口域是光域的客户。在这个模型里 光网络为口分组提供光域传送的点到点光链路。在对等模型中，终端用户是所有 其他网元的对等体，能完全访问光网络拓扑，通过这些信息，终端用户可以计算 通过光网络的路由以满足一个标准范围内的要求。从功能上说，对等模型可以通 过取消拓扑共享功能、保持连接信令功能而转化为叠加模型，因此需要规范一组 有足够灵活性的控制平面协议来同时支持两个模型。 考虑到g m p l s 在路由协议以及智能光网络整体结构上所作出的扩展，在 a s 0 n 的控制平面中使用g m p l s 建议的路由协议将成为智能光网络路由系统的主 要解决方案【8 】。使用g m p l s 的约束路由模型作为