（通信与信息系统专业论文）mpls+over+wdm多层网络优化设计.pdf

南京邮i u 人学顺i j 研究生学位论义摘舞 摘要 随着数据业务的迅速增长，当前的传送网络在承载弹性业务时存在很多问题，这就要 求传送网络向着更具生存性、灵活性和可控制性的方向发展，本文对下一代因特网核心网 的可行方案之一m p l so v e rw d m 双层网络进行了详细的介绍，在描述了其发展趋势、 网络体系结构和生存性等性能的同时，通过常用的网络设计方法对m p l so v e rw d m 网络 的网络体系结构进行了实际的网络建模，全面阐述了m p l so v e rw d m 双层网络的网络设 计问题。 网络设计问题主要包括在满足一些技术和经济约束等条件下找出实现一个具体业务 需求的最优化的网络配置，在此我们将m p l so v e rw d m 的双层网络设计问题描述为一个 混合整形线形规划m i l p 的最优化问题，进行了实际的物理建模、设计和描述，通过对最 优化问题的求解最终得出的最优化的网络配置信息( 业务需求、网络成本等) ，并针对网 络设计时所选取的各种参数进行了讨论。然而，一般的网络设计问题是非常复杂的，现有 的各种算法在解复杂的多层网络的设计问题时难以直接计算，本文中m p l so v e rw d m 双 层网络的最优化问题的结果同样很难通过一种直接的方式计算出来，这里我们针对m p l s o v e rw d m 双层网络设计的最优化问题提出了一种新的迭代算法，将整个m i l p 问题分解 为两个复杂性较小的子问题，每个子问题独立求解，通过顺序求解这些子问题并借助于链 路成本的更新进行算法迭代，最终得到整个问题的解。我们将该迭代算法作为求解复杂网 络设计问题的一种近似算法，借助于c p l e x 工具对迭代算法的执行效率、适用范围、收 敛速度和设计的结果上进行了详细的分析和比较。 南京邮l u 人学颂l j 研究生学化论义 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h eg r o w t ho fi p - b a s e ds e r v i c e ，c u r r e n tt r a n s p o r tn e t w o r ki sc o n f r o n t i n gm a n y p r o b l e m si nc a r r y i n ge l a s t i ct r a f f i c t h i sr e q u i r e sa ni m p r o v e m e n to fn e t w o r ki ni t ss u r v i v a b i l i t y , f l e x i b i l i t ya n dc o n t r o l l a b i l i t y i nt h i st h e s i s ，m p l so v e rw d mn e t w o r k ，i n t r o d u c e da saf e a s i b l e a r c h i t e c t u r ef o rn e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e tc o r en e t w o r k ，i sd e p i c t e di ni t se v o l u t i o n ，a r c h i t e c t u r e a n ds u r v i v a b i l i t y m e a n w h i l e ，m o d e l sf o rm u l t i - l a y e rn e t w o r ki se s t a b l i s h e dw i t hac o m m o n n e t w o r kd e s i g n i n gm e t h o d ，a n dt h ep r o b l e m se m e r g e di nt h em p l so v e rw d mn e t w o r ka r e f u l l yp r e s e n t e d t h em a i np r o b l e mi nn e t w o r kd e s i g ni n t r o d u c e di n t h i st h e s i si sh o wt od e f i n ea l lo p t i m a l n e t w o r kc o n f i g u r a t i o nw h i c hc o u l df u l f i l l s p e c i f i e dt r a f f i cd e m a n d su n d e rt e c h n i c a l a n d e c o n o m i c a lc o n s t r a i n t s i nt h i st h e s i s ，t h ep r o b l e mi sf o r m u l a t e da sam i x e di n t e g e rl i n e a r p r o g r a m m i n g ( m i l p ) p r o b l e ma n dt h eo p t i m a ln e t w o r kc o n f i g u r a t i o n s ( e g ，t r a f f i cd e m a n d sa n d c o s ti n f o r m a t i o n ) c o u l db er e a l i z e db ys o l v i n gt h e s em i l pf o r m u l a t i o n s m p l so v e rw d m n e t w o r kd e s i g np r o b l e m si n c l u d i n gap r a c t i c a ln e t w o r km o d e l ，d e s i g na n dd e s c r i p t i o n ，a sw e l la s s o m ep a r a m e t e r si nt h ed e s i g na r ed i s c u s s e di nt h et h e s i s h o w e v e ls o m em i l pp r o b l e m sa r e n p - h a r df o rm u l t i l a y e rn e t w o r kd e s i g np r o b l e ma n di t sd i f f i c u l tf o ru st og e tas o l u t i o no f g e n e r a ln e t w o r kd e s i g np r o b l e mo fm e d i u ms i z ed i r e c t l y t h es a m ep r o b l e m e x i s t si nm p l so v e r w d mn e t w o r kd e s i g n i nt h i st h e s i s ，a l la p p r o x i m a t ei t e r a t i v em e t h o df o rt h em i l po ft w o l a y e r m p l so v e rw d mn e t w o r kd e s i g np r o b l e m si sp r o p o s e d t h ed e s i g np r o b l e mi sf i r s t l y d e c o m p o s e di n t ot w os u b - p r o b l e m st h a tc a nb es o l v e ds e p a r a t e l y m u l t i - - c o m m o d i t yf l o wm o d e l a leu s e dt of o r m u l a t ee a c hs u b - p r o b l e ma sam i l pp r o b l e m t h es o l u t i o nt ot h ed e s i g np r o b l e m i so b t a i n e db ys o l v i n gt h es u b - p r o b l e m ss e q u e n t i a l l y t h i si t e r a t i v em e t h o di sr e g a r d e da sa n a p p r o x i m a t ea l g o r i t h mf o rc o m p l i c a t e dt w o l a y e rn e t w o r kd e s i g np r o b l e m s t h ee f f i c i e n c y , s u i t a b i l i t y , c o n s t r i n g e n c ya n dd e s i g nr e s u l to ft h i sm e t h o da r ea n a l y z e da n dc o m p a r e db yu s i n g o f c p i e xt 0 0 1 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人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 工作及取得的研究成果。尽我所知，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 含为获得南京邮电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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 班吼业 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名： 导师签名：弛期：趟 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方囊： 霹络与应用技术 作 题 2 0 0 4 级研究生潘强指导教师唐宝民 目：m p l so v e rw d m 多层网络优化设计 英文题簦： m p l so v e rw d mm u l t i l a y e rn e t w o r ko p t i m i z a t i o n a n dd e s i g np r o b l e m 主题词：多协议标记交换多层网络设计 m p l so v e rw d m 网络迭代算法 k e y w o r d s ： m p l s m u l t i l a y e rn e t w o r kd e s i g n m p l so v e rw d ma r c h i t e c t u r e i t e r a t i v ea l g o r i t h m 南京邮电大学硕一l 研究生学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 2 0 世纪以来，以i p 为主的数据业务迅速增长，数据业务超过话音业务成为未来网络的 主流业务似乎是大势所趋，然而在随着i n t e m e t 业务应用迅速增长的同时，对网络的性能 以及网络的存活性也提出了更为严格的要求，这就要求未来网络必须向一个性价比更高、 生存性更强、并且具备平滑升级以及网络性能优化的控制能力变得更加容易的方向发展。 在i n t e m e t 网络发展的同时，人们也针对当前i p 网络所面临的各种问题提出了两种解决 方案：一是利用多协议标签交换m p l s 技术，另一个就是以密集波分复用( d w d m ) 互联网 技术为代表的光网络技术。随着m p l s 技术的进步以及基于波长级的光联网光网络技术发 展的同时，人们自然而然地想到能否将m p l s 技术和光网络技术结合起来，也就是说在数据 网络范畴内，由m p l s 的控制层来执行至关重要的选路和网络生存性，即使用m p l s 来提高 网络性能和执行流量工程( t e ) ，而由下层的光网络层来提供w d m 传输和波长路由的光层 “电路级”联网技术，这样就可以构建一个性能更加优越的集成模型的解决方案，促使了 m p l so v e rw d m 技术的出现。使用多协议标签交换m p l s 技术增强了i p 层的功能，并有效 的解决了传统i p 网络所面临的各种问题，提高了网络的业务质量、灵活性以及网络的传输 速率和节点吞吐量。同时基于波长进行分配和路由的“电路交换技术的成熟又可充分发 挥多波长w d m 层的波长联网功能，而且加速了光传输网的响应时间，增加了不同业务提 供网之间的互操作性。此外，i pv i am p l so v e rw d m 在很大程度上简化了多层网络的分层 结构。 在下一代互联网n g i 核心网的新兴的结构和技术中，我们引入了大量的新功能和新技 术，而引入m p l s 流量工程的i p 预计也将用在下一代因特网中，与此同时w d m 技术的进步 使它成为下一代光传送网o t n 基本技术中的一个有力的候选，这样，m p l s 和w d m 集成的 方式，即m p l so v e rw d m 就成为下一代互联网核心网设计中的一个可行的方案，它降低网 络设备和管理的成本以及网络的复杂性，简化了下一代因特网的体系结构，使得n g i 核心 网建成一个：上层基于i p 的分组层由m p l s 路由器组成，下层基于w d m 层由光o x c 连接而 成的网络。 1 2 i n t e r n e t 业务分类 i n t e m e t 网上的业务各种各样，包括话音、媒体和数据等。各种业务对网络的各种性能 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 参数要求是不同的。所谓“q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) ，就是一组网络性能的参数集，即业 务提供商针对不同的业务所提供的一组性能参数的标准。因特网上的业务q o s 参数主要包 括：时延、抖动、带宽、误码率、丢包率以及同步等，其中带宽主要针对传输速率而言的。 针对不同的q o s 要求，我们将因特网上的业务分为两大类：弹性( e l a s t i c ) 业务和非弹性 ( i n e l a s t i c ) 业务。 1 2 1 弹性业务 一般来说，弹性业务为一定限制范围内i p 应用所引入的业务，可以适应所分配的任意 数量的带宽，当今因特网的大部分业务均类似于这种类型，弹性业务在网络的时延及吞吐 量变化时仍能满足相应的q o s 要求，一般t c p i p 均支持这种业务类型。 根据各种弹性业务应用的q o s 不同，在因特网中的应用主要分为：文件下载、网页浏 览、远程登录、电子邮件、网络管理等，他们在对q o s 参数要求上有所不同，如： 当通过各种工具进行文件下载时对下载速度要求比较高，总是希望能与文件的大 小成正比； 远程登陆及w e b 页访问对时延就很敏感，即要保证响应的速度： 电子邮件对时延要求并不高，但要保证可靠性，即准确性。 所以我们要针对不同的业务应用，提供不同的q o s 参数保证，以符合人们的生活习惯。 1 2 2 非弹性业务 传统的电信业务一般为非弹性业务，这种类型的业务对网络中时延或吞吐量的变化适 应性比较差，例如对于语音和视频的传输等，它要求网络的时延和吞吐量尽可能的稳定在 一定的范围内。这类应用要求保证： 吞吐量：这类业务不像弹性业务，不像弹性业务可以在服务降级时仍能传送数据， 非弹性业务要求网络的吞吐量必需大于一个基本的下限值； 时延：语音信号，比如传统的电话业务对时延的变化就比较敏感，所要求的时延 必需小于某个值才能符合人的听觉习惯； 时延的变化：网络的时延越大，传输数据的真正时延就越长，在接收端所要预留 的时延缓冲区就越大。实时交互应用，如：视频电话等，可能要求一个时延变化 的合理上限； 2 南宗邮f u 人学硕i j 研究生学位论文 鳃一章绻论 丢包率：不同实时应用所能对分组丢包率的要求不同，语音业务要求相对较低。 另外菲弹性业务还提出两项耨豹要求： 首先必须能够支持弹性业务。非弹性业务在网络阻塞时仍然要保持原有的业务需 求，因此在阻塞时，弹性业务往往就会被网络丢弃，所以我们需簧一种可行的策 略来有效的防止类似情况的发生：即当种业务请求申请了太多的资源而剩余的 资源不足以处理当静的弹性业务时，网络就会掇缝请求： 另外适当的采用某种方法对一些性能参数要求严格的应用进行优先处理。具体的 应用必须在传送业务之前通过某糟鲎务请求功畿提出恐们的q o s 要求，或者在传送 过程中用i p 分组头的适当字段指明他们所需要的q o s 请求。在传送业务之前确定所 建立业务的q o s ，这样可以使提出要求的过程更为方便和灵活，同时网络能预测到 该q o s 要求，如果不能满足则予以回绝。这种方法类似于网络中所经常用到的资源 预馨协议。 当f i l f i n t e m e t 网络中的用户数不断增加，网络的业务流量呈爆发性增长后，网络对弹性 监务的支持交得越柬越重要，本文就承载弹性业务豹双层下一代互联霹n g l 核心网的设计 提出了一种适用于中等规模网络的新的方法，即通过一种迭代的方式来解设计m p l so v e r w d m 时的混合整型线性规划m i p 问题。 1 3 论文的主要研究方向及框架结构 当i n t e m e t 网络中的用户数不断增加，网络的业务流量呈爆发性增长后，对新型的m p l s o v e rw d m 双层网络的研究也就变得非常重要，本文针对霉豁的研究热点m p l so v e r w d m 双层网络进行了详细的介绍，包括整个通信网的发展以及未来网络的体系结构，介 绍了m p l so v e rw d m 网络结构、生存性、保护和恢复等机制，然盛针对m p l s o v e rw d m 的网络设计问题，介绍了几种常用的网络建模方法，最后根据种通用的模型方式，对 m p l so v e rw d m 网络进行建模，分析了网络中的各种参数对整今网络性能的影响，并针对 具体的中等规模以上的双层网络提出了种迭代的方式来近似解决双层网络设计中所面 临麴优纯计算问题。 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 3 1 主要研究方向与工具介绍 本文在已有的混合整数规划( m i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n g ，m i p ) 1 方法所建立的双层网 络数学模型的基础上，研究了各种网络的设计参数对整个网络性能的影响，并针对中等规 模以上的网络提出了一种近似的迭代方法，它主要通过将双层网络求解的问题分解到两个 独立的层上，然后分别在相应的这两个层上执行m 口求解，并通过利用层间数据的交互和 两层问题的重新求解的迭代方式，来找出满足最接近的最优解为止。本文采用i l o gc p l e x 数学软件来分析解决混合整形规划问题，实现为业务连接建立的近似优化路径以及找出网 络设计过程中为每条链路所分配的链路容量。 1 3 2 论文结构介绍 第一章，绪论，阐述了下一代互联网n g i 的发展趋势，提出了m p l so v e rw d m 的组 网方案，并提出了双层网络模型设计中的迭代算法，以及我们在设计m p l so v e rw d m 网 络时所用到的主要工具和研究方法。 第二章，详细介绍了m p l so v e rw d m 网络的发展趋势，介绍了该网络的体系结构及 其组网模式，并对其生存性及保护和恢复策略进行了研究。 第三章，详细地介绍了m p l so v e rw d m 网络的设计问题，提出了几种常用的网络建 模方案，并针对双层网络的设计问题提出了一种新的迭代算法。 第四章，借助于c p l e x 优化工具介绍了各种参数对网络设计的影响，并通过各种具 体网络的计算结果对d i r e c t 算法和迭代算法进行了全面的比较，包括c p l e x 执行时间、最 优值等。 第五章，总结，对本文的研究结果进行了总结，分析了迭代算法所适用的范围等，并 对当前的网络体系结构现状及未来趋势进行了简单的预测。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章m p l so v e r w d m 网络 2 1 引言 第二章m p l so v e rw d m 网络 随着业务的增长，一些基于l p 的业务在网络的效率方面需要有一个可靠的改进。承载 业务的同时降低设备成本，这样才有可能降低对客户的价格。很多人提出i p 核心网业务量 的增长受到接入链路容量( 例如，拨号，i s d n ，g s m ) 的阻碍，因此引入大容量的接入 链路，如d s l 和以太网光纤后，核心网的业务量将会有明显的增长。提高i p 网络业务处 理容量的方法之一是加大路由器的吞吐量，我们可以通过采取下面的方法来实现： 转发和路由决定相分离并使用线性化的路e l l 软件； 引入高转发速率的接口以提高转发速率； 引入同硬件相适应的方法( 例如，专用集成电路，a s i c s ) 。 另外，减少分层的数目可以简化网络的复杂性并减少了报头的负荷。因此，i p “d i r e c t o v e r o p t i c s 成为当前的一个研究热点。 在当前的运营商网络中，运营商针对用户所需要的每一个具体的通信业务，几乎都制 定了与该业务相适应的通信网络结构，同时针对这种业务的网络往往又不能用在其他的业 务上。这使得通信网的整体结构里现了一种畸形的发展：业务网络专门化、结构和功能重 叠化等特点。多种网络的并存使得网络的复杂性加大，并使得网络的运营和维护繁杂、昂 贵，而且资源利用率十分低。因此，设计一个能够适应综合多种业务、提供多种用途、结 构统一、+ 分灵活的通用网络成为大势所趋。 a t m 是一种技术驱动型的技术，当c c i t t 提出b i s d n 网并将a t m 选定为实现综合业 务的标准传输协议时，通信网络的发展仿佛看到了希望，人们翘首期盼b i s d n 的早日到来。 但由于a t m 技术及其标准至今仍尚未完善，虽然能提供较好的q o s 保证，但由于其a t m 交换 设备的昂贵价格，使得推行过程中困难重重，更主要的是嚣为i n t e r a c t 迅速发展，其业务量 呈几何级数的速度迅猛占据着通信世界的各个角落，这使得人们将热情和注意力由b i s d n 和a t m 转移到以t c p i p 协议为基础的i n t e m e t 上。针对出现的这种情况，国际电信联盟i 刚i t 也迅速作出了反应，为在不具有q o s 保证的数据网上实现话音和视频等实时业务而制定出 了相关的技术规范，包括h 。3 2 3 和s i p 等系列规范。网时为了克服传统i n t e m e t 网络中所固有 的一些缺点，提高服务质量，包括光互联网论坛o i f ( o p t i c a li n t e m e tw o r k i n gf o r u m ) 和 i e t f ( i n t e m e te n g i n e e rt a s kf o r c e ) 在内的标准化组织也都积极致力子对可重构新型网络技 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章 m p l so v e r w d m 网络 术酌研究，也制定了相关的新型协议，如多协议标签交换m p l s ( m u l t ip r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ) 技术。与此同时，波分复用( w d m ) 技术的进步极大地提高了光纤的传输容量， 光子技术的不断成熟使在w d m 层直接处理光信号、建立和动态分配光通道和快速恢复与 保护成为可能，并将推动高效、稳定、灵活和能充分利用w d m 传输技术提供丰富带宽资 源的新一代光网络的建设。所有这些又使人们对电信网络发展的热情重新高涨起来，w d m 技术和各种新型交换技术的进步使 ! 导n g i 的发展趋势日渐明朗。 2 2 i p 和o p t i c s 互联的各种模型 2 2 。1 基本原理 为了更加高效的使用资源，光网络登须具有生存性，灵活性和可控制性。一些人建议 在光网络的控制平面引入更大的智能性。因此，对光网络中的大部分业务而畜，基于分组 交换的瑾就成为了一种最基本的协议。第一个问题就是适应性以及在光网络的控制平面重 新使用口控制协议。不管承载i p 、还是非i p 的业务流，我们都使用i p 来作为控制协议。 第二个河题是在球层纛毙网络层连接控制、交互的地方球业务如何承载的闻题。 如图2 1 所示：光网络子层包括光交叉连接设备o x c 或一些光电光的转换节点。o x c 的交换功能可以通过设置交叉连接单元的参数来控铡，通过配置交叉连接表来具体巍定输 入端阴和输出端口之间的相连，一个端口可以代表一根光纤或一个波长。i p 路由器挂接在 光核心网孛，p 路由器之闻的互联通过路由器之闻动态的交换光通道实现。光核心瘸由多 个光传送子网络构成，予网之间通过光链路互联，链路和节点共同构成光网状网的拓扑结 构。每一个光子网又是一个包含多个o x c 的霹状嚼。并假定光核心鼹自身不对l p 包进行 处理。i p 路由器与核心光网络之间的交互是通过定义一套完整的信令和路由协议接口来实 现的，这个接翻裁称为用户网络接墨( l r n i ) 。这些子露络之闻豹路壶和信令信息豹交互是通 过一套定义好的网络接口来完成的，即n n i 。光网络首先必须能够在客户( o pi p 路由器) 之 阆提供匿定带宽的光通道，这些光通道形成了整个光鼹络的虚拓扑连接关系。如果拓扑结 构在网络设计之初确定下来，称为静态网络，在这种情况下，光通道可以手工地提供。当光 网络的虚拓卦结构可以动态地变化时，可以为客户动态地提供光逶道。这时，u n i 接豳处 的控制信令以及n n ! 接口之间的信令协议就显得尤为重要。除了u n i 和n n i 两种类型的 接口外，还需要定义光子网络内的接叠，如两个o x c 之闻的接口，我们将这些接口成为 6 南京邮i 【1 人学坝i j 研究生学位论义 第二帝m p l so v e r w d m 网络 内部n n i 接口。 图2 1 光网络及其客户网络 u n i 一圈 阿蕊1 1 叫撂 l 1 j u n i 接口上控制平面和数掘平面之1 8 j 的分离变得非常重要。光网络一般以传输容量 ( 利用光通路) 的形式为客户提供服务。光网络边缘的i p 路由器必须在i p 层通信自仃确立一 个通路。因此，光网络之上的i p 数据平面通过一个潜在网络的光路径来实现。此外，对控 制平面、特别是对路由信息的交换而言，i p 路由器和o x c 有同等的地位。我们用到了i p 和 光网络之间松耦合或紧耦合的各种度的概念。耦合通过拓扑描述和路由信息交换给出，i p 路由器的控制层可以根掘路由器之间光通道的动念提供( 包括接入控制，账户和安全性) 来选择一个具体的路径、策略。 2 2 2i p 与光网的交互模型 目f i i j i p 层和光网络之间主要有三种类型的互联模型，即叠加模型、增强模型和对等模 型。 叠加模型：i p m p l s 层和光网络之| 日j 的路由、拓扑分发、信令协议等信息相互之间是 独立的。在叠加模型中，i p 域在很大程度上同光域是相互独立的，也就是说，i p 域对光域而 言充当的是c l i e n t 的角色。在这种模型中，光网络为i p 层提供点到点的连接，即光通道。 m p l s 路由协议和光层的路由和信令协议是相互独立的。重叠模型中，通道的建立可由网 管系统静态地实现，也可以动态地完成，但静念解决方案缺乏可扩展性。叠加模型主要优 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章m p l so v e r w d m 网络 点有：实现简单、功能层次分割清晰简单、传输层的技术发展和业务层之间是独立的，此 外它采用层次化的网络管理方案。 增强模型：i p 层和光网络层的路由实体之间通过路由信息的交换来区分( 例如，i p 地 址对光路由协议来说是透明的) 。在增强模型中，i p 域和光域中分别运行着分离的路由实体， 但i p 域的路由实体信息会泄露到光域中去。例如：i p 地址可能被指派给光网络单元并且由 光路e l l 协议携带以便和i p 域共享可达性信息，从而实现某种程度的自动发现。使用增强模 型主要考虑到：在i p 域和光域之间是存在一个单一的还是分离的路豳和信令协议。如果在 每一个域中都运行的是分离的路内协议实例，那么下面三点可用来确定模型的种类：( 1 ) 两种协议实例之间的接豳定义是什么；( 2 ) 协议实例之间的信息交换的种类是什么；( 3 ) 在 边赛路由器之阆穿越光网络建立光通道的策略是什么。 对等模型：m p l s 层同光网络层之间是对等的。单路由协议实体可以用在m p l s 网络和 光网络上。楣对焉言，对等的网络模型突破了传输平台和业务层之阆的明显界限，将光业 务提供者和光核心网有机结合在一起。在路由和信令协议中，将两者看成是对等的实体。 因为对业务提供者，核心光网的结构对他来说是可见的，业务提供者就可以作出智能化的 路由决策。也就是说，豳业务提供者( 而不是光核心网) 来控制光核心网的使用。在对等模 型中，委2 。l 中的路由器和o x c 相互之间都是对等的实体，并且在光域和p 域只运行着一个 路由协议实例。一种通用的i g p 协议，女 i o s p f t e 或i s i s t e 可以被用来交换路由拓扑信 息。该模型假定所有的o x c 和路由器都有共同的编址和寻垃方案。 2 2 3 光传送网 i e t f 提出了一种高层的结构模型，在该模型中划分为水平维和垂直维。水平维提出了 光传送网o t n ( o p t i c a lt r a n s f e r n e t w o r k ) 特殊的条件，垂童维包括从m p l s 控制平面的输 出到0 x c 的部分。一个o x c 的可能的体系结构如图2 2 所示。 l 倒t 将o t n 的主要划分为以下几个层次，包括：一个光信道层o c h ( o p t i c a lc h a n n e l ) 网络；一个光复用部分o m s ( o p t i c a lm u l t i p l es u b s e t ) 层网络；一个光传送部分o t s ( o p t i c a l t r a n s f e rs u b s e t ) 层网络。 i t u t 将光传送网定义为以一种对称的方式直接在光媒体上进行信息的传送。一个 o t n 包括一系列通过光纤链路连接的光网络实体，这些实体能够提供传送、复用、路由、 管理、监督和承载客户信号的光信道的生存性等功能。o t n 能够传送独立于具体的客户而 传送任何数字信号。 8 南京i f | | j i u 人学顺l ：研究生学位论义第一二章m p l so v e r w d m 州络 近年来，省会城市的光网络( m o n ) 已经丌始组建，m o n 矛 i 长途网相比，仅有很少 的区别：( 1 ) m o n 是为短距离和中距离而设计的，一般小于2 0 0 k m 。因此，信号再生、放 大和差错校f 等功能显得不是很重要；( 2 ) m o n 具有更低的成本和更高的覆盖率；( 3 ) m o n 更加强调业务发展和快速提供，例如按需分配带宽和服务等级分类。 随着业务需求的不断增长，使用光作为一个解决的方法在区域网和集合中的地位得到 不断的提升。 2 3m p l s 网络介绍 2 3 1 原理和格式 图2 2o x c 体系结构图 多协议标记交换m p l s 1 8 是种新出现的技术，旨在解决与当i ； 联网环境中使用的分 组转发技术相关的许多问题。m p l s 体系结构描述了实现标记交换的机制，这种技术建有 基于第二层交换分组转发技术和第三层路山技术的优点。m p l s 体系结构被分为两个独立 的组件：转发组件( 也叫数据层面) 和控制组件( 也叫控制层面) 。转发组件使用标记交 9 鬻京都奄久学硕士醑究生学位论文 第二带m p l so v e r w d m 两络 换机维护的标签转发数据库，根据分组携带的标签执行数据分组的转发任务。控制组件负 责在一组互联的标记交换机之间创建和维护标签转发信息。图2 3 显示了执行一个i p 路幽功 能的m p l s 带点的基本结构。 图2 3m p l s 节点结构 在i p 层( 第三层) 路由器根据分组的分组头的信息来决定如何转发，先对分组头进行 分析，然后通过一定的路由算法来决定转发处理，可以视为两个步骤的处理。将分组划分 为一系列的转发等价类f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n tc l a s s e s ) ，每一个转发等价类都映射到下 一跳上。同传统的l p 网络相比，当分组进入m p l s 嬲络时就被分配个标签。在接下来的 跳数中，标签用来查询转发表得到下跳的地址和一个新韵标签。| 日的标签同新的标签交 换，分组被转发到- f 跳。分组所经过的路径称为标记交换路径l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ) 。 如果这些l s p 按照同一种方式进行转发，他们就可以在一些特殊的结点可以合并在起( 例 如，通过同一个下游路径，有同样的转发处理等) ，这称为标记合并。 m p l s 的个关键特点是一旦l s p 所需要的标签经过l s p 建立、标记分发协议分配后， 通过l s p 传送的媒介标记交换路巍器l s r 就不需要在验i i e l s p 上数据分组的内容。凡个标签 可以同时放在同一个分组上形成个标签栈，几个l s p 隧道之间相豆嵌套。因此最外面的 l o 南京邮i u 人学倾i 研究生学位论义第二带m p l so v e r w d m 叫络 l s p 成为使内层l s p 透明的通过中l 日j l s r 的隧道，这样就简化了这些l s r 的转发表。这个 特点对接下来描述的本地修复方式是非常关键的。显示路国己s p 是通过菲疆常l p 路盘方式 确立的。这需要一个l s p 的管理系统代表。 m p l s 优点如下： 一、m p l s 节点转发分组时不需要分析i p 分组头，这样就加快了转发的速率； 二、将一个分组划分到一个f e c 中，入口路由器可以像接口一样利用分组的分组头内容之 外的信息。因此，f e c 的分配不会影响到网络中的所有路由器； 三、通过入躁的路由器对分组作出如何在网终中转发的决定。分组只能沿一条显示的路由 进行选路； 在一定程度i - _ ，l s p 从l p 豢来看就像一个隧道。引入l s p 以后，中赫结囊不需要为了处 理到达l s p 的分组而检查i p 分组头的信息。也就是说，分组映射到一定的m p l sf e c 仅在 m p l s 域的入墨节点上实施。然后分组通过m p l s 分组头封装映射至f j l s p 上。l s p 的分组头 是一个本地标识，如网2 4 所示。在m p l s 域的后续路由器中通过标记交换将分组映射到下 一跳地址。 l a b d ( 2 0 )e x p ( 3 ) s ( 1 )耵“鼬 。 一 i l l p p pm p l sh e a d e ri ph e a d e r - l l | 图2 4m p l s 帧格式 一个l s p 可以被视为一跳或多跳互联产生的路经，通过m p l s 节点入口侧和出口侧交换 标签来进行分组的转发。一个m p l s 路经常常被税为o s i 模型第二层的1 2 ，即被视为一个 隧道。为了引入一个隧道，为i p 分组增加头部，如图2 4 所示的p p p 协议的例子。 如图2 4 ，m p l s 头的帧格式定义如下： 四、l a b e l 包含2 0 b i t 标志，用柬标示一条l s p ； 五、e x 卜包含3 b i t s ，代表一定的服务类别( 一般用予实验，并不分配) ，例如类似于区 分服务的分类： 六、卜l b i t ，用来指示标签栈的栈底标签： i l 南京邮 u 人学倾i ：o f j z 生学位论义第一二章m p l so v e rw d ml 叫络 七、t t i 一8 b i t s ，给出了生存时间的信息： 当一个m p l s 分组进入一个标记交换路由器l s r 以后，一个包含信息的表标记信息 库l i 卜用于分组的进一步处理。l i b 也可以视为下一跳标记转发入i e i n h l f e ，主要包括 下列信息： 八、分组的下一跳； 九、在分组标记栈执行的操作( 更换栈顶标签，弹出标记栈，或用一个新的标签来代替栈 顶标签，同时压入一个或多个标签到标签栈中) ； 十、传送分组时进行数据链路的封装； 十一、转发分组时解码标签栈； 十二、涉及到转发处理的其他信息。 在一个给定的l s r 上，下一条l s r 可能是同一个l s r ，也就是说最上层的标签应该被 弹出并且分组转发：至i j l s r 本身。 在m p l s 域的入口，即当分组到达且没有分配m p l s 标签时，需要从f e c 蛰j n h l f e 的映 射。 在一个m p l s 域内执行一个入口标签映射，将分组映射到一系列n h l f e 上。 m p l s 可以在一个标签栈上操作。对栈的操作主要有弹出、压入和交换。这可以用来 合并和分离业务流。压入操作在栈顶增加一个新的标签，而弹出操作从栈中删除一个标签。 m p l s 栈的功能可以用束合并流量中继。向标签栈中增加一个普通标签。这样就产生一个 流量中继。当m p l s 路经终结时将流量中继的流分发到他独立的器件上。如果两个中继的 路径中有共享的部分，那么他们可以通过这种方式合并在一起。因此，m p l s 提供的分等 级转发机制是m p l s 的一个重要特点。因此，转发提供者不需要承载全部的路由信息，这 样m p l s 网络就更加稳定。 2 4m p l s 与光网络的集成 2 4 1m p l so v e rw d m 技术发展 当自i 因特网业务的迅猛发展使得当f i 网络的业务倾向于从以话音业务为中心向以数 据业务为中心转变的电信革命，但是当自仃很多技术尚不成熟，这种过度所面临的困难还很 多，因此如何改进当前的网络结构，例如对a t m 和i p 进行优化组合，j ：各s o n e t s d h 与 1 2 南京邮i 【i 大学硕j j 研究生学位论义 第二章m p l s o v e r w d m 网络 d w d m 有效合并等，从而实现简化网络的层次结构、提高网络的运行效率的等问题。 传统的网络构架是基于s d h s o n e t 的光网络，这种网络结构通过多层协议栈将i p 业务 映射至s d h 帧中，然后在w d m 系统中传送。这样就不能有效地对i p 业务进行区分，并且分 层数目的增多增加了头部丌销，降低了分组的效率，从而影响网络的传送效率，女 i i po v e r a t mo v e rs d h 的头丌销达2 0 多。另外，协议分层的增加造成各层i b j 的功能重复。因此， 目前的研究重点向着更加简单有效地将i p 直接到w d m 的集成方式的方向发展。随着m p l s 技术和基于波长级的光互联网技术的发展与进步。人们自然而然地想到能否将m p l s 技术 和光网络技术结合起来，在数掘范围内，由m p l s 业务流量工程控制层来执行至关重要的 选路、监控和网络生存性，即使用m p l s 来提高网络性能和执行流量工程( t e ) ，同时由光 网络层来提供w d m 传输和波长路由的光层电路级联网技术。简而言之，那就是m p l so v e r w d m 技术，它可以在很大程度上简化多层网络的分层结构，将整个网络简化为两个层次。 图2 5i p o v e r - w d m 协议栈的发展过程 图2 5 所示的是i po v e rw d m 协议栈的发展过程，通过逐步的简化分层实现简化网络复 杂性、提高网络效率的目的，但是多层协议栈的逐步简化不是简单的将某些层丢弃，而是 将这些层的每一层的不同功能重新进行了分解与组合。如图2 5 所示，i po v e rw d m 网络的 发展主要经历了四个阶段：第个阶段i p a t m s o n e t 方案，i p p p p a a l 5 s o n e t 有四个 管理层，分层数最多，所以额外丌销也最多，效率最低；第二个阶段p o s 方案，将 i p p p p h d l c 放入s o n e t 帧，需要三个管理层：第三个方案，即目前的i po v e rw d m 解决 方案，使用i p p p p h d l c 封装包直接承载与光路经上，如果取消了s d h 层，则主要的帧封 装和故障恢复有光适配层来完成( 例如使用数字包装器) ，这种方案只有两个管理层，额 外丌销较少；第四个方案直接基于m p l s 的波长标签方案，如果要提供运营级可靠性，可 南京邮i u 人学顺i j 研究生学位论义第_ 二帝m p l so v e r w d m 例络 选择一个用于故障探测定位的“监督帧”子层，所有的指配和生存性都由m p l s 层承担。如 果要求不高，可以不通过该子层而直接封装( 女i g b e ) 。图中所示的光层用来管理w d m 通 道的建立和拆除，并提供一些保护和恢复功能。此外，很可能给此层引入另一种帧封装技 术( 例如数字包封器) 来替代s o n e t 的帧封装。物理层执行着传统的光放大、波