（电磁场与微波技术专业论文）obsgmpls互联控制接口与网络管理端的设计与实现.pdf

o b s g m p l s 互联控制接口与网络管理端的设计与实现 摘要 近年来，光突发交换技术( o b s ) 由于其技术上的优势被认为是 下一代i p d w d m 全光网络的一种可行性方案，逐渐成为国内外研究 的热点。 本论文围绕o b s 网络与g m p l s 网络的互联做了如下两方面的 工作： 第一，设计并实现了基于层叠模型的o b s g m p l s 互联控制接 1 3 ，根据互联提出的g r o u pl s p 的概念，设计了五种信令来建立和拆 除链路，并对接口工作的流程以及交互相关事务进行详细的描述。最 后通过模拟业务获取的实验结果对互联控制接口进行了可行性分析， 实验结果证明，该控制接口可以很好地适应目前的互联网络。 第二，对互联架构中o b s 系统网络管理的管理端进行了设计和 实现。论文从o b s g m p l s 互联网络管理的需求和特性出发，将管理 端的实现分为三个重要模块：用户交互界面、动态链接库和协议通信 模块，并介绍了三个模块的设计和实现，该管理端目前已部署于实验 室的o b s g m p l s 互联平台。 关键词：光突发交换，通用多协议标签交换，控制接口，网络管理 北京邮电大学硕1 ：学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fc o n t r o l i n t e r f a c ea n dn e t w o r k “k n a g e ri n o b s g m p l si n t e r w o r n gn e t w o r k a b s t r a c t i nr e c e n tt e ny e a r s ，o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) i sc o n s i d e r e da s o n eo ft h em o s tp r o m i s i n g “i po v e rd 、d m t e c h n o l o g i e si nt h en e x t g e n e r a t i o na 1 1 o p t i c a l n e t w o r k a tt h es a m et i m e 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 ) u t i l i z e sau n i f i e dc o n t r o lp l a n e t o m a n a g eh e t e r o g e n e o u s n e t w o r ke l e m e n t sa n di s e x p e c t e d t ob e g r a d u a l l yd e p l o y e dt op r o v i d ef l e x i b l ec o n t r o l a n dm a n a g e m e n tf o r c a r d e r so p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k si nt h en e a rf u t u r e t w os e c t i o n sa r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ： f i r s t t h eo v e r 1 a yi n t e r w o r k i n gm o d ei s a n f l y z e d f o rt h e o b s g m p l si n t e r w o r k i n gs y s t e m i nc o n s i d e ro ft h ec o m p a t i b l eo ft h e e x i s t i n go b sa n dg m p l st e s t b e d ，f w ee s s e n t i a lt r a n s a c t i o n si sd e s i g n e d t oc r e a t ea n dd e l e t eg r o u pl s p s u bl s p b o t ht h ew o r k f l o wo fc o n t r o l i n t e r f a c ea n dt h et r a n s a c t i o n sr e l a t e dw i t ht h ei n t e r f a c ea r ed e s c r i b e di n d e t a i l t h ee v a l u a t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l tp r o v e s t h ef l e x i b i l i t ya n d u s a b i l i t yo ft h ec o n t r o li n t e r f a c e s e c o n d ，a c c o r d i n gt o t h ef e a t u r e so fo b s g m p l si n t e r w o r k i n g n e t w o r k ，t h en e t w o r km a n a g e ri sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r t h e r ea r et h r e em a i nf u n c t i o nm o d e l st h en e t w o r km a n a g e rc o m p o s e so f ： t h eg r a p h i cu s e rm a n a g e m e n ti n t e r f a c e ，t h ed y n a m i cl i n k a b l el i b r a r ya n d t h em a n a g e rs e c t i o no fs n m pp r o t o c 0 1 t h en e t w o r km a n a g e ri sn o w d e p l o y e di nt h ee x i s t i n go b s g m p l si n t e r w o r k i n gs y s t e m k e y w o r d s ：o b s ，g m p l s ，c o n t r o li n t e r f a c e ，n e t w o r km a n a g e m e n t 北京邮i 乜人学硕l j 学位论文 棚 b h p c m i p d b d w d m f e c f s c g m p l s 签交换 i e t f i l m i p u d p u b l s c l s p l s r m i b m p l s o 川d m o b s o c s o i d o l s o p s 0 s 1 0 s p f o x c p d u p s c p x c q o s r o a d m r s v p s n m p s o n e t 弘g 飞醐 t d m u d p 缩略词索引表 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b u r s th e a dp a c k e t控制分组 c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c o l 公共管理信息协议 d a t ab u r s t突发数据 d e n s ew 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密集波分复用 f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s 等价转发类 f i b e rs w i t c hc o n t r o l l e r光纤交换 g e n e r a l i z e dm u i t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n gp r o t o c o l通用多协议标 i n t e m e te n g i n e e r i n gt 弱kf o r c e i n c o m i n gl a b e lm a p i n t e r a c tp r o t o c o l l a b e ld i s t f i b u t i o np r o t o c o l l a b e ii n f o r m a t i o nb a s e l a b e ls w i t c hc o n t r o l l e r l a b e ls w i t c h e dp a t h l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r 、 m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 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 la d dd r o pm u l t i p l e x e r o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g o b i e 斌i d e n t i f i e r o p t i c a ll a b e ls w i t c h i n g o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t o p t i c a lc r o s sc o n n e c t i o n p r o t o c o ld a t au n i t p a c k e ts w i t c hc a p a b l e p h o t o n i cc r o s s - c o n n e c t q u a l i t yo fs e r v i c e 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 r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o i s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k t e ua n dg o t e l ia n dw a i t t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l 以太网工程任务组织 入口标签映射表 以太网协议 标签分发协议 标签信息基 标签交换 标签交换路径 标签交换路由器 管理信息库 多协议标签交换 光分插复用器 光突发交换 光电路交换 对象标示符 光标签交换 光分组交换 开放系统互联 开放式最短路径优先 光交叉连接 协议数据单元 分组交换 光交叉连接器 服务质量 可重组型光插分复用器 资源预留协议 简单网络管理协议 同步光网络 单向预约协议 双向预约协议 时分复用 用户数据报协议 4 2 北京邮电大学硕+ 学位论文 u n i w s s u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e w a v e l e n g t hs e l e c t i v es w i t c h i n g 用户接口 波长选择器 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 同期：丝翌金!茎：丕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学 本人签名 导师签名 适用本授权书。 同期：巡呈! 圭= 磊 日期：专魄菊0 句r 一一v1 ， 北京邮电大学硕l ：学位论文 1 1光网络的发展 第一章绪论 i n t e r n e t 数据业务1 1 l 是近十年来在通信行业中发展最快的业务，随着i n t e m e t 规模以难以置信的速度扩大，i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 业务逐渐超越传统的语音电信 业务，尤其是大量的视频、即时通信等带宽需求量巨大的业务越来越多【2 1 ，这些 变化导致人们迫切需要研发适合高速数据传输和交换的新技术。 在高速数据传输技术方面，目前已经同趋成熟的d w d m ( d e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术【3 1 【4 1 满足了长时期内对传送网带宽的需求，它使得光 网络单根光纤的传输容量从几年前的单波长2 5 g b s 扩大到今天的1 t t ，s 以上， 成为业界公认的下一代口主干网络的物理层传输技术。 而在光交换技术方面，由于光通信技术发展的局限，在光信息识别、光逻辑 处理方面的瓶颈制约下，现有光网络的交换控制还是只能依靠o e o ( 电光电) 转换至电域进行处理。从本质上而言，这种现有光网络的交换方式就是颗粒巨大 的电路交换( 波长量级) 。 因此，现今的网络瓶颈已经从传输环节转移到交换环节上，能够直接在光域 内完成数据传输的全光交换技术已经成为下一代光网络研究的重点。 1 2光交换技术 光交换技术根据颗粒度的不同分为o c s ( o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 、o p s ( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) - 与o b s 三种。 1 2 1 光路交换( 0 c s ) 和光分组交换( 0 p s ) o c s 是一种面向连接的交换方式，以波长路由的方式出现，w d m 网络需要 为每一个连接请求建立从源到宿的光路，从连接建立到连接拆除，该端到端的波 长通路只能为此次连接业务所独占，不能被其他数据业务所共享。对于o c s 的 研究已经比较成熟，并逐步大规模应用，完成这种交换功能的主要器件是o x c ( o p t i c a lc r o s sc o n n e c t i o n ) 和o a d m ( o p t i c a l a d dd r o pm u l t i p l e x e r ) 。但是这种交 换模式只是粗粒度的光交换，不能取代m 层的分组交换。 北京邮i 【1 人学硕i ：学位论文 光分组交换【5 l 【6 l 的典型特点是“存储转发”，一般不需要建立连接，采用单 向预约机制。它是一种细粒度的交换机制，试图直接在光层上实现电路交换技术 中的分组交换，分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络中间节点需要缓存 净荷，等待分组头的处理，以确定路由。由于它允许统计复用网络带宽资源，因 此特别适合突发的数据业务。光分组交换技术，在近年来取得了一些进展，其中 光标记交换和多波长标记交换便是实现光分组交换的两种代表技术。但由于目前 受光器件技术的局限，分组交换的控制包的逻辑处理和数据缓存无法在光域内完 成，仍需进行o e 转换之后在电域进行处理。由于分组交换的粒度过小，现有 电子器件处理速度仍然不能满足光分组交换的要求。 1 2 2 光突发交换技术 突发交换早在八十年代就已经提出【7 j ，不过突发交换概念当时并没有像电路 交换与分组交换那样得到普及，这是因为当时的电话网、数据网技术都已经成熟， 没有必要以突发为单位来处理话音或数据从而改变整个网络。但是随着技术的不 断演进发展，在光网络上用突发交换来提高网络的处理粒度、简化网络对数据包 的处理又成了一种很有吸引力的解决方法。于是，九十年代后期，几乎已经被淡 忘的突发交换技术被重新提了出来，将其基本原理与光技术结合，形成了光突发 交换【8 】【9 】。 o b s 的最大的特征就在于其控制信道和数据信道在物理上的分离，每个数 据信息对应于一个控制信息，其中，数据信息只能在数据信道上传输，而控制分 组就只能在控制信道上传输，实现了数据信息和控制信息的完全分离。 突发数据可以由一些i p 分组组成的，一个突发数据分组中可以有一个i p 分 组，也可以有多个i p 分组。这些口分组可以是来自传统i p 网中不同的电i p 路 由器，它在o b s 网中的交换传输完全在光域内完成，不需要进行0 厄、e 0 的 转换。而控制分组包含数据分组传输交换所必需的控制信息，如出口地址、偏置 时间、数据突发大小和q u s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 等信息，这些控制分组在在中间 节点转换成电信号进行处理。 在进行数据传输时，o b s 网络的边缘接入节点将抵达的i p 包等数据信息组 装成突发包，控制信道将通过提前发送控制分组，沿路为数据信息预约节点资源。 通常光突发的传输和交换资源采用单向预约的方式来实现，即控制包是在一条独 立的信道控制信道传送，且比相应的数据突发包提前一个确定的偏置时间t ( o f f s e tt i m e ) 进行发送。 2 北京邮i 【1 人学硕十学位论文 _ 匦匝l 一翥釜挚据 突发数据 通道n b h p 通道 图卜1 突发数据与控制分组传输示意图 如图1 - 1 示，这个偏置时间必须足够大，保证中间节点能够及时的进行电子 处理和为即将抵达的突发包选择适当的路由，以保证一定的q o s ，并且在不需要 光存储的前提下实现光执行同步。当一个突发包抵达交换节点时，相应的路由通 路已经建立，所以突发数据从源节点到目的节点的传输过程中，可以始终保持在 光域内进行，无需进行光电转换，而控制分组在中间节点需要进行光电转换，在 电域内进行路由判断，保证突发数据分组在偏离时间内完全在光域内完成交换传 输。由于突发数据分组是统计占用带宽资源，从而提高了不同连接之间的传输效 率。在w d m 系统中，控制分组占用一个波长或者几个波长，突发数据占用其他 波长；对于多光纤系统也可以是控制分组占用一根光纤，而其他光纤用于突发数 据的传输。o b s 的这些技术特点充分发挥了现有的光电子技术的特长，实现成 本相对较低，非常适合于在承载未来高突发业务的光网络中应用。 o b s 的交换粒度介于光电路交换和光分组交换之间，既克服了光电路交换 网络中带宽利用率低的问题，又解决了分组交换网络中需要光缓存的问题，具有 较好的商业前景，因而得到了越来越多的重视，有望成为未来i po v e rw d m 网 络的主流技术。 表1 1三种交换的性能比较 交换方式颗粒度带宽利网络延时光缓存 实现难度自适应性 用率 o c s 粗 低高不需要低弱 o p s细高低需要高强 o b s中中低 不需要中强 表1 1 综合比较了三种光交换技术在性能上的不同侧重点，从表格中，我们 可以看出，与光电路交换和光分组交换相比，光突发交换具有以下优点： 1 ) 光突发交换的交换粒度介于光电路交换和光分组交换之间，提供可变长 度的突发流量( 可以是一个分组或者多个分组不等) 。 3 北京邮i 乜人学颀i j 学位论文 2 ) 使用外带信令控制机制，实行突发数据分组和控制分组分离的异步传输 交换机制。 3 ) 单向预留机制和偏置时n ( o f f s e t t i m e ) 机制，突发数据在控制分组发出后 不用等待确认消息，而只要经过一个o f f s e t t i m e 即可发出，减小端到端时延。 1 2 3 光突发交换网络 利用o b s 来实现i po v e rw d m 的网络架构如图1 2 所示，o b s 网络由光的 核心路由器和电的边缘路由器组成。边缘节点位于o b s 网络的边缘部分，处于 o b s 网络与传统i p 网络的交界处，它起着连接o b s 网络与传统i p 网络的作用， 负责重组、分类数据，如将接入网中的用户分组数据封装为突发数据，并且o b s 网络的出口处将突发包还原为原来的分组，并且提供各类业务接口。而核心节点 连接w d m 链路，其任务是完成突发数据的转发与交换。 图卜2 光突发交换网络结构 o b s 网络边缘节点的分层模型如图1 3 所示，边缘节点的i p 业务汇聚完成 后，将突发分组进行排队，调度器按照数据信道和控制信道的使用情况，采用一 定的协议控制算法选择突发包的发送。同时提取突发包的控制信息，当突发包位 于队首时，控制信令设置其偏置时间，并发送控制分组，它包括了突发包的路由 信息、偏置时间、长度、信道编号、q o s 等信息。偏置时蒯后，突发包由调度器 调度成帧送入w d m 光层。在接收节点处，也由边缘节点完成包的拆卸工作。 4 北京邮电人学硕士学位论文 口分组 翠 摊 t i 突发组装+ i j 。1 一。 突发包趴罗出 羽瞅o b s 居 1r 突发调度一i _ 一偏置时间设置。1 卜一控舒信令生成。 + 或帧- + 1 r 光突发发射物理层( w d m ) 控锚j 分组 图卜3o b s 网络边缘节点分层模型 图1 4 显示了o b s 网络核心节点的结构。核心节点则负责在电域处理提前 发送的控制信息包，并通过解析控制包携带的消息信令完成对光交叉矩阵的配 置，使随后到达的突发数据包在全光域内能进行快速的交换，这样既避免了控制 头的光域处理，同时数据分组也无需进行光电转换处理，始终在全光域内传输， 大大提高了交换的灵活性。 光 光 图1 - 4o b s 网络核心节点结构 1 3 基于m p l s 的光突发交换技术 l o b s 是采用m p l s ( 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 ) 机制的o b s 技术或者 是采用o b s 控制机制的光标签交换( o p t i c a ll a b e ls w i t c h i n g ，o l s ) 技术【1 伽。 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 5 北京邮l 乜人学硕i ：学位论文 长信道、偏置时间、q o s 要求等则仍然需要携带。l o b s 将控制信道和数据交换 信道进行了分离，标签信息在控制包中，而且这时在波长信道上所承载的数据是 由多个i p 包组成的突发数据流。 在l o b s 网络中，每一个控制包分组由控制信息和标签构成，并作为一个 普通的i p 包在运行了l d p ( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) 而预先建立起来的一个 l o b s 通路上被传送，该通道就类似于标签交换通路l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ) 。 在入口l o b s 节点将多个口包组装成突发数据流，然后该突发数据流就在由节 点对控制包中的标签进行处理后建立起来的相应波长通道上传输。在数据流的整 个转发过程中，都无需进行任何电子操作而完全在光域上执行。一旦l s p 建立 起来，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 的标签进行基于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q o s 的处理与o b s 一样。l o b s 网络是由多个边缘节点和核心节点构成 的，边缘节点与核心节点之间由w d m ( 波分复用) 链路连接。如图1 - 5 所示。 图中的l 1 l 3 、m 1 、m 2 、s 1 、s 2 代表标签转发路径l s p 上的各个标签。 图卜5l o b s 网络结构 l o b s 网络的边缘节点提供与其他网络的接口、控制分组生成、突发包组装 分解以及f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ) 封装和标签操作等功能。核心节点 负责对到达的突发包进行基于标签的交换。数据分组在l s p 入口边缘节点处组 装成突发包，配备带有标签的控制分组，然后在l o b s 网络中传送，再由出口 边缘节点拆分数据分组。可见，边缘节点和核心节点除了应具有o b s 节点的功 能外，还应具有m p l s 的标签交换路由器( l s r ：l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ) 的功 能。 在l o b s 网络中，突发包和控制分组的生成是在入口边缘节点完成的。而 突发包的分解和控制分组的终结则是在出口边缘节点进行的。一个实际的物理边 6 北京邮电大学硕上学位论文 缘节点应该具有入口边缘节点和出口边缘节点两种功能结构。在入口边缘节点处， 来自于其他网络的数据分组按照目的地址和q o s 要求分别组装成一个个的突发 包。从标签交换的观点来看，这个过程实际上也是数据分组被划分到每个f e c 的 过程。组装后的突发包长度是可变的。节点为每个突发包配备了一个控制分组， 该控制分组携带标签和其他o b s 和m p l s 控制信息，如突发包长度、承载突发 包的波长、控制分组与突发包之间的偏置时间、突发包生存时间以及q o s 要求 等。为了完成上述的边缘节点功能，在边缘节点的层次结构中需要加入一个 l o b s 层。对于采用i po v e rd w d m 传送技术的网络，l o b s 层位于i p 层和 w d m 层之间。 l o b s 网络的核心节点由输入接口、控制单元、交换矩阵和输出接口四部分 组成。其中输入接口对输入光信号进行适当的处理，以便读取控制分组信息。控 制模块根据控制分组所携带的标签进行操作，并利用控制分组的其他控制信息 预留核心节点的带宽资源，据此发出控制指令，控制交换矩阵做出相应的调整， 然后再生控制分组。交换矩阵负责接收来自控制模块的控制指令，建立交叉连接 路径以将随后到达的突发包交换到相应的输出端口。输出接口的作用是减小或消 除信号的相位抖动和功率波动，并将再生的控制分组发送到相应的控制信道上。 在核心节点中，控制单元是一个关键部件。它负责控制标签交换和资源预 留。为了执行标签交换，控制单元中应该维护一个标签信息基( u b ：l a b e l i n f o r m a t i o nb a s e ) 。这样，当一个突发包的控制分组到达核心节点时，首先被转化 为电信号，从标签栈中弹出标签，并送入到负责标签交换的模块中查找标签转发 表，执行标签交换操作。然后，压入新的标签，并把控制分组经交换模块交换到 对应输出端口的输出队列中。当控制分组位于队首时，被读取并送入到调度器。 调度器实施资源预留控制，每个调度器管理一个对应输出端口的所有输出波长 信道，包括控制信道和数据信道。它建立并维护各个信道的使用状态表，根据控 制分组的信息来选择输出波长信道分配给突发包和控制分组，并向交换矩阵发 出交换所需信息( 如输入输出端口信道及突发包的到达时间与长度等) 。经调度器 处理后的控制分组送至输出分组处理器更新( 如偏置时问等) 。最后，控制分组被 发送到调度器分配的控制信道。 1 4本论文的主要工作 本文的主要研究内容是针对o b s g m p l s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g 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 gp r o t o c o l s ) 互联网络中控制接口以及网 络管理端的设计与实现进行分析。 7 北京邮i 【1 人学硕l ：学位论义 第二章首先介绍了目前g m p l s 实验平台的网络结构，结合实验平台中o b s 网络的特点分析了基于o v e r 1 a y 模型的o b s g m p l s 互连网络的可行性；然后 基于o v e r 1 a y 网络模型的特点和o b s g m p l s 互联的需求，设计并实现了 o b s g m p l s 互联网络的控制接口：最后介绍了o b s g m p l s 互联实验平台以及 实验平台上的业务传输，通过对实验结果的分析证明该控制接口在o b s g m p l s 互联网络中的可行性。 第三章首先对o b s g m p l s 互联体系中的网络管理系统进行了需求分析；然 后根据该需求分析确定了o b s g m p l s 互联网络中网络管理系统的模型；最后， 基于该网管系统模型，重点介绍o b s g m p 璐互联网络的网管管理端的设计与实 现，目前该管理端已经成功部署到o b s g m p l s 互联实验平台中。 第四章对论文工作进行了总结并对其中的不足提出了改进意见。 8 北京邮电人学硕十学位论文 第二章o b s g m p l s 互联网络控制接口的设计与实现 o b s 可以在较低的光子器件要求下实现面向i p 的快速资源分配，有效地利 用了光纤带来的巨大带宽，支持高突发、高速率的多种业务，且由于o b s 网络 易于部署，目前已经成为研究的热点。作为一种新技术，如何将o b s 技术实用 化，如何以有效的方式将o b s 与现有的网络资源融合是个值得重视的问题。 与此同时，o c s 技术经过多年的发展已经日趋成熟，目前已有的核心网大 部分是基于o c s 技术的，相关研究也都集中在如何引进智能控制平面，以有效 的方式提供为核心网络提供弹性光路( r e s i l i e n tl i g h tp a t ，g m p l s 技术就是其中 一个日渐兴起的热点。g m p l s 技术起源于m p l s 技术，是在智能光网络中用 m p l s 作为控制平面的技术。已有的m p l s 技术为了融合i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 与a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) ，其网络由单纯的p s c ( p a c k e ts w i t c h c a p a b l e ) 节点组成，传输网络被浓缩并等同为一个预先配置好的物理线路，并 不能很好地适用于光层。g m p l s 技术提出了一个统一的标签控制平面，不仅支 持分组交换设备，也将支持在时域、空问域和波长域进行交换的设备，如s o n e t ( s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k ) 或o x c ，成为m p l s 技术向光层扩展的必经之路。 有鉴以上两者的发展趋势，可以考虑将o b s 与g m p l s 技术相结合，以 g m p l s 网络作为核心传输网络与o b s 域互联，为o b s 域之间的互联互通提供 骨干传输网络。一方面o b s 作为边缘网络l 具有很强的灵活性，可以适应变化 性大的数据业务，同时保证全光传输的带宽利用率；另一方面，基于g m p l s 控 制的核心网络提供了标准化的公共控制平台，有助于形成可互操作的开放式光网 络，其链路管理协议实现有效的带宽管理以及提供保护和恢复能力，简化了光网 络维护和管理。l o b s g m p l s 的网络融合既可以提高g m p l s 网络光路的带宽 利用率，又能够提高o b s 网络的部署领域，已经引起了业界的广泛重视。 本章在已有的g m p l s 与l o b s 实验平台上，针对上述提出的l o b s g m p l s 互连架构，提出l o b s g m p l s 互联网络控制接口模型的设计和实现，并且在已 有的实验室平台上部署，实验结果验证了该控制接口的可行性。 9 北京| | i 【：i u 人学坝i j 学位论文 2 1o b s g m p l s 互联网络架构 2 1 1g m p l s 试验平台的网络架构 g m p l s 本身的网络模型偏向于对等模型【1 1 】，在g m p l s 网络中不仅有p s c 节点，还有t d m ( 分时交换：t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x ) 节点，还有l s c ( 波长交 换：l a b e ls w i t c hc o n t r o l l e r ) 节点，甚至f s c ( 光纤交换：f i b e rs w i t c hc o n t r o l l e r ) 。t p f - 点。原本处于不同层面的设备如路由器、s d h 设备、光交换机等等属于对等体 关系，传输拓扑对路由器来说是可见的，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。这种网络模型具有很好的可扩展性，是未来光网络的发展 方向，代表了以i p 为基础的融合网络向光传输层的扩展。 i p - b a s e dg m p l sc o n t r o lp l a n e p x c 图2 1g m p l s 试验平台的网络架构 图2 1 所示为已有g m p l s 网络系统实验平台。g m p l s 网络由两个平面构 成：数据平面( 光传送层) 和控制平面( i p 层) 。光传送层的控制智能被转移 到i p 层，由i p 层来实施端到端的控制。此时，光传送网和i p 网形成一个集成 的网络，统一的控制平面维护单一的拓扑，光交换机和i p 路由器可以自由地交 换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管理和流量工程。对光 连接设备引入控制平面有如下好处： 实现光通路动态的快速建立和有效的带宽管理以及提供保护和恢复能力； 可利用现有的路由协议和信令协议加快商用化； 简化网络管理并减少运营费用； 标准化的公共控制平面有助于形成可互操作的开放式光网络； 实现i po v e rw d m ，形成光因特网的初步发展框架； 在本实验系统中，数据平面由波长选择器( w s s ：w a v e l e n g t hs e l e c t i v e 北京邮电人学硕上学位论文 s w i t c h i n g ) 和光交叉连接器( p x c ：p h o t o n i cc r o s s - c o n n e c t ) 之类的全光交换机 搭建，实现了光路透明传输，这一点保证了来自o b s 网络的突发包的端到端传 输。而控制平面则采用以太网技术搭建，具有三个基本功能：资源发现、路由控 制和链路连接管理。关于链路连接管理，该平台目前只支持l a m b d al s p 。 2 1 2o v e r - ia y 互联网络模型 o b s 网络和g m p l s 网络互联首先要解决的第一个问题就是网络模型的问 题。o b s j 7 g m p l s 互连有两种模型可供选择：对等模型( p e e r - m o d e ) 和层叠模型 ( o v e r l a y m o d e ) 1 1 2 1 。 对等模型又称集成模型或混合模型，它的基本特点是o b s 网络和g m p l s 网络形成一个集成的网络，统一的控制平面维护单一的拓扑，o b s 节点和g m p l s 路由器可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管 理，对网络容量具有比较好的包容性，可扩展性强。但它的缺点也是明显的，就 是必须在网络双方交互大量的状态和控制信息。已有的o b s 系统和g m p l s 系 统分别采用的是不同的路由信令模式，如果采用对等模型架构网络，则要求双 方在网络边缘处增加一个共同的起协议翻译作用的协议接口，对目前系统而言， 工作量很大；另一方面，在o b s 域内进行突发业务传输要求对多层路径进行计 算，而目前的g m p l s 平台只支持l a m i x l al s p 。因此，对等模型并不能很好地 适应目前的o b s g m p l s 网络。 重叠模型又称客户一服务器模型，即将g m p l s 作为服务器，o b s 做为客 户层，两者具有独立的控制平面。具体地说，一个在核心光网络；而另一个在客 户层，集中体现在用户一网络接口( u n 0 处，两者之间不交换路由信息，独立选 路，具有独立的拓扑结构。g m p l s 网络作为服务器，为网络边缘的客户提供波 长业务。重叠模型虽然网络扩展性能差，但是g m p l s 网络与o b s 网络可以独 立地发展。因此，在o b s g m p l s 分别采用不同的路由膳令系统的情况下，层 叠模型作为一种折衷办法，可以更好地适应目前o b s 和g m p l s 系统试验平台。 在o v e r 1 a y 模型中，o b s 域作为g m p l s 网络的客户端( c l i e n t ) ，其b h p 包和 d b 包都在g m p l s 网络的数据层面传送。有三点值得注意：第一，g m p l s 网络 为o b s 网络提供透明传输光路；第二，在o b s 网络中发起的流量信息只能在 o b s 网络中处理；第三，在o b s 网络中的路由和信令信息是作为g m p l s 网络 的数据信息传输，无法为g m p l s 网络解析。 o b s 和g m p l s 试验网络的网络架构如图2 2 所示： 北京邮 u 人学硕f ：学位论义 2 2控制接口设计 0 b s g m p l s 控制接口存在于o b s 的边界节点内，由边界节点的各个功能模 块协调实现。本节除介绍o b s 的边界节点的功能模块之外，还重点介绍了对控 制接口的实现起关键作用的五种信令，以及o b s g m p l s 网络双方对这五种信令 所作出的事务处理。 2 2 10 b s 边界节点的功能模块 o b s 边界节点是o b s 域内与g m p l s 网络相邻接的节点，根据上节 o b s g m p l s 网络模型的设计，边界节点除了起到o b s 核心节点的作用，还有 一个重要的作用就是与g m p l s 网络的边界节点进行交换。 图2 3 为o b s 。b c 的功能模块图，o b s b c 节点的功能模块由传统的o b s 核心节点功能模块扩展而来，新增加了i n t e r w o r kc l i e n t 模块和l i n km a n a g e r 模 块，此外还对原有的路由信令模块，网络管理的管理端、代理端都做出了一定 的修改。i n t e r w o r kc l i e n t 模块是为了配合控制接口在o b s b c 核心节点上的实 现，它负责向g b c 发送g m p l s 控制平面中建立l s p 和删除l s p 命令，保证 o b s 的控制信息和突发包在g m p l s 网络中有效传输。l i n km a n a g e r 模块可以动 态地发起建立端到端的l s p ，保证o b s g m p l s 可以更好地支持流量工程。 图2 - 30 b s 边界节点内部结构 北京邮 u 人学硕f ：学位论义 2 2控制接口设计 0 b s g m p l s 控制接口存在于o b s 的边界节点内，由边界节点的各个功能模 块协调实现。本节除介绍o b s 的边界节点的功能模块之外，还重点介绍了对控 制接口的实现起关键作用的五种信令，以及o b s g m p l s 网络双方对这五种信令 所作出的事务处理。 2 2 10 b s 边界节点的功能模块 o b s 边界节点是o b s 域内与g m p l s 网络相邻接的节点，根据上节 o b s g m p l s 网络模型的设计，边界节点除了起到o b s 核心节点的作用，还有 一个重要的作用就是与g m p l s 网络的边界节点进行交换。 图2 3 为o b s 。b c 的功能模块图，o b s b c 节点的功能模块由传统的o b s 核心节点功能模块扩展而来，新增加了i n t e r w o r kc l i e n t 模块和l i n km a n a g e r 模 块，此外还对原有的路由信令模块，网络管理的管理端、代理端都做出了一定 的修改。i n t e r w o r kc l i e n t 模块是为了配合控制接口在o b s b c 核心节点上的实 现，它负责向g b c 发送g m p l s 控制平面中建立l s p 和删除l s