（电磁场与微波技术专业论文）光传送网组播和生存性保证等关键技术的研究.pdf

量 。， 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- t 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人学或其他教育机构的学位或证j b 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。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：西乙赵 本人承担一切相关责任。 日期：雹红上址 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人学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生住校 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f 、j 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。 本人签名： 导师签名： ，一q 、3 ； ，遵， 光传送网组播和生存性保证等关键技术的研究 摘要 2 1 世纪是一个信息化的社会，海量信息的传送需要大容量的通 信网络，这给传送技术带来了巨大的挑战。o t n 是融合了s d h 和 w d m 系统优点的新一代光传送体系，它结合了光域和电域处理的优 势，是传送宽带大颗粒业务的极佳技术。当前各种宽带数据应用 i p t v 、视频会议、远程医疗等层出不穷，迫切需要光传送网络提供 有效的数据组播能力。同时互联网的成功使得网络无处不在，这要求 网络必须不间断地提供大容量、稳定性好的服务，这就涉及到生存性 保证技术。作为下一代传送网主流技术的o t n 面临更复杂的网络环 境，网络生存性保证至关重要。 本文以国家十一五8 6 3 计划课题“大容量o t n 光交换技术与设 备系统为背景，着重调查研究了o t n 的组播业务支持技术和生存 性保证技术，对o t n 中组播树的建立算法进行了比较研究，提出了 一种效率较高的保护o t n 组播业务的方法，同时研究实现了o t n 网 元设备嵌入式支撑平台部分功能。本论文的主要工作包括： 1 ) o t n 组播技术方面，介绍了光传送网对组播业务的支持，对 o t n 中组播业务路由建立的主要几种算法进行了比较研究，进而提 出适合o t n 格状网不同评价标准下相应的组播路由算法。 2 ) o t n 生存性方面，介绍了生存性保证的p 圈( p c y c l e ) 技术， 针对光传送网的组网特点，应用p c y c l e 技术对o t n 格状网进行保 护，提出了一种效率较高的保护o t n 组播业务的方法一一 p c t p s w r c ( p _ c y c l e b a s e dt r e e p r o t e c t i o n s h a r i n g w o r ka n d r e s e r v a t i o nc a p a c i t ) ，其基本思想是基于不同组播树的主用容量和备 份容量共享，它在网络资源利用率方面提高了近2 倍。 3 ) 设计实现了o t n 网元设备嵌入式支撑平台部分功能，主要包 括热补丁功能、日志记录保存功能、上电自检内存功能、s d 卡驱动 升级和平台操作系统的升级移植。 关键词0 t n 生存性p - c y c l e 组播嵌入式平台 ， 1 j 一 珏 0 t h e r e s e a r c h0 nm u i j i c a s ta n d s u r v i v a b i l i t yi n0 t n a b s t r a c t t h e2 1 s t c e n t u r y i sa ni n f o r m a t i o n o r i e n t e d s o c i e t y m a s s i v e t r a n s m i s s i o no fi n f o r m a t i o nn e e d s h i g h c a p a c i t y c o m m u n i c a t i o n s n e t w o r k t h i sg i v e st h et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y g r e a tc h a l l e n g e s o t ni s t h en e x t g e n e r a t i o no p t i c a lt r a n s p o r ts y s t e m ，w h i c hc o m b i n e sa d v a n t a g e s o fs d ha n dw d m i tc o m b i n e sa d v a n t a g e so ft h eo p t i c a ld o m a i na n d e l e c t r i c a ld o m a i np r o c e s s i n ga n di sa ne x c e l l e n tt e c h n o l o g yo fb r o a d b a n d l a r g ep a r t i c l es e r v i c e st r a n s m i s s i o n a sv a r i o u sb r o a d b a n da p p l i c a t i o n s k e e ps u r g i n g ，t h e r er i s e sa nu r g e n tr e q u i r e m e n to nd a t ac o m m u n i c a t i o n n e t w o r k st oe f f i c i e n t l yd e l i v e r i n gm u l t i c a s tt r a f f i c a tt h es a m et i m e ，t h e s u c c e s so ft h ei n t e r n e tm a k e st h en e t w o r ku b i q u i t o u s ，w h i c hr e q u i r e st h e n e t w o r kp r o v i d eu n i n t e r r u p t e dh i g h - c a p a c i t ya n ds t a b l es e r v i c e t h a ti s s u r v i v a b i l i t y o t n ，a st h en e x t g e n e r a t i o nm a i n s t r e a mt r a n s p o r tn e t w o r k t e c h n o l o g y , f a c e sam o r ec o m p l e xn e t w o r ke n v i r o n m e n t s u r v i v a b i l i t y a s s u r a n c ei se s s e n t i a l t h i sp a p e r ，b a s e do nt h en a t i o n a lh i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n tp r o g r a mo fc h i n a ”o t no p t i c a ls w i t c h i n gt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n ts y s t e mw i t hl a r g e - c a p a c i t y ”( n o 2 0 0 8 a a 0 1 a 3 2 8 ) ，f o c u s e so n t h es u r v i v a b i l i t ya s s u r a n c et e c h n o l o g ya n dm u l t i c a s ts u p p o r tt e c h n o l o g y , 一一-一 d o e sar e s e a r c ho nt h ea l g o r i t h m so fs e t t i n go t nm u l t i c a s tt r e e ，p r o p o s e s am o r ee f f i c i e n tw a yt op r o t e c tt h eo 田nm u l t i c a s ts e r v i c e m e a n t i m e d e s i g n sa n dr e a l i z e ss o m e f u n c t i o n so fs u p p o r t i n gp l a t f o r mf o re m b e d d e d d e v i c e sb a s e do no 硼nn e t w o r ke l e m e n t s t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e r a r ea sf o l l o w i n g ： 1 ) a b o u to t nm u l t i c a s tt e c h n o l o g y , d e s c r i b e sm u l t i c a s ts e r v i c e s t r a n s p o r t i n gi no p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，c o m p a r e sa n ds t u d i e so t n m u l t i c a s tr o u t i n ga l g o r i t h m sa n dp r o p o s e sam u l t i c a s tr o u t i n ga l g o r i t h m s u i t a b l ef o rn e wo t ng r i dn e t w o r kt o p o l o g y 2 、) a b o u t0 t ns u r v i v a lt e c h n o l o g y , i n t r o d u c e sn e ws u r v i v a b i l i t y t e c h n o l o g y - 一p r e - c o n f i g u r e dc y c l e ( p - c y c l e ) ，a p p l i e sp c y c l et e c h n o l o g y o no t ng r i dn e t w o r kp r o t e c t i o na n dp r o p o s e sam o r ee f f i c i e n tw a yt o p r o t e c tt h eo t nm u l t i c a s ts e r v i c e ，t h a ti spc y c l e b a s e dt r e ep r o t e c t i o n s h a r i n g 肋r ka n dr e s e r v a t i o nc a p a c i t y u t i li z a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e s i n c r e a s e sn e a r l yt w i c eb yu s i n gt h em e t h o d 3 ) d e s i g n sa n dr e a l i z e ss o m ef u n c t i o n so fs u p p o r t i n gp l a t f o r mf o r e m b e d d e dd e v i c e sb a s e do no t nn e t w o r ke l e m e n t s t h a ti sh o tf i x f u n c t i o n ，l o gr e c o r d i n gs a v i n gf u n c t i o n ，p o w e r o ns d 洲c h e c k i n g f u n c t i o n ，u p g r a d e o fs dc a r dd r i v ea n d t r a n s p l a n t i n gu p g r a d eo f e m b e d d e dp l a t f o r mo s k e yw o r d so t n s u r v i v a b i l i t ym u l t i c a s te m b e d d e ds y s t e m 夕 ，j r 目录 第一章引言1 1 1 研究背景及意义。1 1 1 1o t n 概i 2 苣1 1 1 2o t n 的关键技术2 1 2 论文主要内容和结构安排3 第二章光传送网组播技术研究4 2 1 组播简介4 2 1 1i p 组播4 2 1 2 二层组播5 2 1 3 光层组播6 2 2 组播路由协议7 2 3 光传送网的纽播支持9 2 4o t n 组 帑 业务的路由算法研究1 0 2 4 1 组播路由建立算法。1 0 2 4 2o t n 组播树生成算法的研究与应用。1 1 2 4 2 1 算法复杂度比较1 2 2 4 2 2 组播树总代价比较1 2 2 4 2 3 源宿端间代价比较1 6 2 4 2 4 j 、结。1 8 第三章o t n 生存性保证技术研究1 9 3 1 生存性概述。1 9 3 2 传统保护方式。1 9 3 3p 圈保护方式2 0 3 3 1p 圈的提出2 0 3 3 2p 圈工作原理2 l 3 3 2 1p 罔保护方式。2 1 3 3 2 2p 圈配置策略2 2 3 3 3p 圈保护算法2 3 3 3 3 1 常见算法2 3 3 3 3 2 最小圈生成及圈扩展算法2 4 3 3 4p 圈评价标准2 6 3 3 5p 圈应用场景2 6 3 3 5 1 有向p 圈2 7 3 3 5 2 双链路故障保护p 圈2 7 3 3 5 3 可重构p 圈2 9 3 4p 罔在o t n 格状网中的应用。2 9 3 5 一种p 圈保护o t n 组播业务的方法3 l 第四章o t n 节点设备中单板嵌入式平台的研究与实现3 5 4 1 节点设备概述。3 5 4 1 1 节点设备内单板体系架构3 6 l婚爹一 4 1 2 单板软件平台3 7 4 1 3 单板软件平台的e c m 模块3 8 4 2o t n 设备嵌入式支撑平台的设计实现3 9 4 2 1 热补丁功能的实现3 9 4 2 1 1 热补j 概述3 9 4 2 1 2 热补丁实现原理4 0 4 2 1 3 热补丁功能在平台上的应用4 0 4 2 2 平台操作系统的升级移植。4 2 4 2 2 1 移植需求的提出4 2 4 2 2 2 移植模块架构概述4 2 4 2 2 3 移植的实现4 3 4 2 3 记录保存和内存自检等功能的实现4 3 4 2 3 1 日志记录保存功能4 3 4 2 3 2 上电白检内存功能4 5 4 2 3 3s d 高速膏s d h c 的驱动升级。4 6 第五章结束语5 l 参考文献5 3 附录缩略词5 5 致谢5 6 攻读学位期间发表论文和参加课题情况5 7 h ，i 0 1 1 研究背景及意义 1 1 1o t n 概述 第一章引言 近几年来，电信业务最明显的变化就是所有业务核心的i p 化，并且这一趋 势仍将在未来延续。在国内电信市场，各大电信运营商都把提供综合信息服务作 为主要的拓展方向，将原来的电信业务向信息服务业务延伸。这也就意味着基于 i p 为核心的数据业务将得到大量应用。在国际电信市场，各国各大运营商都在 身体力行地推动向i p 网络的转型。如英国电信，日本n 盯以及西班牙电信等固 网运营商将网络向融合网改造；移动运营商如沃达丰等也在发展移动业务的同 时，开始加强对固网业务的关注。“新一代高可信网络”的项目总体目标正是顺 应了这一潮流。 这一电信业务i p 化的大趋势要求未来的传输网络能够很好地传送数据业务。 为了适应这样的发展趋势，许多运营商提出了如“i po v e rd w d m ”或类似的传 输网络建设理念，以从网络中逐步剔除不适应当前网络建设需求的s d h ( 或基 于s d h 的m s t p ) 层面。但这一层面的消失，将会使一些依附于这一层面的原 本非常有用的网络能力也不复存在，例如o a m 能力、业务的物理层调度能力及 s d h 的各种电信级保护能力等l 刀。为克服这些问题，1 9 9 8 年l t u t 提出的o t n 光传送网1 1 j 的概念得到业内的青睐。o t n 综合了s d h 的优点和d w d m 的带宽 可扩展性。所以目前基于w d m 的o t n 技术成为最急需应用的技术，能够满足 运营商对于i p 数据业务大颗粒接入、大容量交叉、透明传输、并且灵活的业务 调度的要求。 目前，国内外主流运营商都非常关注o t n 技术的发展和应用，多数运营商 的w d m 传输接口已经实现o t n 功能。一些欧洲运营商在建网思路、标书需求 等方面对o t n 提出了明确要求，例如德国电信( d t ) 和意大利电信( 1 r i ) 的网 络设备招标需求中明确要求波分设备具有o d u l 调度能力、并可扩展到o d u 2 调度，开始提出传送网全面o t n 化的需求。同时，一些厂家正在进行o d u 颗 粒调度能力的研发，华为和i n f i n e r a 等公司已经推出了基于o d u l 交叉的商用设 备并投入市场应用【9 1 。因此，为了满足日益增长的i p 业务的承载需求，适应传 送网技术的发展趋势，我国通信行业应增加o t n 技术的研发投入，加快o t n 设备的研发、标准化和推广应用。 1 1 2o t n 的关键技术 图1 - 1 承载网演进图 目前传送网的主流技术还是s d h 和w d m 。s d h 在容量、效率、灵活性等 方面暴露出很多不足，难以发挥w d m 传输的带宽优势。因此，o t n 的应用受 到越来越多的重视。下面主要分析o t n 关键技术的发展现状与存在的问题【5 j 。 大容量、多粒度的o t n 交叉连接技术：包括电交叉连接、光交叉连接、光 电混合交叉连接3 种实现方案。由于采用光电光的处理方式，电交叉连接方案支 持子波粒度的带宽调用，便于实现对光信号的监视与再生。光交叉连接方案引入 透明的全光交换矩阵，可以节约大量光电转换接口，但是不如电交叉连接方案应 用灵活。光电混合方案结合了二者的特点，适合构造超大容量的交叉连接网络。 现采用光电混合的o t n 交叉连接方案，通过光层结构扩展设备容量，电层结构 实现灵活的子波长带宽配置与调度。目前，用于多维全光交叉的波长选择丌关 w s s 等技术已经成熟。但商用的电交叉芯片只有基于s d h 颗粒的时隙交换芯片 和高速的空分交叉点交换芯片，支持光数据单元o d u 格式交换的芯片产品还未 见报道。 多业务透明映射技术：i t u tg 7 0 9 建议给出了c b r 2 g 5 c b r l 0 g c b r 4 0 g 、 a t m 信元、g f p 帧等客户信号的映射过程，但对如s t m 1 4 、g e 1 0 g e 等接口 仍需要采用特殊的方法来实现。目前虽然有商业芯片可以实现1 0 g e 信号的映射 功能，但总体来讲，o t n 多业务映射芯片的现状是选择余地少，且价格昂贵。 考虑到g e 1 0 g e 是未来o t n 应用的主流接口，因此研究其映射功能实现的关键 技术是重要内容。 2 智能控制平面技术：o t n 设备具有波长和子波长级的交叉连接能力，加载控 制平面是实现光传送网智能化的最佳方案。控制平面的引入，使得o t n 对l p 业 务的传送更为灵活。目前自动交换光网络a s o n 的系列标准已基本完善，架构 于o t n 之上的控制平面实现脉络已十分清晰。但是，o t n 固有的光层模拟特性， 必然会影响到端到端光路连接的服务质量q o s 保证问题，因此智能控制平面的 扩展研究对o t n 技术仍具有特殊意义。 o t n 生存性技术：o t n 网络支持光复用段o m s 、光通路o c h 和o d u 三个 层次的保护。l t u tt 2 8 0 8 1 建议给出了线性路径和子网保护的通用方式，g 8 7 3 1 描述了o t n 的线性保护标准。当前o t n 的生存性研究还处于起步阶段，仅对 部分网络保护类型进行了规范，在环网保护、p 圈( p - c y c l e ) 等方面可以借鉴s d h 、 w d m 的已有成果，相关的研究及标准化工作正在进行当中。 电信级的o t n 网络规划、运维和管理技术：相比s d h ，o t ng 7 0 9 的帧结 构更加简单。o t u k 中引入前向误码纠错f e c 开销，可以满足更低光信噪比和 更长传输距离的要求。支持多级的串联连接监视t c m 功能，是o t n 实现电信 级运营、维护和管理o a m 的又一重要手段。o t no a m 的主要不足是缺乏对细 粒度带宽的性能监测和故障管理能力。在网络资源的规划与优化方面，考虑到 o t n 的自身特点，还需要对光电交换的混合配置、增强网络生存性等问题开展 进一步深入研究。 1 2 论文主要内容和结构安排 全文内容组织如下： 第一章：引言。概要介绍了光传送网提出的背景、研究现状，光传送网的主 要技术，本课题的意义等。 第二章：详细介绍了组播技术和组播协议，在研究网络层组播技术和链路层 组播技术后，着重研究了光传送网对组播业务的支持，重点研究了光传送网里组 播路由的建立。 第三章：对o t n 生存性进行多方面多层次分析的基础上，对p c y c l e 保护技 术做了深入阐述。特别从o t n 格状网的组网形式，详细分析了p c v c l e 保护技 术对o t n 生存性保证的实现。除此，特别针对o t n 组播业务应用场景下的业 务保护，提出了一种新型的p c y c l e 应用策略。 第四章：详细分析了o t n 网元单板的硬件平台和软件平台。在o t n 网元设 备内通控单板的嵌入式平台环境下，对b s p 进行了热补丁、移植升级、日志记 录保存、内存上电自检和s d 卡驱动升级的研究和实现。 第五章：对整个选题进行了总结和展望。 3 2 1 组播简介 第二章光传送网组播技术研究 网络时代，出现了新网络服务类型如视频会议、软件文件的传递和镜像站点 的文件复制、虚拟现实游戏、互联网新闻信息的传播和电子邮件列表、远端教学、 电子商务、视频点播、光存储网络o s a n 等组播业务。组播业务一般为带宽密 集型业务，共同特点是：第一对带宽要求高；第二同一发送端的同一数据发送到 网络中不同位置的多个接收端1 1 。 组播是指在网络中将数据包以尽力传送的形式发送到某个确定的节点集合 ( 即组播组) 。其基本思想是：源主机( 即组播源) 只发送一份数据，其目的地 址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可收到同样的数据拷贝，并且只有组 播组内的主机可以接收该数据，而其它主机则不能收到。i p 组播这个概念提出 得很早，d e e r i n g 在1 9 8 8 年就提出了将组播的功能机制增加到数据网l p 层的组 播实现体系结构，这种体系结构称为i p 组播。1 9 9 2 年起，在因特网上丌始试验 虚拟的组播主干网m b o n e 。 组播技术的实现需要解决以下几方面问题： 1 组播源向一组确定的接收者发送信息，而如何标识这组确定的接收者 这需要用到组播地址机制； 2 接收者通过加入组播组来实现对组播信息的接收，而接收者是如何动态地 加入或离开组播组的即如何进行组成员关系管理； 3 组播报文在网络中是如何被转发并最终到达接收者的即组播报文转 发的过程； 4 组播报文的转发路径( 即组播转发树) 是如何构建的这是由各组播路 由协议来完成的。 2 1 1i p 组播 组播技术是i p 网络数据传输三种方式之一，组播是一个发送者或多个发送 者将数据同时发送给一组( 多个) 接受者而且只用发送一份数据，数据在传送过 程中组播路由器会将数据复制传送给需要数据的主机。接收数据的主机必须是组 成员而发送者不必是，而且是全体组成员都会收到发往该组的数据。为了向所有 接收者传递数据，一般采用组播分布树描述组播在网络里经过的路径。组播分布 树有四种基本类型：泛洪法、有源树、有核树和s t e i n e r 树1 1 4 。 4 如果一个局域网使用组播，那么所有的主机必须加入一个a 1 1 h o s t 组( 假设 组播地址为2 2 4 0 0 1 ) ，但是h o s t 可以决定是否去接受组播。当一个组播业务决 定传输之前，路由器需要知道哪个h o s t 想接收组播，i g m p v l 和i g m p v 2 用于 发现是否有这个组播组的成员在它直连的子网里，i g m p 用一个q u e r y i n gd e v i c e 去请求和报告h o s t 加入和离开组播组，它有两种m e s s a g e 一个是q u e r ym e s s a g e s 用于组播路由器去发现m e m b e r ，还有一个是r e p o r tm e s s a g e 它是由主机发送， 报告哪个主机想加入组播组，i g m p 间断的发送q u e r ym e s s a g e 到2 2 4 0 0 1 ( 用于 标识所有主机) ，直连网段中的其中一台h o s t 发送r e p o r tm e s s a g e 来报告谁想接 收组播，但是如果h o s t 想加入组播组，它可不必等待q u e r ym e s s a g e ，h o s t 可 以主动的发送一个r e p o r tm e s s a g e 到2 2 4 0 0 2 ( 标识组播组中的所有组播路由 器) 。 i p 组播协议分为主机路由器之间的组成员关系协议和路由器路由器之间的 组播路由协议。组成员关系协议包括i g m p ( h - _ 连网组管理协议) 。组播路由协议 分为域内组播路由协议及域间组播路由协议。域内组播路由协议包括p i m s m 、 p i m d m 、d v m r p 等协议，域问组播路由协议包括m b g p 、m s d p 等协议。同 时为了有效抑制组播数据在链路层的扩散，引入了i g m ps n o o p i n g 、c g m p 等二 层组播协议。 2 1 2 二层组播 为了有效抑制组播数据在二层网络中的扩散，引入了i g m p s n o o p i n g 等二层 组播协议。通过i g m p 和二层组播协议，在路由器和交换机中建立起直联网段 内的组成员关系信息，具体地说就是哪个接口下有哪个组播组的成员。 i g m p 是针对i p 层设计的，只能记录路由器上的三层接口与i p 组播地址的 对应关系。但在很多情况下，组播报文不可避免地要经过一些交换机，如果没有 一种机制将二层端口与组播m a c 地址对应起来，组播报文就会转发给交换机的 所有端口，这显然会浪费大量的系统资源。i g m ps n o o p i n g 的出现就可以解决这 个问题，其工作原理为：主机发往i g m p 查询器的报告消息经过交换机时，交换 机对这个消息进行监听并记录下来，为端口和组播m a c 地址建立起映射关系； 当交换机收到组播数据时，根据这样的映射关系，只向连有组成员的端口转发组 播数据。 i g m ps n o o p i n g 的规则比较简单，下行方向透传查询包，上行方向根据需要 转发加入或离开包，但要求交换机必须有三层提取功能，它对于主机和路由器是 透明的。i g m p 监听可以解决二层环境中的组播报文泛滥问题，但要求交换机对 所有的组播报文进行监听和解读。这会产生很多的无效工作，而且组播报文监听 5 和解读工作也会占用大量的c p u 处理时间。 在交换机转发组播中，由于i p 组播映射到一个l a y e r 2 组播地址，所以组播 必须发送到所有的交换机端口，当一台主机向组播路由器报告成员信息，组播由 路由器发送到交换机，由于组播使用组播地址传送流量，所以它不知道实际的目 的m a c 地址，因而它将它发送到所有的交换机端口。 2 1 3 光层组播 6 对于给定的组播业务请求( 一个业务源和若干目的接收端) ，在光网络中寻 找一条合适的路径并分配相应的信道资源( 波长) 以实现数据业务的多点传送， 这就是光组播路由和波长分配控制算法m c r w a 所要解决的问题1 1 3 l 。 我们的o t n 传送层实现光组播关键问题是如何在光波分层建立组播树，根 据协议分层可以有两种方案：一种是对现有组播协议不加修改，但是需要增加一 个中间层来实现光层组播树的构建；另外一种修改现有组播路由协议，使其充分 考虑到光层的光分路能力，并设计新的波长路由分配算法来建光层组播树。 光组播并不排斥i p 组播：光组播在网络核心执行大粒度流量( 如波长粒度) 的组播；i p 组播在网络边缘仍然利用已有的l p 网络设备执行一定规模的i p 组 播。由于现实应用中很少有单个组播应用的数据流需要1 0 g b i t s 、4 0 g b i t s 的带 宽，光组播通常应该处于核心骨干网中，用来传送由边缘网络执行流量会聚( 疏 导) 形成的大粒度的数据流。边缘网络依然可以采用现有的基于i p 的网络来实 现小粒度、小规模的组播。 2 2 组播路由协议 - 雌缝r 渤籼徽l 愁黼& 誊p i m i - - l绺i z 毛自f 疆。鬻糖；l 、l + 络i z 颤鸯i 编鞣竣绥奠 i 拼、l 、l 绷接摊缱| l 城雠麴编结国姆过厂；竺釜冀鬈譬主塞兰i s o 讯p - - s s 、l 一 l 二速已= 黧= ：一。 7 i p 组播相关的r f c 主要有如下几个： 表2 1i p 组播相关的主要r f c 序号名称内容 备注 h o s t g r o u p ： a定义了i n t e r n e t 组播的服 m u l t i c a s t务模型和提出了为支持和r f c 0 9 8 8 一起提出 r f c 0 9 6 6 e x t e n s i o nt ot h e这种组播服务而对i p 协 了l p 组播的可能性。 i n t e r n e tp r o t o c o l 议的扩展。 h o s te x t e n s i o n s详述了为了支持i n t e r n e t接替r f c 0 9 6 6 制定了 r f c 0 9 8 8f o ri p组播，主机需要执行的对 a r p a i n t e m e t 中l p 组 m u l t i c a s t i n g i p 协议的扩展要求。播的建议性协议标准。 d i s t a n c ev e c t o r描述了i n t e r n e t 中路由组 它源自于r i p 和 r f c l 0 7 5m u l t i c a s tr o u t i n g播数据报传输的距离向 r f c l 0 5 4 描述的组播。 它是组播路由协议的 p r o t o c o l量组播路由协议。 首次实践。 h o s te x t e n s i o n s 它奠定了组播网络体系 淘汰了r f c s9 8 8 ， r f c l l l 2f o ri p 结构和路由协议的基础。 1 0 5 4 。该文也成为 m u l t i c a s t i n g i g m p 的原型。 描述c b t 网络层组播路 c o r eb a s e dt r e e s 由协议，c b t 构建了每组形成了有核树 r f c 2 1 8 9 播组的共享组播分布树，( c b t v 2 ) 组播路由体 m u l t i c a s tr o u t i n g 适合域内和域间的组播系结构。 路由。 c l a s s i c a li pa n d 描述了a r po v e ra t mt o组管理协议i g m p v 2 r f c 2 3 3 6a r po v e ra = r mt o n h r p 的网络模型。成为i e t f 标准。 n h r pt r a n s i t i o n 确定i p v 6 组播地址分配 i pv e r s i o n6 方案，包括i p v 6 地址分配 为组播技术在下一代 r f c 2 3 7 3 a d d r e s s i n g 模型、i p v 6 地址的文本表 i n t e r n e t 上的应用做出 达、i p v 6 单播任播组播 a r c h i t e c t u r e必要的准备 地址的定义和i p v 6 节点 必需的地址。 二层组播通过i g m p 和二层组播协议实现，在路由器和交换机中建立直联 网段内的组成员关系信息，具体地说就是哪个接口下有哪个组播组的成员，域内 组播路由协议根据i g m p 维护的这些组播组成员关系信息，运用定的组播路 由算法构造组播分发树，在路由器中建立组播路由状态，路由器根据这些状态进 行组播数据包转发。 i g m ps n o o p i n g 通过交换机侦听主机发向路由器的i g m p “主机成员报告” 消息的方式建立主机组成员和交换机接口的对应关系，交换机根据该对应关系将 收到的组播数据包只转发给具有主机组成员的接口。交换机转发组播数据，以组 播转发表为依据，转发表的正确与否直接关系到组播数据能否到达正确的接收者 手中。组播转发表一般为v l a n + 组播地址+ 转发端口号。 8 表2 - 2 二层组播协议i g m ps n o o p i n g 用途约束组播包只向需要转发的端口转发，减低对交换机处理能力的要求 1 是一种技术，是通过诊听和分析主机和路由器之i 日j 的i g m p 协议的数 据包来实现对组播的控制； 实现2 要求交换芯片将i g m p 协议包截取出来，发送到交换机的管理c p u ； 方式3 类似的技术有c i s c o 的c g m p 协议，但它的实现方式是不同的，是 通过路由器和交换机的交换信息来获得这些信息，不是通过截取i g m p 协议包的方式实现的； 1 路由器向主机发送q u e r y 包，询问是不是有主机是不是需要加入组 基本 播组； 2 如果主机需要加入特定组播组，则发送r e p o r t 包向路由器该接口登 流程 记； 3 路由器将组播数据发送这个接口； 1 从r o u t e r 侧发送的q u e r y 消息直接转发该交换机的所有端口； 2 从h o s t 侧发送r e p o r t 包，记录该端口和组播地址； 处理 3 以后从上联发送的组播包就只向这个端口发送，而不是广播，这样就 减少了组播数据对交换机的冲击； 2 3 光传送网的组播支持 组播技术目前在国内电信运营商还没大规模应用，但它的特点使其特别适合 i p t v 这类用户量大，消耗大带宽的业务。目前的情况，对于组播业务比如视频 电话一般都是企业级的，考虑安全性都采用v p n 解决，当然这样费用高。对于 其他i p t v 小带宽组播数据在承载网中传输时一把只把源数据单播一份到靠近用 户的地方再组播出去。对于组播业务都是点到点送到边缘，由那边的网络节点实 现本地组播。承载网传输层支持组播业务一般可以采取如下方案： 1 、在原i p 城域网的基础上做扩容改建，将其建设为一张真正的多业务承载 网。这需要运营商完成大量工作，包括如何实现全网组播业务的开通，如何实现 全网q o s 策略，如何保证网络的高可靠性，怎样实现高带宽支持与带宽保证以 及如何实现对新的业务管理方式的支持等一系列问题。 2 、为组播业务建承载专网。原城域网骨干只承载原有的p c 上网业务。对接 入网做扩容改造；接入网同时承载刚业务与p c 上网业务，在汇聚层做分离， 分别进入不同的核心网。由于专网提供的是相对封闭的业务，不需要强大的路由 与复杂的策略控制，可选择较低成本的网络设备，同时专网的规模可根据组播业 务的扩张而扩张，相对需一步到位的城域网改造，保护运营商投资，尤其适合原 城域网络较复杂的地市。 从设备类型上来看，o t n 设备相当于s d h 和w d m 设备融合为一种设备， 同时拓展了原有设备类型的优势功能。同时，还具备对以态帧的二层处理能力， 9 实现基于v 删m a c 的二层汇聚交换。面向l p 的o t n 解决方案从设备形态上 来看，可以分为o t n 交叉连接设备( o t n x c ) 矛i i 集成w d m 功能的o t n 传输设 备。其中，o t n 交叉连接设备需要和w d m 设备配合才能完成其网络功能。基 于o t n 的智能光网络可通过控制平面自动实现o c h o d u k 连接配置管理，从而 使光传送网可动态分配和灵活控制带宽资源、快速生成业务、提供m e s h 网的 保护与恢复、提供网络动态扩展扩容能力、提供多种服务等级，并最终使光传送 网成为一个可运营的业务网络。 在光传送网络支持组播有三种基本的方式：( 1 ) 在电层复制信息实现组播； ( 2 ) 利用网络上的多个单播实现组播；( 3 ) 利用光层的分光来实现组播。现有的 主要是第一种，第二种资源利用率不高，第三种需要在全光网中实现。因此，现 有条件下，第一种方案是比较低成本和有效的。现有已实现的在电层复制信息实 现组播，是指o d u k 电层按时隙交叉到不同端 1 发出去。o d u k 一般和客户信号 是一一对应的，根据不同的o d u k 即可识别不同的业务。为了好处理，对于组 播业务，一个组播业务对应一个o d u k 。 我们o t n 交叉设备支持的组播是物理层的组播，即把一个本地接入来自线 路侧的o d u k 交叉到多个输出的o d u k ，主要靠路由算法和交叉矩阵支持。建组 播路由的问题主要归结为怎么使建立起来的组播树最优，即代价( 一般为o d u k 链路数) 最小。 2 4o t n 组播业务的路由算法研究 2 4 1 组播路由建立算法 组播路由的主要建立算法有1 1 4 】：基于源的组播树生成算法s o u r c e b a s e dt r e e g e n e