（计算机应用技术专业论文）多域分层ason生存性研究及基于ns仿真设计与实现.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着光通信技术的飞速发展，光网络向着大规模、复杂拓扑、面向 业务的智能化网络方向发展，对网络的生存性提出了更高的要求。为了 定义网络的管理边界、提高路由和信令的性能、提高网络的可靠性，可 扩展性和安全性以及兼容不同系统间的技术差异，以a s o n 为代表的下 一代光网络将被划分为多个路由域，采用分布式管理和分层的网络路由 体系。为保证网络的可扩展性，各路由域的详细拓扑信息在域内散发， 路由域问只交换汇聚后的拓扑信息。因此，网络节点不具有整网的详细 拓扑及配置信息，如何在缺乏全局信息的条件下提供可靠的业务连接， 提高网络抵制故障业务中断或干扰的能力是网络分域带来的一个新的且 重要的研究课题。 论文介绍了多域分层a s o n 体系结构和其路由技术，分析了光网络 的生存性，并着重研究了多域分层a s o n 生存性的特点和当前研究现状。 论文提出了一种新的混合分级计算共享子路径保护算法，对算法进行了 数学描述，并详细介绍了其执行步骤和信令流程。最后在流行开源网络 模拟器n s 上编程实现了多域分层a s o n 仿真平台，并基于仿真平台对 算法进行仿真测试和改进。论文的主要研究内容有： ( 1 ) 分析多域分层a s o n 的路由机制，包括分层路由体系，路由方 式和路由信令过程，并对其关键技术如路由信息的汇聚，路由信息的交 换和更新，路由的计算进行了研究。 ( 2 ) 对多域分层a s o n 生存性策略进行了详细探讨。介绍了现有的 网络生存性和a s o n 的生存性，研究了多域分层a s o n 在路由计算，保 护恢复方式和故障处理等方面的特点，并分析比较了现有多域分层 a s o n 生存性策略。 ( 3 ) 提出了一种混合分级计算共享子路径保护算法。算法在上层路 由域中，分别为新业务计算出工作路径和保护路径。对于工作路径在下 江苏大学硕士学位论文 层路由域采取“按域分段，域内保护的方式进行保护，对于恢复路径 则采取“域问保护，域内恢复 策略。算法采用域平均最短路径长度和 域平均资源利用率作为虚链路的代价权重因子，对虚链路的消耗进行了 较为准确的估算。仿真结果表明，算法具有较快的保护倒换速度和较好 的资源利用效率，对域内链路故障和域问链路故障都有较好的故障恢复 性能。 ( 4 ) 编程实现了基于n s 的多域分层a s o n 仿真平台。在仿真平台 中实现了多域分层a s o n 体系，包括信令机制，连接建立过程，路由计 算过程，路由信息的汇聚和更新。为了便于比较分析，仿真平台实现了 两种故障恢复方式，一种是基于本文提出的链路权重分级计算共享子路 径保护算法，另一种是基于路径保护，并对两种保护算法各种性能进行 分析比较。 关键词：多域分层，a s o n ，生存性，子路径保护，n s 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo p t i c a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , o p t i c a ln e t w o r kd e v e l o pt o w a r dt h el a r g e - s c a l e ，c o m p l e xt o p o l o g i e s ，t h e i n t e l l i g e n tn e t w o r ko fb u s i n e s s - o r i e n t e dd i r e c t i o n ，w h i c hd e m a n dh i g h e r a n dh i g h e ro nn e t w o r ks u r v i v a b i l i t y t h en e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k w i l lb ed i v i d e di n t om u l t i p l er o u t i n gd o m a i n st oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c e o fr o u t i n ga n ds i g n a l i n g ，n e t w o r kr e l i a b i l i t y , s c a l a b i l i t ya n ds e c u r i t y i t w i l lb ee s s e n t i a lt od e f i n et h eb o r d e ro fn e t w o r km a n a g e m e n ta n dt o a d o p tt h et e c h n o l o g yo fd i s t r i b u t e dm a n a g e m e n ta n dh i e r a r c h i c a lr o u t i n g t oe n s u r et h en e t w o r ks c a l a b i l i t y , t h ed e t a i l e di n f o r m a t i o no ft h e c o n n e c t i o na n db a n d w i d t ha l l o c a t i o ni no n ed o m a i nw i l lb el i m i t e dt o i t s e l f , a n do n l ya g g r e g a t e di n f o r m a t i o nw i l lb ee x p o s e dt ot h ee x t e r n a l d o m a i n s a sar e s u l t ，n on o d ei nt h em u l t i d o m a i n sh a st h e9 1 0 b a l i n f o r m a t i o na b o u tt h ew h o l em u l t i - d o m a i nn e t w o r k i ns u c hc i r c u m s t a n c e ， h o wt o p r o v i d er e l i a b l e c o n n e c t i o n st ot h et r a f f i ca n di m p r o v et h e r e l i a b i l i t ya r ec r u c i a lt ot h eo p e r a t i o no fm u l t i - d o m a i nn e t w o r k a tf i r s t ，t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h em u l t i d o m a i na s o nh i e r a r c h i c a l n e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n di t sr o u t i n gs y s t e m ，t h e nt h es u r v i v a lt e c h n o l o g y o ft r a d i t i o n a lo p t i c a ln e t w o r ka n dt h es u r v i v a lo fa s o ni s a n a l y z e d ， w h a t sm o r et h e e x i s t i n go p t i c a lm u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a l s u r v i v a l t e c h n i q u e si ss t u d i e d ，l a s t l y an e wc o m p o u n dl a y e r e ds u b - p a t hs h a r e p r o t e c t i o na l g o r i t h mw h i c hi sb a s e do ne x i s t i n gm u l t i d o m a i no p t i c a l 江苏大学硕士学位论文 n e t w o r kp r o t e c t i o na l g o r i t h mi s p u tf o r w a r d t h i sp a p e ra l s o d o e sa d e t a i l e dm a t h e m a t i c a l a n a l y s i sf o rt h ea l g o r i t h mt h e o r y a n dd e s c r i b e s s i g n a l i n gp r o c e s s o ft h e a l g o r i t h mp a r t i c u l a r a tl a s t ，t h r o u g h t h e p r o g r a m m i n ge x p a n s i o n o f o p e n s o u r c en e t w o r k s i m u l a t o r , a m u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a la s o ns i m u l a t i o np l a t f o r mi sr e a l i z e da n d s o m e i m p r o v e m e n t s a b o u t a l g o r i t h ms t r a t e g y i sa c h i e v e d t h r o u g h s i m u l a t i o nt e s t i n g ( 1 ) a s o nm u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a ln e t w o r ks t r u c t u r ei sd e s c r i b e d c l e a r e d ，w h i c hf o c u s e do nm u l t i - d o m a i na s o nh i e r a r c h i c a ln e t w o r k t o p o l o g ya n dr o u t i n gc a l c u l a t i o np r o c e s s ，w h a t sm o r e ，s o m eo ft h ek e y i s s u e so fm u l t i - d o m a i nl a y e r e da s o ni sd i s c u s s e di nd e t a i l ，s u c ha st h e a g g r e g a t i o no fr o u t i n gi n f o r m a t i o n ，t h ee x c h a n g eo fr o u t i n gi n f o r m a t i o n a n dt h eu p d a t eo fr o u t i n gi n f o r m a t i o n ( 2 ) t h es u r v i v a lo ft h ee x i s t i n gn e t w o r kt e c h n o l o g i e si sd i s c u s s e di n d e t a i la n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fav a r i e t yo fn e t w o r k s u r v i v a lm e c h a n i s m si sa n a l y z e dc l e a r e d w h a ti sm o r et h ec h a r a c t e r i s t i c s o fa s o ns u r v i v a lt e c h n o l o g ya n dm u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a ln e t w o r k s u r v i v a lt e c h n o l o g yi sa n a l y z e dc l e a r e d ( 3 ) b a s e do nt h ee x i s t i n gh i e r a r c h i c a la s o nm u l t i d o m a i ns u r v i v a l s t r a t e g y ，an e wm i x e d g r a d ep r o t e c t i o no fs h a r e ds u b p a t ha l g o r i t h mi s p u tf o r w a r d t h i sa l g o r i t h mc o m p u t e st w op a t h sw h i c ha r ew o r kp a t ha n d p r o t e c t i o np a t ha tt h eu p p e rd o m a i nr o u t i n gf o ro p e r a t i o n i tu s e s e g m e n t i v 江苏大学硕士学位论文 b ys u b d o m a i n ，i n n e rd o m a i np r o t e c t i o n ”t op r o v i d ep r o t e c t i o nf o rw o r k p a t h ，b u tt o r e s t o r a t i o n p a t h i t u s e ”p r o t e c t i o nb e t w e e nd o m a i n s ， r e s t o r a t i o ni ni n n e rd o m a i n s ”t y p et op r o v i d ep r o t e c t i o n a l g o r i t h mu s e s t h ea v e r a g es h o r t e s tp a t hl e n g t ho ft h ed o m a i na n dd o m a i na v e r a g e r e s o u r c eu t i l i z a t i o nf o rt h ec o s to fv i r t u a ll i n kw e i g h tf a c t o r , w h i c h e s t i m a t eh ec o s to fv i r t u a ll i n ka c c u r a t e l y s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h e a l g o r i t h m h a saf a s t e r s w i t c h i n gs p e e d a n db e t t e rr e s o u r c e u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y , i tp r o v i d eg o o dr e c o v e r yp e r f o r m a n c e f o r i n t e r d o m a i na n di n n e rd o m a i nl i n kf a i l u r e s m u l t i - d o m a i na s o nh i e r a r c h i c a ls i m u l a t i o np l a t f o r mw h i c hi n b a s e dn si sr e a l i z e db yp r o g r a m m i n g ，m u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a la s o n i sa c h i e v e di nt h es i m u l a t i o n p l a t f o r m w h a t sm o r e ，t h es i g n a l i n g m e c h a n i s mf o rc o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n tp r o c e s s ，t h ea g g r e g a t i o na n d u p d a t eo fr o u t i n gi n f o r m a t i o ni si n c l u d ei nt h es i m u l a t i o np l a t f o r m t o o i n o r d e rt oc o m p a r e ，t w or e c o v e r ya p p r o a c hi s p u tf o r w a r d ，t h eo n ei s m i x e d - g r a d ep r o t e c t i o no fs h a r e ds u b - p a t hp r o t e c t i o na l g o r i t h m ，t h eo t h e r o n ei s p a t hp r o t e c t i o n ac o m p a r i s o no fp e r f o r m a n c e sb e t w e e nt w o a l g o r i t h m si sp e r f o r m e d k e y w o r d s ：m u l t i d o m a i nh i e r a r c h i c a l ，s u r v i v a b i l i t y , a s o n ，s u b p a t h p r o t e c t i o n ，n e t w o r ks i m u l a t o r v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名：蔚，组琴 指导教师签名：莓却 乙。厂年石月夕日 2 j 9 矽年舌月9e t 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：豫组平 日期： 穹年占月夕 江苏大学硕士学位论文 1 1研究背景 第一章绪论 数据、视频及移动通信业务的快速增长，带来了网络容量调整、带宽扩展和 动态分配、业务疏导和快速丌通、实时网络运维管理、降低运营成本等日益迫切 的需求。作为构建新一代光网络的核心技术，a s o n 1 】( a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d o p t i c a ln e t w o r k ) 以可兼容、可扩展的硬件系统为支撑，将先进的软件系统融入 硬件平台，形成一个更具伸缩性、以数据为中心的基础平台，从而把光层从一种 静态的传输媒体变成一种动态的、智能的光网络结构，并可以直接从光域提供各 种灵活的高速增值业务，使运营商可以直接从光域快速提供业务，全面提升传送 效能。但是a s o n 是以电路交换为基础的，作为核心网络通常需要有很多大容 量交叉连接设备，另一方面运营商要求能屏蔽内部的网络细节，提高网络的安全 性，并且可以任意配置内部网络结构。为此，a s o n 引入了多域分层的路由体系 结构，这也是a s o n 规范( 参考文献【2 3 】) 中要求的网络结构。 多域分层的路由体系【4 】结构根据地理、管理范围、技术要求、可扩展性和灵 活性要求等条件将整个网络划分为多个路由域( r a ) 。通过拓扑抽象技术，各路由 域被抽象为一个逻辑节点并组成高一级的路由分层，该层路由网络通过拓扑抽象 又可以形成更高一级的路由分层，最后构成一个多域分层的路由结构。分层之间 的路由可以相互独立，通过拓扑抽象和路由信息汇聚完成层问的沟通和协调，这 种多域分层路由的结构给a s o n 带来了良好的可扩展性和灵活性。目前，国际 上的标准化组织如i t u t 、i e t f 和o i f 都在对a s o n 路由技术进行研究和标 准化，c i e n a c o r p ，d c l ，d e r i v e l t 公司以及l i o n 5 】计划、o p t 口u t e r 【6 l 计划、各 高校及研究机构均有在围绕a s o n 的分域分层路由以及信令的研究工作。 网络生存性技术是确保运营商向用户提供高质量通信服务的关键。美国f c c 的统计数据显示，每两天就有一次影响3 0 ，0 0 0 客户的网络故障发生，而故障修 复的平均时间是5 1 0 个小时。此外，传输容量达t 【 s 的单根光纤的失效，至少 将影响1 2 0 0 万对电话业务。因此，网络的生存性问题是以a s o n 为中心的下一 代光网络设计的关键。由于采用分布式管理和分层的网络路由体系结构，以 a s o n 为中心的下一代光网络生存性问题必将表现出新的特征，因此，对其生存 江苏大学硕士学位论文 性技术进行深入研究将有力地推动下一代光网络技术的发展。 1 2 研究意义 在a s o n 中，随着网络规模的变大，如果将所有节点放到一个域中，网络 节点需要维护规模庞大的路由表和掌握完整的网络资源占用情况，保护路径所经 过的节点、链路跳数通常更多，而保护倒换的延时和跳数成正比，故障修复的速 度受到影响，有可能会难以满足要求。大型网络采用多域分层结构是a s o n 网 络发展的趋势所在【7 】，分域之后出于扩展性考虑而进行的拓扑抽象使得多域网络 中所有节点不具有全局拓扑信息，如何在这样一种缺少全局信息的情况下提高网 络的生存性和可靠性是网络运营管理者所迫切需要考虑的重要问题。保护比恢复 有更短的倒换时间，但同时也比恢复消耗更多的网络资源。单域网络保护问题【g l 是一个相对成熟的领域。但是在多域网络t 9 l ，出于可扩展性要求，域内拓扑信 息只有经汇聚后d 向域外散发，高层节点只有低层网络拓扑汇聚后的信息，网络 中所有节点缺乏全局信息，单域网络中需要全局信息的保护算法已不再适用，其 保护问题是一个全新的课题，相关的研究越来越多。 生存性对于光网络的重要性现在已经得到业界的广泛重视，在光网络快速发 展的今天，研究光网络的生存性技术，提出实用化的解决方法，已经成为发展和 建设光网络必须解决的一个关键问题。所以在通信同益发展的今天，网络的生存 性问题被提到了前所未有的高度，对网络的生存性进行深入研究不仅具有重要的 实用价值，而且具有深远的理论意义。 1 3 研究内容 论文介绍了多域分层a s o n 体系结构，对光网络生存性机制做了较为详细 的分析，着重介绍了多域分层a s o n 网络结构。在现有的多域分层a s o n 保护 算法的基础上，提出了一种混合分级计算子路径保护算法，该算法对虚链路的各 类资源的权值进行快速准确地估算，仿真表明具有恢复时间短，阻塞率低，资源 利用率高等优点。最后，通过对n s 进行编程扩展，搭建了多域分层a s o n 仿真 平台，对两种保护算法进行了分析和比较。论文的主要研究内容有： ( 1 ) 对现有的网络生存性技术进行了详细的探讨，详细介绍了各种网络生存 性机制的优缺点，并着重分析a s o n 生存性的特点和对a s o n 域间生存性技术 2 江苏大学硕士学位论文 进行了探讨。 ( 2 ) 详细介绍了多域分层a s o n 网络结构，着重介绍多域分层a s o n 网络 中的拓扑汇聚过程和路由计算过程，并对多域分层a s o n 网络中的一些关键技 术进行了探讨，包括路由信息的汇聚，路由信息的交换和更新。 ( 3 ) 提出了一种基于链路权重混合分级计算共享子路径保护算法，该算法在 上层路由域中计算路由时，使用域的平均最短路径长度作为虚链路的路径长度， 域平均资源利用率作为虚链路的资源利用率作为虚链路的代价权重的估算值。在 下层路由域中，采取按域分段的方式将工作路径分成若干条子路径，并对各条子 路径计算共享保护路径。 ( 4 ) 编程实现了基于n s 的多域a s o n 仿真平台，在仿真平台中实现了多域分 层a s o n 网络结构，以及路由信息汇聚和更新机制，实现了基于链路权重分级 计算共享子路径保护算法。为了便于比较同时实现了路径保护算法，并对两种保 护算法各种性能进行比较。 1 4 全文组织安排安排 根据研究的内容，本论文共分为五章，内容安排如下： 第一章，介绍了多：t 或a s o n 研究背景、研究意义、国内外研究状况以及本论 文所要从事的工作。 第二章，介绍了多域分层a s o n 体系结构和其生存性技术。分析多域分层路 由中的一些关键问题，如路由信息的更新、拓扑汇聚，并对现有 多域分层a s o n 生存性技术进行了探讨。 第三章，提出了一种基于链路权重混合分级计算共享子路径保护算法。对 算法进行了详细的数学描述，介绍了算法的执行步骤及其信令过 程。 第四章，在n s 中实现了多域分层a s o n 仿真平台。实现了a s o n 控制平面基 本组件和其主要信令过程，包括路由查找过程，连接建立过程， 拓扑汇聚过程和故障恢复过程。 第五章，对论文进行总结，并对研究的问题进行了延伸。 3 江苏大学硕士学位论文 第二章多域分层a s o n 体系结构及其生存性 随着网络规模不断扩大，网络中的节点数目越来越多，如果将所有的节点放 在一个域( d o m a i n ) 中管理，会产生如下的问题： ( 1 ) 对节点存储资源的要求高：单个节点需要维护一个很大的全网拓扑信息 数库； ( 2 ) 对信令网资源的要求高：路由协议拓扑信息消息的分发量巨大，耗用很 大的信令网带宽； ( 3 ) 路由计算复杂度增加：一般路由计算采用的b e l l m a n f o r d 算法、d i j k s t r a 算法以及f l o y d - w a r s h a l l 算法，这些算法复杂度分别为o ( m n ) ，o ( n 2 ) 和o ( n 3 ) ， 其中胛，m 分别为网络中的节点数目和链路数目。随着网络规模的扩大，路由计 算花费的时间越来越显著，甚至可能成为限制快速动态连接指配的主要瓶颈； ( 4 ) 网络拓扑收敛速度太慢：这不仅反映在网络拓扑的初始化阶段，还反映 在网络拓扑信息动态变化( 节点和链路的失效、恢复等事件) 时。在后一种情况下， 缓慢的拓扑收敛大大影响了网络的动态性能。 另外，大规模网络本身一般由不同运营商的子网互联互通组成。由于网络设 备的兼容性以及网络管理和安全性的需要，一个子网向其它子网广播其内部拓扑 信息时本身也屏蔽一些细节信息。因此大规模网络一般采取分层的网络结构 ( h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e ) 1 1 0 。即将整个网络按照一定的规则( 地理位置、管理域 等) 分成多个不同的子网或者域，各域将其内部的信息进行抽象表示成一个逻辑 节点，几个不同的域抽象后的逻辑节点再合并形成上一层网络的一个域，如此递 归实现，直到所有网络资源在一个域中为止。在将多个域合并为上一层网络中的 一个域时，出于扩展性的考虑，每个域都将隐藏一部分拓扑信息。 2 1 多域分层a s o n 体系结构 2 1 1a s o n 总体结构 a s o n 是在选路和信令控制下，完成自动交换功能的新一代光网络。a s o n 的总体结构由管理平面( m p ，m a n a g e m e n tp l a n e ) 、控制平面( c p ，c o n t r o lp l a n e ) 4 江苏大学硕士学位论文 和传送平面( 1 1 p ，t r a n s p o r tp l a n e ) 三部分组成，各平面之间通过相关接口相连。 a s o n 是一种分层架构，层与层之间、节点与节点之间通过相应的接口进行通信， 组成结构如图2 1 所示：其中r a 为请求代理，小n i 为内部网络节点接口，e n n 为外部网络节点接口。 图2 1a s o n 总体结构图 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。 传送平面由一系列的传送实体组成，它是业务传送的路径，可提供端到端用 户信息的单向或者双向传输。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 ，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。 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。 5 江苏大学硕士学位论文 2 1 2 多域分层a s o n 结构 r r u t 在( 2 8 0 8 0 脱1 3 0 4 中，根据地理、管理范围或者技术要求将一个大型 网络划分为多个等级，每个等级内又可以划分为多个路由域，如图2 2 所示。终 端用户节点通过网络用户接口( u n i u s e r n e t w o r k i n t e r f a c e ) 和全球性的a s o n 相 连接，而a s o n 内部又分成许多不同的子网，它们可能分别为不同的供应商所 拥有，子网之问通过外部n n i 接口( e n n i ，e x t e r n a ln e t w o r k n o d ei n t e r f a c e ) 相连。 每一个子网内部又包括很多网元设备，这些网元之间通过内部n n i 接口 ( i - n n i i n t e m a ln e t w o r k n o d ei n t e r f a c e ) 相连。 图2 2 多域分层a s o n 结构 2 2 多域分层a s o n 路由体系 随着互联网的快速发展，数以万计的交换机以及无数的终端节点接入到全球 性的传送网中，对于这样规模巨大的网络，如果所有的网络设备在单一的路由域 罩管理显然是完全不可行的，因此分层的网络路由体系成为a s o n 的必然选择。 在 u t 的g 7 7 1 5 y 1 7 0 6 中定义了a s o n 网络中建立s c 和s p c 连接选路功能 的结构和要求，主要内容包括a s o n 选路结构、路由属性、路由选择、抽象信 息和状态图转移的功能组成单元，( 2 7 7 1 5 提供的是一种与协议无关的方法，用来 描述用于a s o n 的路由技术。路由消息是通过信令通信网络( d c n ) 进行传送 ( 2 7 7 1 2 规范了d c n 的一种可能实现方式。a s o n 路由体系结构支持( 2 8 0 8 0 中定 义的不同的路由方式，如层次路由方式源路由方式和逐跳路由方式，对于目前主 要采用的层次路由，r r u t 建议( 2 8 0 8 0 脱1 3 0 4 中给出了路由域层次与子网结点 6 江苏大学硕士学位论文 组( s n p p ) 的关系。 2 2 1a s o n 分层路由体系 根据g 8 0 8 0 y 1 3 0 4 2 】的思想，i t u t 于2 0 0 2 年6 月公布了g 7 7 1 5 y 1 7 0 6 建 议草案“自动交换光网络路由的结构与需求”。该建议草案规定a s o n 路由 体系结构由分层次的路由域组成，如图2 3 所示。高层父路由域( r a - r o u f i n g a r e a ) 包含低层子路由域r a 1 ，r a 2 和r a 3 。同样，r a 1 和r a 2 进一步包含子路由 域r a 1 x 和r a 2 x o 图中r p 为g 7 7 1 5 戌1 7 0 6 为每个域定义的路由执行器 ( r p r o u t i n gp e r f o r m a n e r ) 。每一个域都存在一个与之相关的r p ，为该路由域提 供路由服务。 s n p pl i n k e n d 图2 3 多域分层路由体系示 o i f 进一步给出了基于g m p l s o s p f 的分层路由协议草案 o i f 2 0 0 2 0 2 3 8 ( 以下简单记为h r p h i e r a r c h i c a lr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 。协议规定，路 由域中的每个路由控制器( r c r o u t i n gc o n t r 0 1 ) 都要运行域内路由协议( 例如 o s p f ) 来管理本域的拓扑信息，链路状态信息以及地址可达信息等等，同时有些 r c 上还要运行h r p 的实体，负责层问的信令交互。h r p 和域内路由协议模块 间的接口使得h r p 能够看到本域内的拓扑，将其按照一定的规则进行抽象，并 将得到的抽象拓扑结果向上层路由域域的h r p 实体汇报；同时上层路由域中的 域内路由协议模块应该能够得到这些抽象的拓扑信息并在本路由域内广播。域内 以及域问路由协议相互协调完成分层网络拓扑结构的构建。 7 江苏大学硕士学位论文 h r p 协议所描述的网络初始化时，分层网络拓扑结构的具体构建过程大致 如下： ( 1 ) 控制平面最底下第0 层的每个路由控制域( r c d - r o u t i n gc o n t r o l d o m a i n ) 从域中所有的r c 中，选出一个r c 为该域的代言节点( s p e a k e rn o d e ) ， 该代言节点作为分层网络第1 层的一个r c 。这些r c 及其邻居关系构成第1 层 的控制平面拓扑。 ( 2 ) 第0 层的代言节点对其所在r c d 中的网络链路信息进行拓扑抽象，形 成包含了该域的边界节点、域内连接以及与该域相关的域问连接的抽象拓扑信 息，代言节点将该抽象拓扑信息上告给第1 层的r c ( 3 ) 第1 层的r c 收到来自第o 层的抽象拓扑信息后，将其在第1 层的域内 进行广播，完成第1 层各个域的传输平面拓扑的构建。 ( 4 ) 第1 层的拓扑仍然可以按照一定的规则划分为不同的域，此时如有需 要，仍可以按照与上述相同的流程构建第2 层以及更高层次的拓扑结构，直至完 成整个分层网络的构建。 如图2 4 所示，给出了一个2 层网络的例子，d 1 ，d 2 和d 3 为0 层的3 个r c d 。 ( 1 ) 首先分别从第0 层的每个r c d 中选取s 1 ，s 2 ，s 3 ( 称为第0 层的 s p e a k e r ) ，作为第1 层的r c ，它们在第1 层的表示为n 1 ，n 2 和n 3 。 ( 2 ) s 1 根据域d 1 中的链路信息，得到d 1 的抽象拓扑，上告给n 1 。s 2 和 s 3 也在各自域内做相同的操作。 ( 3 ) n 1 ，n 2 和n 3 各自收到来自下层域的抽象拓扑信息后，在第1 层中进 行广播，从而实现第1 层信息的交互。第1 层中建立起两个平面的拓扑结构： n 1 、n 2 、n 3 所在的控制平面( 图2 4 中的虚线) 和下层域边缘节点构成的传输平 面( 图2 4 中的实线) 。这里，我们对于传输平面的拓扑抽象采用的边缘节点全连 接方式。这并非是必须的，可以根据不同的需要而采用其他的方式，比如星型连 接拓扑等等。 8 江苏大学硕士学位论文 2 2 2a s o n 路由方式 图2 4 多层分域网络拓扑示意图 针对多域分层网络环境中动态光路径的建立，a s o n 智能光网络中提出了三 种路f h 模式【1 1 l ：层次路由( h i e r a r c h i c a lr o u t i n g ) 、源路由( s o u r c er o u t i n g ) 和逐跳 路由( s t e p - b y s t e pr o u t i n g ) 。不同模式导致了节点之间控制功能模块的不同分布 和连接控制器之间不同的关系。 ( 1 ) 分层路由方式 在a s o n 中，水平方向上一般可划分不同的路由域，每个路由域又可分为 不同的子网，而一个大的子网内部可包含若干小的子网，从而形成层次结构。在 分层路由方式中，拥有处在同一网络层次的路由控制器( r c ) 、连接控制器( c c ) 和链路资源管理器( l r m ) 的节点可以构成同一个子网。在分层路由方式中，子 网层次的每一级都有一个主节点负责本级子网的选路，子网内部节点了解本子网 的拓扑信息，但是不知道上层、下层或者同一层次的其他子网内部的拓扑信息。 连接请求信息先提交给位于最高层的子网连接控制器，通过该子网的r c 和l r m 可以得到相关的下层子网之问的链路连接，然后将连接请求发送给这些下层子 网，下层子网重复相同的过程直到得出完整的连接路径。 ( 2 ) 源路由方式 这种方式与分层路由方式有很多相似。但在这种方式中，不再根据网络层次 划分子网，而是根据地理位置和运营商或者其他规则来划分路由域，每个路由域 9 江苏大学硕士学位论文 之间是平等的，没有层次关系。连接过程通过分布的节点中的c c 和r c 分段联 合完成，从源节点开始连接所经过的每一个路由域，其入口节点负责本路由域的 路由选择。当源节点收到一个连接请求，首先判断目的节点是否同在一个路由域 内，如果在，则路由控制器可以直接得到连接路径，否则判断该连接路径所经过 的下一个路由域、本路由域与下一个路由域之间的链路连接以及相应的本路由域 内的边界节点，然后在本路由域内得到本节点到输出边界节点之间的路径，将连 接请求传递个下一个路径，这样逐个路由域进行选路，直到最终到达目的路由域。 ( 3 ) 逐跳路由方式 逐跳路由寻找路径的方式与源路由的相似，不同的是逐跳路由中即便是在同 一个路由域中，路由控制器得到的也只是下一跳信息，而不是该路由域内完整的 路径信息，这样可以减少每个智能节点的路由数据库中的信息容量需求。 2 2 3 a s o n 分层路由具体实现过程 仍以图2 4 中的网络为例，来说明分层路由1 1 2 1 具体的实现步骤。假定，业务 连请求的源和目的节点分别为图中表出的s i c 和d e s t 节点。 ( 1 ) 源节点s i c 首先查询第0 层d 1 域中的链路数据库，发现没有目的节点 d e s t 的信息，随即向本域内的代言节点s 1 查询。 ( 2 ) s 1 在第1 层中的实体n 1 发现s r c 和d e s t 在第1 层中处于同一个域中， 根据传输平面的拓扑，计算得到第1 层的一条抽象路径，假定为“d b n 2 - - - d b n 4 一d b n 5 一d b n 7 ( 其结果同链路占用情况、链路代价有关) 。 ( 3 ) 第0 层中的相关实体负责将抽象的路由计算结果具体化：n 1 问询s 1 、 计算d 1 中从节点s r c 到d b n 2 的路由；n 2 问询s 2 ，计算d 2 中从d b n 4 到d b n 5 的路由：n 3 问询s 3 ，计算d 3 中从d b n 7 到d e s t 的路由。s 1 、s 2 和s 3 再将计 算结果分别上告。 ( 4 ) n 2 、n 3 分别将各自的结果向n 1 广播，n 1 将完整的路由结果下传给 s 1 ，再由s l 告知给s r c 。至此，业务源节点s r c 获得了一条通向目的节点的d e s t 的完整路由。 本例中，网络只有两层，源节点和目标节点至多只需上溯一层即满足同域条 件，路由计算的过程相对简单。在更加复杂的网络结构中，路由计算也会随之变 得复杂，但基本的过程却是相同的。 特别需要指出的是，由于上层节点只掌握下层子域的一个抽象拓扑，无法了 1 0 江苏大学硕士学位论文 解子域内部具体的链路状态信息，因而在分层路由过程中，高层选择的抽象路由 通常都不是最优的结果，即最终为业务所建立的工作路径并不是一个真正意义上 的最优结果( 如最短路或最小代价路径等) 。 2 2 4 路由功能结构 a s o n 的路由功能体系结构【3 】主要由多种控制平面的功能组件组成，包括与 协议无关的组件，如链路资源管理器( l r m ，l i i l kr e s o u r c em a n a g e r ) 、路由控制 器( r c ，r o u t ec o n t r o l l e r ) 以及与协议相关的组件，如协议控制器( p c ，p r o t o c o l c o n t r o l l e r ) 。图2 5 给出了路由