（电磁场与微波技术专业论文）ipdwdm网络融合方案的研究.pdf

ip d w d m 网络融合方案的研究 摘要 i p 业务的爆炸式增长与d w d m 技术的突飞猛进为新的d w d m 光网络直接承载i p 业务创造了条件，i p d w d m 以其低廉的网络整 体费用、较高的网络效率、提供更多的带宽和直接与全光网络接轨的 高效网络结构，迅速崛起成为最经济有效的建设第三代光因特网的架 构。为了突破光层d w d m 高速光信号和传统核心路由器低速电子交 换不匹配的瓶颈限制，i p d w i ) m 光网络将g m p l s 强大控制能力和 光层大容量光交换优势相结合是未来光网络的发展方向。对 i p d w d m 网络融合方案的研究，是通信领域研究的热点，具有重要 的科学意义。 本文从网络的发展趋势出发，先后介绍了在i p d w d m 网络融合 过程中的两种关键技术方案：g m p l s 技术方案和o b s 技术方案，并 在此基础上对g m p l s 与o b s 相结合的方案进行研究，提出了一种 被作者命名为s m a r tq o s 的资源预留机制来实现高效率和低丢包率的 q o s 保障，并基于此技术，本文提出了一种s m a r tl o b s 网络方案。 本文提出的s m a r tq o s 机制是基于对同种突发数据包到达节点时间的 预计来完成资源的预约。在网络性能稳定的情况下，依据上一个突发 包的到达时间和处理时间来预计下一个突发包的到达时间和处理时 间是合理且有效的，同时，由于加入了对节点资源占用时间的预计， 形成了一张完整的节点资源使用表，更好的保证资源预约的合理性。 最后本文通过对s m a r tl o b s 网络性能的评价，得出了s m a r t l o b s 网络方案在资源利用率和q o s 保证等方面均有巨大优势的结 论。由于在对s m a r tl o b s 网络方案研究的过程中，用到了一些比较 理想化的假设条件，使得s m a r tl o b s 网络的性能优势明显，但是这 也同时表现出了s m a r tl o b s 网络的不足，一旦网络设备的性能不稳 定，s m a r tl o b s 的资源预留机制的性能就会和基于偏置时间的资源 预留机制差不多。 关键词 g m p l s 光突发交换密集波分复用交换路由器l o b s l 口 t r e s e a r c ho fi p d w d mn e t w o r k a bs t r a c t t h ee x p l o d i n gi n c r e a s eo fi n t e r n e tp r o t o c o ls e r v i c ea n dt h er a p i d a d v a n c eo fd 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 gh a v e c r e a t e qu a l i f i c a t i o nf o rt h ed i r e c t l yb e a r i n gi p s e r v i c ei nt h en e wd 酬 n e t w o r k r e l y i n go ni t st w op e n n yn e t w o r kw h o l ec o s t ，u p p e rn e t w o r k e 街c i e n c y p r o v i d i n gm o r eb a n d w i d t h a n dd i r e c to v e ra no p t i c a l n e t w o r kh i g he f f i c i e n ts t r u c t u r e ，i p d w d mg r o w su pr a p i d l ya n d b e c o m e st h ef u r t h e s tc o s t e f f i c i e n t3 go p t i c a li n t e m e tf r a m e w o r k m a n y c o u n t r i e sa r er e s e a r c h i n gt h en e x tg e n e r a t i o nb r o a d b a n dh i g h s p e e d o p t i c a li n t e m e t w o r k i n gf a c i n g i ps e r v i c e t h e r e a p p e a r s e v e r a l i p d 1 d mi n t e g r a t e ds c h e m e s f o rt h es a k e o fb r e a k i n gt h r o u g ht h e b o t t l en e c kl i m i to fm i s m a t c h i n gb e t w e e nh i g hs p e e do p t i c a ls i g n a li n o p t i c a l l a y e ra n dl o ws p e e de l e c t r o n i cs w i t c h i n gi nt r a d i t i o n a lc o r er o u t e r , i p d 、7 m mo p t i c a ln e t w o r ks y n t h e s i z e st h ea d v a n t a g eo fc o n t r o l l i n g c a p a b i l i t yo f 【p l s a n dl a r g e c a p a c i t ys w i t c h i n ga n dt r a n s m i t t i n go f o p t i c a ls w i t c h i n gd e v i c e i ti st h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no ff u t u r eo p t i c a l n e t w o r ka n dt h eh o t s p o ti no p t i c a lc o m m u n i c a t i o nf i e l dr e s e a r c h t h e r e s e a r c ho fi p d w d mt a k e so ni m p o r t a n ts c i e n t i f i cs i g n i f i c a t i o n t h i st e x tp r o c e e d e df r o md e v e l o p m e n tt r e n d o ft h e n e t w o r k ， s u c c e s s i v e l y i n t r o d u c e dt w ok i n d s o fk e yt e c h n o l o g ys c h e m e sw h i l e i p d 、d mn e t w o r km e r g e s ：g 田l st e c h n o l o g i c a l s c h e m ea n do b s t e c h n o l o g i c a ls c h e m e a n dt h es c h e m ec o m b i n e dt og l sw i t h0 b s o n t h i sb a s i sc a r r i e so nr e s e a r c h o nt 1 1 eb a s i so fs u m m a r i z i n go t h e r s r e s e a r c h r e s u l t s ，h a v ep r o p o s e dl o wq o sg u a r a n t e eo fl o s i n gt h eb a gr a t ew i t hh i g h e f f i c i e n c y t h a to n ei sn a m e ds m a r tq o sr e s o u r c e sr e s e r v i n g t h e m e c h a n i s mt or e a l i z eb yt h ea u t h o r , a n du s et h i st e c h n o l o g y , t h i st e x th a s p r o p o s e dak i n do fs m a r tl o b sn e t w o r ks c h e m e a c c o r d i n gt ot h i sk i n d o ft h i n k i n g ，t h i st e x th a sf o u rc h a p t e rc o n t e n t si na l l ：c h a p t e ro n e ， i p d w d mn e t w o r k s u m m a r y ；c h a p t e rt w o ，m a n ya g r e e m e n tl a b e l s w a p p e rg m p l si nc o m m o nu s e ；c h a p t e rt h r e e ，s w a p p e ro b so n l y h a p p e n ss u d d e n l y ；c h a p t e rf o u r , t h el i g h tb a s e do nl a b e li nc o m m o nu s e h a p p e n ss u d d e n l ya n de x c h a n g e ss c h e m el o b s i nc h a p t e rf o u r - - - - i nt h el i g h tb a s e do nl a b e li nc o m m o nu s eh a p p e n s s u d d e n l ya n de x c h a n g e ss c h e m el o b s ，t h ep r i n c i p l ee x c h a n g e da n d n e t w o r ks t r u c t u r e h a p p e n ss u d d e n l y ，t h er e a l i z a t i o n ，r e c o v e r ya n d p r o t e c t i o no ff l o wp r o j e c ta n dd a t at h a ta s s e m b l e d h a p p e ns u d d e n l yi nt h e l i g h tb a s e do ng m p l sa f t e rs t u d y i n gf i r s t ，h a v ep r o p o s e ds m a r tl o b s n e t w o r ks c h e m eo nt h i sb a s i s i ns m a r tl o b sn e t w o r ks c h e m e ，s m a r t q o sm e c h a n i s mt h a tt h i st e x tp u t sf o r w a r df i n i s h e st h er e s e r v a t i o no f r e s o u r c e s ，a n dt h r o u g h t h e a p p r a i s a l o ns m a r tl o bsn e t w o r k p e r f o r m a n c e ；t h er e s p e c to fg u a r a n t e e i n gi nr e s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t i oa n d q o se t c c o n c l u s i o no fh a v i n gt h ee n o r m o u sa d v a n t a g et h a th a v ed r a w n s m a r tl o b sn e t w o r ks c h e m e b e c a u s ed u r i n gt h ep r o c e s so fs t u d y i n g a b o u ts m a r tl o bsn e t w o r ks c h e m e ，u s e ds o m em o r e 。i d e a l i z e da s s u m e d c o n d i t i o n s ，m a k et h ep e r f o r m a n c ea d v a n t a g eo fs m a r tl o bsn e t w o r k o b v i o u s ，b u tt h i sd e m o n s t r a t e st h ed e f i c i e n c yo fs m a r tl o b sn e t w o r ka t t h es a m et i m e ，o n c et h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r ke q u i p m e n ti s u n s t a b l e ，q o sm e c h a n i s mo fs m a r tl o b sc a n ta l m o s tg i v ep l a yt ot h e s p e c i a l t y t h en e t w o r kt e c h n o l o g yc h a n g e sw i t he a c hp a s s i n gd a y , t h e p r o p o s i t i o no fe a c h k i n do ft e c h n o l o g yi sf o rt h ep e r f o r m a n c eo f b e t t e r i m p r o v e m e n tn e t w o r k t h eo p t i c a li n t e m e tt e c h n o l o g yo ft h ef u t u r e g e n e r a t i o ni su n d e rt h ep u s h e so fg m p l st e c h n o l o g ya n do b s t e c h n o l o g y , d e v e l o p f o r w a r dw i t hv i g o r o u ss t r i d e s a sa p p e a r a n c eo f t h e o p t i c a li n t e l l e c t u a lm e m o r yt e c h n o l o g yb e i n ga n dr i p e ，i ti sa l r e a d yw i t h i n s i g h tt or e a l i z et h ew h o l ep h o t o c o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：g m p l s o p t i c a l b u r s t - s w i t c h i n g d w d m - s w i t c h i n g r o u t e r l o bs k ， ， 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：军毫i 二丝1 日期： 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。 本人签名： 导师签名： 日期：型：王拿 日期：兰塑：翌：垄生 北京邮电大学硕士研究生论文第3 页共5 3 页 第一章 ip d w d m 网络概述 1 1lp 与d w d m 网络融合趋势 因特网业务量每3 6 个月翻一番，i p 业务量自相似性和链路收发数据严重 不对称的特点使我们必须为工p 数据优化网络设计。同时，以d w d m 传输技术为核 心的骨干网络正经历巨大的变革： 1 ) 高容量。t 级交换路由能力成为可能： 2 ) 高灵活性。数据业务的高突发性迫切需要高度灵活的资源分配和再分配 方案； 3 ) 简化的协议层。消除电子瓶颈，使i p 数据业务直接进入d w d m ，增强网络 可扩展性和灵活性，适应d w d m 技术的t 级传输容量，需要支持多个t b p s 的骨干 网络。 一 i p d w d m 以其低廉的网络整体费用、较高的网络效率、提供更多的带宽， 和直接与全光网络接轨的高效网络结构，在! p s d h 和i p a t m 大规模应用后迅速 崛起。 i p d w d m 也叫光工p 网、光因特网或者i p o p t i c a l ，是直接在光上运行的因 特网，高性能路由器通过o a d m 或光藕合器直接连至d w d m 光纤，光纤内各波长链 路层互连。高性能路由器取代传统的基于电路交换概念的a t m 和s d h 电交换与复 用设备，成为关键的统计复用设备，用做主要的交换选路设备，最终由它控制 波长接入、交换、选路和保护。i p d w d m 是一个真正的链路层数据网，通过指定 波长作旁路或直通连接，网络的流量工程在i p 层完成，而且通过为不同业务指 定波长，能够更加灵活的向光交换和全光选路结构转移。 现有的i p 网络提供尽力而为的业务质量，i p 业务的急剧增长迫切要求d w d m 提供大量带宽。i p a t m 有好的q o s 保证，但a t m 头和负载信令协议引入大量信 元开销，a t m 的分段与组装复杂，难以增加接口速率；i p s d h 在光纤断裂时可提 供小于5 0 m s 的通路快速恢复，但i o gb p s 数据率接口设备费用昂贵，i p 层恢复 功能和s d h 重叠。i p d w d m 将成为最经济有效的建设第三代光因特网的架构，它 减少了网络设备和功能重叠，减轻了网管复杂性和网络配置的复杂性；额外开销 降低，传输效率提高：通过流量工程使i p 不对称业务量特性相匹配；还能够利 用光纤环路的保护光纤吸收突发业务减少时延。i p d w d m 的最大优势在于其巨大 的带宽潜力，商用化的d w d m 的速率已将达到t b p s 级别，只有这样的高速率才有 北京邮电大学硕士研究生论文 第4 页共5 3 页 可能与未来巨大的业务量相匹配。 w d m 技术能够提供多协议支持，不同的独立的协议可以在网络中共存，现有 的最常用的协议结构是如图1 1 所示的i p a t m s d h w d m ( 数据业务) 和 i p h d l c p p p s d h w d m ( 电路和专线业务) o 目前的数据网络的四个功能层：i p 层 承载应用程序，a t m 层处理流量控制，s d h 层管传输，d w d m 层提供大量带宽。这 种网络功能结构产生最小公分母效应，降低了网络效率和增大了网络操作维护管 理的费用。因此必须设计一种通用单一的i p 直接o v e rd w d m 模型以显著降低中 间层需求，如图l 一1 中的i p l o b s 0 p t i c a l ，这要求光层具备光信道路由，光 通道监控，错误检测和恢复能力。 图1 1i p 与d w d m 融合的网络分层结构 i p d w d m 包括三方面的技术：d w d m 光联网技术、i p 技术以及两种技术的有 机融合同时完善和并进。要求d w d m 宽带光联网研制者和i p 路由交换机制造商密 切配合，设计和生产出不需要a t m 和s d h 设备便可以直接与d w d m 光网相连的高 速路由交换机，从而构建真正意义上的i p d w d m 宽带光通信网。目前的i p 协议 并不支持多优先级的服务质量，在某种程度上屏蔽了下层网络可能提供的q o s 功 能，使得用户无法得到高质量的服务，i p d w d m 上具有强大控制能力的g m p l s 实 用化技术可以较好地解决这一问题，g m p l s 利用通用标签建立虚连接实现高速交 换，这样i p d w d m 网能在i p 网和d w d m 网之间交换带宽和路由等控制信息，使不 同层的路由控制功能协同工作，并实现一体化管理；可以由i p 网指示w d m 网动 态建立波长路径和路由，通信开始时请求波长路径，一旦结束通信就释放波长路 径，从而提高光纤网的效率。为了突破光层d w d m 高速光信号和传统核心路由器 低速电子交换不匹配的瓶颈限制，i p d w d m 光网络架构将g m p l s 强大控制能力和 光层大容量光交换优势相结合是未来光网络的发展方向，也最具有生命力和发展 前途，因此，对i p d w d m 网络融合方案的研究，具有重要的科学意义。 北京邮电大学硕：i 二研究生论文 第5 页共5 3 页 图1 2o v e r l a y 模型 1 请求建立o x ca b d 图1 3p e e r 模型 i e t f 对新的i p d w d m 光网络体系结构提出了两种模型：o v e r l a y 模型和p e e r 模型。o v e r l a y 模型隐藏了网络细节，它存在两个不同的管理层面，一个运行在 核心光网络，另一个运行在核心网和边缘网设备之间( o - u n i ) 。该模型能够从i p 层指定d w d m 层建立波长路径，但不能指定波长路径的路由；p e e r 模型将i p 层 和d w d m 层视作相同层，在同一管理层面上对管理域内的核心网和边缘网设备进 行控制，路由控制方式也被统一，d w d m 节点和i p 路由器可采用同一个寻路协议 交换路由信息。i p 路由器始终维持d w d m 层的路由信息，指示d w d m 网内波长路 径的路由，并给出通路请求信息。 北京邮电大学硕士研究生论文 第6 页共5 3 页 1 2ip 与d w d m 融合关键方案概述 下一代光因特网呈现两个明显的趋势：数据业务以i p 为核心成为主导业务 和光层的光交换。i p d w d m 网络融合中目前有三种关键方案：( 1 ) g m p l s ( 2 ) o b s ( 3 ) l o b s ，本文在第二章到笫四章对这三种关键方案进行具体研究，个人认 为它们是未来i p d w d m 光因特网发展的主流，另外还有一种o t d m 方案实现远期 全光通信，限于目前各种技术的局限性，本文对o t d m 方案不作研究。 ( 1 ) 通用多协议标签交换技术g m p l s g m p l s ，被称之为所有网络设备的共同语言，在o s i 的网络模型中，传输层、 链路层、网络层相互独立，各自用自己的语言在本层内的设备间沟通，形成了各 自的标准体系。在g m p l s 的体系结构中，没有语言的差异，只有分工的不同，g m p l s 就是各层设备的共同语言。如果从设备结构角度来看，我们知道网络设备通常由 三个平面组成：管理平面、控制平面和用户平面。管理平面为网络管理者提供对 设备的管理能力；控制平面则是通过信令的交互完成对用户平面的控制；用户平 面用于转发和传递用户数据。g m p l s 统一了各层设备的控制平面，各个层面的交 换设备都将使用同样的信令完成其对用户平面的控制。 g m p l s 虽然统一了信令，但并没有抹杀网络设备的功能差异，也就是说， g m p l s 承认并接受网络设备用户平面的差异。g m p l s 将交换划分为4 种类 型：p s c ( 分组交换) 、t d m ( 时分复用) 、l s c ( 波长交换) 、f s c ( 光纤交换) 。一个网 络节点可以仅完成其中一种或几种交换功能，因此人们仍然习惯地将g m p l s 的网 络简单划分为两层结构：路由网络和光网络，但这两个网络间不再是重叠的，而 是对等的，它们平等地用相同的信令进行沟通。 ( 2 ) 光突发交换技术o b s 突发通常定义为一个数字化的话音迸发或一个数据消息，电域中的突发交 换基本是一种快速分组交换技术的推广。电路交换中，一个呼叫( c a l l ) 是分配 带宽和配置交换机的基本交换实体，它一般包含多个突发；分组交换中，分组是 基本交换实体，一般由多个i p 分组构成一个突发( 可认为是超长分组) 。与呼叫 和分组相比，突发的颗粒度居中。 光突发交换的关键思想是充分利用光纤的巨大带宽和电子控制的灵活性， 将控制与数据分离。数据分组( b u r s td a t ap a c k e t ) 以突发的形式在光域传输 交换，而控制分组b c p ( b u r s tc o n t r o lp a c k e t 突发报头分组) 也在光域中传输， 但在交换节点被转换到电域处理。正常情况下，控制信息在数据到达之前到达节 点，核心节点的交换控制模块根据控制信息和节点当前的状态信息进行资源的预 约和仲裁。若预约成功，则完成对交换矩阵、可调波长变换器( t w c ) 、光纤延迟 北京l | j i j 电大学硕= i 二研究生论文 第7 页共5 3 页 线( f d l ) 进行配置，以保证后续的数据到达时透明地穿过节点。若出现资源的竞 争和冲突，交换控制模块还需要根据一定的冲突解决方案完成相应操作。 在功能上b c p 类似于电路交换网络中的信令，故b c p 称为信令消息，但o b s 信令不必等待目的端的反馈确认，即资源预约是单向的。与传统分组交换不同的 是，b c p 与突发数据在物理通道上是分离的，是一种带外信令，d w d m ( 密集波分 复用) 传输系统中可用一个专门的波长作为控制通道传送b c p ，但b c p 和突发数 据一一对应。 由于光网络中缺乏有效地光缓存器，为了避免交换节点在处理b c p 时缓冲 突发数据，光突发交换采用了延迟预约，并在b c p 和突发数据之间引入了偏置 时间。b c p 在中间交换节点转换为电信号进行处理，交换节点根据b c p 携带的 偏置时间、突发长度、数据通道( 波长) 等信息可以确定路由、预约资源及配置 光交换矩阵，保证突发数据到达时相应的数据通道已经配置好。 ( 3 ) 基于通用标签的光突发交换技术l o b s l o b s 是采用g m p l s 机制的o b s 技术或者是采用o b s 控制机制的o l s 技术。 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长信 道、偏置时间、q o s 要求等则仍然需要携带。一旦l s p 建立起未，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千标签交 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 能够充分利用底层d w d m 带宽资源和强大的波长路由能力，使数据分组 不经过中间节点的缓冲直接在端到端的透明信道中完成传输交换，同时实现单向 的数据信道带宽资源的动态分配。将光突发交换与g m p l s 结合在一起，还可以便 光突发交换充分利用g m p l s 所提供的流量工程与网络保护恢复的能力，将是下一 代光因特网的理想方案。 1 3 光交换研究动态 光分组交换网络的发展有十几年的历史，目前世界上很多国家己经进行了 这方面的研究，如欧洲r a c e r 2 0 3 9 计划的a t m o s ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e o p t i c a ls w i t c h i n g ) 项日，a c t s 计划的k e o p s ( k e y st oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 项目，美国d a r p a 支持的p o n d ( p a c k e t s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k i n g d e m o n s t r a t i o n ) 项目和c o r d ( c o n t e n t i o nr e s o l u t i o nw i t hd e l a y l i n e s ) 项目， 北京邮l ：乜大学硕士研究生论文 第8 页共5 3 页 英国e p s r c 支持的w a s p n e t ( aw a v e l e n g t hs w i t c h e dp a c k e tn e t w o r k ) 项目、加 拿大的c a * n e t 3 国家光互联以及日本n t t 光网络实验室工页目等。 随着近几年光子器件技术的不断发展和数据业务的爆炸式增长，国内光分 组交换的研究也呈渐热之势，我国8 6 3 计划和国家自然基金项目正在向这一领域 倾斜，中国科学院电子学研究所、北京大学和上海交通大学区域光纤通信网与新 型光通信系统国家重点实验室正在从事光分组交换8 6 3 课题的研究，北京邮电大 学光通信中心与北电网络联合研发自动交换光网络( a s o n ) 关键技术。 2 0 0 1 年5 月和6 月，i t u 发布了两个针对自动交换传输网( a s t n ：a u t o m a t i c s w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k s ) 和自动交换光网络( a s o n ：a u t o m a t i cs w i t c h e d o p t i c a ln e t w o r k s ) 的体系结构建议g 8 0 7 和g a s o n ，目的是建立一个智能化的 自动交换光网络。i e t f 也成立了相应的i p o ( i po v e ro p t i c a l ) 工作组和 c c a m p ( c o 赫o nc o n t r o la n dm e a s u r e m e n tp l a n e ) 工作组，提出基于i p 协议的 通用多协议标签交换( g m p l s ：g e n e r a l i z e dmp l s ) 协议，用来控制光网络层，这 样a s o n a s t n 架构下的网络可以通过g m p l s 来实现。 1 4 论文研究内容概述 i p 与d w d m 网络融合的过程中，出现了各种技术方案，诸如g m p l s 通用标签 技术方案、o b s 光突发技术方案及由两者的优点孵化出的新技术方案l o b s ，由于 目前国内外对l o b s 的研究工作处于起步阶段，很多细节都没有被标准化，所以， 本文在对g m p l s 和o b s 技术研究的基础之上，在本文的第四章第三节，提出了一 种新的l o b s 方案一- - s m a r tl o b s ，在这种新的l o b s 方案中，本文以g m p l s 技术 为背景，在数据包的产生过程中，使用o b s 突发汇聚技术，通过对前面同类突发 数据到达时间和处理完毕时间的记录，来实现资源预留，提高了资源预约的成功 率和网络资源的利用率。 北京邮电大学硕士研究生论文第9 页共5 3 页 第二章通用多协议标签交换技术g m p l s 通用多协议标签交换( g m p l s ) ( 5 】【6 l 前身是多协议波长交换( m p 入s ) ，是m p l s 向光网络的扩展，继承了m p l s 几乎所有特性。 2 1 多协议标签交换( m p l s ) m p l s 3 1 的基本思想是对协议栈进行简化，实现工p 和链路层媒体的紧密结合， 为实现各种高层业务提供一个简洁而高效的多协议技术平台。多协议是指其上层 协议和下层协议可以是当前网络中存在的各种协议( 如网络层协议t p v 4 、i p v 6 、 i p x 、c l m p 等，下层协议a t m 、f r 、f p p 等) 。 ， m p l s 对分组进行分类，使用标签来标志属于同一转发类型的分组，在m p l s 网络中使用标签来作为决定转发操作的唯一标志。m p l s 将网络层路由和标签交 换很好地结合在一起，融合了基于拓扑的和基于流的技术，既保持了路由的灵活 性，又提高了路由器的转发效率。同时可以进行流量管理，满足q o s 的要求 m p l s 网络结构如图2 1 所示，它与传统i p 网络的不同主要在于m p l s 域中使用标签交换路由器( l s r ) ，域内部i 。s r 之间使用m p l s 协议进行通信，在 m p l s 域边缘由m p l s 边缘路由器( l e r ) 进行与传统i p 技术的匹配。i 。s r 是m p l s 网络的基本元素，它分控制单元和转发单元两个部分：控制单元主要负责标签的 分配、路由的选择、标签转发表的建立、标签交换路径的建立、拆除等；转发单 元则根据标签转发表对收到的标签分组进行转发。 l a b e le d g es w i t c h r o u t e r s ( l e r ) 图2 1m p l s 网络结构 北京邮电大学硕= 匕研究生论文 第1 0 页共5 3 页 每个i p 分组由入口l e r 进入m p l s 网络，入口l e r 检查i p 分组头中的相关 字段，进行f e c ( 转发等价类) 的分类，然后查找标签信息库( l i b ) ，获得相应 的标签并将其分配给i p 分组，再将i p 分组经相应的输出端转发给下一站l s r 。 此后，标签交换路径( l s p ) 中的一系列l s r 不再分析i p 分组头，只根据标签查 找l i b ，决定下一跳，实现标签替换，完成转发功能。最后i p 分组到达出口l e r ， 出口l e r 完成标签丢弃并转发。所有这些f e c 的分类、标签的分配、分配结果的 传输、l s p 的建立和维护均由标签分发协议( l d p ) 来完成。 m p l s 采用显式路由技术，可以监视网络中的数据流量，也可以方便地改变 路由重新设置路径，从而达到实现流量工程的目的。m p l s 通过为数据流定义不 同的粒度( g r a n u l a r i t y ) ，借助于支持q o s 的协议，如区分服务( d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e ) 协议或r s v p 为不同的q o s 要求分配不同的标记，从而实现q o s 的支持。 m p l s 还通过使用约束路由机制，按用户的要求在边缘节点处计算特定的标签交 换路径，然后利用显式路由技术以及支持q o s 的标签分发信令( 如c l l d p ) 在 构成l s p 的l s r 之间传递相应的建路信息。因此，m p l s 是当前能够实施网络流 量工程并支持q o s 的最佳方案。 2 2 多协议波长交换( m p 入s ) m p 入s 【4 】把m p l s 标签交换的基本概念应用到了光域，采用光波长作为交换 的标签，将第三层路由转发与第一层( 光层) 的光交换进行了无缝融合，利用波 长来寻找路由，并标识所建立的光通路，为上层业务提供快速的波长交换通道。 光网络节点被看作是m p l s 设备，m p 入s 光网络的边缘采用标签栈，它将更小的 电m p l s 设备节点的l s p 整合进更大的波长l s p 中。m p 入s 域的中间节点在数据 传输过程中不再运行任何电的标签处理，并且只有有限个标签处理操作在光域上 实现。利用这些功能，波长标签方案将m p l s 的控制平面粘贴到光波长路由交换 机光交叉连接设备的上层，并将它看作是具有m p l s 能力的节点，即光波长交 换路由器( 0 一l s r ) 节点。 + 。 实际上最初m p l s 的标签交换的目的是运行第二层的快速转发来处理第三层 的数据流，人们延伸了这种想法，波长标签在本质上是运行第一层( 如光层) 转 发来处理第三层的数据流。尤其是在m p 入s 标签和w d m 波长通道之间，允许使用 m p 入s 信令来建立光路径通道。例如，一个在对等o l s r 之间的端到端的光路径 等价于一个粗粒度的l s p ，称为波长l s p 等。通过这个方案，网络的层次结构得 以进一步简化，波长标签交换使路由过程更易于实现，并可以利用已建成且在运 行的光网络的一切特性，如波长通道的选路和安排，波长汇聚，通道恢复和保护 北京邮电大学硕士研究生论文 第11 页共5 3 页 等。 2 3 通用多协议标签交换( g m p l s ) 为了适应对智能光网络进行动态控制和传送信令的要求对传统的m p l s 进行 了扩展和更新。g m p l s 为用户动态地提供网络资源，使网络能够更好地利用带宽， 以及实现网络的保护和恢复功能。 m p l s 是一种位于o s i7 层模型中的第3 层( 网络层) 和第2 层( 数据链 路层) 之间的2 5 层技术，本质上是一种电路型传输网络，而w d m 属于光层，是 第1 层物理层的技术。因此，要让m p l s 跨过数据链路层直接作用于物理层，则 必须对其进行修改和扩展。g m p l s 协议是o i f ( 光互联网论坛) 、o d s i ( 光域业务 互连联盟) 和i e t f ( i n t e r n e t 工程任务组) 最近开发的一系列标准之一，其目 的是开发一种适用于各种业务类型的协议。提供了一个综合性控制平面，将网元 的拓扑信息和带宽管理扩展到网络各层，使业务和传送实现有效的融合。g m p l s 与光交换技术结合，为骨干网的融合带来最有希望的解决方案。 m p l s 是为分组交换而定义的，与传统路由器相比，m p l s 提供流量工程，缩 短了分组转发时间。g m p l s 是m p l s 向光层发展的必然产物，其前身是多协议波 长交换( m p 入s ) 。m p 入s 通过m p l s 方式在沿途节点分配光波长建立光连接，i p 分 组可以直接在光网络上承载。t c p i p 五层结构与m p l s 、m p 入s 和g m p l s 的关系 如图2 2 所示。可以看出，m p l s 位于物理层之上，是第二、三层的技术；m p 入s 将光层包容进来，但没有包括i p 层：而g m p l s 不仅将三层全部包容，还其控制 平面扩展到s o n e t s d h 、a t m 、吉比特路由器等技术领域。 应用层 传输层 互联网层g m p l sm p l s 网络接入层m p 入s s o n e t p a t h 物理层 l i n e s e c t i o n p h o t o n i c 图2 2 ：m p l s 、m p 入s 和g m p l s 与t c p i p 五层结构 北京邮电大学硕士研究生论文 第1 2 页共5 3 页 2 3 1 支持多种交换接口i - g m p l s 的通用性 光通信网络中所交互的是大量的数据流，它使用的变量单元也相应的是基 于波长( w a v e l e n g t h ) 、时隙( t i m es l o t ) 、甚至是波段( w a v e b a n d ) 的。在中 间节点的交换处，光交换机只要看到波长、时隙或者是波段的对照表就可以将数 据流交换出去。光纤是光通信网络中最明显、最基本的交换单元。波长和光波段 也是一个很普遍的交换单元。当然，还有延续至今仍然作为光网络承载业务主流 的时隙交换单元。 在光通信网络中g m p l s 对m p l s 标签进行了扩展，使得标签可以对分组、 时隙、波长、光纤等进行统一标记，使标签具有有了真正意义上的“通用”。另 一方面，g m p l s 扩展了m p l s 的标签交换路径l s p 机制，使得“通用”标签和标 签交换路径l s p 不仅仅可以支持分组交换接口( p s c ，p a c k e ts w i t c hc a p a b le ) 、 第二层交换接口( l 2 s c ，l a y e r 2s w i t c hc a p a b l e ) ，还可以支持时隙交换接口 ( t d m c ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n gc a p a b l e ) 、波长交换接口( l s c ，l a m d a s w i t c hc a p a b l e ) 和光纤交换接口( f s c ，f i b e rs w i t c hc a p a b l e ) 。 值得注意的是：l s p 只能在相同类型l s p 端口之间