（通信与信息系统专业论文）智能光网络信令协议研究和lmp协议实现.pdf

摘要 光网络控制平面的出现使碍光网络的发展进入了一个灵活、智能、自动交换 的新阶段。g m p l s 由m p l s 演化而来，它是m p l s 向光网络扩展的必然产物。 通过扩展的信令协议、路由协议和新增的链路管理协议以适应智能光网络进行动 态控制和传送信令的要求，动态提供网络资源并通过保护和恢复技术增强网络存 活性。 本文首先对智能光网络控制平面的关键技术g m p l s 进行了全面分析，接着 详细介绍了g m p l s 信令协议r s v p t e 功能的扩展，包括上游建议标签和标签集， 波段交换，l s p 分层，双向l s p ，重路由，快速通告机制，链路的保护和恢复c 然 后本文对链路管理协议软件中的t e s t 消息收发模块的实现方案进行了详细的阐 述，最后对l m p 软件实现中的若干问题进行了研究。 关键词：智能光网络通用多协议标签交换信令协议资源预留协议链路管 理协议 a b s t r a c t t h e e m e r g i n g o fc o n t r o l p l a n eb r i n g so p t i c a l n e t w o r k s i n t oa f l e x i b l e ， a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e ds t a g e g f p l si sd e r i v e df r o mm p l s a n d 讥i s t h ei h e i t a b l e r e s u l to fm p l s se x t e n t i o nt oo p t i c a ln e t w o r k s w i t he x t e n d e ds i g n a l i n gp r o t o c o l ， r o u t i n gp r o t o c o la n dn e w l i n km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，g m p l ss a t i s f i e di o n sr e q u e s t s o fa u t o m a t i cs i g n a l i n gc o n t r o l ，d y n a m i cr e s o u r c e sp r o v i s i o na n dn e t w o r ks u r v i v a b i l i t y i nt h i sp a p e r ，w ef i r s ta n a l y z e dg m p i ，si nd e t a i l ，w h i c hi st h ek e yt e c h n o l o g yo f t h ec o n t r o lp l a n eo fo p t i c a ln e t w o r k s t h e nw ed e s c r i b e dt h ee n h a n c e df u n c t i o n so f g m p l ss i g n a l i n g s y s t e mi n d e t a i ls u c ha st h ep r o t o c o lf o rr s v p t ee x t e n s i o n s w h i c hi n c l u d e s u g g e s t l a b e l a n d l a b e l s e to b j e c t ，w a v e b a n ds w i t c h i n g ，l s p h i e r a r c h y ，b i d i r e c t i o n a ll s p , r e r o u t e ，f a s tn o t i f i c a t i o nm e c h a n i s m ，l i n kp r o t e c t i o na n d r e s t o r a t i o n l a t e r ，w ed i s c u s s e dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h em o d u l eu s e dt os e n da n d r e c e i v ed a t al i n kt e s tm e s s a g e si nl m ps o f t w a r ei nt h ee n d w ed i s c u s s e ds 0 1 t l e p r o b l e m si nl m p s o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n k e y w o r d ：i o n g m p l s s i g n a l i n g p r o t o c o lr s v p t el m p 独创性声明 y 8 9 5 2 3 2 本人声明所呈交的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；也不包含为获碍西安电子科技大学或 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做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，本入承担一切相关责任。 本人签名：麴! 查! 查 日期t o 。j 一一兰竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文( 与学位论文相关) 工作成果时署名单位仍然为 西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学 校可以公布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 存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：拯佳! 盘 曰期塑堕二! 二兰! 导师签名： 辽f 覆颦 日期z 里丛：乏2 第一章绪论 第一章绪论 1 1 智能光网络概述 随着3 g 、数字电视等宽带数据业务和专线出租业务的高速增长，对网络带宽 的需求不仅变得越来越大，而且由于数据业务量本身的不确定性和不可预见性， 对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切，传统的方法主要靠人工配置网络连接， 耗时费力易出错，不仅难以适应现代网络和新业务拓展的需要，也难阻适应市场 竞争的需要。越来越多的运营商希望传送网能够为客户提供更快的速率、更灵活 的组网方式，以及实现自动的光路连接。一种能够自动完成网络连接的新型网络 概念自动交换光网络( a s o n ) 应运而生，这是一种利用独立的a s o n 控制 面通过各种传送网( 包括s d h 或o t n ) 来实施自动连接管理的网络，这种具有独 立控制面的光网络称为智能光传送网。 智能特性的引入，可以为光网络带来以下好处： 大容量光交换：智能光网络交换粒度小，并具有疏导功能，这两个特点为智能 光网络实现任意级联、虚拟容量、虚环保护和网状恢复等提供了基础。光交换 机的大容量表现在交换矩阵达到t 比特每秒，1 0 g b p s 接口达到几十个，而且 还可以扩展到更大。 组网方式灵活：网状( m e s h ) 组网和虚拟交换环网状组网是智能光网络的主 要组网方式，具有灵活、易扩展的特性，和数据网络的组网方式接近。网状网 的保护是多样的，除了线陛保护外，还有环交换和保护。 分布式智能：智能光网络的分布式智能完全依赖于路由协议和信令协议，以替 代传统的集中网络管理实现的智能，分布式智能能实现网络拓扑的发现和自动 配景。信令协议用于光链路的创建、维护、恢复和删除，路由协议主要完成拓 扑发现和路由计算等功能。 1 2 智能光网络的标准化和网络模型 i t u t 、i e t f 、o i f 等标准组织都正在积极地推动着智能光网络的标准化进 程。i t u t 定义了a s o n 的基本结构和需求，目前g m p l s 成为i t u t 的主流标 准；i e t f 定义了满足a s o n 基本结构和需求的协议g m p l s ，它对信令、链路管 理、路由以及s d h s o n e t 支持作了规定；o i f 则致力于推动不同厂商设备间的 互操作性，关注系列接口如u n i 、e n n ! 的标准化。 自从智能光网络的概念出现以来。就一直存在两大派别。一派以i t u t 为代 2智能光网络信令协议研究和l m p 协i 义实现 表，支持重叠模型；另派以1 e t f 为代表，支持对等模型。它们分别反映了电 信界和计算机界在网络体系结构上的不同思路。i t u t 在重叠模型的基础上引入 了控制平面，并以此提出了a s o n 体系结构。而i e t f 则将m p l s 进行了扩展， 提出了广义多协议标签交换( g m p l s ) 的概念。需要区分的是a s o n 是一种网络体 系结构，是重叠模型的具体化，它详细定义了a s o n 的功能和接口；而g m p l s 是一种网络协议标准，是为适应自动交换光网络的需要而提出的。下面介绍重叠 模型和对等模型： 重叠模型 重叠模型又称客户- n 务者模型，是i t u t 和o i f 等国际标准组织和准标准 组织所支持的网络演进结构。这种模型的基本思路是将光传送层特定的控制智能 完全放在光传送层独立实施，无须客户层干预，客户层和光传送层将成为两个基 本独立的网络层，而光传送层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括i p 层 在内的所有客户层提供动态互连。为此，这种模型有两个独立的控制面，一个在 核心光网络，即光网络层。而另一个在客户层，具体集中体现在u n i 处，即边缘 客户层设备与核心光网络之间。两者之间不交换路由信息、独立选路、具有独立 的拓扑。核心光网络为网络边缘的客户提供波长业务。 这种模型从结构上看简单直接，最大好处是第一，可以实现统一透明的光传 送平台，支持多客户层信号，不限定于i p 路由器。第二，让客户层的特定要求通 过接口送给光传送层，由光网络层来完成客户的连接要求可以屏蔽光传送层的网 络拓扑细节。第三，这种模型允许光传送层和客户层独立演进，这样光传送层可 以继续快速演进，不会受制于由摩尔定律所限定的1 8 个月翻一番的i p 层发展速 度。第四，采用子网分割后，运营商既可以充分利用原有基础设施，又可以在网 络其它部分引入新技术，不为原有基础设施所累。第五，采用这种方式后在网络 运营商和客户层信号间有一个清晰的分界点，允许网络运营商按照需要实施灵活 的策略控制和提供灵活的s l a ( 服务水平协议) 。第六，这种模型可以利用成熟 的标准化的u n i 和n n i ，比较容易在近期实现多厂商光网络中的互操作性，这对 网络运营商十分重要。 这种模型的缺点首先是功能重叠，两个层面都需要有网管和控制功能( 例如 都有选路功能) 。其次是扩展性受限，为了实现数据转发，需要在边缘设备间建立 点到点的网状连接。此外，管理两个独立的物理网的成本较高，带宽利用率较低， 存在额外的帧开销。最后，由于两个层面存在两个分离的地址空间，因此需要复 杂的地址解析。 总之，目前这种模型最适合那些传统的已具有大量s d h 网络基础设施而同时 又需要支持分组化数据的网络运营商。 第一章绪论 对等模型： 对等模型是i e t f 所支持的网络演进结构。在这个模型中，i p 层和光传送层 是对等的，即在两个层面上采用统一的控制面。 这种模型的基本特点是将光传送层的控制智能转移到i p 层，由i p 层来实施 端到端的控制。此时，可以把光传送网和i p 网看成一个集成的网络，维持单个拓 扑，光交换机和标记交换路由器具有统一的选路区域，两者之恻可以自由地交换 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。敷设统 一的控制面可以消除由于管理具有分离的、不同的控制和操作语义的混合光互联 系统而带来的复杂性。 总之，这种模型较适合那些新兴的同时拥有光传送网和i p 网的i s p 运营商。 从长远看，也适台于传统的电信运营商。 1 3 智能光网络是必然的发展趋势 光网络的演进呈现出丽个趋势：一是光网络由原柬提供固定传输通道的点到 点网络向能够根据需要提供动态传输通道的智能网络发展，这一变化的实质是从 原来的通道手动控制向自动控制发展，原有的网络管理平台发展为网络控制平台； 二是原来的网络是不透明的，这种不透明的网络正在向全光网络发展，这种全光 网络的端到端通信主要在光域上进行。具体有以下几个方面。 由静态向动态发展 下一代光网络是智能光网络( i o n ) ，它利用光交换提供动态的点到点连接 i o n 可以快速地为两点之间提供端到端的链路连接，这种连接的带宽范围可以从 s t m 一1 直到s t m 一6 4 ，这极大地改变了以往通信服务的特性，刺激了带宽利用的 发展。同时，这种方式可以有效地降低运营费用，通信链路的建立和拆除可以在 数秒或者数分钟内完成，缩短了通信链路建立时间。 出电域向光域发展 智能光网络( i o n ) 的关键在于它可以为服务层提供功能强大的、易于维护 管理的低成本光网络。光交换阵列的发展方向也是全光化，它完成单路光信号或 者一组光信号甚至整根光纤信号的倒换。可调谐的光源、光滤波器和光接收器可 以提供灵活的选择性，有效地简化系统结构和降低运营成本，这些可调谐器件通 过固定的再生器来指派波长资源，同时尽量降低波长阻塞的概率。目前，2 5 g b i t s 和1 0 0 b i t s 传输速率的、适用于长距离传输的可调谐光源及光接收器已经可以商 用。 由电交换向光交换发展 运营商要求光交换部件具有方便的可测试性、低廉的价格和便捷的可维护性 4智能光刚络信令协议研究和l m p 协议实现 等特点。所以，目前出现的光交换器的特性包括：既可以支持各种速率和业务的 单个波长的信号，又可以交换包含很多波长信号的复合信号。随着全光网络技术 及光交换器件的发展，光交换技术已经发展成熟，市面上可以提供具有高度可靠 性和可维护性的光交换器件。有关提供具有快速的链路建立和拆除特性的控制层 协议的建设也取得了长足的进步。所有的这切都为光交换的发展奠定了雄厚的 基础。 由管理平台向控制平台发展 管理和控制网元是智能化网络的另外个重要的部件，控制平台能够在几秒 内自动完成端到端链路的建立、维持以及拆除。采用这种控制平台，运营者可以 根据业务需求快速地提供路由并进行服务，通常，在算法方而，人们采用了与这 一应用相似的协议，例如可以采用应用于i n t e r n e t 的相关路由协议。 连接i f 台的光交换 由于核心网上传输的信息带宽颗粒大小不一因此，带宽的管理应该分别在 几个级别进行，为不同的信息带宽颗粒提供相应不同的带宽。在核心例内部，通 信的管理通常是在光路e 进行的。对于一个节点来说，大量的信号只是经过咳节 点，而不是终止于该节点，剥于这些信号，网络会优先处理，让它们直通过去。 随着| 西4 络中传输节点的增加，对一组波长甚至整条光纤进行波长管理的需求变得 越来越迫切。完成这一功能的部件叫做光交叉连接器( o x c ) ，它的作用是在不 同的层面上对信号进行大规模的交换。 i p o v e rd w d m 的发展 下一代通信网将会有更多的i p 业务，相关的标准和方案目趋完善。实现途径 之是把i p 路由器直接接到w d m 设备，i p 路由器不但承担着源端和终端信号 路由算法的实现，而且还要对所有的直通信号进行处理。】p 路由器的容量远远小 于p x c 的容量。一个高端路由器可以接入1 6 路o c 。1 9 2 信号，而一部p x c 可以 处理高达1 0 0 0 路的o c 一1 9 2 直通信号，显然，随着技术的进步，p x c 可以处理更 多的o c 一1 9 2 信号，直通信号交出p x c 设备来处理。 1 4 本文的主要工作 本文工作主要分为两部分，第一部分是智能光网络信令协议，第二部分是智 能光网络链路管理协议。其中信令协议部分侧重于胁议研究，包括为支持流量工 程和g m p l s 所做的扩展，以及对r s v p t e 中的些关键技术的分析和研究：而 链路管理协议部分则侧鼋于协议软件的设计和实现，包括整个l m p 软件结构的 介绍、l m p 软件中数据链路t e s l 消息收发模块的设计和l m p 软件实现中若干技 术的研究。 第一章绪论 本文的内容安排如下： 第一章绪论中简单介绍了智能光网络的优点、标准及发展趋势。 第二章详细介绍了g m p l s 技术背景、功能和业务、g m p l s 协议族的构成及 技术优势。 第三章简要介绍了智能光网络信令协议的发展现状、详细研究了r s v p t e 信令协议以及g m p l s 对信令协议的扩展。 第四章简单介绍了链路管理协议、l m p 软件框架图、t e s t 消息收发机制实 现方案以及l m p 软件实现中若干技术的研究。 第五章结束语总结全文，指出设计中的不足和需要改进的地方。 第二章通用多协议标签交换技术- - g m p l s 第二章通用多协议标签交换技术- - g m p l s 2 1g m p l s 技术产生的背景 数据业务的飞速增长对传统传送网的结构产生了定的影响。多业务网络从 固定的、面向连接的业务转到了动态的、无连接的i p 业务。业务量的增长需要运 营商重新考虑改建其传送网。目前，业界普遍认为光传送网可以解决这个问题。 于是，除s o n e t s d h 以外，各厂家均在致力于开发可以提高网络容量和扩展的 d w d m 和o x c ( 光交叉连接) 等设备。在这些产品的开发过程中，光网络的控 制平面是一个比较关键的部分。其目的是为网络中的设备提供更简单、更快速及 更灵活的配置。传统的传送网是通过集中管理的方式对不同厂家的多个设备进行 管理，有些采用的是专用操作管理系统，不同厂家操作系统之间的互通成为一个 主要问题。因此，开发出一个统一的控制平台非常必要。 g m p l s ( 通用多协议标签交换) 由m p l s 扩展而来，它对m p l s 的标签及 l s p ( 标签交换路径) 建立机制进行了扩展，从而产生了通用的标签及通用l s p 。 g m p l s 除了支持具有分组交换能力的接口，还支持具有时分、空分以及波长交 换能力的接口。同时，g m p l s 为光网络提供了强有力的控制平面，从而使光网 络向对等网络的演进成为可能。 2 2 g m p l s 功能和业务 通过g m p l s ，光网络控制平面能够支持的功能如下： 资源发现：跟踪系统资源的可用性，例如业务量端口、带宽以及复用能力； 路由控制：提供路由能力、拓扑发现以及流量工程； 连接管理：通过上葱的功能为不同的业务提供端到端的业务配置，连接管理 包括连接的建立、删除、修改以及连接查询： 连接恢复：为网络提供更进一步的保护。 g m p l s 控制平面可以提供些在多设备厂家环境下传统的管理平面很难提 供的业务，它们包括端到端连接的配置、按需带宽( b o d ) 、自动流量工程、附加 的保护和恢复以及光虚拟专用网( o v p n ) 等。 端到端的连接配霞是g m p l s 提供的一个最基本的业务。用户只需把连接需 要的参数交给入口节点，该节点就可以根据这些参数来决定连接的路径，同时通 知相应的节点来建立连接a 这条路径的选择及建立过程只需几秒钟就可完成，大 智能光网络信令协议研究和l m p 协议实现 大节省了运营商的配置时间。 b o d 使连接到光网络的客户端设备可以实时地申请建立连接。在需要的时候， 客户端设备可以实时地申请附加带宽。数据网络业务量具有突发性，因此这个能 力对于数据网络尤为重要。 o v p n 给了终端用户最大的灵活性。对于运营商网络定义成o v p n 的那部分 网络资源，用户具有完全的控制权。用户可独立进行大量电路的配置与开通工作， 可以建立、删除自己的连接而无需运营商操作资源。 2 3g m p l s 协议族 为了获得上述功能和业务，必须定义系列的协议，实现不同的设备之卣j 的 互操作。i n t e m e t 工程任务组( i e t f ) 与智能光网络标准相关的是路由领域( r o u t i n g a r e a ) 的“公共控制和测量平面( c c a m p ) ”工作组，专注于通用多协议标签交 换( g m p l s ) 协议、g m p l s 在s d h s o n e t 方面的应用、链路管理和自动发现 协议( l m p ) 和路由协议的g m p l s 扩展方面的研究。i t u t 侧重于制定完整的 框架而i e t f 则侧重于构建工具和协议组件来支撑更大的架构。 g m p l s 将m p l s 这种从路由器和a t m 交换机发展起来的控制平面技术推广 到分组交换以外的领域，在时分交换( 如s d h s o n e t ) 中时隙是“标签”，而在 波长交换( 如w d m ) 中波长是“标签”。g m p l s 是一组协议，也是i e t f 以其在 m p l s 流量工程方面的扩展，如图2 1 所示。 图2 1 i e t f g m p l s 协议族 r f c3 4 7 2 l g l sc r _ l d p 扩展l r f c3 4 7 3 。 g 坤岱l l s v p t e 扩展： 一一- _ 。一1 d r a f t i e t f e c h o i m p - w d ml 删的链路管理协议 i 一一j d r a f t i e t f c c a m p o s p f - l g m p l s e x t e n s i o n s i 0 s p f 的6 肝i s 扩展 l 菁 箜三童望旦墨塑堡堑笙窒垫垫查二鱼坚! 堕三 d r a f t i e t f - c c a m p g m p l s a r c h i t e c t u r e ：g m p l s 架构，描述m p l s 必要的扩展来 支持非分组交换的情况。 r f c3 4 7 1 ：抽象的g m p l s 信令功能描述。 r f c3 4 7 2 ：o m p l s 信令功能的c r l d p 扩展。 r f c3 4 7 3 ：g m p l s 信令功能的r s v p t e 扩展。 d r a f t i e f t - c c 锄p - l m d ：链路管理协议，用于邻居发现，即发现网络节点间链路 连接映射关系。 d r a f t - i e t f - c c a m p ，i m p w d m ：w d m 的链路管理协议。 d r a f t i e t f - c c a m p g m p l s - r o u t i n g ：路由协议的g m p l s 扩展，抽象描述。 d r a f t - i e t f - c c a m p o s p f - g m p l s e x t e n t i o n s ：o s p f t e 的g m p l s 扩展。 d r a f t i e t f - c c a m p s d h s o n e t c o n t r o l ：基于g m p l s 的s d h s o n e t 网络控制框架。 d r a f t i e t f - c c a m p - g m p l s r e c o v e r y - f u n c t i o n a l ：g m p l s 恢复功能规范。 d r a f t i e t f - c c m n p - g m p l s - r e c o v e r y e 2 e s i g n a l i n g ：g m p l s 恢复功能的r s v p t e 信令扩展。 2 3 1 信令协议 信令协议用于创建、维护、恢复和删除光链路连接。为了实现一种可靠的并 能支持快速指配、快速恢复和有效删除机制的信令协议，i e t f 提出了两种改进的 信令协议：r s v p t e ( 资源预留协议一流量工程扩展) 和c r l d p ( 约束路由一 标签分发协议) 。由于这两种协议存在多方面的差异，所以在具体实现方面还有诸 多不同。信令协议是用来完成连接操作任务的。具体来酷，它要完成连接的建立、 删除和查询等。除了上述两种主要信令协议之外，当前还正在为光网络保护与恢 复制定所需的特殊协议一轻量信令协议( 1 i g h t w e i g h ts i g n a l i n gp r o t o c 0 1 ) 。 为了适应光网络，g m p l s 在继承m p l s 信令的基础上，对原有的协议进行 了扩展。这些更新和扩展主要包括： ( 1 ) 与m p l s t e 的信令过程相同，g m p l s 的l s p 建立过程也是由上游节 点向目的端发出“标签请求消息”和目的端返回“标签消息”。所不同的是，“标 记请求消息”中需要增加对所要建立的l s p 的说明，包括l s p 类型 ( p s c t d m l s c f s c ) 、载荷类型和链路保护方式等。 ( 2 ) 为了达到优化的目的，上游节点可以向下游节点推荐建议标签( 下游可 以不采纳建议标签) 。建议标签可以大大减少在收发端建立双向l s p 的时间，减 少信息传输的延迟时间。 ( 3 ) 支持双向l s p 是g m p l s 信令的一个重要特征。双向l s p 在每一方向 上都有相同的流量工程要求，包括生存期、链路的保护与恢复、资源要求( 如时 1 0智能光网络信令协议研究和l m p 协议实现 延和抖动) 。双向l s p 的上行数据通路和下行数据通路采用统一信令消息，这样 可以减少l s p 的建立时间和网络上传输建立l s p 的信令开销。双向l s p 的两个 端点都有权发起l s p 的建立过程，如果双方被分配同一资源( 如端口号) ，就会 发生标签竞争，如何处理这一冲突，g m p l s 建议采用比较双方n o d ei d 大小的 方式，较高的i d 号的请求容易满足。 ( 4 ) 为了快速处理故障，g m p l s 采用了故障通告的机制，故障通告的机制 采用快速通告消息来通告故障的邻近节点处理故障，这样就可以防止一些中间节 点处理这些通告消息，避免故障点的状态被改变。通告消息已经被加入到 r s v p t e 中，它不会替换r s v p 中已存在的错误通告信息。 2 3 2 路由协议 利用信令协议就能完成连接管理功能。控制平面中不仅包含信令功能，还包 括诸如路由和自动拓扑发现等功能，因此除了信令协议之外还需要其它的协议来 完成控制平面中的其它功能。 路由协议主要完成拓扑发现和路由计算等功能，它是控制平面的主要协议之 一。但传统路由协议的一个很大不足就是它本身不支持流量工程。传统的路由协 议采用最短路径算法，在选路时只考虑距离。这使得短的路径容易阻塞，而较长 的路径容易空闲。这种由于网络资源使用不均衡造成的网络拥塞必然致使网络性 能降低，服务质量( q o s ) 无法保证。要解决这种网络资源使用的不均衡就需要 引入流量工程技术。 需要指出的是，流量工程这个概念对于分组交换网络和电路交换网络具有不 同的含义。一般来说，流量工程的总目标是要达到网络资源及其使用最大化的目 的。对分组交换网络而言，这个目标就具体化为使丢包率和时延最小而吞吐量最 大：对电路交换网络而言，流量工程目标就具体化为使资源利用率和通道可靠性 最高。这里主要考虑电路交换网络的流量工程，这样其目标就转化为在用户请求 的基础上对最优通道的实时性选择。这里流量工程的参数具体包括链路复用能力、 最大与最小带宽能力、保护支持能力等。 具备流量工程能力的路由协议和传统路由协议之间的主要差别在于，前者在 网络中会周期性地发送一种可选包，这种可选包内含有可用资源消息和流量工程 参数信息。当网络中的网元接收到这种可选包后，应该能使用这种包中所携带的 信息来进行最佳路由计算。最佳路由的计算要对路径最短和流量工程参数两方面 进行综合考虑。 因此，可以得出这样的结论：那种具备流量工程能力的路由协议应该支持路 苎三兰堕旦兰垫丝堡筌銮垫垫查二鱼坚! 堕旦 由、拓扑发现和流量工程能力。与信令协议情况类似，当前也存在着两种广泛使 用的经过扩展的路由协议，这就是支持流量工程的中间系统一中间系统( i s i s ) 协议和开放式最短路径优先协议( o s p f ) 。同样在i e t f 也设有两个不同的小组 来进行这方面的标准化工作。 2 3 3 链路管理协议 信令协议和路由协议，它们分别完成连接管理和路由控制功能。但在控制面 中只有这两种协议是不行的，还需要另外一种协议来实现资源发现和链路管理等 功能。于是i e t f 在g m p l s 中引入了链路管理协议( l m p ) 。l m p 运行于相邻节 点之间，用于链路提供和故障定位。g m p l s 信令和路由协议要求至少要有一条 双向控制信道用于通信，l m p 可以用于建立、维护和管理这些控制信道。l m p 具体的功能包括：控制信道管理、链路属性关联、链路验证和故障定位等。需要 指出的是，i e t f 所制定的l m p 协议并不完善，其中还有一些方面需要进一步去 完善。 控制平面的引入使光网络产生了巨大的变化。g m p l s 是实现a s o n 网络控 制平面的核心协议，它提供了构建光网络的一种全新方法。它不仅提供了多厂商 的控制平面的互操作，还使得新类型服务的出现成为可能。并且，由于g m p l s 和a s o n 控制平面的出现，运营商不必再在链路管理方面花费巨大的人力和物力。 a s o n 控制平面还支持网络的流量工程、网络自动拓扑发现和自动业务发现等。 除此之外，a s o n 控制平面在g m p l s 的支持下还能支持多种保护与恢复方案。 总之，g m p l s 和a s o n 控制平面的出现是光网络中划时代的革命性进展。 2 4 g m p l s 的技术优势 g m p l s 一个最重要的优势是它可以对网络资源进行动念的管理，同时还可 以对业务进行端到端的动态配置。传统的业务配置需要人工进行，这是一个很耗 时的工作。如果节点支持g m p l s ，则供应商就可以对网络资源进行动态配置与 管理，从而在提高配置效率的同时节约运营成本，建立条端到端的链路只需几 秒钟，而不是以前的几天或者几个星期。g m p l s 为光网络提供了一个统一的管 理平面，使网络具有很好的扩展性，同时网络管理也变得十分简单。此外，g m p l s 还提供了如下几个技术优势： 加快业务配置过程：g m p l s 统一的信令机制提供了对任何业务的快速配置， 可以提供任何级别的q o s 以及可用性。 更高的业务智能和效率：g m p l s 允许网络系统浏览餮个网络的拓扑结构，网 1 2智能光网络信令协议研究和l m p 协议实现 络节点的交换能力以及用于分组交换、t d m 以及波长交换的网络资源状态。 因此，可以更智能地对业务进行配置及更加有效她利用网络资源。 通过两层结构即可完成以前四层网络完成的功能。采用g m p l s 的光网络可 以不再需要a t m 以及s o n e t s d h 层，而只需i p 和d w d m 层就可以完成 所有的功能。 提高了网络资源利用的灵活性。 使用标签集，可以降低光信号失真。 允许建立双向的l s p 。 可以传送范围很广的数据流，同时能够传送大量的业务。 2 5 小结 综上所述g m p l s 将会对未来的交换构架和控制起到重要作用。g m p l s 的控 制平面能增加网络的智能性，使相互连接的网络单元更好地工作。所有的网络单 元在g m p l s 的控制下，对等地协同工作，动态地建立跨越不同类型网络的标签 交换路径，从而节省高昂的网管维护费用，为在短时间内供应高带宽和新的增值 服务提供了保障。当然，使g m p l s 真正成为互联网的统一控制平面所要走的路 还很长，有很多信令和路由协议有待于不断地修改和完善，以适应不同技术的要 求。 塑三茎塑! ! 垄堕塑堕全塑望旦 第三章智能光网络信令协议 自动交换光网络( a s o n ) 是指在选路和信令控制之下完成自动交换功能的新 一代的智能光网络，是具备分布式智能的光传送网。在传统的传送网中引入智能 控制平面不仅是几十年来传送网概念的重大历史性突破，也是传送网技术的一次 重要突破。信令功能的引入是a s o n 区别于传统传送网的关键之处，它与路由和 自动发现被称为a s o n 的三大功能。信令协议是分布式呼叫和连接管t 里( d c m ) 的 具体实现，完成呼口q 和连接的建立、释放和查询等功能。 3 1a s o n 信令协议的现状 1 t u t 推荐的用于a s o n 的信令协议有p n n i 、r s v p t e 和c r l d p f g 7 7 1 3l 2 3 ) 三种，而1 e t f 只对r s v p t e 和c r l d p 进行规范。a s o n 网络的 u n i 、i - n n i 和e - n n i 接口都要用到信令协议。由于i - n n i 属于控制域内部的接 口，因此不需要对其所选用的信令协议进行规定和标准化，只要能满足网络的功 能和性能需求就可以。 目前的信令规范主要基于r s v p t e 协议，对c r l d p 和p n n l 只进行了简单 的描述。p n n i 是一种来源于a t m 的信令协议，复杂性高，适用范围窄，支持的 厂商很少，目前只有c i e n a 在i - n n i 上采用。由于不利于以后的标准化和互连互 通，因此般认为不会在e n n i 接口使用p n n i 协议。o i f 在2 0 0 3 0 f c 上进行的 e n n i 互通演示中采用的也是r s v p t e 协议。 r s v p t e 和c r l d p 都是对原有m p l s 信令协议的扩展。两者的主要区别是 所采用的传送机制的可靠性以及资源预留的方向不同，这两点不同引起了其它功 能的差异。除此之外，两种协议能够提供的功能非常类似。因此两种协议的实施 范围和速度将是影响设备厂商和运营商对其进行选择的主要因素。调查表明，支 持r s v p t e 的厂商要明显多一些。因此，i e t f 已经决定停止对c r - l d p 的进一 步研究和标准化，而只支持r s v p t e 。 综上所述，在i t u t 规范的三种信令协议中，r s v p t e 受到业界广泛的支持， 已成为a s o n 网络信令协议的首选。下面对智能光网络信令协议的分析和讨论主 要基于r s v p t e 进行。 3 2 r s v p t e 信令协议概述 r s v p t e 信令是m p l s 和r s v p 两种技术结合的产物，是对资源预留协议 ( r s v p ) 的扩展，并且加入了对g m p l s 的支持。r s v p 协议的设计初衷是在i p 网 1 4智能光网络信令协议研究和l m p 协议实现 络内有效支持综合业务模型，它利用软状态( s o f ts t a t e ) 机制建立和管理网络的 预留资源，由于该机制面临难以解决的扩展性问题，因而通常仅被视为企业级网 络支持综合业务模型的有效解决方案。但是r s v p 能够将消息中的对象作为一块 不透明的信息加以承载，并将其送往路由器中适当的控制模块进行分析，使得用 于建立和维护l s p 隧道的新型r s v p 对象的开发成为可能。i e t fm p l s 工作组通 过对r s v p 原有的对象进行扩展，同时增加新定义的对象，制定出一项新的m p l s 技术规范r s v p - - t e 信令，它属于套完整的、独立的标签分配协议，主要应用 于在m p l s 网络内支持流量工程和建立保证特定q o s 的l s p 隧道。后面几个小 节主要讲述r s v p 为支持流量工程的扩展，以及对o m p l s 支持所做的扩展。 3 3 r s v p 基于流量工程的扩展 3 3 1 新增加的对象 i e t f 协议中为支持流量工程对r s v pp a t h 及r e s v 消息进行了扩展，在 r s v p t e 中新增加了五个对象：l a b e lr e q u e s t 对象、l a b e l 对象、 e x p l i c i t r o u t e 对象、r e c o r d _ r o u t e 对象、s e s s i o n a t t r i b u t e 对象。 1 l a b e l r e q u e s t 对象 l a b e l r e q u e s t 对象是承载在p a t h 消息中的。如果一个p a t h 消息中包含 l a b e l r e q u e s t 对象，就表示这条l s p 需要标签捆绑。l a b e lr e q u e s t 对 象同时也包含第三层协议i d ( l 3 p i d ) ，用于标识在l s p 中传输的网络层协议。这 就使得非i p 的网络层协议也可以沿着l s p 进行传输。 当一个p a t h 消息到达一个l s r 时，该l s r 将l a b e lr e q u e s t 对象存储 在本地p s b ( 路径状态模块) 中。该消息可能产生错误的情况如下： 如果接收到p a t h 消息的l s r 能够识别l a b e l _ r e q u e s t 对象，但并不能分 配标签，则l s r 将向输入l s r 发送一条p a t h e r r 消息( 消息中会指出标签分 配错误) 。 如果接收方不支持l 3 p i d ，其将向输入l s r 发送p a t h e r rt 肖g ( n 息中会指出 不支持l 3 p 1 d ) ，该错误将导致l s p 建立失败。 如果收到消息的l s r 不能识别l a b e l r e q u e s t 对象，其将向输入l s r 发 送p a t l l e h 消息( 消息中会指出未知的对象类别) ，这个错误将导致l s p 建立失 败。 若一个l s r 接收到一个包含l a b e l r e q u e s t 对象的p a t h 消息，则把接收 笙三主塑墼堂旦塑堡全塑坚 一一旦 到的l a b e l _ r e q u e s t 对象中的l 3 p i d 拷贝到要向前转发的l a b e l _ r e q u e s t 对象中。 2l a b e l 对象 l a b e l 对象是添加在r e s v 消息中的。l a b e l 对象是一个单一标签，为4 字节。若一个节点从不同的接口接收到r e s v 消息中的标签，即使这个标签值相同 也认为是不同的标签。标签值必须从标签请求对象( l a b e l _ r e q u e s to b j e c t ) 指定的范围中选取，如果没有可选的标签值，本地节点就会发送一个含有“路由 错误和标签分配失败的错误代号”的p a t h e r r 消息。如果标签可以分配，则本地 节点就会产生一个新的标签对象，把这个对象加入到r e s v 消息中，然后向上一跳 发送这个r e s v 消息。图3 1 描述了一个l s r 是如何处理r e s v 消息中的l a b e l 对象的： r e s v ( l a b e l ) 姐。 l s r 转发表 r e s v ( l a b e l ) 。姐 图3il a b e l 对象的处理过程 图中l s r 有两个接口h 1 ( 输入接口) ，h 2 ( 输出接口) j 当它从接口h 2 接收 到下游l s r 转发过来的r e s v 消息( 包含有l a b e l 对象) 时，就将l a b e l 对象 中的标签2 0 作为输出接口h 2 的输出标签( 也就是将标签值2 0 与输出接口h 2 进行绑定) 。接着从本地标签池中选择个新标签值1 0 作为输入接口h 1 的输入 标签( 也就是将标签值1 0 与输入接口h l 进行绑定) ，接着创建一个新的l a b e l 对象，将这个标签值放入该对象中，最后将该l a b e l 对象插入r e s v 消息中，根 据路径状态模块( p s b ) 中记录的前一跳的地址，将修改后的r e s v 消息发向上游 的l s r 。这个时候转发表也建立了，可以作为以后业务流传输的转发表。举例说： 当l s r 从输入接口h 1 接收到标签值为1 0 的数据包后，通过查找转发表就知道， 要先将已有的标签1 0 替换成2 0 ，然后将数据包从输出端口h 2 转发出去。 1 6智能光网络信令协议研究和l m p 协议实现 3 e x p l i c i tr o u t e 对象( e r o ) 通过对p a t h 消息中添加一个显式路由对象( e r o ) ，输入l s r 可以为l s p 指定 一条预先确定的显式路由，该路由与传统的i p 路由相独立。只有显式路由上的所 有路由器都支持r s v p 和e r o 的时候才使用e r o 。 显式路由对象表示路出路径上的一系列抽象节点，每个抽象节点用一个e r o 子对象表示，因此显式路由对象由若干个e r o 子对象组成。e r o 子对象的结构 如表3 1 所示： i i ， i t y p e l l e n g t h l ( s u b o b j e c tc o n t e n t s ) i 表3 1e r o 子对象 l ：用来表示子对象的属性，如果设置了l 位，则表示子对象在显式路由中为疏 松跳转。如果l 位被清除，则表示它在显式路由中为精确跳转。 t y p e ：用来表示子对象的类型 一t y p e =