（通信与信息系统专业论文）面向虚拟专用网的光传送网流量疏导及组播保护方法研究.pdf

摘要 摘要 随着全球企业问的合作更加频繁，企业与客户问的联系更加广泛、紧密，需 要更方便、经济的网络支持。虚拟专用网v p n 技术的成功引入可以从根本上满足 企业用户的低通信费和高灵活性的双重需求。在同一光传送网络环境承载多业务 v p n ，如何实现资源的优化利用是十分重要的课题。 光网络中，高性能光网络设备( o x c 、o a d m ) 的出现，使波分复用技术成为下 一代骨干网络的核心技术。智能光网络的产生使每个波长上传输的通信速率越来 越高，而实际应用中，v p n 业务的通信速率大多低于一个波长的最高速率。为v p n 中每个连接提供一个专用波长，资源利用率低且不经济。同时，由于网络资源的 限制：如光纤波长数目、网络节点中光收发器数等，不可能为每个v p n 业务建立 独立光路连接。研究怎样在w d m 光网络为各种低速带宽粒度业务建立有效连接 是十分必要的。可以采用流量疏导方法来解决这类问题。另外，随着流媒体、视 频会议和分布式计算等应用的丌展，组播在光网络中将得到普及。提供生存性得 到保障的光网络组播通信相比于单播通信显得尤为重要和迫切。本文主要针对上 述问题做了如下研究： ( 1 ) 对v p n 静态流量疏导方法进行了研究。详细介绍了应用于流量疏导环境的 网络节点及网络环境。对已有的静态流量疏导方法平面构造算法p c a 进行了分析， 指出其不足。提出一种新的静态流量疏导方法：改进的平面构造流量疏导方法 m p c a 。m p c a 定义了综合图，综合图是把网络中剩余的波长链路和光路链路映射 到同一个平面上。当连接请求不能在前面的虚拓扑建立、虚拓扑疏导两步中建立 路由，则继续在综合图中进行疏导，这样就更加充分地利用了网络资源。经过仿 真验证，m p c a 的请求阻塞率总是低于p c a 方法，其网络吞吐量也明显大于p c a 。 ( 2 ) 对v p n 动态流量疏导方法进行了研究。详细介绍了用于流量疏导的辅助图 模型，以及基于已知持续时间的动态流量疏导算法h t a 。且分析了h t a 算法的不 足，提出了一种改进的新方法：m h t a 。当为新的带宽连接请求寻找路由时，在对 已建光路的选择上，m h t a 在h t a 的基础上考虑了已建光路的剩余容量，还为已 建光路相比于连接请求需要延长的时间乘上一个平衡因子，以尽量避免请求在建 立连接时的绕路。由仿真结果可知，m h t a 算法比h t a 算法的有更低的阻塞率。 ( 3 册究了网络生存性中组播的保护问题。针对v p n 组播可靠性及时延性的高 摘要 要求，提出了一种新的v p n 组播树保护方法：组播树子树自保护方法。此方法的 创新点在于：在组播树建立之初，即为两两用户计算好最小代价路径并存储在节 点信息中；当组播树中某链路出现故障时，在分成的两棵子树间寻找最小代价路 径进行恢复。这样既节约了恢复时间，也优化了网络资源。本文给出具体的实施 方法。 关键词：v p n 流量疏导组播树保护 n a b s | 1 r a c t a b s t r a c t m o r ec o n v e n i e n ta n de c o n o m i c a ln e t w o r k sa r cr e q u i r e dt os u p p o r tt h em o r e p o p u l a rc o o p e r a t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s e s t h es u c c e s so ft h ev i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ( y e n ) t e c h n o l o g yc a ns a t i s f yt h ed u a ln e e do fh i 曲f l e x i b i l i t ya n d c o s t e f f e c t i v ef o rt h e v p nu s e r s i ti sav e r yi m p o r t a n tt o p i co na c h i e v i n gt h eo p t i m a lu s a g eo fr e s o u r c e st o a c c o m m o d a t em u l t i s e r v i c ev p ni nt h es a m eo p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r ke n v i r o n m e n t v a r i o u so p t i c a lt e c h n o l o g i e s ，s u c ha so p t i c a lc r o s s - c o n n e c t ( o x c ) a n do p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e r ( o a d m ) ，a n dw 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 ( w d m ) ，p r o v i d e c o r et e c h n o l o g i e so fn e x tg e n e r a t i o ni n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ( i o n ) w i t h i ni o n ，e a c h w a v e l e n t hc a l lb eo p e r a t e da tv e r yh i 曲s p e e d ，h o w e v e r , i no p e r a t i o n a ln e t w o r k s ，t h e r e i sah u g eb a n d w i d t hg a pb e t w e e nt h ec a p a c i t yo faw a v e l e n g t ha n dt h eb a n d w i d t h r e q u i r e db yl o w r a t ev p n t r a f f i cs t r e a m s t oa c c o m m o d a t es u c hk i n do fl o w r a t ev p n t r a f f i cs t r e a m su s i n go n el i g h t p a t hw i l ll e a dt oi n e f f i c i e n tr e s o u r c eu t i l i z a t i o n a tt h e s a m et i m e ，i ti si m p o s s i b l et oe s t a b l i s he n d t o e n dl i e # t p a t h sf o ra 1 1t h ec o n n e c t i o n r e q u e s t so fv p n ，d u et ot h el i m i t so ft h en u m b e ro fw a v e l e n g t h sp e rf i b e ra n dt h e n u m b e ro ft r a n s c e i v e r sp e rn o d e s oi ti sn e c e s s a r yt oi n v e s t i g a t em o r ee f f i c i e n t l y m e t h o d st os e tu pc o n n e c t i o n sf o rt h e s et r a f f i cs t r e a m s t r a 圩i cg r o o m i n g ，w h i c hc a n a c c o m m o d a t el o w s p e e dc o n n e c t i o n si n t oo n el i g h t p a t h ，c a ns o l v et h i sp r o b l e m a d d i t i o n a l l y , a l o n gw i t ht h ea p p l i c a t i o n so fs t r e a m i n gm e d i a ，v i d e oc o n f e r e n c e sa n d d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，m u l t i c a s tw i l lo b t a i nt h ep o p u l a r i z a t i o ni nt h eo p t i c a ln e t w o r k i t i s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n ta n du r g e n t t op r o v i d es u r v i v a b i l i t yg u a r a n t e e dm u i t i c a s t c o m m u n i c a t i o nc o m p a r i n gt op o i n t t o p o i n tc o m m u n i c a t i o n t h i st h e s i sh a sd o n es o m e r e s e a r c h si nt h i sa r e a f i r s t ，w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h es t a t i ct r a f f i cg r o o m i n go nv p n w e h a v ea n a l y z e d t h ee x i s t i n gs t a t i ct r a f f i cg r o o m i n ga l g o r i t h m ，p l a n ec o n s t r u c ta l g o r i t h m ，a n dp o i n t e do u t i t ss h o r t c o m i n g s a n dt h e nw eh a v ep r o p o s e dan e ws t a t i ct r a f f i cg r o o m i n ga l g o r i t h m c a l l e dt h em o d i f i e dp c a ( m p c a ) i nm p c a ，w eh a v ed e f i n e di n t e g r a t e dg r a p h w ep u t t h er e s tw a v e l e n g t hl i n k sa n dt h el i e # t p a t h so nt h es a m ep l a n e f o rt h ec a s eo ft h e c o n n e c t i o nr e q u e s tc a n tb es e tu pi nt h ef i r s tt w os t e p s ，w ec a ng r o o mi to nt h e i l l a b s t r a ( t i n t e g r a t e d 伊a p h s i m u l a t i o n sv e r i f i e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h em p c a i sb e t t e rt h a n t h a to f p c a s e c o n d ，w eh a v er e s e a r c h e dt h ed y n a m i c t r a f f i cg r o o m i n go nv p n w ei n v e s t i g a e d t h ea u x i l i a r yg r a p hm o d e la n dad y n a m i ct r a f f i cg r o o m i n ga l g o r i t h m ，c a l l e d h o l d i n g - t i m e a w a r ea l g o r i t h m ( h t a ) t h e nw ep r o p o s e da n e wa l g o r i t h m ，i e ，m o d i f i e d h t a ( m h t a ) i nl i g h to ft h el i g h t p a t hs e l e c t i o n ，m h t a t a k e si n t oa c c o u n tt h e r e m a i n i n gc a p a c i t yo ft h el i g h t p a t ht or o u t ean e wb a n d w i d t hr e q u e s t a n dm h t a a l s o t r yt oa v o i dd e t o u rw h e ns e t t i n gu par e q u e s t s e e nf r o mt h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，m h t a h a sl o w e rb l o c k i n gp r o b a b i l i t yt h a nh t a t h i r d ，w eh a v er e s e a r c h e dt h em u l t i c a s tp r o t e c t i o np r o b l e mf o r t h es u r v i v a b i l i t yo f t h en e t w o r kt om e e tt h ev p n sh i 曲d e m a n do nt h er e l i a b i l i t ya n dt i m ed e l a y w e p r o p o s e dan e wp r o t e c t i o nm e t h o do fm u l t i c a s tt r e e i nv p nb yp r o v i d i n gp r o t e c t i o n w i t h i ns u b 。t r e e t h ei n n o v a t i o no ft h i sm e t h o di st h a tw eh a v ec a l c u l a t e dt h em i n i m u m p r i c ep a t ho fa n yt w on o d e so ft h em u l t i c a s tt r e ea t t h eb e g i n n i n ga n ds t o r e dt h e s e i n f o r m a t i o n w h e nal i n kf a i l s ，w et r ) rt of i n do n em i n i m u mp r i c ep a t hb e t w e e nt h et w o s u b t r e e sd i v i d e db yt h el i n kt or e c o v e r y b yd o i n gt h i s ，w ec a ns a v et h er e c o v e r yt i m e a n do p t i m i z et h en e t w o r kr e s o u r c e s k e y w o r d s ：v p n ，t r a f f i cg r o o m i n g , m u l t i c a s tt r e e ，p r o t e c t i o n l v 缩略词表 英文缩写 v p n l s p l s r q o s g m p l s a s o n o x c s o a d m 0 t n 露腑 p c a h t a n s p a g 缩略词表 英文全称中文释义 v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k虚拟专用网 l a b e ls w i t c h i n gp a t h标记交换通路 l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r标记交换路由器 q u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 g e n e r a lm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 通用多协议标记交换 a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k自动交换光网络 o p t i c a lc r o s s c o n n e c t s 光交叉连接、 o p t i c a la d d - d r o pm u l t i p l e x e r光分插复用设备 o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k光传送网 r o u t i n ga n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n t光路路由与波长分配 p l a n e c o n s t r u c t i o na l g o r i t h m平面构造算法 h o l d i n g t i m e a w a r ep r o v i s i o n i n g 基于持续时间提供方法 n e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e网络服务提供商 a u x i l i a r yg r a p h 辅助图 x 图目录 图目录 图1 - 1 光网络的发展3 图1 2g m p l s 的5 种接口类型5 图1 3v p n 参考模型_ 8 图2 1w d m 网络流量疏导节点一1 4 图3 1m p l s 网络骨干图g 的一个例子2 0 图3 2m p c a 算法l g 构造示意图：2 3 图3 3m p c a 算法模块及相互关系图2 4 图3 - 4 ( a ) m p c a 算法虚拓扑建立模块：2 4 图3 - 4 ( b ) m p c a 算法虚拓扑疏导模块流程图2 5 图3 4 ( c ) m p c a 算法综合图疏导模块流程图2 5 图3 - 5 网络拓扑图a 6 节点网络b n s f n e t 网络( 1 4 节点2 l 链路1 一2 6 图3 6 网络吞吐量曲线比较2 7 图4 - 1 ( a ) 网络l 的物理拓扑。( b ) 网络1 的虚拓扑3 0 图4 1 ( c ) 网络1 的辅助图3 1 图4 2 光路e 的时刻表3 6 图4 3m h t a 算法流程图一3 8 图4 - 4 考虑光路容量的业务阻塞性能比较图4 1 图4 5 考虑光路容量的业务光路数比较图4 2 图4 - 6 已建光路选路示意图：4 3 图禾7 考虑已建光路时间因子的业务一阻塞性能比较图4 3 图4 8 考虑已建光路时问因子的业务一光路跳数比较图4 4 v 1 1 1 图目录 图4 - 9 ( a ) c h i n a 拓扑下m h t a 与h t a 业务阻塞性能比较图4 5 图4 - 9 ( b ) c h i n a 拓扑下m t l t a 与t l t a 业务一光路数比较图4 6 图4 a 0 0 ) n f s n e t 拓扑下m t l t a 与h t a 业务一阻塞性能比较图4 6 图4 j o ( b ) n f s n e t 拓扑下m h t a 与h t a 业务光路数比较图。4 7 图4 - 1 1 ( a ) u s a n e t 拓扑下m h t a 与h t a 业务一阻塞性能比较图4 7 图4 1 1 ( b ) u s a n e t 拓扑下m h t a 与h t a 业务光路数比较图一4 8 图4 1 2h t a 与m h t a 疏导方法的关系4 8 图5 1 透明光网中的光树5 1 图5 2 光树枝保护策略5 2 图5 3 一棵v p n 组播树5 4 图5 - 4 单链路故障图5 5 图5 5 发生单链路故障后含源点子树备用链路建立状态机5 6 图5 - 6 发生单链路故障后不含源点子树备用链路建立状态机。5 7 图5 7c e 闻一般消息数据格式5 8 图5 8c e 2 广播的故障链路代价通告消息数据格式。5 8 图5 - 9c e 5 发往p e 5 的链路查询p e 5 返回c e 5 的链路查询应答消息数据格式5 8 图5 1 0c e 5 发往c e 6 的链路建立申请c e 6 返回c e 5 的应答消息数据格式5 9 i x 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 窒受查日期：矽j 年f 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：删导师签名： 日期：纱7 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 随着w d m 光传输技术( 如高精度可调光收发器、光放大、补偿、均衡，新型 调制技术和码型制式等、) 和光交叉连接o x c s 、光分插复用设备o a d m 以及新型 s d h 交换结构等光交换技术和设备的发展和成熟，以传统s d h 交换机为核心的 点到点光传送网络正在向以o x c 、o a d m 和新型s d h 交换设备为核心，在网络 边缘提供光端1 3 连接传统s d h 设备( 含多业务传送平台m s t p , m u l t i s e r v i c e t r a n s p o r tp l a t f o r m ) 、a t m 、高速i p m p l s 路由器和g b i t se t h e r n e t 交换机等的新 型光传送网络演进l l j 。这种新型光传送网络可望能综合供应跨距上千公里的光波 粒度的l i v p n 和亚波长粒度的基于隧道技术的l 1 、l 2 、l 3 v p n 。由于各种v p n 业务特征差异的复杂，传统的基于单一电信网络管理平面的集中资源管理模式不 能适应多业务v p n 实施需求。 为此，l t u t 和i e t fg m p l s 自动交换传送网络体系中管理平面、控制平面 和传送平面网络模型已经开始逐步引入新型光传送网络的管理控制体系，但现有 工作集中在一般性框架功能需求、面向单播连接的路由、信令控制协议规范方面， 缺乏针对多业务v p n 的网络资源管理策略规定1 2 , 3 1 。 我们认为，虽然管理平面的许多功能会逐步移入控制平面，但传统的电信管 理概念在可预见将来较长时期依然会在传送网络结构体系中占据重要地位。基于 上述针对光传送网络演进的分析，我们结合v p n 的业务特征需求，研究多业务 v p n 综合供应的资源优化管理策略和方法。 为此，我们把光资源按w d m 光波连接粗分两部分：一部分用于承载高动态 的汇聚的高层v p n ；另一部分预留用于配置相对静止、固定、在线时问较长的应 用，如金融商务跨地域的企业用户大批量、高可靠数据传送；需要保持长期合作 的跨地域的科研机构的计算网格应用。在本文中主要针对不同粒度的v p n ，利用 流量疏导机制，实现光传送网上资源的优化利用，同时满足各v p n 的带宽要求。 基于w d m 技术的光网络以其速率高、容量大和扩展性好得到广泛应用，成 为骨干传输网的基础。为了降低高速率光网络部件的失效而导致的大量业务中断， 电子科技大学硕士学位论文 人们在提高光网络生存性( s u r v i v a b i l i t y ) 方面展开了研刭4 , 5 1 。目前国内外已有许多 研究涉及w d m 光网络的单播业务抗毁保护设计。由于保护方案为网络中业务连 接预留了用于失效处理的备用资源，因此发生故障后业务恢复速度较快。同时， 随着光层多播技术和应用的发展多播抗毁保护设计成为一个研究热点。支持组播 通信的基本结构是树，在w d m 网络中称之为光树，是对光通路概念的一种扩展。 对光层组播的保护恢复，即是对光树的保护恢复。在高可靠性业务v p n 的实施中， 同一v p n 组用户站点之间需要频繁执行组播通信，因此，对v p n 组播的生存性 研究显得尤为重要。本文提出一种适用于v p n 多播树的保护方法。 1 2 光网络基本知识概述 1 9 6 6 年，由英籍华人高锟博士提出的利用光导纤维进行激光通信的建议为高 带宽网络的发展奠定了基础。从光网络的发展史来看，在短短的几十年时间，人 们不仅充分掌握了光传输技术，并且进而实现了光通道( 包括波长、波段以及光纤 等光通道资源、l 的复用和解复用技术，实现了光信号的交换和路由技术等。这样， 光纤通信技术突破了物理层的界限，逐渐渗入并扩展到数据链路层和网络层；它 不但承担了数据传输的功能，还具备了一定的交换能力和路由能力。 1 2 1 光网络的发展 第一代光网络l l j 是以s d h s o n e t 为代表，它采用光传输系统和电子节点的 组合，光技术用于实现大容量传输，光信号在电子节点中转换成电信号，在电层 上实现交换、选路和其他智能。随后发展的w d m 光网络技术进一步挖掘了光纤 的带宽潜能，提高了网络的传输性能，但在联网技术上没有实现统一，网络性能 仍然没有改善。 传统的点到点波分复用( w d m ) j 通信系统尽管有巨大的传输容量，但只是提供 了原始的传输带宽。为了将其提供的巨大原始带宽转化为实际组网可以灵活应用 的带宽，需要在传输节点处引入灵活的光节点实现光层联网，构筑光传送网 ( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，o a a , 0 。最常用的光网络节点有：用于交叉连接的光交 叉连接器( o x c ) ，能够提供本地业务上下路功能的光分插复用器( o a d m ，) 。0 x c 是 基于波长管理的全光网络节点设备，可自动或通过网络管理系统对光通道进行调 度和保护，可以将入口光纤某个波长信道上的信号直接交换到出口光纤的相应波 2 第一章绪论 长上去。o a d m 是在广域上实现支路信号的分插和复用，即可从w d m 传输线路 上选择性地分插和复用某些光通道，而不影响其他光通道的透明传输。o x c 、 o a d m 具有灵活的可重构特性，使得网络具有了波长路由能力，在这种网络中就 可以提供端到端的波长通路( 或称为光路，l i g h t p a t h ) 的动态分配和恢复。w d m 光 网络中o x c 、o a d m 等技术的不断进步和成熟，使得光网络组网方式从点到点 传输系统向光传送网络发展。 大容量d w d m 传输系统的应用只是解决了带宽问题，而当前不仅对网络带 宽的需求越来越大，而且由于l p 业务量本身的不确定性和动态变化特性，对网络 带宽的灵活提供和动态分配要求也越来越迫切。而传统的基于s d h 和w d m 的 光传送网主要是靠人工配置网络连接，该方法不仅耗时费力，而且难以适应新业 务拓展和市场竞争的需要。同时，向不同客户提供差异服务是提升运营商竞争力 的关键。基于上述考虑，网络智能化是光传送网由基础网向业务网转化和更好地 适应l p 业务发展的必然要求。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 do p t i c a l n e t w o r k ) 应运而生。光网络的发展概况如图1 1 所示： f 采用传输系统和电子节点： 的组合，光技术用于实现l ：大容量传输，在电层上实 l 现交换、选路和其他智能j ，i 进一步挖掘了光纤! 的宽带潜能，提高 ：了网络的传输性能i i 增加r 交换、选j ：路和其他智能在l l 光层上的实现j 实现了网元的智能i i 化 j 图1 - 1 光网络的发展 a s o n 是能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网。 a s o n 的重要标志是实现了网络的分布式智能，即网元的智能化，具体体现为依 靠网元实现网络拓扑发现、路由技术、链路自动配置、路径的管理和控制、业务 的保护和恢复等功能。a s o n 的好处体现在它提供的业务和经济收益上。a s o n 最诱人的好处是它可从光域( 波长) 提供多种新型的高速和增收业务。基于波长的 业务可扩展性好，格式透明，能随新应用的产生而不断推陈出新。以波长为基础， 业务提供商开发了多种增强业务，这些业务都能根据现有和将来以数据为中心的 组网应用而扩展，如宽带运营、光虚拟专i 网( 0 v p n ) 等。 3 电子科技大学硕士学位论文 光通信技术作为信息通信产业的重要支柱和下一代网络( n g n ) 的核心支撑技 术，预计在未来1 0 年里还将继续保持持续增长的趋势，以s d h 和w d m 为基础 的智能光网络技术将成为光传送网的主流，全光网络是光传送网发展的目标，以 w d m 技术为主、结合光分组交换技术和光突发技术，将成为未来全光网络发展 的主要技术方向。 1 2 2 通用多协议标签交换( g m p l s ) 由于光纤技术及因特网的高速发展，今后网络发展的一个新方向是：光网 络技术和口技术的结合。l p 与光网络的融合可实现优势互补：结合光层和l p 层 的路由功能，能提供动态的波长路由；结合光层的保护功能和i p 层的恢复功能， 能提供多种保护恢复方案，提高网络生存性；l p 智能控制协议丰富而且标准化程 度高，又有多年的实践经验，等等。 为了解决l p 层与光层的融合，i e t f 提出了通用多协议标记交换1 1 i ( g m p l s ) 方案。多协议标签交换( m p l s ) 的所有特性几乎都在g m p l s 中保留了下来， g m p l s 是m p l s 在光网络的扩展、应用，m p l s 的标签是传统数据包，而g m p l s 的标签还可以表示时分复用系统( t d m ) q a 的时隙、一根光纤上的波长或波长带宽、 光纤和任何将来用于交换的粒度。g m p l s 以m p l s 的流量工程( m p l s - t e ) 为基 础。g m p l s 协议栈对m p l s 最大的补充是一个全新的信号方式协议，链路管理 协议l p m ，可用于建立、释放和管理两个相邻的，能够使用g m p l s 协议的节点问 的连接。 在g m p l s 中有五种接口能力用以实现归一化标记，包括：包交换能力 p s c ( p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ) ，第二层数据帧交换能力l 2 s c l ( l a y e r 2s w c t i h c a p a b l e ) ，时分复用交换能力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 b a l e ) ，波长交 换能力l s c ( l a m b d as w i t hc p a b a l e ) ，光纤交换能力f s c ( f i b e rs w i t h cc p a b a l e ) 。它 们的关系如图1 2 所示： 4 第一章绪论 图1 - 2g m p l s 的5 种接口类型 g m p l s 是m p l s 向光网络的扩展。它在充分发挥已有光网络技术的基础上， 具有适应未来光网络的潜能；它具有多种形式的交换和转发层次，从而有多方面 的适应性；它支持重叠模型和对等模型，扩展了m p l s 的相关协议，既利用了已 有协议成熟度高的优点，又为新的网络结构提供了功能强大且灵活的指令。 1 ，2 3 光网络生存性 网络生存性是指在发生故障后，恢复服务水平的能力1 6 j 。在各种技术的网络 中( 如i p 网、s d h 网络和w d m 网络等) 都有自己相应的生存性机制。对于大容量 的光传送网，一旦发生网络故障，将导致业务传输失效，造成极大经济损失，因 此，光网络生存性问题成为人们日益关注的研究课题【7 j 。在各种网络生存性技术 中，光网络生存性技术的特点是灵活、响应快速，它能使网络提高服务质量，使 业务的丢失率降低，所以研究光层生存性具有重要价值。 光网络生存技术通常包括两种技术保护和恢复。而在光网络中，光层的 保护和恢复主要发生在w d m 层。w d m 光层保护和恢复技术的优点有： 高速。w d m 光层的恢复比其他高层的恢复机制快，一般为几十毫秒；因 为节点能在故障出现时就迅速动作，而不需要等待高层的指示信号。 简单。w d m 光层比高层的恢复需要更少的协调性。 高效。光层的恢复可以更有效地利用恢复资源，因为资源是由不同的服务 层共享的。 5 电子科技大学硕士学位论文 透明性。波长的路由保护技术是独立于高层使用的协议。相对于高层故障 处理，在光层进行故障处理较为简单，需要设计较少的单元实体。 光网络的保护是指在故障发生前为光网络的承载业务提供预留的保护资源， 当网络发生故障时，故障业务将由预留的保护资源来传送受影响的业务；光网络 的恢复是指并不事先为光网络预留保护资源，而是当故障发生时，动态寻找网络 中的剩余资源来承载发生故障的业务。保护技术由于其预先指定网络的保护资源， 因此具有快速恢复业务的特点，但网络资源的利用率不高；恢复技术能动态搜索 网络剩余资源，充分利用了网络资源，但恢复时间较长，且不能提供完全可靠保 护。 网络生存性机制在应用中，根据不同的需求可以采用不同的生存性技术。生 存性技术的分类有很多种，角度不同则分类方式不同。主要的几种有：按恢复粒 度的基于链路的和基于通道的保护、恢复机制；由能否共享保护资源，有专用和 共享的两种方式；由光通道恢复的计算时刻，有即时与预计算的恢复方式；由生 存性实施的控制机制，有分布式控制和中央控制两种。 1 3v p n 概述 1 3 1v p n 的产生及前景 v p n i z j 是利用公共网中的资源来构建的专用网络。随着i n t e m e t 和电子商务 的蓬勃发展，经济全球化的最佳途径是发展基于i n t e r n e t 的商务应用。由于企业 自身的的发展壮大与跨国化，企业的分支机构不仅越来越多，而且相互间的网络 基础设施互不兼容也更为普遍。因此，用户的信息技术部门在连接分支机构方面 感到日益棘手。随着商务活动的日益频繁，各企业开始允许其生意伙伴、供应商 也能够访问本企业的局域网，从而大大简化信息交流的途径，增加信息交换速度。 这些合作和联系是动态的，并依靠网络来维持和加强，于是各企业发现，这样的 信息交流不但带来了网络的复杂性，还带来了管理和安全性的问题，因为i n t e m e t 是一个全球性和开放性的、基于t c p i p 技术的、不可管理的国际互联网络，因 此，基于i n t e r n e t 的商务活动就面临非善意的信息威胁和安全隐患。如果采用传 统的租用专线，虽然在安全方面有足够的保证，但费用确是非常昂贵的。在这样 的背景下，急需一种基于公用网络的动态、安全的连接解决方案。v p n 技术就是 6 第一章绪论 这样一种网络连接技术。 v p n 的特点包括以下几点： ( 1 ) 安全保障。虽然实现v p n 的技术和方式很多，但所有的v p n 均应保证通 过公用网络平台传输数据的专用性和安全性。目前v p n 主要采用四项技术来保证 数据通信安全，这四项技术分别是隧道技术( t u n n e l i n g ) 、加解密技术 ( e n c r y p t i o n & d e c r y p t i o n ) 、密钥管理技术( k e ym a n a g e m e n t ) 和身份验证技术 ( a u t h e n t i c a t i o n ) 。 ( 2 ) 服务质量保证。v p n 网应当为企业数据提供不同等级的服务质量保证。不 同的用户和业务对服务质量保证的要求差别较大。如移动办公用户，提供广泛的 连接和覆盖性是保证v p n 服务的一个主要因素；而对于拥有众多分支机构的专线 v p n 网络，交互式的内部企业网应用则要求网络能提供良好的稳定性；对于其它 应用( 如视频等) 则对网络提出了更明确的要求，如网络时延及误码率等。所有以 上网络应用均要求网络根据需要提供不同等级的服务质量。在网络优化方面，构 建v p n 的另一重要需求是充分有效地利用有限的广域网资源，为重要数据提供可 靠的带宽。广域网流量的不确定性使其带宽的利用率很低，在流量高峰时引起网 络阻塞，产生网络瓶颈，使实时性要求高的数据得不到及时发送；而在流量低谷 时又造成大量的网络带宽空闲。q o s 通过流量预测与流量控制策略，可以按照优 先级分配带宽资源，实现带宽管理，使得各类数据能够被合理地先后发送，并预 防阻塞的发生。 ( 3 ) 可扩充性和灵活性。如果企业想扩大v p n 的容量和覆盖范围，企业只需 做很少的事情就能及时实现。企业只需与新的n s p 签约，建立账户；或者与原有 的n s p 重签合约，扩大服务范围。v p n 路由器还能对工作站自动进行配置。 ( 4 ) 可管理性。从用户角度和运营商角度可方便地对v p n 进行管理、维护。 在v p n 管理方面，v p n 要求企业将其网络管理功能从局域网无缝地延伸到公用 网，甚至是客户和合作伙伴。虽然可以将一些次要的网络管理任务交给服务提供 商去完成，企业自己仍需要完成许多网络管理任务。所以，一个完善的v p n 管理 系统是必不可少的。v p n 管理的目标为：减小网络风险、具有高扩展性、经济性、 高可靠性等优点。事实上，v p n 管理主要包括安全管理、设备管理、配置管理、 访问控制列表管理、q o s 管理等内容。 i n t e r n e t 服务提供商( i s p ) 和企业将是v p n 的直接受益者。i s p 将v p n 作为一 项增值业务推向企业，并从企业得到回报。因此，v p n 的最终目的是服务于企业， 为企业带来可观的经济效益，为现代化企业的信息共享提供安全可靠的途径。 7 电子科技大学硕士学位论文 v p n 代表了当今网络发展演化的最高形式，它综合了传统数据网络的性能优 点安全和q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，服务质量) ，和共享数据网络结构的优点( 简 单和低成本) ，必将成为未来传输完全汇聚业务的主要工具。拥有新一代技术优势 的企业已经开始着手进行此项工程。 1 3 2v p n 的参考结构和分类 v p n 的参考模型如图1 3 所示。c e ( c l i e n te d g ed e v i c e s ) 和p e ( p r o v i d e re d g e d e v i c e s ) 分别表示客户网络与服务提供商网络中的边缘节点设备，p ( p r o v i d e r d e v i c e s ) 表示服务提供商网络内部的节点设备。一般来说，p e 和c e 可能是路由 器、标签交换t h 器( l s r ) 或者l p 交换机。 c 卜客户边缘设备，p e 提供商边缘设备，p - 拱应商内部设备 图1 - 3v p n 参考模型 v p n 技术的关键就是提供不同的隧道1 2 1 ，将来自不同v p n 的流量区分开来， 并且跨越公共的网络。隧道允许v p n 的数据流被路由通过l p 网络，而不管生成 该数据流的是何种类型的网络或设备。这样v p n 的操作独立于其他的网络协议， 隧道内的数据可以是i p 、i p x 、a p p l e t a l k 或其他类型的数据包。v p n 是通过跨越 基于l p 协议的公用网和专用网( 如因特网、网络服务提供商的i p 专用网，也可以 是企业内联网) 建立起一条专用通道来实现公网私用。可用于v p n 的隧道