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北京邮电大学硕士学位论文 光城域网关键技术研究 摘要 本论文主要关注对光城域网网络协议的仿真分析、对一类新型 光网络控制平面l o b s 的完整方案设计以及对光网络的拥塞相关性 能分析a 本论文首先概述了光城域网领域的整体发展现状，描绘了光通 信网络的种类，探讨了电路交换式、突发交换式和分组交换式三种 光网络的异同。随后简单介绍了自动交换光网络( a s o n ) 的出现 和发展。 自动交换光网络( a s 咖是智能光网络发展过程中较有前途的网 络结构。本文针对自动交换光网络的功能结构进行了研究，并分析了 i t u t 相关标准对a s o n 各层面功能的定义，基于自动交换光网络 的参考模型构建了仿真平台。重点实现了其控制层面节点的路由控 制器，仿真采用了o s p f 路由协议a ： 基于已经建立的仿真平台，本论文研究了光网络的拥塞影响因 素，通过对不同影响因素的分析，尝试进行了简单的拥塞控制，并 通过仿真得到某些初步结论a 本论文的内容还包括对o b s 网络的相应的研究，对光突发交换 系统的仿真平台的构建。文章中讨论了系统仿真中所使用的主要模 块及其功能、所涉及的关键技术，给出了所构建的仿真平台和可以 设置的参数。 把o b s 技术与l s 的控制能力结合形成新的集成模型 l o b s ，能充分发挥电子处理的高智能和光子交换的大容量优势，是 未来数据网络的理想光交换方案a 本论文提出了一种新的l o b s 的 控制平面协议设计方案，包括相关路由和信令协议。 关键词： 光城域网、网络仿真、自动交换光网络、网络阻塞、光突发交换网 络、光标签突发交换。 f y 北京邮电大学硕士学位论文 t h ek e yt e c h n o l o g yr e s e a r c ho f t h eo p t i c a lm e t r o po l it f 6 烈a r e an e t w o r k a bs t r a c t t h i sp 印e rm a i m yf o c u s e sw i t h i nm es 证1 u l a t i o n 锄d 吼a l y s i so f 1o ，r ， d l n e r e n tn e 哪o r kp r o t o c o 上 o 士 o p t l c a lm e 仃o p o l i t a na r e an e t w o r k ，t h e b l o c k i n gp e r f o m a n c ea n a l y s i so ft h eo p t i c a lc 打c u i ts w i t c h ( o cs )b l o c k m gp e r t o n n a n c ea n a j - v s l so 士t n eu d n c a lc c u l ts w l t c hlu cs ) n e 觚o r ka n dt h ei n t e 铲a t e dc o n t r o lp l a n ed e s i g no fan e w o p t i c a ln 酣o r k l o b s f i r s t l y ，t h ek e yn e 研o m n gt e c l m 0 1 0 9 i e sf o ro p t i c a lm e t r o p 0 1 i t a na r e a n e t w o r k s o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h ( o c s ) ，0 p t i c a lp a c k e ts w i t c h ( o p s ) a n d o p t i c a l b u r s ts w i t c h ( o bs ) a r e b r i e n yd i s c u s s e d ， a n dt h e d e v e l o p m e n tt r e n d so fo p t i c a lm e t r o p o l i t a na r e an e 似伧r ka r ef o r e c a s t e d t h ee m e r g e n c ea n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ea u t o m a t i cs w i t c h e d0 p t i c a l n e t w o r k ( a s0 n ) a r ea l s om e n t i o n e di nt 】bf i r s tc h a p t e r a u t o m 吼i c a l l y ? s w i c h e do p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) is a p r o m i s i n g n e 觚o r ki n 行a s t r u c l u r e 。i nt h i sp a p e t t h e m c t i o ns t r u c n l r ei sd i s c u s s e d ， a n dt h es i m u l a t i o ns v s t e mi sc o n s 仃u c t e db a s e do nm ea s o nr e f - e r e n c e m o d e lp r o p o s e db yi 耶u t t h er e s e a r c hf o c u s e so nt h er o u tc o n - t r o l l e r ( r c ) i nt h ec o n t r 0 1p l a n eo fa s o n t h er o u c i n gp r o t o c 0 10 s p fi s r e a l i z e di nt h es i n m l a t i o ns v s t e m a r e rt h er e a l i z a t i o no ft h easo ns i m u l a t i o ns y s t e m ，a n a l y s i s 、h i c h t a c t o rl nd a t at r a n s m l s s l o nm 砒m 士l u e n c eo nt h eb l o c k m gp r o b a b i n t yo 士 i 。 1几 t h en e t w o r l ( i sd o n e b yc o m p a r i n gt h ei n 丑u e n c eo fe a c hf a c t o ro n b l o c k i n gp r o b a b i l i 吼t h ep a p e re v a l u a t e s t h ep e r f o r m a n c eo ft h e 】! i l e t h o d v m i c ha v o i d st h eb l o c k i n g ，a n d o m ei n i t ia ：lr e s u l t sa r eo b t a i n e d r t 一1 111 ， o1 一 ln eb a s l ca r c n l t e c n l r eo 士o p t l c a lb u r s ts w l t c n l n gn e t w o n ( 1 sb r l e 士l v p r e s e n t e di n t h i sp a pe r c o n s t m c t i n gt h es i m u l a t i o np l a t f o mo f0 bs s y s t e mi sp r e s e n t e d t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e 如n c t i o no fm a i nm o l u l e s i no bss y s t e m ，t h ek e yt e c h n o l o g i e si n v o l v e da 1 【1 dt h ep a r a m e t e r sw h i c h c a nb ec o n f i g u r e d t h ec o m b i n a t i o no fa d v a n c e do bsa n d m u l t i p r o t o c 0 1l a b e l s w i t c h i n g ( l s ) b r i n g san e wi n t e g r a t e dm o d e l l a b e l e do p t i c a lb u r s t 、 北京邮电大学硕士学位论文 一 s w i t c h i n g + ( l o bs ) l o bss u m c i e r l t l ye x e r t st h es 1 - l p e r i o r i t yo fh i g h i m e l l i g e n c ei ne l e c 仃o n i cp r o c e s s i n gh i 曲i n t e l l i g e n ta n dl 鹕ec a p a c i t yi 1 1 p h o t o n i cs w i t c h 试g an e wl o bsc o n t r o lp l a n ep r o t o c o li sp r o p o s e di n t b j sp a p e r ，m c l u d i n gr o u t i n ga n ds i 盟a l i n gp r o t o c 0 1 k e yw o r d s ： n e t w o r k s i m u l a t i o n ，0 p t i e a l m e t r o p o l i t a na e a n e t w o r k ，a s o n ， n e t w o r kc o n g e s t i o n ，o b s ，l o b s 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a 本人签名：孓孓荤j 二一 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。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名：日期： 皇量：多立生 ， 、 ， pl ，-t 北京邮电大学硕士生毕业论文 1 - 1 光城域网的发展 第1 章绪言 。随着光纤通信技术的快速发展，人们对光信号进行信息处理的能力逐渐提 高，在充分掌握了光传输技术之后，还进而实现了光通道( 包括波长、波段，以 及光纤等光通道资源) 的复用和解复用技术，实现了光信号的交换和路由技术等 等。这样，光纤通信技术突破了物理层的界线，逐渐渗入并扩展到数据链路层和 网络层；它不但承担数据传输的功能，还具备了一定的交换能力和路由能力。 如果从网络应用范围的角度对光纤通信网络进行分类，可以将其分为局域 网、城域网和核心骨干网。一般地，核心骨干网采用网状网络拓扑结构，通过冗 余的网络连接提供丰富的保护策略和路由策略：城域网和局域网采用线性拓扑， 如环状网络和总线形网络，这类网络建设简单、灵活，易于拓展a 光城域网是当今光通信和网络技术研究的热点领域，也是当前网络规划与建 设的重点，所谓光城域网，是指综合利用光通信和网络技术在城市范围内架构的 宽带综合业务网。目前，大部分的城域网业务都是通过s d h s o n e t 环( 同步数 字层同步光纤网络) 传送的，但s d h s o n e t 环原来主要是为传输语音，而不 是为传输数据而设计的。由于业务群体的变化，城域网越来越强调网络的动态性 和可调动性。其业务类型越来越多，业务需求的变化也越来越大，使得运营商在 s d h s o n e t d w d m 环上不断地增加t d m 、f r 、a t m 、i p 等设备，而这些多 层的网络结构造成网络建设和维护的复杂、不灵活、难扩展和昂贵。因此，这就 要求光城域网能够提供高智能化和适应新业务的能力。不仅要能够支持业务多样 化的需求，还要具有可扩展性、并能面向宽带，适应未来的业务。 1 2 光网络种类 伴随着数十年光通信技术的实用化进程，国内外对光通信技术深入的理论研 究和实验研究仍然在继续，逐步建立了光时分复用( o t d m ) 和光码分多址 ( o c d m a ) 的概念性实验系统，提出了光分组交换( o p s ) 网络和光突发交换 ( o b s ) 网络的协议框架，为全光网络的发展奠定了基础。在电域内，存在电路 交换式网络和分组交换式网络之分。同样，在光域内，根据信息流在光域上的承 载方式，从交换形式的角度，也可以将光网络区分为电路交换式光网络、突发交 第2 页共8 4 页 北京i 【i f j 电大学硕士生毕业论文 换式光网络和分组交换式光网络。 1 ) 电路交换式光网络( 0 c s ) 在波分复用技术提出以后，波长本身就逐渐成为组网( 分插、交换、路由) 资源，佯随着光分插复用( o a d m ) 和光交叉联接( o x c ) 技术的逐步成熟， 原来被认为只是提供带宽传输的光层开始有了组网能力，成为最近几年光通信研 发的热点。一旦商用组网成功，光通信技术将不仅仅提供巨大带宽，同时衍生出 一系列的可优化使用这些带宽的交换资源。这种交换资源目前集中在波长上，将 来会细化到光时隙上或光分组上。 2 ) 突发交换式光网络( o b s ) 光网络的动态配置、多粒度交换一直是光通信技术研究工作者不断追求的目 标。为了实现比波长更小粒度的交换方式，突发交换式光网络应运而生，并成为 向分组式光网络过渡的重要环节。由于光分组网络的技术复杂性和不成熟性，在 目前的技术条件下，光突发交换技术( 0 b s ) 的网络形式成为暂时替代光分组技 术的一种很重要的手段，同时也是提高数据粒度的较好解决方案。突发交换其实 在8 0 年代初就已提出，并且陆续有一些文章发表，突发交换概念当时并没有像 电路交换与分组交换那样得到普及，原因是提出突发交换的时候，无论电话网还 是数据网：技术已经成熟，没有必要以突发为单位来处理话音或数据从而改变整 个网络。但是在光网络中，光分组技术还不成熟，光突发交换技术就自然地成为 了构建新一代光网络的重要候选技术。 3 ) 分组交换式光网络( o p s ) 与电分组交换技术类似，光分组交换首先可以显著地提高各个光信道的资源 利用率；另一方面，对于网络设计者来说非常重要的是，可以通过o p s 技术， 延伸光的透明性，提高光网络技术在整个通信网络中的比重，即尽量利用光网络 技术，在保留现有网络功能的条件下，减少当前网络中电协议层的数目，进而提 升通信网络的控制管理能力和工作效率。目前的光交换都是交换颗粒较大的波长 交换，光分组交换( 0 p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 是光交换技术的长远发展目 标，也是当前光通信领域研究的重点课题之一。当然此问题还是一个存在争议的 课题。部分学者认为，带宽效率已经不是限制光网络发展的问题，没有必要继续 在提高单信道资源利用率方面作深入研究。但是，经济性始终要求我们尽可能有 效地使用网络资源，基于电路交换的o x c 对i p 业务不是带宽效率最高的，因此 对光分组交换作为研究课题是非常有必要的。 1 3 智能光网络 大容量d w d m 传输系统的出现只是解决了带宽问题，而要真正使节点发挥 第3 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 巨大的灵活组网能力，还要充分利用光交换实现光网络的智能。 九十年代，国内外的众多设备厂商和研究机构已经实现了利用w d m 技术进 行波长交换和波长路由的演示实验网络。光纤通信技术所提供的交叉连接、交换 和路由等功能，显著地缓解了传统电交换网络中程控交换机、a t m 交换机和i p 路由器的压力，为未来i n t e m e t 业务的发展提供了广阔的空间，为智能光网络 ( i n t e l l i g e n to p t i c a ln e m o r k ) 的发展奠定了基础。 智能光网络( i n t e l l 追e n t0 p t i c a ln e 铆o r k ) 是由众多国际标准化组织定义的新 一代传送网络体系架构，在s d h 、w d m 传送网络的基础上，通过增加控制平面 的定义实现了动态配置、保护恢复等功能。智能光网络的兴起和发展推动着光通 信技术的功能和结构的深刻变革，它不但允许动态地控制和分配光网络资源，还 可以引入众多新的智能业务类型，如按需分配带宽业务、波长批发、波长出租、 带宽交易业务、动态波长分配业务、光虚拟专用网业务( o p t i c a l 咖a lp r i v a t e n e t w o r k ，o v p n ) 等，从而充分调度现有的光网络资源，有效地挖掘现有大量闲 置的已铺光缆的应用潜力，使光网络从传统的传送网向业务网方向演进。 在演进过程中，不仅对网络带宽的需求变得越来越大，由于i p 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。传统的主 要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力，不仅难以适应现代网络和新业务提 供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。一种能够自动完成网络连接的新型 网络概念智能的自动交换传送网( a s t n ) 应运而生。这是一种利用独立的 控制面来实施动态配置连接管理的网络，其中专门以光传送网( o t n ) 为基础的 a s t n 又称为自动交换光网络( a s o n ) ，是开发a s t n 的主要方向。 光通信技术将继续以人们难以想象的速度向前发展，逐渐成为信息通信产业 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 年里光通信 技术还将继续保持持续增长的趋势。并将向着如下几个方面发展：第一，成本比 特比继续下降；第二，网络拓扑向网状网以及智能动态网过渡；第三，网络边缘 趋向多业务平台，传送和业务层加速融合；第四，网络核心趋向传送和业务相对 独立；第五，网络垂直结构趋于扁平，中间层淡出；第六，水平方向光纤继续向 用户延伸。在未来的十年中，o t d m 技术、o c d m a 技术、o p s 技术和o b s 技 术将逐渐丰富现有的光传送网络，新的接入方式和业务模式也将随之出现，同时 保证多种粒度接入和多种服务质量；以w d m 技术为核心、结合光分组交换技术 和光突发交换技术，将成为未来全光网络发展的主要方向。 第4 页共8 4 页 北京邮电大学硕= l 二生毕业论文 1 4 论文组织结构介绍 本文主要介绍了作者在硕士研究生期间的一些研究工作情况。重点是对光 网络协议的仿真、对一类新型光网络控制平面的完整方案设计以及对光网络性能 分析的一些结果。第二章绪言简单介绍了光城域网络的演进概况；第二章具体介 绍对光城域网技术a s o n 的分析和仿真实现，并基于建立的仿真平台，根据在 信令控制的光网络的仿真，对光网络的阻塞问题进行了研究；第三章介绍了令一 种光网络技术0 b s 做了分析和仿真实现，并针对l o b s 网络测试平台的需要， 介绍了完整的控制平面协议实现的设计；第四章进行了研究工作的总结和展望。 第5 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 第2 章自动交换光网络( a u t o m a t i cs w i t c h i n go p t i c a l n e 撕o r k ，a s o n ) 在i t u t 的g 8 0 8 0 脱13 0 4 【13 】【1 4 】建议中，给出了清晰的a s o n 层次 模型，如图2 1 所示。从实现目的讲，标准化a s o n 是为了实现大范围全局性 的光层网络，因此在a s o n 中采用了层次性的、每一层又可以划分为多个域 ( d o m a i n ) 的概念性结构。这种结构可以允许设计者根据多种具体的限制条件和 不同策略来构建一个自己的光网络。不同域之间的相互作用是通过标准的抽象接 口来完成的，把一个抽象接口映射到具体协议中就可以实现实际的物理接口，当 然，也可以把多个抽象接口同时复用在一个物理接口上。 图2 1a s o n 体系结构图 a s o n 中三个平面分别完成不同的功能。同传统网络类似，传输层仍然负 责业务的传送，但这时传输层的交换动作是在管理面和控制面的作用之下进行 的。控制面和管理面都能对传输层的资源进行操作。这些操作动作是通过传输面 与控制面和管理面之间的接口来完成的。同时管理面在结构中是作为高层管理者 的作用出现的，在管理面中存在着三个管理器，分别是控制面管理器、传输面管 理器和资源管理器，这三个管理器是实现管理面同其它平面之间相应功能的代 理。此外，从图2 1 中还可以看出，网络的运行需要数据通信网d c n ( d a t a c o 瑚m u n i c a t i o nn e t w o r k ) 的支持，d c n 提供承载信令和管理信息的通信通道。 第6 页共8 4 页 北京邮电大学硕：l 生毕业论文 2 1 a s o n 的控制平面 同传统的光传输网相比较，a s o n 一个明显的不同就是控制平面的引入， 这一平面的引入给整个光网络带来了前所未有的变化。控制面的基本功能是通过 信令来支持端到端的连接的建立、释放和维护，并通过路由来选择最合适的通道； 与此紧密相关的需求还有相应的命名和寻址方案。在过去的观念中，交换业务和 租用线业务很不一样，交换业务是指用信令控制协议建立连接来提供的业务，而 租用线业务是指通过网络管理协议建立连接来提供的业务。这种区分有很大的人 为性，主要源自于过去人们将传输和交换截然分开的惯性。但这种区分正在渐渐 变得模糊，特别是在软永久连接s p c ( s o rp e m a n e n tc o m l e c t i o n ) 的建立中已经 很难再作这样的区分。软永久连接具有租用线业务的特征，但它是通过信令协议 来建立连接的。建立这种连接的主要好处是它消除了通过网管协议建立准静态连 接的反应迟缓的毛病，而引入了对变动的、持续时间更短的连接的反应快速的优 点，这样，网络的利用率也得以大大提高。当前，在a s o n 控制平面相关协议 的制定中，主要有i t u t ，a s n i ，i e t f 和o i f 等国际标准化组织在这方面进行。 标准化工作。i t u t 从原有的相关传输网的标准出发，提出了基于重叠模型的 d a s o n 的概念，主要集中于网络要求和网络的框架体系结构的规范以提供一个通 过控制平面统一配置网络资源的目的，主要是通道的建立、拆除和维护。i e t f 则从扩展多协议标签交换m p l s 出发，提出了基于对等模型的g m p l s 的概念， 主要集中于通过将标签概念通用化实现一个多层嵌套的灵活通道建立机制。o i f 则把注意力放到了用户网络接口( u n i ) 和网间接口( n n i ) 的具体实现方面。 当然，由于i p 的成功发展，信令协议和网管协议都倾向于建立在t c p 佃 的基础上，a s o n 和g m p l s 都传承以往网络研究中的经验和教训，选用的信令 和路由协议有许多相同之处，所以a s o n 和g m p l s 有互相融合的趋势。以下 的描述主要参考了a s o n 标准中的观点。 从层次模型的观点a s o n 网络的控制面可以分为多个管理域( d o m a i n ) ， 一个管理域内可以根据不同原因被划分为多个子域，每个子域内可以包含多个子 网络。不同的管理域之间以及同一个管理域的不同子域之间通过外部网络节点接 口( e n n i ) 来交流信息，而同一个子域内的不同子网之间是通过内部网络节点 接口( i n n i ) 来交流信息的。客户和控制网络之间则是通过客户网络接口( u n i ) 来进行信息交流。 在a s o n 控制层面中主要有5 种控制结构元件，即连接控制器( c c ) 、路 由控制器( r c ) 、链路资源管理器( l r m ) 、业务量策略( t p ) 及呼叫控制器等。 按照所需的功能，元件可以有不同的结合方式，而每一个元件是按其在参考结构 第7 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 中的主要功能来描述的。 1 ) 连接控制器负责链路资源管理器、路由控制器以及对等的或下一级的 连接控制器之间的协调工作，以便实现连接建立和释放，现有的连接 参数修改管理和监控等功能。 2 ) 路由控制器响应来自连接控制器对建立连接所需路由信息的请求，所 需信息可以是端到端的( 例如源路由) ，也可以是下一跳信息。此外， 还要响应用于网管的拓扑信息请求。 3 ) 链路资源管理者主要负责s n p p ( s u b _ n e t w o r kp o i n tp 0 0 1 ) 链路的管理， 其中包括s n p ( s u b n e t w o r kp o i n t ) 链路连接的分配和去分配，提供 拓扑和状态信息。目前主要使用两种l 蹦元件，即l r m a 和l 砌泡， 而s n p p 链路由一对l 蹦a 和l 蹦z 元件来管理，分别管理链路的每 一端，申请分配s n p 链路连接的请求仅指向l 蹦a 。 4 ) 流量监管元件是策略端口的子集，其角色是检查输入用户连接是否正 在按照约定的参数发送业务流。当连接违背约定的参数时，t p 可以采 取措施来纠正上述情况。需要注意在连续比特流传送网中，由于业务 流只能按照事先分配的规定带宽通道传送，因而上述流量监管功能是 不需要的。 5 ) 呼叫是利用呼叫控制器实现控制的，有两类呼叫控制器元件，即主叫 被叫方呼叫控制器和网络呼叫控制器。主叫被叫方呼叫控制器与呼 叫结束有关，可以与末端系统共处一地或者处于远端，其作用是作为 末端系统的代理，既可以扮演主叫或被叫方呼叫控制器的角色，又可 以同时扮演两者的角色。另一方面，网络呼叫控制器则提供两个角色， 既支持主叫方，又支持被叫方。网络呼叫控制器的主要功能有输入呼 叫请求的处理，输出呼叫请求的生成，呼叫终结请求的生成，呼叫终 结请求的处理，基于确认呼叫参数、用户权利和接入网络资源策略的 呼叫许可控制以及呼叫状态管理等。 a s o n 控制平面还包括信令协议，路由协议和链路资源管理等协议，其中 信令协议用于分布式连接的建立、维护和拆除等管理；路由协议为连接的建立提 供路由服务；链路资源管理用于链路管理，包括控制信道和传送链路的验证和维 护。 2 2 a s o n 的路由机制 对于a s o n 的路由机制，i t u tg 7 7 15 定义了在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、路径选择、 第8 页共8 4 页 北京邮电大学硕二| 二生毕业论文 路由属性、抽象信息和状态图转移等功能组成单元。g 7 7 1 5 的目的是提供一种与 协议无关的方法，用来描述用于a s o n 的路由技术。路由消息是通过数据通信 网络( d c n ) 进行传送，g 7 7 1 2 规范了d c n 的一种可能的实现方式。为了提供 路由服务，需要事先了解网络资源的情况。这些资源可以通过人工配置，也可以 是自动发现。 2 2 1 体系结构与功能部件 路由体系结构包括与协议无关的部件如链路资源管理器( l 州) 和r c ， 以及与协议相关的部件如协议控制器( p c ) 。r c 处理用于路由的抽象信息。p c 依据信息经过的参考点( 如e n n i ，i n n i ) 处理与协议相关的消息，并将路由 原语传递给r c 。图2 2 给出路由功能部件的一个示例。 图2 - 2 路由功能部件不例 路由控制器( r c ) ：r c 的功能包括与对端r c 交换路由信息，并通过对 路由信息数据包的操作回复路由查询( 路径选择) 。r c 是与协议无关的。 路由信息数据库( r d b ) ：r d b 存储本地拓扑，网络拓扑，可达性和其 它通过路由信息交换获得的信息，以及配置信息。r d b 可以包含多个路 由域的路由信息。r c 可以接入r d b 的一个视图( 关系数据库的专用名 词。视图是一个虚表，它自己没有存储空间，而是从实际存放在数据库 中的表中导出的。视图用法与物理表相同，并可使不同用户看到同样数 据的不同格式，以及利用授权模式控制用户对敏感数据的存取) 。图2 的 虚线框表示了这种关系。r d b 是协议无关的。由于r d b 可以包含多个 路由域的路由信息( 即可能是多层网络) ，因此接入r d b 的r c 可能共 第9 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 享路由信息。如图2 3 所示。 图2 3r d b 与多r c 路由域的关系 _链路资源管理器( l 蹦) ：l 蹦向r c 提供所有s n p p 链路信息，并将 其控制的链路资源的任何状态改变告知r c 。 一 协议控制器( p c ) ：p c 将路由原语转换成特定路由协议的协议消息，因 此是与协议相关的。p c 还处理用于路由信息交换的与协议相关的控制信 息。 2 2 2 分级路由 a s o n 路由结构支持g 8 0 8 0 中定义的不同的路由方式，如分级路由 ( h i e r a r c h i c a lr o u t i n g ) ，逐跳路由( s t e p - b y s t e pr o u t i n g ) 和源路由( s o u r c e - b a s e d r o u t i n g ) 。并且也对路由信息表达方式的不同进行了抽象，如链路状态，距离矢 量等。a s o n 路由体系结构在网络中被分割为多个路由域r a ( r o u t 迦缸e a ) ， 并对网络资源进行了分配后使用。 这些单个路由域的服务是通过路由执行器r p ( r o u t i n gp e r f o n n e r ) 来提供 的，而r p 可以看作是路由控制器r c ( r o u t i l l gc o n 仃0 1 1 e r ) 的联合体。 r c 的实现可以是一组分布式的实体，这组实体被称为一个路由控制域 r c d ( r o u t i n gc o n t r 0 1d o m a 证) 。r c d 是一个抽象的实体，它隐藏了路由控制域 的内部细节，而提供与r c 分布式接口相同特征的接口。r c d 之间交换的路由 信息的本质是捕获r c 分布式接口之间交换路由信息的语义，并允许每个路由控 制域内可以使用不同的表达方式。r c d 的实现依赖于具体的实施方式。 第1o 页共8 4 页 北京邮电大学硕二i 二生毕业论文 r a ，r p ，r c 和r c d 之间的关系如图2 4 所示，r a 包含r a ，递归的定 义了连续的分级路由等级。一个独立的r p 与一个路由域相关联。这样r p r a 和 路由域r a 关联，而r p r a 1 和i 冲r a 2 各自与路由域r a 1 和r a 2 关联。依此兰 类推，r p 自身是由分布式的r c 来实现的，r cl 由r p r a 而来，r c 2 由r p r a 一 和r p r a 2 而来。可见r c d 分布式接口与r c 分布式接口的特征是一致的。 隐 一 一 一 、 7 钾7 叩， r c d 分布式接| = i 的 特征= r c 分布武 接口的特征 图2 4r ar pr c 和r c d 之间的关系 2 2 3 路由消息及其分布拓扑结构 通过路由协议传播的路由消息中主要携带：节点属性信息、链路属性信息 和用于表示由于连接的建立和删除而带来资源变化的信息( 如路由域拓扑信息) ， 同时策略控制和安全方面的属性信息应该被考虑。节点属性主要包括：可达性和 相关多样性。可达性属性提供了通过特定节点可到达的节点集合。典型的就是显 式地址摘要列表，可到达的地址前缀作为属性用于路径信息。地址必须和s n p p 、 子网关联。相关多样性属性：代表节点用于限制路径选择的所有权a 可能是个别 节点共享风险链路组( s r g ) i d 的列表。而链路属性的最小集合是链路状态和 相关多样性。链路状态是由 三元组表示。链路 相关多样性属性与节点相关多样性属性相似。 根据路由功能，路由消息分为：邻近维护消息和携带网络路由信息的消息 以及网络路由异常和错误消息。如图9 所示邻近维护消息在协议控制器p c 间交 换，p c 包含逻辑邻近关系表，通过自动建立或者手工配置。而事件( 见表2 1 ) 机制被r c 用于控制邻近r c 之间路由信息的传输。当邻居关系建立以后，p c 第1 l 页共8 4 页 ( 琴 北京邮电大学硕= | = 生毕业论文 来维护这种邻近关系a 路由信息是网络相关信息( 节点和链路属性) 抽象代表。 u n i 不存在路由信息交换，主要在n n i 间进行，但受到策略的约束。路由信息 消息( 见表2 ) 在邻近路由控制器r c 间交换，被路径选择算法利用在网络中计 算和路由连接请求，其边界就是路由域。这些消息的传播是通过本地逐跳交换或 者网络洪泛机制实现的。当错误情况影响路由进程时，通用的通知信息被定义产 生来在路由域中报告错误和异常情况。 事件 说明 r a d j - c r e a t e 表明一个新的邻近关系已经被初始化 r a 由d e l e t e 表明邻近关系被删除 r a d j u p表明双向邻近关系被建立 r a d j d o w n 表明双向邻近关系丢失 表2 1 邻近r c 之间的路由事件 r i m e s s a g e 说明 对r d bs y n c此消息有助于对两个相邻r c 之间整个路由信息数据库的同 步? 在初始化过程中被执行，以后周期被执行 对a d d 一旦新的网络资源被增加，相关路由信息通过此消息被广播以 至于增加到r d b 中 r id e l e t e一旦网络资源被删除，相关路由信息通过此消息从i m b 中删 除 r iu p d a t e 一旦现存网络资源改变，相关路由信息通过此消息重新广播以 至于更新r d b 中相关信息 r l q u e r y ： 需要的话，r c 能发送路由查询消息给它的附件邻居为了得到 特定路由的相关信息 r en o t i f y 当在路由进程中有异常和错误出现时产生此消息 表2 2 路由消息信息列表 同时为了在路由域中管理路由消息的发送和接收，r c 中存在3 种不同的 有限状态机的转移图。 r im e s s a g e s 路 图2 5r c 中不同的有限状态机转移图 当路由域中的路由执行器作为一组分布式的r c 被实现时，关于网络拓扑 和可达性信息必须被传播和用于与其他r c 协商。对等r c 间路由信息传递的方 第12 页共8 4 页 北京邮电大学硕= l 二生毕业论文 法与源端位置和信息的使用者无关。不同的拓扑用于传递路由信息：( 注：下图 中节点n o d e 代表一个路由域或一个子网) 1 ) 一致拓扑：如下图所示r c 和节点拓扑结构全等。由于传送网采用完 一 全的网格连接，所以大量冗余信息周期性增长。jj ir a n s p o r tl l n k 一一一一一r o u t i n ga ( 1 i a c e n c y oj o d e or o u t i n gc o n t r 0 i l e r 图2 6 一致拓扑 2 ) 星状拓扑：如下图所示在路由域中基于一个或多个路由消息服务器为 中心的星状拓扑，网络中每个r c 维护着与路由消息服务器的关联。 消息服务器反过来又将从一个r c 接收到的路由消息传递给路由域中 其他与自己关联的r c 。当在路由域中增加一个r c 时，路由消息服务 器关联r c 的数量线性增加。由于所有r c 发出的路由消息都要经过路 由消息服务器，所以在路由消息服务器上设置路由信息分布策略加以 控制。但此方法可能导致在相同数据通信网d c n ( 因为两个不同的r c 可能通过相同的d c n 链路到达) 链路上传送多次相同路由消息，一种 解决方法就是部署迂回路由消息服务器以增加路由消息传输弹性。 口r o l l t i n gm e s s a g es e r v e r 图2 7 星状拓扑 第13 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 3 ) 受管理拓扑：如下图所示指路由域包含的网络中r c 转发路由消息是 根据预先定义或实施的分布式拓扑来实现的。因为是网络管理员定义 分布式拓扑，就可以考虑d c n 拓扑的特点，并且将冗余路由消息的传 递减小到最低程度口这种拓扑将覆盖整令路由域中的r c 。 2 2 4 与口网络路由的不同 图2 8 受管理拓扑 在p 网络中，数据转发是逐跳进行的，不需要事先建立连接。而在基于电 路交换的光网络中，数据的交换是基于端到端的，需要事先建立连接a 另外，在 i p 网络中，每个路由器根据i p 数据包中的目的地址进行独立的路由选择。因此， 为了防止错误路由或路由循环，每个节点必须使用相同的网络拓扑数据库和路由 算法。与之相反，在光网络中，请求建立连接时就给出路由选择，并且在传送连 接建立请求时不会影响已有的业务。 由于光网络中的路由协议并不直接参与数据平面的交换，因此可以认为其 是不影响业务的。例如，拓扑和资源状态的不准确可能影响新的连接( 或恢复连 接) 的建立，但是不会拆除已有的连接。这就使得光网络的路由协议可以非常灵 活地包含各种新的信息。事实上任何有助于路由计算或业务区分的信息都可以包 含在路由协议中，这些信息可以是标准的，也可以是厂家专用的。由于光网络中 的连接是显示路由的，并且对于某一特定的连接，路由计算是由单一网元完成的， 因此不同的网元不需要使用相同的路由算法。事实上，对于相同的信息，不同的 路由算法可以采用不同的处理方式。 光网络中的带宽统计也要比i p 网络简单，从而使得带宽资源的管理更加容 易。这将影响保护和恢复带宽如何分配。在i p 网络中，可以事先配置好保护通 道，而在失效发生以前并不占用网络资源。在电路交换网络中，建立保护通道通 常需要占用相应的资源。这一基本的不同限制了直接将i p 网络中的一些流量工 程机制应用于光网络之中。 第14 页共8 4 页 北京邮电大学硕士生毕业论文 邻居发现过程是许多域内i p 路由协议的基本功能。光网络中的邻居发现则 是由其它的自动发现机制来实现的。在光网络中，这一过程除了基本的邻居发现， 还包括链路相关属性的发现。尽管大部分控制平面信息的传送可以是带内或带外 方式，部分自动发现的信息必须在带内传送。i t u tg 7 7 1 4 定义了自动发现过程 的基本模型，i e t f 的l m p 协议定义了一种通用的实现方式。 2 3 a s o n 仿真平台的实现 此平台是根据i t u 对a s o n 的规范g 8 0 8 0 而构建，节点由连接控制器c c ( c o n n e c t i o nc o n t r 0 1 1 e r ) ，路由控制器r c ( r o u t ec o n t r o l l e r ) ，链路资源管理器 l r m ( l i n kr e s o u r c em a n a g e r ) 几个主要的部分组成，此外添加了对呼叫信令的 处理，由c a l l c ( c a l lc o n t r o l l e r ) 来实现。在信令方面，该平台采用了g 7 7 1 3 2 【13 】【1 4 】，路由层面采用了o s p f 。 2 3 1 仿真平台体系 在a s o n 中节点收到消息后，交换连接开始的呼叫过程是由呼叫控制器 ( c a l l c ) 来完成的。而l r m 、r c 、。c c 是协议无关的组件。当接收到一个链路 连接分配请求时，c c 调用l r m 连接接纳管理功能，决定是否还有足够的空余 资源建立一条新的连接；r c 为连接控制器提供所负责域内的连接路由信息；策 略组件检查进入的用户连接是不是在根据前面达成的参数来传输业务： 与协议相关的组件协议控制器p c ( p r o t o c 0 1c o n 仃0 1 1 e r ) 依据信息经过的参 考点( 如e n n i ，i n n i ) 处理与协议相关的消息，并翻译成为消息原语。判断 是由c c 还是c a l l c 处理，调用r c 中的路