（光学工程专业论文）自动交换光网络路由控制模块研究.pdf

摘要 智能光网络是下一代光网络发展的主要趋势，而自动交换光网络( a s o n ) 则是智能光 网络的典型代表。它通过引入控制平面并结合通用多协议标签交换( g m p l s ) 协议实现连 接的自动建立和拆除，并在相应机制下完成网络故障的动态保护和恢复。a s o n 的基本功能 模块包括三个部分：路由、信令和链路管理。由于采用了新的网络体系结构，仅使用路由 协议不能实现路由功能，因为路由协议只负责网络资源和链路状态的泛洪，而没有路径计 算功能，该功能由路由控制器( r c ) 在g m p l s 的控制下完成。路由控制器( r e ) 是a s o n 控制平面已定义的六大功能组件中实现路由的关键组件，它既要在源和目的节点之间找到 一条路径，实现路径的动态选择和配置，还要确保该路径满足业务的流量工程等约束需求， 为用户提供可靠性服务。因而，可以说路由控制器( r c ) 是a s o n 控制平面为用户提供约 束式链路的关键部分。 本文主要研究路由控制器如何实现。论文首先介绍了自动交换光网络开放式最短路径 优先( o s p f ) 路由协议，详细分析了o s p f 的工作原理，然后对路由控制器( r c ) 的功能进 行分析，探讨路由控制器在传送和控制平面内如何路由以及如何同其它组件进行交互，在 此基础上，设计了路由控制器的结构模型，并用统一建模语言( u m l ) 对其建模，分析了 各模块的功能以及各模块完成路由的协作过程，同时，本文选择v c + + 6 0 作为仿真平台， 对基于多协议标签交换( g m p l s ) 协议的路由控制器( r c ) 进行仿真，实现了单路由域 内，单条或多条通用交换路径( g - l s p ) 的连接，释放，拒绝，重路由以及对等r c 路由信息 交换等功能，并通过节点控制平台显示了通用标签交换路径的连接和资源分配情况，完成 路由控制器对链路的分配和管理，基本实现了路由控制器的功能，有效提高了所选链路的 可靠性。 文章最后进行了总结，提出了还需要进一步研究的问题。 a b s t r a c t t h ei 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 ) i st h em a i nt r e n do ft h en e x tg e n e r a t i o no p t i c a l n e t w o r l ( s m o r e o v e r , t h ea u t o m a t i c a l l ys w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) i s ar e p r e s e n t a t i o n o fi o n a s o nt u r n st ob ea l li n t e l l i g e n tn e t w o r kb yi m p l e m e n t i n ga c o n t r o lp l a n e t h ec o n t r o l p l a n ec a ns e tu pa n dt a k ed o w nal s p t u n n e la u t o m a t i c a l l yu n d e rt h ec o o p e r a t i o no fg m p l s p r o t o c o l s ，a n dc o m p l e t et h ep r o t e c t i o na n dr e c o v e r yo f n e t w o r kf a i l u r e s a c c o r d i n gt oi t sf u n c t i o n s ，a s o ni sd e p a r t e di n t ot h r e eb a s i cm o d u l e s ：r o u t i n g ，s i g n a l i n g a n dl i n km a n a g e m e n t b e c a u s eo ft h en e w l ya r c h i t e c t u r eo fa s o n ，t h er o u t i n gf u n c t i o nc a l l tb e f i n i s h e di u s tb yr o u t i n gp r o t o c o l s i na s o n ，t h er o u t i n gp r o t o c o li sr e s p o n s i b l ef o rt h ef l o o d i n g o fn e 似o r ks t a t e sa 1 1 dr e s o u r c e s ，j u s tw i t h o u tt h er o u t i n gc o m p u t a t i o n ，w h i c hi si m p l e m e n t e db y r o u t i n gc o n t r o l l e r ( r c ) w i t hg m p l sc o n t r 0 1 r ci st h ek e yc o m p o n e n t o fs i xm a j o rf u n c t i o n a l c o m p o n e n t si na s o nc o n t r o lp l a n e i ti s n o to n l yt of i n dap a t hb e t w e e nt h es o u r c ea n d d e s t i n a t i o nn o d eb yw h i c ht oi m p l e m e n tt h ed y n a m i cs e l e c t i o na n dc o n f i g u r a t i o no f t h ep a t h ，b u t a l s ot oe n s u r et h a tt h ep a t hs h o u l dm e e tt h eb u s i n e s sc o n s t r a i n t s ，s u c ha st r a f f i ce n g i n e e r i n g r e q u i r e m e n t s ，t op r o v i d e u s e r sw i t ht h er e l i a b i l i t yo fs e r v i c e s h e n c e ，t h er o u t i n gc o n t r o l l e r ( r 9 ) i sak e yp a r tt op r o v i d ec o n s t r a i n t b a s e dl i n k sf o rc o n n e c t i o n s i na s o nc o n t r o lp l a n e t l l i sa r t i c l ei st od or e s e a r c ho nt h er o u t i n gc o n t r o l l e ri m p l e m e n t a t i o n t h i st h e s i sf i r s t l y i n t r o d u c e so s p fr o u t i n gp r o t o c o li na s o na n dd e t a i l e da n a l y s e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fo s p e t h e n i ta n a l y s e sr o u t i n gc o n t r o l l e r sf u n c t i o na n da r c h i t e c t u r e ，m a i n l yd i s c u s s e sh o wr c i m p l e m e n t sr o u t i n ga n d i n t e r a c t sw i t ho t h e rc o m p o n e n t si na s o n a f t e rt h a t ，w ed e s i g nr o u t i n g c o n t r o l l e r ( r c ) ，sn o v e la r c h i t e c t u r ew i t hu m l ，a n da n a l y s e st h ef u n c t i o no fe a c hm o d u l ea n d h o wt oc o o p e r a t et oc o m p l e t et h er o u t i n gp r o c e s s t h i sp a p e ru s e sv c h 6 0a s s i m u l a t i o n p l a t f o r mt oi m p l e m e n tr o u t i n gc o n t r o l l e r ( r c ) b a s e do ng m p l s u s i n gr s v p - t e s i g n a l i n g ， t h er cm o d e la c h i e v e sf u n c t i o n ss u c ha st h es e t u p ，d e l e t i n g ，r e j e c t i o n ，r e r o u t i n go fg - l s p a n d t h ee x c h a n g i n go fr o u t i n gi n f o r m a t i o nb e t w e e np e e rr c i nt h es i n g l er o u t i n ga r e ao fa s o n t h e r cm o d u i eu s e st h en o d ec o n s o l et od i s p l a yt h es t a t e so fg - l s pa n dr e s o u r c ed i s t r i b u t i o n ，a n d f i n i s ht 1 1 er e s o u r c ed i s t r i b u t i o na n dm a n a g e m e n tf u n c t i o no ft h er o u t i n gc o n t r o l l e r ( r c ) 。 b a s i c a l l y ，r cm o d u l ei m p l e m e n t sr o u t i n gc o n t r o l l e r sf u n c t i o n ，a n de f f e c t i v e l yi m p r o v e st h e r e l i a b i l i t yo ft h es e l e c t e dl i n k f i n a l l y ， s o m ep r o b l e m st h a tn e e dt ob es o l v e di nt h ef u t u r ea r e1i s t e d 缩略词 g m p l s ：g e n e r a l i z e dm u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，通用多协议标签交换。 r c ：r o u t i n gc o n t r o l l e r ，路由控制器。 l r m ：l i n kr e s o u r c em a n a g e m e n t ，连路资源管理器。 c c ：c o n n e c t i o nc o n t r o l l e r ，连接控制器。 q o s ：q u a l i t yo fs e r v i c e ，服务质量。 r d b ：r o u t i n gd a t a b a s e ，路由信息数据库。 l s a ：l i n ks t a t ea d v e r t i s e m e n t ，链路状态公告。 a b r ：a r e ab o u n d a r yn o d e ，域边界节点。 a s o n a u t o m a t i c a l l ys 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。 l p t ：l i n kp r o t e c t i o nt y p e ，链路保护类型。 s r l g ：s h a r e dr i s kl i n kg r o u p ，共享风险链路组。 c p ：c o n t r o lp l a n e ，控制平面。 t p ：t r a n s p o r tp l a n e ，传输平面。 m p ：m a n a g e m e n tp l a n e ，管理平面。 t i e 链路：t el i n k 。一个或多个数据链路绑定成单一的流量工程( t e ) 链路。 n o d ei d ：用来识别节点的标识符。 l i n ki d ：用来识别t e 链路的标识符。 i n t e r f a c ei d ：用来识别数据链路的标识符。 g - l s p - g e n e r a l i z e d l a b e ls w i t c h i n gp a t h ，通用标签交换路径。 o x c ：o p t i c a lc r o s sc o n n e c t i o n ，光交叉连接节点，支持波分和空分交换。 s l a ： s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，服务等级协议 r s v p ：r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，资源预留协议 u n i ：u s e r - n e t w o r ki n t e r f a c e 用户网络接口 i - n n i ：i n t e r i o r n e t w o r k n e t w o r ki n t e r f a c e 内部网络到网络接口 e - n n i ：e x t e r i o rn e t w o r k n e t w o r ki n t e r f a c e 外部网络到网络接口 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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的地方外，论文不含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得南京邮电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己在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：绰日期：2 炒日 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期间的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部 办理。 研究生签名：幺企毖导师签名： 日期：捌f 棚 1 1 引言 第一章绪论 a s o n 由三大平面组成：传送平面、控制平面和管理平面。其中，控制平面的基本功 能包括：在传送平面建立和释放多种形式的连接、维护端到端的连接、连接接纳允许控制、 路由选择、连接和资源管理等。目前，在a s o n 控制平面中定义了六大功能组件，分别 是连接控制器( c c ) ，路由控制器( r c ) ，链路资源管理器( l r m ) ，呼叫控制器( c a l l c ) ， 协议控制器( p c ) 和流量策略( t p ) 。这些组件协同工作来完成光链路的多种动态操作， 例如连接的建立、释放和维护。如下图1 1 ： 图l - 1 控制平面六大功能组件 其中，路由控制器( r c ) 组件是指在a s o n 网络中按照用户对链路的约束性需求执行路 由选择，提供路由服务的功能部件，是a s o n 网络路由结构的基本组成部分。 路由控制器( r c ) 的主要功能是负责收集和分发拓扑和网络资源信息，并且对路经计 算请求给与响应。g 8 0 8 0 已经定义了功能架构，但并没有描述怎么实现路由控制器。本文 提出了一种新的路由控制模块架构，在其中使用r s v p t e 信令。另外，本文还开发了路 由控制器软件，基本实现了路由控制器的路由计算和对等r c 的信息交互功能。 1 2 本文主要工作及创新点 本文所做主要工作如下： 1 ) 对约束式路由算法( c s p f ) 进行了研究，在此基础上设计并实现了一种适用于a s o n 的基于s r l g 的c s p f 算法，并在路由控制模块的路径计算中使用，有效提高了所选链路 直宝塑! 皂叁堂亟雯f 壅生堂僮迨塞塑二至缝盗 的可靠性。 2 ) 分析了a s o n 控制平面路由相关组件，尤其是路由控制器( r c ) 组件，掌握其基 本功能和模块组成，在此基础上设计了a s o n 控制平面路由控制器的结构模型。 3 ) 利用统一建模语言( u m l ) 及v c h 6 0 开发平台，对路由控制器建模并完成了软 件开发。 本文创新点： 1 ) 提出j 耘的 路由控制模块结构模型。 2 ) 利用统一建模语言( u m l ) 完成路由控制模块的面向对象建模。 3 ) 完成路由控制模块的软件设计和开发。 1 3 论文结构 论文共分六章，各章节内容如下： 第一章：主要介绍了本文所做的主要工作及创新点，以及论文的结构。 第二章：介绍了a s o n 路由协议，并对g m p l s 对路由协议的扩展进行了探讨。 第三章：详细探讨了路由控制器在相关平面内路由过程以及与控制平面其他组件的交 互。 第四章：分析了路由控制器单域内路由过程，设计了路由控制模块，并用统一建模语 言( u m l ) 对其进行静态和动态建模。 第五章：对路由控制器软件进行仿真，基本实现了路由与对等r c 信息交互等基本功能。 最后一章为全文的总结，并提出了需要进一步研究的问题。 2 第二章a s o n 路由协议分析 智能光网络的控制平面可以实现路由、信令和链路资源管理这三个方面的功能，其中 路由功能的实现是最为复杂的，它不仅负责网络内拓扑结构发现及网络资源使用信息的获 取分发，还要根据各种约束需求计算出最佳路由。目前国际三大标准化组织都提出了路由 协议的相关草案：i t u t 的g 7 7 1 5 y 1 7 0 6 定义了a s o n 网络的路由结构和路由需求，但 是对于具体的协议实现并没有给出建议。另一方面i e t f 的g m p l s 控制平面协议体系对传 统的开放最短路径优先协议( o p s f ) 和中间系统协议( i s i s ) ，进一步进行扩展实现光网络的 流量工程，g m p l s 提出的路由协议草案主要实现网络路由域内的拓扑结构和网络资源信 息的分发。而o i f 组织正在进行u n i 和e - n n i 接口标准的制定工作，并要求e - n n i 和i - n n i 路由协议的选择相互独立。 2 1a s o n 路由的特点 a s o n 作为一种新型的智能光网络，它与传统的i p 网络在路由方面有着明显的差异。 主要表现在： 1 ) 连接的建立方式 在传统的i p 网络中，数据转发是基于逐跳进行的、面向无连接的方式，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、面向连接的方式， 需要事先建立连接。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。而且，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，在请求建立连接时就给出路由选择路径，并 且在传送连接建立请求时不会影响已有的业务。 2 ) 路由协议的特点 在光网络里，路由协议被用来更新网络拓扑和资源状态信息，但不涉及数据转发。由 于路由协议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，这些信息可以采用标准的信息格式，也可以 是厂家专用的。由于光网络中的连接是显式路由，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 3 壶瘟唑盘太堂亟婴窒生堂焦迨塞笠= 三璧曼q 丛堕由坯丛坌查匣 息，不同的路由算法可以采用不同的处理方式。 3 ) 带宽资源的管理 光网络中的带宽统计要比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。 4 ) 邻居发现过程 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。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。 5 ) 控制和传送通道的分离 i p 网络和光网络路由的另一个区别是控制平台和数据平台拓扑的分离。不像i p 数据网 络，其中控制平台嵌在同样的数据信道里( 即在带内传送控制信令) ，光网络实现了数据和 控制信道的分离，通常控制信息以带外方式( 纤外或纤内带外) 携带。 2 2a s o n 路由体系结构 a s o n 的路由功能体系结构主要由控制平面功能组件组成，包括链路资源管理器( l r m ) 、 路由控制器( r c ) 、协议控制器( p c ) 等。 图2 - 1 给出了a s o n 功能组件图1 1 1 1 的一个示例。 其中各个功能组件的作用如下： 1 ) 路由控制器( r c ) r c 的功能主要包括与对等端的r c 交换路由信息，并通过对路由信息数据库的操作来 回复路由查询( 路径选择) 信息。r c 与具体的协议无关。 2 ) 路由信息数据库( r d b ) r d b 负责本地拓扑、网络拓扑、可达性和其它通过路由信息交换获得的信息，还可以 包括配置信息。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，并获 得相应的信息。图2 1 的椭圆框表示了这种关系。r d b 与具体的协议无关。由于r d b 可以 包含多个路由域的路由信息，因此接入r d b 的r c 可共享路由信息。 7 。一“、 富悯r 毒 厶 运乏圣：岁 害一肌咖 。 路由数据库 r r n r 、 影 q ， ql 厂l 1 一苫协议控p c 、 具体协议沉具体协议流 图2 一la s o n 路由功能部件图 图2 - 2 所示为本地路由信息数据库( r d b ) 的逻辑结构。x 轴和y 轴代表节点，通过x 轴和y 轴确定的节点，网络拓扑就被确定了，或者说，我们就知道了网络中所有的流量工 程( t e ) 链路。z 轴表示链路和节点的属性，包括共享风险组( s r g ) 、带宽以及保护类型 等等。 y 图2 - 2r d b 的逻辑结构 x 3 ) 链路资源管理器( l r m ) l r m 负责向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的改变告 知r c 。 4 ) 协议控制器( p c ) p c 将路由的原语转换成特定路由协议的协议消息，因此，p c 是与协议相关的。p c 还 5 负责处理用于路由信息交换并与协议相关的控制信息。 2 3a s o n 路由协议【2 7 l 建立一个光通道包含三个部分：资源发现、通道选择和通道管理。路由协议在资源发 现过程中起着重要的作用。a s o n 路由协议包括域内和域间两部分。对于域内路由，网络 内部节点之间可以通过扩展的内部网关协议进行信息交互，达到整个域内资源的统计和分 发、获得相应网络资源的链路属性( 如，网络连接性、链路容量和特殊的资源约束等) 。 o s p f t e 和i s i s 同属于内部网关协议，利用o s p f t e 或i s i s t e ，结合光属性和流量属 性，可以使节点之间相互交换有关光网络的拓扑信息、资源可用性和策略信息，最终可以 为r w a 算法提供相关数据，选择并建立有特别资源或策略约束的光通道。 2 3 1o s p f 协议概述 o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) 协议是一种基于链路状态的内部路由协议，被设计为运 行在一个单独的自治系统( a s ) 内部，通过路由控制器之间通告网络接口的状态来建立并 维持整个自治系统内链路状态数据库的一致，描述这个a s 的拓扑1 2 1 1 。路由控制器的路由 表通过创建一个最短路径树来计算出来。每个o s p f 路由控制器将最终使用这些最短路径 树构造路由表项。在拓扑频繁变化的网络中，o s p f 路由协议仅用很小的流量便可以使全 网的路由控制器快速的了解网络的变化情况，并有效的重新计算出路径。o s p f 协议自身 的设计特点，决定了其固有的稳定性和健壮性，不容易受到有害路由信息的影响。 2 3 1 1 协议工作原理 运行o s p f 协议的路由域内的路由器会通过交换链路状态信息，维护一个本地的链路 状态数据库，然后通过每台路由控制器自身的s p f 算法，计算出自己的路由表。o s p f 的 基本要素包括：链路状态公告( l s a ) 、链路状态数据库( r d b ) 、o s p f 路由控制器之间 的通信、邻居路由控制器的发现与保持、数据库同步以及路由选择计算等f 2 4 】。o s p f 共有 五种数据报文，不同类型的数据报文具有不同的功能，如下表2 1 ： 表2 1o s p f 基本数据报文类型 6 类型 名称 功能 lh e l l o 发现并维持邻居关系包 2d a t a b a s ed e s c r i p t i o n 描述链路状态数据库内容包 3l i n ks t a t er e q u e s t 数据库内容下载请求包 4l i n ks t a t eu p d a t e 数据库更新包 5 l i n ks t a t ea c k 泛洪信息应答包 o s p f 通过以上五种类型的报文，完成基本路由功能。具体工作过程如下： 当一个o s p f 路由控制器初始化时，首先初始化路由控制器自身的协议数据库，然后 等待低层次协议( 数据链路层) 提示端口是否处于工作状态。如果低层协议得知一个端口 处于工作状态时，o s p f 会通过其h e l l o 协议数据包与其余的o s p f 路由控制器建立交互关 系。一个o s p f 路由控制器向其相邻路由控制器发送h e l l o 数据包，如果接收到某一个路 由控制器返回的h e l l o 数据包，则在这两个o s p f 路由控制器之间建立起o s p f 交互关系， 这个过程在o s p f 中被称为a d j a c e n c y 。在广播型网络或是在点对点的网络环境中，o s p f 协议通过h e l l o 数据包自动的发现其相邻的路由控制器，在这时，o s p f 路由控制器将h e l l o 数据包发送至一个特殊的多点广播地址，该多点广播地址为a l l s p f r o u t e r s 。在一些非广 播型的网络环境中，我们需要经过某些设置来发现o s p f 相邻路由控制器。在多接入的环 境中，例如以太网的环境，h e l l o 协议数据包还可以用于选择该网络中的指定路由控制器 ( d r ) 。 一个o s p f 路由控制器会与其新发现的相邻路由控制器建立o s p f 的a d j a c e n c y 关系， 并且在一对o s p f 路由控制器之间作链路状态数据库的同步。在多接入的网络环境中，非 d r 的o s p f 路由控制器只会与指定路由控制器( d r ) 建立a a j a c e n c y 关系，并且数据库的 同步。o s p f 协议数据包的接收及发送正是在一对具有o s p fa d j a c e n c y 关系的路由节点间 进行的。 o s p f 路由控制器周期性的产生与其相连的所有链路的状态信息，有时这些信息也被 称为链路状态公告( l s a ) 。当路由控制器相连接的链路状态发生改变时，路由控制器也会 产生链路状态广播信息，所有这些广播数据是通过洪泛的方式在某一个o s p f 区域内进行 的。泛洪是一个非常可靠的过程，它保证在同一个o s p f 区域内的所有路由控制器都具有 一个相同的o s p f 数据库。根据这个数据库，o s p f 路由控制器会将自身作为根，计算出 一个最短路径树，然后，该路由控制器会根据最短路径树产生自己的o s p f 路由表。 两个o s p f 路由控制器建立双向通信后的第二个步骤是进行数据库的同步，数据库同 7 壶宝蜓血厶堂亟型 红生堂僮途塞簋三童曼q 奠堕由协这岔查丘 步是所有链路状态路由协议的最大的共性。在o s p f 路由协议中，数据库同步关系仅仅在 建立交互关系的路由控制器之间保持。 o s p f 的数据库同步是通过o s p f 数据库描述数据包( d d p ) 来进行的。o s p f 路由控 制器周期性的产生数据库描述数据包，该数据包是有序的，即附带有序列号，并将这些数 据包对相邻路由控制器广播。相邻路由控制器可以根据数据库描述数据包的序列号与自身 数据库的数据做比较，如发现接收到的数据比数据库内的数据序列号大，则相邻路由控制 器会针对序列号较大的数据发出请求，并用请求得到的数据来更新其链路状态数据库。 2 3 1 2s p f 算法 s p f 算法是o s p f 路由协议的基础。s p f 算法有时也被称为d i j k s t r a 算法。s p f 算法将 每一个路由控制器作为根( r o o t ) 来计算其到每一个目的地路由控制器的距离，每一个路 由控制器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树， 在s p f 算法中，被称为最短路径树。在o s p f 路由协议中，最短路径树的树干长度，即 o s p f 路由控制器至每个目的地路由控制器的距离，称为o s p f 的c o s t ，其算法为：c o s t = 1 0 0 1 0 6 链路带宽。o s p f 会周期性的进行最短路径树的计算来不断的更新路由表。 o s p f 虽然具有强大的功能，但是i p 路由器采用的o s p f 是为传统路由器设计的，其 链路属性只包括了对应的端口、路由器i d 以及权值等仅有几种，这对于将o s p f 用于更广 阔范围带来了限制。o p a q u e l s a 提供了一种通用的机制用于扩展o s p f 功能。o s p f 包含 三种o p a q u e l s a ，分别是：t y p e - 9o p a q u e - l s a ，t y p e 一1 0o p a q u e - l s a 和t y p e 一1 1 o p a q u e l s a 。三种l s a 分别与不同的作用域相对应。这样，利用三种o p a q u e l s a 便可 以在全网的范围内传递更多扩展的路由信息。 o s p f t e 对o s p f 的流量工程的扩展实质是扩展链路属性，即在o s p f 通告中增加链 路参数1 2 4 。这种扩展提供一种描述流量工程拓扑( 包括带宽和管理限制) 和在一个给定 o s p f 域内分发信息的方法。这个拓扑不需与常规选路的拓扑匹配，但是在描述多接入链 路时需依靠n e t w o r kl s a 。o s p f t e 中的泛洪与o s p f 中的相同。 o s p f - t e 流量工程数据库用途包括：监视扩展的链路属性、本地基于约束的源路由以 及全局的流量工程管理。o s p f t e 中只用到t y p e 1 0o p a q u e l s a ，它在域内洪泛。o s p f t e 定义了一种新的流量工程l s a ，这个l s a 可以描述路由器、点到点链路，和多接入链路 连接。流量工程通过对资源的合理配置，对路由过程的有效控制，使得网络资源得到最优 的利用，在网络的运行中，能够自动的避开网络故障、网络拥塞和网路瓶颈，从而提供可 靠的不同的q o s 的区分业务。 2 4g m p l s 对路由协议的光网络扩展 m p l s 对传统的路由协议进行了扩展( i s i s t e 和o s p f t e ) ，用来支持流量工程。g m p l s 在此基础上又对其进行了扩展和加强，从而支持链路状态信息在光网络中的传送。g m p l s 对路由协议的扩展主要包括对未编号链路的支持、以及对链路保护类型( l p t ) 、共享风险 链路组( s r l g ) 、接口交换能力描述符、带宽编码等的支持。g m p l s o s p f 和g m p l s i s i s 则 分别描述了o s p f - t e 和i s 一工s t e 对扩展功能的具体实现方式 r 4 , 1 5 。这两种路由协议主要用 于内部网络节点接口( i n n i ) 的路由。 1 ) 对未编号链路的支持 m p l s 网络中的所有链路通常都有i p 地址。当网络中计算出一条路径后，将组成该路 径的链路用其i p 地址来标识，并将该信息传送给信令协议，由信令协议建立该路径。因 此，似乎每条链路都必须有i p 地址。但是要为每个光纤、波长和t d m 通道都分配i p 地址 就值得考虑，一个因素是i p 地址匮乏，另一个因素是管理困难。未编号链路可以用来解 决这个问题。 一条未编号链路必须是点到点的链路。链路两端的标签分配路由器( l s r ) 分别为该 链路分配一个标识符。这个标识符是一个非零3 2 比特数字，并且在分配该标识符的l s r 范围内是唯一的。对未编号链路的支持包括传送链路的标识符信息。当一个l s r 广播一条 未编号t e 链路时，广播包括链路的本地和远端标识符。如果该l s r 不知道链路的远端标 识符，则使用0 作为远端标识符。 2 ) 链路保护类型 链路保护类型( l p t ) 表示链路所具有的保护能力】。利用这个信息，路径计算算法可 以建立具有合适保护特性的l s p 。l p t 按等级组织，在建立通道时指定最少可接受的保护 方式，然后利用路径选择算法寻找能够满足条件的路径，g m p l s 支持的保护方案有以下几 种。 额外业务( e x t r at r a f f i c ) ：表示该链路用来保护其它链路。如果该链路保护的任一 链路失效，该链路承载的l s p 将丢失。 未保护( u n p r o t e c t e d ) ：表示没有其它链路保护该链路。如果链路失效，其承载的l s p 9 将丢失。 共享( s h a r e d ) ：表示有一条或多条不相交的额外业务型链路保护该链路。这些额外业 务型链路由一条或多条链路共享。 专用1 ：1 ( d e d i c a t e d1 ：1 ) ：表示有一条专用且不相交的额外业务型链路保护该链路。 专用1 + 1 ( d e d i c a t e d1 + 1 ) ：表示有一条专用且不相交的链路保护该链路。然而，链路 状态数据库并不广播用于保护的链路，因此该链路不能用于l s p 的选路。 增强型( e n h a n c e d ) ：表示该链路使用比专用1 + 1 更可靠的保护方案。 链路保护类型是可选的，如果链路状态广播没有携带该信息，则l p t 未知。 3 ) 共享风险链路组 如果一组链路共享某一种资源，而这种资源的失效可能会影响到所有这些链路，则称 这一组链路为“共享风险链路组”( s r l g ) 。例如，在同一个管道中的两条光纤属于同一s r l g 。 一条链路可以属于多个s r l g 。一个s r l g 用一个3 2b i t 的数字来标识，这个标识在一个 i g p 域内是唯一的。s r l g 信息是链路所属的所有s r l g 的一个无序列表。 一条l s p 的s r l g 是组成该l s p 的所有链路的s r l g 的组合。一条捆绑链路的s r l g 是 所有成员链路s r l g 的组合。如果要求在两个l s r 之间建立多条不同路由的l s p ，计算得到 的路径不应该包含相同的链路，即路径的s r l g 是不相交的。s r l g 信息可以设置一个初始 值，并且不随时间变化。 4 ) 接口交换能力描述符 g m p l s 接口可以具有不同的交换能力。接口交换能力描述符描述接口的交换能力。对 于双向链路，一个接口的两个方向具有相同的交换能力，l s r 使用l s d 确定远端的接口交 换能力描述符。对于单向链路，则认为链路两端具有相同的接口交换能力描述符。 5 ) 带宽编码 g m p l s 采用i e e e 浮点格式表示离散带宽值，包括剩余带宽、最大最小l s p 带宽等。 1 0 第三章路由控制器功能分析 3 1 路由控制器简介 a s o n 控制平面主要由n - 乎p q 控制器( c a l i c ) 、连接控制器( c c ) 、路由控制器( r c ) 、 链路资源管理器( l r m ) 等功能部件组成，其中a s o n 的路由控制器组件是指在a s o n 网络 中按照用户对链路的约束性需求执行路由选择，提供路由服务的功能部件，是a s o n 网络 路由结构的基本组成部分。 路由控制器( r c ) 的功能：1 ) 负责收集和分发拓扑和网络资源信息；2 ) 对路经计算 请求给与响应。前者通过使用两个独立的协议来完成，这连个协议分别是用于d c n 拓扑的 开放式最短路径优先( o s p f ) 协议：o s p f v 2 i e t fr f c2 3 2 8 ，以及用于数据平面拓扑和 网络资源信息的g m p l so s p f t e i e t fr f c3 6 3 0 。对于路径计算而言，两种相互独立的 路径计算算法都是在各自所在的平面( 控制平面、传输平面) 内被执行的。 路由控制器提供它负责的管理域的路由信息。这些信息包括：拓扑( s n p p s ，s n pl i n k c o n n e c t i o n s ) 、s n p 地址、同层对端子网的地址信息、s n p 状态、路由细节( 可达性、拓 扑视图) 。 路由控制器的接口如表3 - 1 和图3 一l 所示。 表3 - 1 路由控制器的接口参数 输入接口基本输入参数基本返回参数 路由表查询未解析的路由兀素s n p p s 有序列表 本地拓扑输入本地拓扑更新 网络拓扑输入网络拓扑更新 输出接口基本输出参数基本返回参数 本地拓扑输出本地拓扑更新 网络拓扑输出 网络拓扑更新 图3 一l 路由控制器组件 路由查询接口( r o u t eq u e r yi n t e r f a c e ) ：接收一个未确定的路由元素，返回在路 由控制器责任域内的一组链接。其响应形式包括，逐跳转发路由、源路由( 全路径路由) 。 本地拓扑接口( l o c a lt o p o l o g yi n t e r f a c e ) ：这个接口用来配置和更新在本路由 控制器责任域内的本地拓扑信息的路由表。 网络拓扑接口( n e t w o r kt o p o l o g yi n t e r f a c e ) ：这个接口用来配置和更新在本路由 控制器责任域外的网络拓扑信息的摘要路由表。 3 2 路由控制器相关的各种路由 5 1 3 2 1 控制平面内路由 a s o n 控制平面内的路由是通过路由控制器( r c ) 来执行的，使用r s v p t e 等消息对传 输平面内的l s p 进行建立、修改和删除，这种路由是基于o s p f v 2 链路状态路由协议。在 r c 间交换路由信息之前，每个r c 同邻居r c 都必须通过h e l l o 协议来创建o s p f 邻接关系。 当r c 间的邻居关系全部建立后，他们就通过链路状态公告( l s a ) 向域内邻居广播链路信 息( 如，i p 地址，链路类型，距离) 。然后，这些消息被每个链路状态数据库( l s d b ) 收 集并通过最短路径算法来计算域内路由。如下图3 - 4 时序图所示。 1 2 图3 - 4 单域内路由时序图 如果网络拓扑包含两个或更多域( 多域) ，那么对等域之间，每个域都要相互交换摘 要信息( 域内路由) 。这一步在每个域边界节点( a b r ) 处完成。事实上，a b r 负责汇集其 可到达域的网络拓扑信息，然后通过骨干域泛洪到其它域，汇集的域拓扑信息包括i p 地 址前缀和距离，自治域a s 边界路由器( a s b r ) ( 如，图3 5 中节点1 和8 ) 和a s 域外部终 端( 如，图3 - 5 中客户1 和4 ) 就是可达的跨域的客户。因此，每个a b r 不仅提供其可到 达域的网络拓扑信息也提供相关的对等域的摘要拓扑信息以及可到达的终端节点( 自治