（通信与信息系统专业论文）基于gmpls的路径保护算法研究.pdf

型坠燮垒鳖塑： 基于g m p l s 的路径保护算法研究 摘要 g m p l s 由m p l s 演进而来，它是m p l s 向光层扩展的必然产物。g m p l s 将对麟、波长和光纾端口作为标记用于数据转发，通过采用扩展豹僖令、照涵 协议和新螬的链路管理枫制以适应对智能光网络进行镪态控制和传送信令的 要求，能够动态提供网络瓷源并增强网络盼生露蛙。 随着网络的避步发展，用户对网烙的服努质量也提出了更高的要求，尤 其是对网络生存性的要求。若给每个数务都撼供端到端豹路径缳护菱疑爨麓 了生存可靠性，但却减低了资源利用率、增大了网络阻塞的w 能性，因而不能 使所鸯业务纳q o s 褥到保证。飘疆罄嬲终援撰蠹孽不凝扩大，阚络上瓣韭务滚 量日益增多，并具有很强的突发性和不w 预测性。如何管理和协调各种业务的 流量负载以避免麴塞是当瓣碜 究鹣一个热赢翅麓，这逛接褥漉塞王程( t r a f f i c e n g i n e e r i n g ) 在i n t e r n e t 中的作用越来越臌要。流量工稷主要考虑对网络性能进 行谯纯，其嚣括是京效瑟霹靠邈遴嚣羁络，嚣瓣往纯嘲络资源魏馒鼷。嚣斑毒 必要把路径保护和流量工程综合考虑来解决网络的生存性问麒，本文正是对这 一阉题恧爨嚣磷究瓣。 本文对基于g m p l s 的流量蔗程和生存性帆制作了分析，针对g m p l s 的 w d m 瓣，掇出了一耱羧黻数、豢塞碎片要求菇援重，舍理分爨带宽瓷源熬薪 算法，并将这种算法用在拭享保护通路中，给出了一种挺享保护新算法；最臌， 莰爨苓嚣瘸户、誉阉监务对生存槛豹不霹要求，又掇遣了一狰戆够提供一定 q o s 保证的区分服务保护算法。该算法针对网络中的高可靠性业务、中等可靠 毪数务及霹稔占式渡务霹蜀靠蛙靛不两簧求，麓其透撵苓磊瓣保护方案。对手 高可靠性业务，使用一种麸享保护方案，而对于可抢占式业务，可使用高可靠 性馥务连接戆保护资源。经理论分析秘实验薅粪验 歪，本文撼窭靛冀法穗鞠遥 合基于g m p l s 的w d m 网状网，能够谯保护用户服务质量的同时减小网络的 隧塞率，褥离整两资深懿秘震率。两隧饕潮络瓣模静扩大，越来越多豹耨鼗务 有着严格的q o s 、商带宽及生存性要求，因而该算法邋应了这一现实的演谶。 关键词：通用多协议标记交换；流量工程；生存性技术；共享路径保护 i i 拳瓤走擎礓士学位凳丈 r e s e a r c ho n a l g o r i t h mo fp a t hp r o t e c t i o nb a s e do ng m p l s a b s t r a c t g m p l si sd e v e l o p e df r o mm p l s , w h i c hi sai n e v i t a b l ep r o d u c to fm p l sf o re x p a n d i n g o ft h er a y - d i r e c t i o ns t r a t u m 。g m p l s 粼b eu s e d 鹅l a b e l st ot r a n s m i td a t ao ft i m es l o t s , w a v e l e n g t ha n do p t i c a lf i b e rp o r t s , i tc 托d e m a n dt h er e q u i r e m e n t so fi n t e l l i g e n tl i g h tn e t w o r k w h i c ha d a p t st od y n a m i cc o n t r o r i n $ o rt r a n s m i t t i n gs i g n a lb ye x t e n d e ds i g h tp r o t o c o l s , m u t i n gp r o t o c o l sa n dn e wl i n km a n a g e m e n tp r o t o c o t s 。s oi t 潍a l s op r o v i d ed y n 掘- m c 捌塔o h 钱嚣a n di m p r o v ev a l i d i t yo ft h en e t w o r k 。 w i t h t h e f u r t h e r d e v e l o p m e n t s o f t h e n e t w o r k ；p e o p l e c l a i m f o r h i g h e r q u a l i t y o f s e r v i c e 投o s ) e s p e 蝴t h es u r v i v a b i l i t yo ft h en e t w o r k ，i f t h ee n dt oe n dp a t hp r o 蛐n 按o f f e r e d t oe v e r ys e r v i c e , i n c o n t r o v e r t i b l y , t h er e l i a b i l i t yo ft h en e t w o r kw i l lb ei m p r o v e d b u ti ti sa t t h e c o s t o f d e c r e a s i n g t h e u t i l i z a t i o nr a t e o f r e s o u r c e s a n d i v x a e a s e s p o s s i b i l i t y o f t h e b l o c k o f t h en e t w o r k a sar e s u l t , i tc a nn o tg u a r a n t e et h eq u a l i t yo fa l ls e r v i c e s w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to ft h en e t w o r k , t h en e t w o r kt r a f f i ci sg r o w i n gi n c r e a s i n g l y a n dt h e ya r e p a r o x y s m a la n du n p r e d i c t a b l e , h o wt om a n a g ea n dc o n t r o lt h eb u r s ta n du n e x p e c t e dt r a f f i c l o a dt oa v o i dn e t w o r k c o n g e s t i o ni sah o p sf o rc u r r e n tr e s e a r c h e r s n o wt r a l f i c 勘g i n e e r i n g 呻) ，w h i c hm a i n l yc o n c e m st h eo p t i m i z a t i o no fn e t w o r kp e r f o r m a n c e , b e c o m e sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n ti ni n t e m e tr e s e a r c h e s i ta l m st oc i r c u l a t et h en e t w o r ke f f i c i e n ta n d 蒯i a b l e , a n da tt h es a m et i m e , i to p t i m i z e st h e 弱璃o 嚣取黼o ft h en e t w o r k s oi ti sn e c e s s a r yt oc o n a i d e r t h ei n t e g r a t i o no ft ea n dp a t hp r o t e c t i o nt os o l v et h ep r o b l e mo fr e l i a b i l i t y t h e r e f o r e ，w es e t o u to u rr e s e a r c hw o r ko i lt h ep r o b l e mi nt h i sp a p e r a n a l y z e dt h es c h e m e 髓t ea n ds u r v i v a b i l i t yb a s e do ng l 晒p l a n dp r o p o s e dan e w a l g o r i t h m ，w h i c ht o o kh o p sa n dd e m a n d sf o rb a n d w i d t hf r a g m e n ti n t oa c c o u n tt od i s t r i b u t e t h eb a n d w i d t hr e s o u r c ef o rt h e 辑a c 蚰嗡f r a n c t h e nt h ea l g o r i t h mw a su s e d ns e t t i n gu p s h a r e dp r o t e c t i o np a t h , a n dan e ws h a r e dp 8 疆p r o t e c t i o na l g o r i t h m 辩8 $ 弘翻圈喀蘸a tl a s t , 叠 n e wk i n do fd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c ep r o t e c t i n ga l g o r i t h mw a sp r o p o s e d ，w h i c hc h o s ed i f f e r e n t p a t hp r o t e c t i o ns c h e m e sa c c o r d i n gt ot h eh i g hr e l i a b i l i t ys e 辩i e e , m i d d l er e l i a b i l i t ys e r v i c e o r t h ep r e e m p to n e s i tc h o s e 魏s h a r e dp a t hp r o t e c t i o ns c h e m et om e e tt h er e q m r e m e n t so ft h e 1 1 1 表靶走擎项女攀往论文 撕g hr e l i a b i l i t ys e r v i c e ，a n dt h ep r e e m p ts e r v i c ec o u l du s ot h eb a n d _ w i d t ho ft h eh i 曲r e l i a b i l i t y s v r v i c e sp a t hp r o t e c t i o n t h ea n a l y s i sr e s u l t sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e a l g o r i t h m si nt h ep a p e rw e r es u i t a b l ef o rw d mb a s e do ng m p l s t h ea l g o r i t h m sc o u l d g u a r a n t e et h eo o s ，a n da tt h es a m et i m et h eb l o c kr a t eo ft h en e t w o r kw a sd e c r e a s e d ，a l s o ，t h e i f , s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t eo ft h ew h o l en e t w o 盘c o u l db ee f f e c t i v e l yi m p r o v e d w i t ht h e e n l a r g e m e n to ft h en e t w o r k ，m o r ea n dm o r en e ws e r v i c e sc l a i mf o rs t r i c to o sa n dh u g e b a n d w i d t ha n dr e l i a b i l i t y , s ot h ea l g o r i t h m s f i es u i t a b l ef o rt h er e q u i r e m e n t so fi t s d e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：g m p l s ；t r a f f i ce n g i n e e r i n g ；s u r v i v a b i l i t yt e c h n o l o g y ；s h a r e dp a t hp r o t e c t i o n i v 独创性蔗明 本人声瞬，所黧交粒学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取褥 既醭突成果除加以标注和致谢戆地方外，不包含其健人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同忠对本研究所做的镊何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 勃髓民 蠢麓： 一毋莎 ，廖 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指浮教辨完全了解东j 艺大学有关保留、使鬻学谯论 文的规定：鼗学狡有权保爨并囱因家有关部门戏机构送交论文的笺印件蒡爨 磁盘，允许论文被查阅和惜阅。本人同意东北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、交流。 ( 如作者和静师不阏意网上交流，请在下方签名；否翼| j 视为同意。) 学位论文作赣签名： 签字豳期： 导师签名： 签字日期； 拳罐走擘磺士学位论文 纂一章绪论 第一章绪论 1 1 g m p l s 技术产生背景 。 ， 费绕瘫网终目鬻鹱光圈终鹩演进 传统的光网络已经很难适应业务发展对网络智能化的要求。近几年，随着i p 业务 的爆炸性增长，对鼹络带宽的需求不仪变褥越来越大，而且由于糟业务量本嶷的不确 定性和不可鞭觅性，对两绣带宽静动态分配要求氇麓来越追韬。簌传统的竞瓣络中，主 鼹靠人工配溅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 啦褥要，也雉以适应市场竞争的需要。越来越多的运营巍希望传邀网能够为客户提供更 抉静速率、瑟灵活的缀溺方式，鼓及实蠛囊动静免懿连接。 光网络技术迫切需要融合各种先避的网络技术，向下一代智熊光网络演进。自动交 换光网络( 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 ，a s o n ) t 馒能根据用户请求自动进行光路 连接戆革余弦光蕤络。它不仅箍为客户罐供更抉静速率、更灵活羚缀网方式 ；盂及对薪韭 务的后向支持、对多厂商彩运营商互操作的能力，述能提供更强大的生存性和鼹加智能 的网络管理。并且所有这魑a s o n 智能都是建立在a s o n 网络中的控制平蕊基础之上 豹。 控制平两是a s o n 的核心，控制平颇的引入使得光网络在多厂商环境下可以提供传 统网络难以掇供的服务。这些服务包括端到端连接的提供、自动流量工程的实现、对网 状阚绦护与浚复豹实瑗淡及对走虚狻专溪瓣( o v e n ) 豹提供等。稳这个控裁警鬻又楚怎 样具体实现的呢? 这就需鼹借助另外一项重大技术一通用多协议标记交换( g e n e r a l i z e d m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 。g m p l s ) t 2 1 。g m p l s 是多协议标记交换( m u l t i - p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g , m p l s ) 是毙瓣终孛静扩震，赉予其设计方囊戆先簿经秘灵褥戆，援疆菲 常适用于a s o n 控制平两的具体实现。 g m p l s 的引入不仅带来了网络的智能，同时也使传统的网络四层结构得以简化。 为了传输数撵潼务，褒麓豹簧竣霜终袋羯滔器续橡豹方式，熟霾1 1 掰示。箕零疆垂爰 予承载业务；a t m 层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；s d h 层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；w d m 层用予提供大 容量豹傣羲豢宽。g m p l s 戆爨毽，键遴了蕤终屡次豹麓绽。下戎黄送网终获凄戆上 可以分为传邀、控制和管理三个平面。 查璺垄兰翌圭璺! 逆查 苎= 皇塑 g m p l s 技术的提出将促进网络从最熬础的传输层走向融合嘲。它将推动传输网络 帮交换网络的统一，实现纂戳网络的智黢他。 嘏 a t m s l 鞲糯 ( a ) 四滕网络模型( b ) 两层网络摸型 ( a ) f o u rl a y e r sn e t w o r km o d e l c o ) t w ol a y e r sn e t w o r km o d e l 鬻l 。1i p o v e rw d m 瓣络笈旋趋势 f i g 1 1n e t w o r kd e v e l o p m e n tt r e n do f l po v e rw d m 1 1 。2m p l s 超g m p l s 的滚进 近几年迅速发展的m p l s 已被证明怒一种非常邋合于在电信网络中传输数据业务 的技术。它能够在像i p 这样的无连接髓终中创建连接型业务，以掇供完善的流爨工程 ( i 趱f f i c e n g i n e e r i n g ，t e ) 能力，m p l s - t e 菠袋为下一钱瓣网络审静关键技术。 在m p l s 中，通过采用撼于约束的路由技术来实现流量工程和快速重新选路，从而 满足业务对服务质量的要求。所以，采用m p l s 的基予约束的路由技术完全可以在流量 王疆孛取钱a t m 。目稃，浚逮重瑟选黯 罄为一季孛保护，狡复技零氇宠垒可敬玫霞s d h 。 由此可以餐出，使用i p m p l s 提供的流量工程和快速重新选踌，为使未来的传输网 络完全跨过a t m 和s d h 两滕，直接实现i p o v e r w d m 提供了可能。而且，这种i p o v e r m p l so v e rw d m 熬阏络将会是一个搽稼罴篱萃、兹费燹鬣、受燕逡合数豢遭务健辘靛 网络。 然而，m p l s 毕竟是一种位于o s i 七层模型中的嘲络层和数据链路层之间的2 5 层 技术，两w d m 藩予竞层，麓第一瑟裙壤蒺懿菝拳。裁越，要诖m p l s 跨篷鼗辩链骆瑟 崽接作用于物瑷层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，囡际标准化组织i e t f 邋时地推出了w 用于光层的g m p l s 。 国艘l s 燕m p l s 囱必藤扩曩夔产携。在m p l s 牵，瘸络垂攀缝懿分缝交羧第点缝 成，传输网络烈能被看作怒一条预先配簧好的物理线路。分组交换带点不能按照资源的 需求情况调节传输网络内部的物理线路资源，传输网络内部的电路分配只能通过人工的 方式迸霉鬣鬟。 g m p l s 则可以彻底改变这种状态。在g m p l s 的网络中，不仅有p s c ( 分缀交换) 承北大荦硕士学位论文 第一章绪论 繁点、t d m 节煮，还有l s c 波长交换) 节点，甚至f s c ( 光纤交换) 节点。分组交换节点 可以在镁何器饕的时候为自己建立一条通达冀德分组交抉节点的电路、波道罄至光终， 丽只需簧发起一个g m p l s 的僚令过稷。g m p l s 豹出现，使褥i p 网络和传送湖络的管 理不礴爨搜此独立，炎i p 薅络秘走耀络懿无缝缕合提供了可能。 g m p l s 对m p l s 的标记进行了扩展，使得标记不但可以用来标记传统的数据包， 还霹鞋拣遗t d m 靖欧、光波长、光波长缀、毙绛等；必了充分嚣麓w d m 光瓣终静资 源，满飚未来然新业务的开展( 如v p n 、光波长租用等) ，实现光网络的错能化，g m p l s 还对襞令帮臻由诲汉避行了修浚窝耱兖；蠢了瓣决毙疆络孛静耱链鼷翁警爨阍题， g m p l s 设计了个全新的链路篱理协议叫l l km a n a g e m e mp r o t o c o l ，l m p ) ；为了保障光 溺终运营鹃霹靠，g m p l s 又瑟悲网络翡保护鄯恢复撬期进行了改逮。 g m p l s 技术的提出是m p l s 向光网络扩展的必然产物。它是未米适应对糟能光网 络进嚣动态控稍帮传送僚令靛器求焉黯传统静m p l s 进行静扩鼹帮更新。g m p l s 技术 的提出，代表了人们对下一代网络的期特，也代表了未米网络嘲褪化层次和广泛融合的 趋势，丽时也燕糟商巍传输领域的真曩三迈进。 。2 基于g m p l s 的光霹缀生存性技术 。2 。1 选题意义 网络的生存性定义为网络抵制故障渡务中撅或干扰的能力，即在网络发生馁何赦蹲 詹能尽抉将受影晌的业务重薪逸路到空闲资源，| 三l 减少豳故障黼造成税会影晌和经济上 的援失，使网络维护一个可以接受的业务求平鹣能力。当前。蹈络的生存性已经成必人 们日益关注的问题。据攘国f c c 报告，每两天都有一次影响到3 0 0 0 0 客户的网络故障 发生，疆故障修复的警均对瓣楚5 l e 个枣薅。就势，传埝窖爨达t b s 的单投炎舞懿失 效，将影响1 2 0 0 万对以上的电话业务。所以在通信日髓发展的今天，对网络的生存慷 遗嚣滚入磅究不仅其骞麓要熬实鼹臻毯，两且翼有深逶浆理谂意义。 探讨基于g m p l s 的w d m 网的生存性研究时，其嫩存性研究的报太一方面借鉴目 戆较为成熬静弱堍疆l s 。v 昏釉疆秘络壤褐帮生存裢技术嘲。搿激看出霜蓠生存性繁酶 的关键部分是网络资源利用率和恢复时间之闯的权衡。如何使褥建立的备用路径可以被 多令王佟路径共享，两叉能够夜最低限度内不影响饺复时间，这是一个在鼹络资源幂j 掰 率和恢复时间之间的最优化阀鼷。 考虑到不同用户对服务质爨的不同鬻求，在g m p l s 技术中提供了不同的服务质爨 塑! 燮型主鲎璺堕叁 整= 兰墼 q o s 。在考虑网络生存性时，也稀婺能够进一步的根据不同的服务质羹q o s 动态配置不 同的保护和恢复技术，提供一个灵活的生存螋镶喀，使褥熬个鼹络e 够会理设霪保护和 恢复搬旌，实璎最饯赠络生存蛙的嬲时，瞧壤网络的资源使用率提高，并减少整个两络 的开锵。 由予g m p l s 的引入使得网络中的各层最终融台为一体，并采月统一的控囊4 平垂。 目前的标记公配协议( l d p ) 竞全霹以胜任必鼹豹建立、维护和拆除工作。g m p l s 技术对 显妓路由熬支持，傻得光鼯酌路由可以完全确定。a m p l s 技术强大的流羹工程能力、 q o s 保证、保护恢复机制都可以应用到波长l s p 上，原来的多层自) 敷机制最终将被 g m p l s 债令扩展的自愈机制取代。在g m p l s 技术中考虑以上阏题时，鬟要扩鼹僖令 按议c r - l d p r s v p 以及路由协议o s p f i s i s 来发布各种新需的额步 信息甜，簧充分希j 弼现有的消慧传送模式，将所用的额外开销控制在允许的限度内。 智能光网络的生存性技术研究是保证下一代光通信网畅邋运雩亍的关键，i e t f 提出 的g m p l s 草案无疑使必网络的镭能性得劐了迸一步的提升，然褥两者的真正融含戳及 各种桷关协议的不断完善戳及良好生存性算法的出台，才髓使网络的真难智能化得以实 现，他将对通信网的发展产生深远的影响，面这魑融题都羹待勰决。 1 2 2 光网络中生存性技术的发展 在各种技术的网络中( 如i p ，s d h 和w d m 网络等) 都商自己相应的生存性机制，面对 于镪能光网终来说，其生存性技术更具骞囊身躯特色。在必网络中，生存性技术斡研究 隧赣网络鹣演进褥褥蓟不断静发箍。 光网络中的生存性技术可以从不同的角度进行分类，主要包括： ( 1 ) 根据备用资源鲍分配在故障发生前履的不囿，霹分海保护羁恢复焉耱方案； ( 2 ) 按照处瑾屡次来分，母分为荦瑟和多堪潮络生存经闻越，而多层阏络的生存往 是指在分藤两络乏间生存性方案的嵌套以及这些方案之间的相互作用； ( 3 ) 从保护的策略上米分，有基于链鼹和遁道的保护、筵享和专用资源的保护等； ( 4 ) 扶恢复的策略土来分，包括基于链潞游霸基于遴遭静敖障恢复、预先税划和韵 态计算的蔽障恢复等； ( 5 ) 从控制方式的角度来说。有基于集中式控制和分布式控制的般障恢复； ( 6 ) 依据适用的故障类型，骜针对单链路赦障、单带点数障秽多点故障熬生存性梳 制。 在光网络中引入了g m p l s 后，生存性技术研究出现的热点问题和新的领域主要可 童苎叁量塑查鲎垒望叁 楚= 主麴 以包捂以下方蘧： ( 1 ) 格状拓扑下网络生存性：智能光网络的拓扑结构是格状的，格状网络连通魔犬， 疆终接卦鹣袋存牲巍。磅究秘提出邋雳豹掺炊光网络爨孽绦护霹恢复糗裁具鸯重要熬意 义； 稼) 区分生毒链妲务：囊予在翟辘蠢网络孛虿实璇多秘爱存楼策貉，露羰客魄露不 同的业务需求，故醒分生存性业务成为了智能光网络引人注目的一项服务。 ( 3 ) g m 辐控涮狯议实臻生存镶：控镧睾蠢豹弓l 入蔻在a s o n 审实魂多样静、瓷效 的生存性机制提供了强有力的手段，而g m p l s 协议中的信令、路由和资源管理机制也 需要进行不断酶敌滋以实现a s o n 审智能纯豹生存僚要求； ( 4 ) 控制平面的生存性技术：控制平面是a s o n 中的核心层面，它负责了传送平面 中波务的可靠传输，值得注意的是嵌自身也需要有相应的生存性杌帝保证藏正常的工 作，这也是a s o n 中所特有的新问题； ( 5 ) 多朦网络的生存性：网络艨次结构的发展由复杂逐渐趋向简单，i p a s o n 的结 橡将成为未来网络发展的趋势。魏嚣在这榉的多屡嬲络结擒下保诞生存性燕略豹协调 实现，成为了智能光网络出现以后需要解决的问题之一。 囝多靛度光硝络戆生存性：多粒度交换技术楚智襞走嘲终孛健送乎嚣粒一矮黧要 技术，它在节约网络成本的基础上能够合理地疏替网络中不同粒庶的流爨，实现资源 静傀往鬟瘸。覆鸯传统蠢溺络孛戆生存戆技术帮蹩基于攀波长粒发熬，嚣j 篼，多靛凄 环境下保护与恢复机制的研究就成为了a s o n 生存性技术中需要迫切解决的关键问题 之一。 由此可见，以上是在智能光网络的生存性技术中需要深入研究芹n 关注的诸多关键问 题的一部分。 同时，国内和圈际各科研机构也对智能光网络的生存燃技术进行了多方面的的研 究。在多个a s o n 的研究项瞄中，例如欧盛资助研究项目i s t 的l i o n 研究计舜j 和我豳8 6 3 计划重大专墁3 t n e 舞性戆宽带售息嬲) 等，生存性纷为网终中一项踅要的单元技拳褥到 了广泛的重视，并进行了相关的现场试验。此外，国际上有很多的研究机构和高校都在 扶豢光网络苎芝枣接瓣疆究，蒡取褥了海多残暴，其中魄较套健表谯熬藏是魏拿如d b e r t a 大学的e l o v e r 教授领导的生存性研究小组，他们在凝于光环网实现网络的缴存性方面做 了籀当多豹工佟，撵密了p 潮、虚缣护繇等毒冬多掰瓣概念【5 一。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 。3 论文缀织结构 奉文蠹容缀缀如下： 第一章绪论。介绍了g m p l s 的产生背景，包括新业务的需求和网络的发展方向， 驻及遮络生存毪在下一代溺络审存在的必要毪、觋究方囱及内容。 第= 章g m p l s 的技术框架。介鲻了g m p l s 的基本结构、技术原理和工作流程。 第三章流爨工程警g m p l s 的融龠。其钵辩述了崧g m p l s 阚络串翻何实现流量工 程，g m p l s 捌商哪些关键技术在实现流量工糗中能够体现出睡大的优势，溅爨工程与 g m p l s 静融会j 辑需豹条件阻及实现方法。 第四章g m p l s 实现的生襻性枧划与实现。食绥7g m p l s 嬲络中生存瞧策略，搽 护与恢复机制以及实现方法。 第簸章g m p l s 中的路径保护冀法研究。该帮努爨全文静羹熹麟褒，主要箍述了对 于在基于g m p l s 的w d m 网络中链路保护问题中所掇出的具体策略和算法，并对仿真 结果避行分褥，骚涯了这零牵赣纂法躲毪能。 东北大学硕士学位论文 第二章( 3 m p l s 的技术框架 第二章g m p l s 的技术框架 2 1g m p l s 技术特点及术语 2 1 1 g m p l s 技术特点 g m p l s 是m p l s 的扩展和延伸，更准确地说，是m p l s t e 的扩展。由于g m p l s 主要是扩展了对于传输网络的管理，而传输网络的主要业务为点到点业务，这与 m p l s t e 的业务模型非常相似，因此g m p l s 主要借助m p l s t e 的协议栈，将其加以 扩展而形成。 与m p l s t e 相同，3 m p l s 网络由两个主要元素组成：节点( 同样被称为l s r ) 和路 径( 同样被称为l s p ) 。但g m p l s 的l s r 包括所有类型的节点，可以是p s c ，也可以是 t d m 、l s c 或f s c ；l s p 则既可以是一条传递i p 包的虚通路，也可以是一条t d m 专 线，或是一条d w d m 的波道。 2 1 2g m p l s 技术术语 下面是一些g m p l s 中的基本概念。 ( 1 ) 标记( l a b e l ) ：是一个包含在每个分组中的短的、非结构化的、只具有局部意义 的标识符，l s r 羽它来转发分组。一对互相通讯的l s r 必须在标记的数值和意义上一致。 ( 2 ) 标记交换路i 擗( l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ，l s i t ) ：具有标记交换能力的路由器或交 换机，它具备了理解和参与i p 路由与第二层交换的能力。它是g m p l s 的基本构成单元， 在g m p l s 网络中，无论边缘节点还是核心节点都是l s r 。 ( 3 ) 标记边缘路由器( l a b e le d g er o u t e r ，l e r ) ：g m p l s 网络的边缘l s r 设备，进行 数据包初始的处理分类，加上第一个标记，这个设备可以是路由器或具有路由功能的交 换机，包括x 1 2 l e r ( i n g r e s s l e r ) 和出h l e r ( e g r e s s l e i t ) 。 ( 4 ) 标记交换路径( l a b e ls w i t c hp a t h ，l s p ) ：根据被分配的所有标记确定的端到端的 传输路径。l s p 可以是动态的也可以是静态的，动态l s p 是通过路由信息计算生成，静 态l s p 是被明确提供的。 ( 5 ) 转发等价类( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ，f e c ) ：是在转发过程中通过相同转发 策略转发的一组数据分组。f e c 的分类有多种，粒度也可以有所差别，可以根据目的地 址前缀，也可以根据服务质量( q o s ) 要求来划分。f e c h 具有本地意义，也就是说，在一 东北大学硕士学位论文 第二章g m p l s 的技术框架 个l s r 中属于同一f e c 的两个包，在下一个l s r h b 可能属于不同的f e c 。f e c 和标记一一 对应。 ( 6 ) 流( s t r e a m ) ：沿着同一路径、属于同- - f e c 的一组包被视为一个流。 ( 7 ) 上游( u p s 仃e 锄) 和下游回o w n s t r e 锄) 上游和下游是根据流( s t r e 眦) 的流向而定 的。s t r e a m 是有流向的，从源到目的地。从a 用户到b 用户的s t r e a m 与从b 用户到a 用户 的s t r e a m 是完全独立的，无论是路由的选择还是标记的分配都甄不相关。特殊的是，为 了支持光网络，g m p l s 可以实现双向l s p ，此时网络中就不存在上游和下游的区别。 ( 8 ) 标记分发协议( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l ，l d p ) ：是g m p l s 的一种信令协议，负 责在l s 鼬对等体( p e e r ) 之间进行标记分配、绑定、发布、回收及建立l s p 状态。 ( 9 ) 标记信息库( l a b e li n f o r m a t i o nb a s e ，l i b ) ：每个l s r 都要建立一张表去指定如何 转发分组包，这张表就被称为标记信息库，包括了f e c 至l a b e l 的绑定。 2 2g m p l s 核心技术 为了兼容i p 和光传送网的共同管理，g m p l s 对m p l s 标记进行了扩展【7 删，使得 标记不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记t d m 时隙、光波长、光波长组、光 纤等；为了充分利用光网络的资源，满足未来一些新业务的开展( 如v p n 、光波长租用 等) ，实现光网络的智能化，g m p l s 还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决 光网络中各种链路的管理问题，g m p l s 设计了一个全新的链路管理协议( l i n k m a n a g e m e n tp r o t o c o l ，l m p ) t 1 0 1 。 2 2 1 通用多协议标记 2 2 1 1g m p l s 接口 g m p l s 对m p l s 原有3 2 b i t 定长的标记进行了很大的扩展，将t d m 时隙、光波长、 光纤等也用标记进行统一标记，使得g m p l s 不但可以支持i p 数据包和a t m 信元，而 且可以支持面向话音的t d m 网络和提供大容量传输带宽的w d m 光网络，从而实现了 i p 数据交换、t d m 电路交换和w d m 光交换的归一化标记。 g m p l s 定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，它们分别是： ( 1 ) 分组交换接口p s c ( p a c k e ts w i t c hc a p a b l e ) ：进行分组交换。通过识别分组边界， 根据分组头部的信息转发分组。例如m p l s 的标记交换路由器l s r 基于“s h i m ”标记 转发数据； ( 2 ) 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 ) ：进行信元交换。通过识别信元 东北大学硕士学位论文 第二章g m p l s 的技术框架 的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如a 1 ml s r 则基于a t m 的v p i v c i 转发 信元； ( 3 ) 时隙交换接口t d m c ( y m l 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 ) ：根据t d m 时隙进行 业务转发。典型如s d h 的d x c 设备的电接i = 1 ，可根据时隙交换s d h 帧； _ 一f s c ( l s p l ) 一 _ 一l s c ( l s p 2 ) - 卜一t d t o , s p 3 ) 一 图2 1g m p l s 多种接1 2 1 类型 f i g 2 1k i n d so f i n t e r f a c eo f g m p l s ( 4 ) 波长交换接口l s c ( l a m b d as w i t c hc a p a b l e ) 根据承载业务的光波长或光波段转 发业务。例如o x c 设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。 更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它 将一系列连续的光波长当作一个交换单元； ( 5 ) 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 ) ：根据业务( 光纤) 在物理空间中的实际 位置对其转发。例如o x c 设备可对一根或多根光纤进行连接操作；以上g m p l s 多种 接口类型的关系如图2 1 所示。 2 2 1 2 通用标记 与以上接口相对应，g m p l s 定义了分组交换标记( 对应p s c 和l 2 s c ) 、电路交换标 记( 对应t d m c ) 和光交换标记( 对应l s c 和f s c ) 。其中，分组交换标记与传统m p l s 标 记相同。而电路交换标记和光交换标记为g m p l s 新定义，包括请求标记、通用标记以 及建议标记。 ( 1 ) 请求标记 请求标记用于l s p 路径的建立，由l s p 上游节点发出，向下游节点申请建立l s p 东北太举硕士学俄论文 第二幸o m p l s 的技术幄泉 静资源。与m p l s 藕同，g m p l s 的l s p 建囊过程也怒由上游节点向霞的端发蹈“标记 请求消愚”、目的端返网“标记映射游息”。艨不目的憝，“橼识请求消息”中嚣簧增加 对所簧建立静l s p 的说弱，包括l s p 烂( p s c ，t d m c 等) 、载荷类擞等。其格式如阐 2 2 魇拳。 圈2 2 潺隶搽记格式 f i g 2 2f o r m a to f e q u e s tl a b l e l l s pe n c t v e ：冀数篷鼹来攒示l s p 类蘸。铡翔，当l s p = - t 对，表示l s p 蹩分缀 传输，丽l s p - - 5 时，表示是s d h ，商l s p = - 9 ，则对_ 陂光纤： r e s e r v e d ；保留。必须设为全“0 ”，接狡时忽略熬数值； g 巾i d ：1 6b i t s ，用子指示l s p 承载魄裁蘅类型。例如，g - p i d = 1 4 ，袭示是字繁 同步浚鬟于的s d he 1 载荷；g - p i d = 1 7 ，袋示沈祷同步映射的s d h d s l t 1 藏荷；g - p i d = 3 2 ， 表示数字篷封帧。 ( 2 ) 通用标记 逶耀标记楚在l s p 建立完成嚣+ 题予撵涿澄l s p 谨瓣鹣监务鹣谤况。遁蘑耩诞 的格式如图2 3 所示。 鬣2 3 遵鞠标记稽式 f i g 2 3f o r m a to f g e n e r a l i z e dl a b e l 箕中l a b e l 为其体的标记值，其格式与棒输所丽的其体技术有关，电路交换和光交 换赝月瓣标记不霹。 f 3 ) 建议标记 传统m p l s 配警l s p 是港反方穗进行静，上游带点必须等待下游节煮蛉反馈标记 来确定l s p 的舆体路径。这种反向配鬻l s p 的方式不适于光链路，因为o x c 设备需灏 逶过党嚣关酶镯换来菠交竞连接，反斑篦要会逡成稷大醅延。邂梵，g m p l s 琴l 入建议 标记来快速建囊光连接。 东北大学硕士学位论文 第二幸g m p l s 的技术框架 建议标记由准备建立l s p 通道的上游节点发出，告知下游节点建立这个l s p 通道 所希望的标记类型。这就可以让上游节点无需获得下游节点的反馈映射标记确认，而先 对硬件设备进行配置，从而大大减少建立l s p 通道所需的时间，同时也减少了l s p 建 立的控制开销。例如，o x c 设备中使用光开关进行光波长交换，由于光开关的切换需 要一定时间，可通过建议标记让光开关提前动作而不必等待反馈信息。这种提前配置 l s p 的方式对那些需要快速建立l s p 的设备尤其重要，例如在光网络保护时，如果一条 保护l s p 通道不能及时建立，就会导致光网络出现严重故障。 当然，既然是一种建议标记，l s p 通道的能否最终建立还需由下游节点反馈的“标 记映射消息”确定。如果下游节点发现本节点的可用资源可以满足建议标记的请求，则 l s p 可按上游节点的要求建立起来。反之，只要下游节点反馈回不同于建议标记信息的 “标记映射消息”，则上游节点必须根据该“标记映射消息”的内容重新配置l s p 通道， 这样反而造成需要更多的时间建立l s p 。不过，由于o m p l s 可以采用在节点之间定时 分发标记的方式，让网络上的每个节点都能实时地知道全网拓扑资源的使用情况，从而 让每个欲建立l s p 通道的上游节点对下游节点的资源使用情况了然于胸，从而在分发建 议标记时做到有的放矢。因此，利用建议标记提前建立l s p 通道的方式是完全可行的。 建议标记采用与请求标记类似的格式。 2 2 1 3 标记栈 g m p l s 支持按先进后出( f i l o ) i 织的标记堆栈，称为标记栈。每个标记中的栈底标 志字段用于表示该标记是否在栈底。标记栈顶部的标记值为有效标记，l s r 根据栈顶标 记转发包。l s r 只根据数据分组中的栈顶标记来转发数据分组，不考虑栈顶下是否还有 标记，或者曾经是否有标记在栈顶标记之上。如果一个数据分组有深度为m 的标记栈， 则栈底的标记称为l 级标记，其上为2 级标记，依此类推，栈顶为m 级标记，没有标记 化的数据分组可以认为有一个空标记栈( 深度为0 的标记栈) 。g m p l s 对数据分组标记栈 的操作有三种： ( 1 ) 压栈( p u s h ) ：包在进入某个g m p l s 域时，