智能光网络技术白皮书

智能光网络技术白皮书第1章智能光网络的背景智能光网络的起源传统SDH光网络主要为语音业务而设计，如图1-1，其拓扑构造以线形和环形为主，业务配置时，需要逐环、逐点配置业务路径准时隙，难以实时治理，网络拓扑的变化不能实时反映到网管。虽然在这些拓扑构造下实现的保护方式有着快速保护倒换的优点，但其网络扩展性差，并且带宽利用率较低〔由于环网保护需要预留一半带宽〕。随着网络规模越来越大，网络构造的日渐简单，治理、维护的压力也越来越大，这种配置业务的方式风险较高；同时，由于业务从申请到真正开通，都是人工进展，尤其当牵涉到多厂家的设备互连时，需要人工协调，效率很低，通常需要花费几周甚至几个月的时间。人们期望借助技术，实现业务的动态申请、选路、业务自动建立，从而简化网络的业务治理，降低运营本钱。这样智能光网络就应运而生。图1-1传统网络构造图在传统的光网络中引入动态交换的概念不仅是十几年来传送网概念的重大历史性突破，也是传送技术的一次重要突破。总的看来，在光网络中引入智能特性的主要好处有：敏捷的Mesh组网网络拓扑自动觉察缩短业务建立时间，带宽的动态申请和释放网络链路负载自动均衡和优化简化网络治理最终实现不同网络互连、互通供给的增值业务：按需带宽、带宽出租、批发、贸易、光虚拟专用网〔OVPN〕、业务等级协定〔SLA〕等，使传统的传送网向业务网演进智能光网络的本钱分析对于传统传输网络来讲，运营者面对着如下的问题：需时间按月计算带宽利用率过低，网络不能满负荷运转网络中备用容量过大，缺少先进保护、恢复和路由选择功能不能供给可共性化的多项效劳以供选择所损失的利润送达效劳到用户手中需要长时间的打算和安排周期所损失的利润不能依据效劳水平协议满足客户的要求所损失的利润进展智能光网络对于运营商的时机在于：MADMDCS设备的功能，简化了网络构造，降低了投资费用智能化充分优化并挖掘了现在网络带宽及线路的潜力率，从而提高了经济效益分布式智能在型光网络中推行共性化光通信效劳的经济的效果商网络运行和治理的焦点所在。智能光网络使效劳供给商能够低本钱的在光网络中供给共性化光通信效劳分布式智能使光网络供给自动化的快速的点对点配置力量供给优质效劳的力量，降低了网络的操作费用，使之成为有效运行、能够赢利的网络光网络的可扩展性也是节约费用的主要因素，为电信运行商节约网络扩展的费用但是运营商期望网络尽量保持稳定，对于全网范围内的业务配置、保护恢复等有全面的治理，因此，假设网络动态程度过高，对运营机制会是一个挑战。传统网元和智能网元的比较在智能光网络中网元和非智能光网络中网元相比不同之处在于：对信令通道的支持在智能光网络中各网元间需要进展路由和信令的协调，需要相应的物理通道承载这些信息；无论这些通道的物理形式是什么，都有相应的字节表示路由或者信令，并且在网元间生成、传送和解释，这些工作在智能光网络的网元中相应的智能软件包完成的，但现有光网络中就不存在这些功能，如图1-2。CPU、内存等的支持和非智能网元相比，智能网元不但需要原有的处理功能，而且增加了对智能软件包的处理功能，这意味着智能网元需要更好的配置，如更快的CPU，更大的内存等。图1-2非智能网元和智能网元的比较第2章智能光网络的网络模型在智能光网络概念诞生之初，对其最终要实现的网络模型和演进构造，业界有较为喧闹的争论，争论的焦点是网络的融合到底以什么构造来实现。目前主要有两〔OverlayModel〕即客户-客户层/效劳层构造。对等模型〔PeerModel〕也称为集成模型，网络中全部的网元〔路由器、光网络网元〕都处于对等的关系，网元都清楚全网的资源状况。在对这两种模型进展描述前先介绍两个相关概念：UNINNI。的信令接口。UNI不支持选路功能，其所完成的主要任务包括：连接的建立、连接的撤除、状态信息交换、自动觉察和实现用户业务传送。目前在业界标准协议制定得最为完善和成熟的是OIF的UNIUNI信令协议〔RSVPLDP〕、掌握信道的实现和维护以及相应帧封装标准，而且还供给了一套业务觉察和拓扑觉察机制。NNI〔Network-to-NetworkInterface〕即网络节点接口，可分为两种类型：外部网络节点接口〔E-NNI〕和内部网络节点接口〔I-NNI〕。E-NNI：外部网络节点接口E-NNI是网络与外部网络之间的掌握面双向信令接口。这种状况通常发生在不同运营商网络之间的互联上。E-NNI接口信令将屏蔽网络内部的拓扑等信息，其传送的主要信息包括呼叫掌握、资源觉察、连接掌握、连接选择和连接选路。通过这个接口信令，智能光网络可以被划分成几个子网治理域，E-NNI可以实现这几个域间的端到端的连接掌握。内部网络节点接口〔I-NNI〕I-NNI商网络内部的互联上。I-NNI将供给网络内部的拓扑等信息，其所传递的信息将被用来进展选路和路由。其传送的主要信息包括资源觉察、连接掌握、连接选择和连接选路。通过这个接口信令，智能光网可以实现域内的端到端的连接控制。重叠模型(OverlayModel)重迭模型又称客户-效劳者模型，如图2-1，这种模型的根本思路是将光网络层的掌握功能〔如路由和信令〕完全在本层独立完成，此时间网络层作为效劳层，成为一个开放的通信传送平台，可以为包括IP业务层在内的全部客户层供给动态互联。因此这种模型有两个独立的掌握平面：光网络层〔效劳层〕和IP业务层〔客户层〕，它们的关系集中表达在用户-网络接口〔UNI〕处，即边缘客户设备〔客户层〕与光网络设备〔效劳层〕之间，两者之间不交换路由信息，独立选路，边缘客户层设备〔客户层〕看不到光网络的内部拓扑。每个边缘客户层设备利用标准UNI接口直接与光网络通信，而光网络由子网组成，子网之间的互联利用标准的网络节点接口〔NNI〕。图2-1重叠模型这种模型的最大好处首先是可以实现统一透亮的光传送层平台，支持多客户层信号，不限定于IP路由器。其次，让客户层特定要求通过接口送给光效劳层，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，维护了光网络拥有者的秘密和学问产权。第三，这种模型允许光传送层和客户层独立演进，也允许光传送层和客户层传送层可以连续以所为的光定律速度快速演进，不会受限制于由摩尔定律所限定的IP层进展速度。第四，承受了网分割后，运营者既可以充分利用原有根底设施，又可以在网络其他局部引入技术，不为原有根底设施所累。最终，这种模型可以利用成熟的标准化的UNI和NNI，比较简洁在近期实现多厂家光网络中的互操作性，为快速实施网络商用化做铺设。这种模型的缺点是为了实现数据转发，需要在边缘设备间建立点到点的网状连接，即存在N2问题，限制了容许联网的边缘客户层设备数量，导致扩展性受限。这种模型还会引入附加的集成简单性和运行本钱。对等模型(PeerModel)对等模型又称集成模型，根本思路是IP业务层和光网络层是对等的，两个层面上运行同一个路由协议，承受统一集成的掌握面，该掌握平面称为GMPLS〔GeneralizedMPLS〕。光网络层的穿插连接设备〔DXC或OXC〕装备GMPLS掌握面来接收集中网管系统的连接掌握权，连接改由光网络层的信令和选路来掌握。图2-2对等模型这种模型的根本特点是将光网络层的路由掌握和IPIP业务层来完成端到端的掌握。此时间网络网和IP网可以看作一个集成的网络，两者之间可以自由地交换全部信息并运行同样的选路和信令协议，允许边缘客户层设备看到光网络的内部拓外构造，参与路由计算和打算，没有分别的UNI接口和NNI接口，消退GMPLS所具体标准的选路和信令在光层局部子网范围内仍旧是可用的。然而承受这种模型时为了实现路由器对光传送层的全面掌握，必需对客户层开放光传送层的网络拓扑等细节，从而无法保持光网络拥有者的隐秘和学问产权，这在多数情况下是行不通的。由于即使是支持单一的IP业务，光网络也往往同时为多个互联网业务供给者〔ISP〕供给连接业务。网络运营者绝不会对全部客户开放光传送层的网络拓扑等细节信息的。而且，这种模型必需在IP和光传送层之间有大量的状态和掌握信息需要交换，从标准化的角度较难实现光传送层的互操作性。在某些场合下，有可能将上述两者结合在一起，形成所谓的混合方式。根本思路是由同一运营者拥有的光网络和IP网局部可以集成在一起，按集成模型治理，而将该光网络与其支持的其他客户层信号〔IP信号和其他非IP信号〕局部按重迭模型治理。从上面各种模型来看，都涉及到路由协议和信令协议。所谓的路由就是指信息由源向目标传递的通道。沿着路由，信息总会通过至少一个中间节点，如何选择所经过的节点，从而满足信息传输的要求是网络使用者很关心的问题。路由选择方法按不同的方法可以分为以下几类：络分成不同的域。一些路由方法只能用于域内；另外一些方法则用于域间路由的打算，由于两种路由方法本质上有所不同，因此一个最正确的域内路由选择方法并不肯定是最正确的域间路由选择方法，反之亦然。一般域间路由有以下几种：BGP〔BorderGatewayProtocol〕：边界网关协议DDRP〔Domain-To-DomainRoutingProtocol〕：域到域路由协议域内路由有以下几种：OSPF〔OpenShortestPathFirst〕：开放最短路径优先协议PNNI〔PrivateNetworkNodeInterface〕：专用网络节点接口路由协议IS-IS〔IntermediateSystem-IntermediateSystem〕：中间系统到中间系统路由协议所谓的信令就是用户和效劳供给者之间传递的一种对话信息，主要作用包括了业务的建立以及信道状态信息的传递等。信令协议一般包括…RSVP-TE：流量工程扩展的资源预留协议CR-LDP：基于约束的标记分发协议第3章智能光网络相关标准为了实现自动光交换、带宽按需安排等特性，智能光网络需要有一套通用的标准化网络框架构造和相关标准接口协议。众多的国际标准化组织和机构都在乐观参与智能光网相应体系构造和协议的争论与制定工作。主要的组织有：OIF〔光互联网论坛〕、IETF〔因特网工程任务组〕、ITU-T〔国际电信联盟-电信标准部〕下面对这三家组织的工作状况作一些介绍。OIF〔光互联网论坛〕OIF1998年，其将主要工作致力于制定网间信令，例如O-UNI/O-NNI接2022OIF-UNI2.0和E-NNI协议的标准化工作。IETF〔因特网工程任务组〕IETFTCP/IP的标准化协议，目前其在智能光网络方面的工作主要集中在争论改进现有协议，从而使之能进一步拓展到光传输网络上。该组织提出GMPLSMPLSTDM(例如SDH时分交换)、波长和空间交换〔端口交换、光纤交换等〕IETF最初的智能光网络模型主要基于对等网络模型〔PeerModel〕，并从NNI接口协议入手，其主要包括路由协议〔RSVP/CR-LDP〕、信令协议〔OSPF/IS-IS〕以及链路治理协议〔LMP〕。由于考虑到运营商和实际网络实现的需求，该组织也正致力于使GMPLS不仅支持对等模型，而且也支持重迭模型。为此，IETF开头考虑借鉴OIF组织在UNIGMPLS协议族更具完整性。ITU-T〔国际电信联盟-电信标准部〕作为国际电信标准的制定组织，ITU-T多年来致力于光传送网〔OTN〕的标准制定工作。该组织在2022年3月的会议上打算开头有关自动交换光网络〔ASON〕的争论，其目标是实现高效率的光传输层面上的自动交换协议的标准化。该组织制定相应接口协议的工作才刚开头。其相应协议已统一在G.807(ASTN)/G.8080(ASON)系列协议族中。在具体协议的制定工作上，IETF和OIF等组织的工作已经开头被考虑作为其标准协议制定的借鉴根底之一，例如在信令协议方面的G.7713.2(RSVP)、G.7713.3(CR-LDP)就是基于GMPLSATM技术中的PNNI信令。ITU-T2022年底前完成。小结以上组织的相互关系大致如图3-1对智能光网络标准的制订。图图3-1智能光网络组织框架图第4章智能光网络的技术介绍路由协议在介绍路由协议之前先说明与此严密相连的概念：ControlDomain〔掌握域〕营商的网络被分割为多个子网，我们称之为“域”。即掌握域为网络分割为子网，可以提高网络的可扩展性和避开域间掌握信息的风暴。网络分割的可能理由：治理边界路由或信令的延展性基于安全或牢靠性方面而进展的网络分割不同域内系统的技术差异域间路由BGP〔BorderGateWayProtocol〕：边界网关协议BGP属于外部网关协议，完成域间路由计算的协议。该协议对于网络的拓扑构造无限制，使用TCP作为传输协议，只对增量路由进展发送，而非周期性的播送全部路由信息；路由信息记录了它经过的自治系统，是一种向量路由，保证无环路。DDRP〔Domain-To-DomainRoutingProtocol〕：域到域路由协议DDRP被设计用于单个运营商光网络中的不同掌握域之间的拓扑、资源状态和可达信息交换。该协议不定义掌握域内的节点-节点路由协议，也不规定域内使用任何特定的路由协议，是基于链路状态的路由协议。DDRP是基于OSPFOSPFDDRP不关心IP路由并假设支持掌握域间的消息传送的IP通信根底已经在位；与PNNI机制上的关系，但借用了PNNI域内路由OSPF〔开放最短路径优先协议〕开放最短路径优先协议〔OSPF〕是由网间工程任务组织〔IETF〕的内部网关协议〔IGP〕工作组为IPOSPF80RIPOSPF放性，OSPFRFC〔RequestforComments〕1247定；其次个特性是它是基于SPFSPFDijkstraOSPFLSA〔LinkStatusAdvertisement〕发送到一样层次域内的全部其他路由器。有关连接接口、所用连接标准及其他变量信息都包LSA中。承受OSPF链路状态信息，利用SPFPNNI〔PrivateNetworkNodeInterface〕：专用网络节点接口路由协议PNNI协议包括：相邻结点和链路状态觉察网络拓扑数据库同步PTSEs〔PNNI拓扑状态分组PNNItopologystatepackets〕洪泛式传送〔flooding〕PGLs〔PeerGroupLeaders〕选择拓扑状态信息总结路由层次构建IS-IS〔IntermediateSystem-IntermediateSystem〕：中间系统到中间系统路由协议IS-ISOSICLNS〔无连接网络效劳ConnectionlessNetworkService〕32CLNPES-IS。虽然IS-IS被设计用于ISOCLNSIS-IS协议可以用于IP环境中。IS-IS协议主要实现域内IP路由选择。信令协议RSVP-TERSVP是基于IPRSVP协议向网络恳求满足特别效劳质量要求的缓存和带宽；中间结点利用RSVP协议在数据传输通路上建立起资源RSVP流量工程扩展〔RSVP-TE〕针对MPLS网络中建立具有路由约束的连接而定义。消息类型：PATHRESV。节点通过发送一条指向目的端的PATH消息来发起一个连接建立恳求。在对收到的PATH消息响应时，目的节点〔RESV〕RESV消息在源和目的UNI的每个节点创立“预留状态”。当源用户节点收到此连接的RESV消息时连接就被建立了。PATH和RESV状态可以被PATHTEAR和RESVTEA