《光纤通信网》课件第10章

第10章光互联网技术1.1光纤通信的发展和应用1.2光纤通信网络

10.1概述

由于新技术革命的推动，经济全球化和社会信息化趋势日益明显。在全球信息化浪潮的冲击下，人类对通信的容量、通信业务的种类和通信质量的要求不断增长。人类社会正在进入一个前所未有的信息爆炸时代，其中最具影响的三大事件是：

（1）伴随着个人电脑普及而来的Internet的飞速发展；

（2）由数字移动通信业务向个人通信发展而引发的常规通信的革命；

（3）新的具有增值能力的多媒体通信业务的出现。10.1.1

Internet的高速增长

100年来，电信网的主要业务一直是电话业务。传统的电话网设计都是以信道对称且流量恒定的话音业务为主要服务对象，这时的成本和利润处于严格的管制之下，网络架构呈资本密集型而且网络容量与话务容量高度一致（话路本位）。这种以话音业务为主的网络随着时间的推移，业务量和网络规模均呈稳定低速增长态势。然而，近年来，由于计算机的广泛应用和普及，数据业务正呈现高速增长态势，远高于电话业务。特别是IP业务的爆炸式增长，其规模和业务量已达到了每6～9个月翻一番的水平，比著名的CPU性能进展的摩尔定律（约18个月翻一番）还要快2~3倍。再有，在网络业务组成中占主导地位的IP业务量的分布模式将使未来的网络业务量分布大幅度向核心网转移，进一步加剧了骨干网容量需求的压力。而且随着IP电话、通过电缆调制解调器或ADSL将高速数据连接到家、光纤到路边和在Internet上开发的更高级应用，更促进了光互联网等技术的不断发展。

个人计算机和国际互联网络的普及以及数据业务与电子邮件通信的飞速发展使得人类社会对通信及信息的需求呈几何级数增长，数据业务将成为未来的通信主导业务及运营商的主要收入来源，网络中电话将由主业最终变成副业，网络的业务构成将发生根本性变化，这种变化也给今天的通信网络提出了革命性要求和设想。因此，现今困扰电信运营商的主要问题是，如何应对这种因Internet宽带接入需求所导致的数据业务量飞速发展以及对手之间的竞争。因此，需要成倍地提升通信容量，降低运营成本，迅速提供各种全新增值业务服务。另外，IP业务量的高度不确定性使不同路由的负荷会随时发生变化，造成网络资源利用的高度不平衡，所以要求网络，尤其是骨干网应该从网络拓扑到网络设备等诸多方面充分考虑数据业务的特性，更加有效快速地传送数据业务。应该说，网络的发展趋势是从电路网到分组网的过渡。IP数据业务为主导，必然要求光网络以IP业务为主进行优化设计，从而产生了光互联网技术。10.1.2新型增值服务的涌现

自从1970年康宁公司制成了第一根低损耗的光纤，对全光信息高速公路的想象就激发了研究者、业务提供商和公众的巨大兴趣。尽管在世界范围内已经铺设了数量巨大的光缆，但在过去的几十年中，我们并没有充分利用这些资源本身所具有的容量潜能。

总的光纤容量和所承载的信息量之间的巨大差异可以说明：电话业务对光网络的发展不具有需求上的源动力；另一方面，由于新技术革命的推动，不断涌现的新的通信应用及新业务（包括互联网浏览、视频点播、视频电话和视频远程会议、图文、远程教育、远程医疗、电视购物、高清晰度电视（HDTV）、交互式有线电视等），都需要很高的带宽，而这时也只有光纤才可以满足这种容量要求。通信是人类进行信息交流的基本形式，而且人类对这种信息交流的需求是永无止境的。人们设想在不久的未来可拥有一个更为理想的通信环境，即在任何时间、任何地点，可以使用非常便宜且安全的通信方式进行相互联系与交流。

在这种情况下，为了提高通信系统的性价比和经济有效性，满足不断增长的电信和Internet业务的需求，如何提高通信系统的带宽（系统的通信容量）就成为了焦点。当面向这些新业务并需要提供高质量的业务服务时，只有多波长光纤网络这种通信基础结构才能够在全世界范围支持这些新应用，从而满足当前和未来通信业务量迅速增长的需求。因此，现今电信工业正在经历着一场前所未有的巨大变革，这种变革主要表现为由互联网和其他数字网络业务的快速增长而推动的从以话音业务为中心向以数据业务为中心的转变。在过去的电信网中，网络设计和商品化的主要出发点是针对话音业务，但是随着以话音业务为中心向以数据业务为中心的不断演进，就需要从网络设计、网络控制以及网络管理的基本原理上对传统的电信网络结构进行全面彻底的调整和修改，从而形成新一代网络体系结构。10.1.3高速宽带组网技术的需要

在短短的五六年间，Internet的用户数量呈指数增长，基于Internet的业务和基于IP的网络增长势如破竹，使得数据通信和多媒体通信成为通信网络的发展重点，并将成为网络中的主导业务和电信业务运营商的主要收入来源。

针对这种情况ITU－T迅速作出了反应，为在不具有QoS保证的数据网上实现话音和视频等实时业务，而制定出了相关的技术规范。同时，为了克服传统Internet网络固有的一些缺点，IETF等组织也制定了相关的新型协议，如多协议标签交换（MPLS）技术。所有这些又使人们对电信网络发展的热情重新高涨起来。据统计，互联网用户发展到5000万仅用了4年，而收音机和电视机各用了38年和13年。这一全球性的变化使过去网络业务量中80％是本地、20％是广域的情况发生了相反的变化，这一比例将逐渐变成20%和80%，这意味着对骨干网的压力将越来越大。这种应用还使IP业务具有自相似性和收发数据的不对称性。早期的网络是通过窄带的电信线路连接众多的低速局域网，网络速率低，主要通过E1/F1、帧中继、DDN等连接，且业务种类单一，仅能实现文件传输、电子邮件、终端仿真等业务。后来出现的E3/F3、100Mb/s快速以太网等技术可实现图像信息的传输，但用于多媒体通信却显得带宽不足。基于窄带的电信网络来传送IP宽带数据业务已经越来越成为制约Internet发展的瓶颈，发展基于IP的宽带数据网络势在必行。随着计算机和通信技术的飞速发展，网络的速度从10Mb/s到100Mb/s发展到目前的1Gb/s甚至10Gb/s以上，以及网络应用软件的不断推陈出新，特别是WWW（全球信息网）的出现，使得Internet技术得到了飞速的发展，并围绕着Internet已形成了一个新的信息产业。电话、传真、电视会议、远程教育、呼叫中心、电子商务等越来越多的业务都可在IP网上传送，于是有人提出了“EverythingoverIP”的口号，人类已开始了前所未有的数字化生活。

IP网传统上是由路由器加专线组成的，用专线将地域上分离的路由器连接起来就构成了IP网。这种组成模式不能满足高速发展的IP业务要求。另外，IP网上业务的多样化，对IP网络也提出了一系列新的技术要求，从而导致网络技术结构发生变化和演进。

与此同时，IP业务还可能使网络运行状态从网状变成集散型，这一切都将对网络的优化设计产生很大影响。目前，IP网络的传送带宽、速率、容量及支持业务的单一性，都远远不能满足市场的迫切需求。美国、日本、欧洲等国家都正在抓紧建设高速、大容量、宽带的第二代IP网，以传送具有多种等级QoS的实时IP电话、IP传真和IP多媒体综合数据。宽带IP网络将成为各国基础建设设施和全球信息高速公路的重要组成部分。10.1.4光互联网观念的产生

IP网络通信业务量的爆炸式增长已成为世界瞩目的焦点和推动全球信息业发展的主要动力。为了适应以IP业务为代表的数据业务的迅猛发展，世界各国的电信公司、网络运营商都在开发新一代网络产品，研究与建设可持续发展的下一代公用网，并探索新的运营策略。

为了成功地实现从以话音业务为中心向以数据业务为中心转变的电信革命，尚有许多技术和政策方面的问题亟待解决，如网络安全、流量工程、网络管理、网络应用及运营商之间的合作等问题，如何对ATM和IP进行优化组合，如何将SDH与DWDM有效合并，从而推出一个改进的集成化通信协议系统结构，以达到简化网络层次、提高网络效率的目的等问题。随着密集波分复用设备、光互联网网络技术和吉比特、太比特光交换/光路由器的相继问世，IPoverWDM光互联网的观念应运而生。光互联网，即“Internet协议（IP）overWDM”，是利用WDM的大容量、易操作和灵活联网等特性在光网络层上传输IP数据包的一种组网技术的总称。它的目的是想用新型的高速路由器/交换机作为网络核心建成一个能够体现先进性、开放性、创新性和可持续发展性的宽带综合信息网络。光互联网的特点是：

(1)可支持现有和未来的所有业务；

(2)具有巨大的可持续扩容的链路容量，物理层是以WDM为基础，以OADM和OXC为节点，以高速路由器为核心交换设备的光传送网；

(3)采用TCP/IP为主导的上层通信协议，但不完全排除其他通信协议；

(4)具有很高的网络和业务生存性。

IPoverWDM光互联网就是直接在DWDM物理层上传输IP数据包的技术，它是一种对由IP数据包集成的业务流既具有交换功能又具有传输功能的大容量的交换/传输网络系统，是将基于密集波分复用技术的光网络技术和基于TCP/IP的互联网技术进行了优化组合而形成的新型宽带高速IP网络。它直接将高速路由器的输出与光纤的波分复用分立波长相连，充分利用了DWDM技术所带来的巨大的传送带宽和高速路由交换机的强大交换能力，构成了一种简单而高效的网络体系结构。高性能的网络路由器/交换机替代了传统的提供控制波长接入、交换、选路和保护倒换等功能的ATM和SDH交换和复用设备。它的上层是数据网络，底层是采用WDM技术的物理传送网络。采用基于IPoverDWDM技术的光互联网，可减少网络各层之间的中间冗余部分，减少SDH、ATM、IP等各层之间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用，其传输效率很高，用它作宽带IP骨干网可以降低成本95％以上。使用光互联网不但拓扑结构具有更大的灵活性，而且随着光交换和全光路由技术的成熟，具有最终迈入全光网的巨大潜力。可以设想，未来的Internet网络结构一定是由各自具有专用波长的各种传输协议通过无缝连接而构成的。光互联网消除了面向数据服务的TDM分级结构需要，取而代之以波分复用的分立波长，从而给流量工程、网络管理、网络灵活性等各方面都带来了巨大好处。由于在交换选路和光子层之间不再要求执行TDM多路复用功能的SONET/SDH设备而大大降低了设备成本，简化了网络结构，而且使得网络不再受TDM及其基于DS0的分级结构的速度和容量限制，因此，我们完全可以说，IPoverDWDM光互联网络能满足以IP业务为主对网络进行优化设计的发展需求，是实现未来高速宽带IP网的技术基础。 10.2光互联网技术

10.2.1光网络数据业务实现技术

在光网络中，原来用来传送IP数据业务的方式已经发生了很大的变化。比如在传送IP业务的时候，丢掉了原来位于中间层的ATM和SONET/SDH，这样就极大地提高了传送数据业务的效率，同时也使网络结构更简单、更流畅。

对于在光网络中封装IP数据业务通常有以下几种方式：PacketoverSDH（POS）、动态分组传送（DPT）等。POS技术实际上就是使用SONET/SDH设备来传送IP业务。它利用SDH标准的帧结构同时利用点到点传送的封装技术把IP业务进行封装，然后在光纤上进行传送。与POS相反，弹性分组环技术（如DPT）使用的是专门为环形网络结构定义的封装方法。

1.PacketoverSDH（POS）

POS技术可以把IP层直接叠加在SONET/SDH层之上，同时还具有一定的QoS保证。它消除了传统方法中利用IPoverATMoverSDH/SONET技术传送所带来的开销太大的带宽浪费问题。

由于IP是无连接的网络层协议，而SONET/SDH是一种物理层协议，这样根据七层网络协议栈的要求在第三层和第一层之间的空隙就必须被一种封装/组帧技术来填充，位于两者中间的第二层就利用点到点的PPP协议技术来完成。可将PPP把IP数据包封装成一定的数据流，然后映射到SONET/SDH帧结构中的净荷区，利用SONET/SDH技术来传送。然而采用POS技术需要一种所谓的全双工点到点传输链路拓扑结构。

PPP由两个协议部分组成：一个是链路控制协议（LCP），该协议用来建立数据链路的连接并能够保证该连接的可靠性；另外一个协议是网络控制协议（NCP），该协议用来提供到第三层之间的接口。

2.动态分组传输（DPT）

DPT技术引入了一个位于第二层称为空间重用协议（SRP）的新的媒体接入控制协议（MAC）。利用SRP技术可以配置出可扩展、生存性很高的光IP环网。

与POS的点到点技术不同的是，DPT的突破在于它允许在环网上传送数据业务，因此DPT不仅对城域的环网来说是一个极具挑战性的技术，而且对骨干网组网技术也带来了巨大挑战。

由于SRP提供了标准的SONET/SDH接口，利用DPT接口可以很容易地把路由器连接在SONET/SDH设备、DWDM设备或者直接承载在暗光纤上。这样，DPT可以配置在任意三种物理层上，从而使得其具有极大的灵活性。此外需要注意的是，SRP是完全独立于下面的物理层的，它可以应用在任何一种1层技术之上。

DPT环是两纤双向的光纤环网技术，两根光纤都可以用来发送数据分组或者控制分组。对于控制分组也存在有几种类型，如拓扑发现分组、保护倒换分组和带宽使用控制分组等。

与我们所熟悉的环网技术（如令牌环），或者光纤分布数据接口（采用令牌作为接入控制）不同，SRP采用的是一种目的地剥离机制，即业务到达目的地后就被剥离出来，这样原来由该业务占用的信道就可以用来传送其他的业务。这种机制称之为“空间重用机制”，这样就能够极大地提高带宽的利用率。10.2.2

IPoverATM

异步转移模式（ATM）具有低时延、高带宽的特点。多媒体业务的不断涌现更促进了ATM技术的发展和应用。但是ATM在向用户桌面的推进中，由于价格昂贵，难以得到普及推广。而且，传统Internet的广泛应用及其与ATM网络技术之间的本质差异在某种程度上阻碍了ATM的应用，使得ATM技术的优势在短期内难以充分发挥。但TCP/IP技术在发展过程中也遇到了路由器瓶颈、服务质量难以保证等问题。如果把这两项技术结合起来，既可以使ATM网络运营部门充分利用ATM网络资源，发展ATM上的IP用户业务，又可以解决Internet网络发展中遇到的瓶颈问题，推动Internet业务的进一步发展，使这两项技术的潜力充分发挥出来，获得巨大的经济效益。经典的IPoverATMoverSONET/SDH方案可提供155Mb/s和622Mb/s速率的坚固传输，由SONET层提供通路保护、性能管理能力及保护倒换功能，而ATM提供虚通路的灵活的带宽分配功能。

这时，IP层提供了简单的数据封装格式；ATM层重点提供端到端的QoS；SDH层重点提供强大的网管和保护倒换功能；光网络层主要实现波分复用并为上一层的呼叫选择路由和分配波长。但是由于IP层、ATM层、SDH层等各层自成一体，都分别有各自的复用、保护和管理功能，且实现方式又大有区别，所以实现起来不但有功能重叠的问题，而且有功能兼容困难的问题。从IP协议与ATM协议的具体结合方式来划分，IP与ATM相结合的技术存在两种模型：第一种模型称为重叠模型，第二种模型称为集成模型。

重叠模型是指IP协议在ATM上运行，IP的路由功能仍由IP路由器来实现，ATM仅仅作为IP的低层传输链路。其采用标准的信令协议，而且IP和ATM各自独立地定义自己的地址和路由协议，IP地址在边缘设备中映射成ATM地址，然后将IP数据包传送给另一端边缘设备。其最大的特点是在ATM网中不论是用户网络信令还是网络访问信令均统一不变，这样对ATM来说IP业务只是它所承载的业务之一，ATM的其他功能照样存在并不会受到影响。因此，这就需要定义两套地址结构及路由协议，ATM端系统除需分配IP地址外，还需分配ATM地址，以及地址解析协议（ARP），实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射，同时也需要两套维护和管理功能，这些情况将导致传送IP数据包效率较低、计费较难等问题。

重叠模型的优点是有利于向B－ISDN发展，信令标准完善成熟，采用ATM论坛或ITU－T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容；缺点是造成地址和路由协议的重复，IP传送效率相对较低。同时，重叠模型还需要两套维护和管理功能，由于ATM协议的复杂性，使网络配置和管理都有相当的难度。此外，ATM技术最为引人注目的特性是能够保证QoS，但在重叠模型中，对QoS的保证是极为有限的。而且，重叠模型对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。重叠模型基本上是IP协议在ATM环境下不得已的解决方案。由于地址和路由功能的重复，使传送IP分组的效率较低。目前较理想的发展趋势应该是集成模型。集成模型的主要思想是将ATM看做IP的对等层，在建立连接上采用非标准的ATM信令，ATM端系统仅需要标识IP地址。网络不再需要ATM的地址解析协议，而是采用IP的选路并将IP层的路由功能与ATM层的交换功能结合起来，使ATM交换机变成了多协议的路由器，保留了IP选路的灵活性，同时使IP网络获得ATM的交换功能，提高了IP转发效率，因此计费容易，但增加了ATM交换机的复杂性。

使用ATM技术来承载IP是目前国外许多传统电信运营商采用的方法，这种方法的主要优点有：利用ATM技术本身的QoS保证，可以提高IP业务的服务质量，可以综合利用ATM速度快、容量大和支持多业务能力的优点。

IPoverATM方案的主要缺点是：ATM设备及其维护成本高，并且由于技术过于复杂而使端口速率难以扩展到2.5Gb/s以上；在运行中开销较大，即存在较大的“信元税”（CellTax）的问题，最大高达36％，当带宽增加到2.5Gb/s时，这个问题更加突出，造成很大的带宽浪费；ATM对交换时限比较敏感，这涉及到交换队列和缓冲器的设计，缓冲器的容量要在丢包和时延之间取得平衡和折中。

IPoverATM主要适用于网络边缘多业务的汇集和一般IP骨干网，不太适合超大型IP骨干网的应用。目前，ATM与IP结合的重点研究课题是多协议标签交换（MPLS），MPLS可望把一些面向连接的组网优点带到路由器的网络上，诸如QoS、业务量工程设计、虚拟专网的管理、大型路由表的计算等问题都可望得到解决。总的来看，IPoverATM适用于多业务电信环境以及服务质量要求较高的IP业务。10.2.3

IPoverSDH

IPoverSDH技术是通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP分组，它定位于电信运营级的数据骨干网，其网络主要由大容量的高端路由器经由高速光纤传输通道连接而成，它实际上是对传统IP网络概念的延续，完全兼容传统的IP协议体系，只是在物理通道上借助SDH提供的点到点物理连接，从而使速率提高到吉比特每秒量级。使用SDH技术有这样的技术特点：采用同步复接技术，以便从高次群的数据流中灵活分离出低次群的数据流；帧结构中有完善的运行与维护开销，便于网络管理。这些特点可以使IP数据包通过多种高速率进行传送，使传送时延小，同时也可以提供自动保护切换特性实现路径备份，提高传输系统的可靠性。另外，标准化的SDH使得不同公司的产品可以互操作。目前，SDH光系统是传输系统中的主要传输手段，它在本地及长途传输系统中都已大量使用。即使是ATM网络系统，目前仍然主要以SDH作为其传输网络。IPoverSDH的另一个重要优点是：在环路上的路由交换机使用光纤环两侧双向的通道来共享IP流量，可以使带宽利用率加倍，从而大大降低成本。在光缆被割断时，IP数据流可以选择光缆环另一侧尚存的光纤路径或另选择其他路由到达终点。由于Internet网的自相似性，一般情况下平均流量远低于满负荷流量，所以全部数据流共享生存的光纤仍然可以工作，而且可以利用已有技术（如流量控制、缓冲存储和再选路）来弥补光缆被切断造成的损失。经典的IPoverSDH是IP数据包通过采用点到点协议PPP来映射到SDH帧上，按各次群相应的线速率进行连续传输的。IPoverSDH技术的实现需要高速路由器，采用的仍然是传统路由器的逐包转发方式。从网络技术发展来看，IPoverSDH目前适用于新兴的、以IP业务为主的Internet网络提供商在骨干网上疏导高速率数据流，为线速路由交换机直接通过SDH接口连接到宽带网络上主要提供骨干传输功能，在广域骨干网上简单易行地提供大容量IP传送业务。

IPoverSDH技术主要有以下优点：

(1)IPoverSDH技术将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层，简化了网络体系结构，降低了网络的成本和复杂性；

(2)保留了Internet的无连接特征，易于兼容不同技术体系和实现网间互联，更适合于组建专门承载IP业务的数据网络；

(3)带宽利用率比ATM方案提高了25％~30％，技术较为成熟；

(4)实施IP多播（IPMulticast）建立广播树的效率也比ATM方案高；

(5)在环路上的路由交换机可以使用光纤环双侧的通道来共享IP流量，可以使带宽利用率加倍，从而大大降低成本。

IPDirectlyoverSDH方案在提供更大的带宽利用率的时候，却失去了灵活管理虚链路带宽的能力，特别是其一对路由器之间的业务即使仅仅需要少量可用带宽时仍使用了全部的SDH链路带宽。因此基于TDM的SDH网络对提供基于分组的IP业务存在局限性。IPoverSDH目前仍然存在许多问题，其主要缺点有：

(1)目前只有业务分级(CoS)，而不像IPoverATM技术那样提供业务QoS，拥塞控制能力差，因此尚不适用于多媒体业务平台；

(2)SDH的提出主要是为了传输多路数字电话，如果硬要将占通信主要成分的IP分组数据放到为电话设计的帧中去，映射问题又有一定的复杂性，这样并不是太合理，导致设备复杂度和成本增加以及管理的困难；

(3)带宽不匹配，由于数据传输的带宽是可变的，这必将导致带宽浪费，或带宽拥塞，利用SDH协议进行通信要求建立通信线路，并且必须给建立的电路分配带宽，而SDH线路只能提供有限的一系列带宽，并且大多数不适合数据传输带宽的要求；

(4)技术比较复杂，IPoverSDH技术的协议层数目较多，导致在应用、操作、差错检测、解析、网络规划和网络恢复等方面的技术较为复杂，今后会在协议栈中继续减少协议层的重叠数目，以使资金投入最小化，降低负载开销，以提高可用带宽。

IP与SDH的结合是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层，从而保留了因特网的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于兼容不同技术体系和实现网间互联，是一种现实而高效的IP传送技术。但目前尚不适于多业务平台，可扩展性不理想，只有业务分级，无优先级业务质量，尚不支持虚拟专用网和电路仿真。实际上，PPP并不提供任何带宽管理和QoS能力，而在IP层实现带宽管理和QoS是非常复杂的。若IPoverSDH/SONET增加新功能，如QoS寻址和流量控制等，结果将会与IPoverATM一样复杂。在IPoverSDH中，SDH是以链路方式来支持IP网的，没有从本质上提高IP网的性能。人们大多只注意到IPoverSDH/SONET封装开销低的优点，而忽略了上述问题。另外，IPoverSDH无流量控制，也会造成网络带宽利用率的下降，结果有可能造成在实际网络运行中，其带宽利用率可能还不如IPoverATM技术。10.2.4

IPoverWDM

目前IP业务持续的指数式增长，对光通信的发展带来了新的机遇和挑战，一方面IP巨大的业务量和不对称性刺激了WDM技术的应用和迅猛发展，光网络的出现更是为宽带IP的传送奠定了一个坚实的基础。另一方面，IP业务与电路交换的差异也对基于电路交换的同步光传送网络SDH提出了挑战。而“光网络”和IP的结合——光因特网，更是成了人们关注的焦点。光纤传输、WDM技术以及以此为基础的光网络的巨大潜在能力，使得以DWDM为基础的光网络无疑成为传送层的最佳基础。鉴于IPoverATM和IPoverSDH的各种限制，同时由于新型网络协议的不断完善和多波长光网络技术的进步，使得直接在WDM光网络上承载IP数据业务成为可能。图10－1显示了一种最简单直接的体系结构，它省掉了中间的ATM层与SDH层，减少了网络设备；减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网管复杂性，特别是网络配置的复杂性；额外的开销最低，传输效率最高；通过业务量工程设计，可以与IP的不对称业务量特性相匹配；还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，尽量避免缓存，减少时延。由于省掉了昂贵的ATM交换机和大量的普通SDH复用设备，简化了网管，又采用了波分复用光网络技术，其成本可望比传统电路交换网降低1～2个量级。图10－1多层重叠网络向光互联网的演进

IPoverWDM的最大优势在于其巨大的带宽潜力，目前商用化的WDM系统的速率已达160Gb/s。显然，只有这样的高速率才有可能与未来巨大的IP业务量相匹配，其他任何技术都不可能与其相比。WDM的另一个重要特点是有上百个可用波道，各个波道信号间可以彼此隔离，因而可以很容易地兼容不同性质和协议的业务，起到业务汇集作用。网络管理者不再需要在同一电路上设法混合各种业务，从而有可能不再需要采用复杂的ATM来汇集各种业务，简化了体系结构。至于人们所关心的服务质量问题，IPoverWDM的解决思路是靠WDM的高带宽和简单的优先级方案。按排队理论，只有网络利用率超过75％时才需要QoS；当网络利用率低于70％时，队列很短或根本不存在排队，常常只需简单的优先级方案，即将高质量实时业务放在队列前面就可保证QoS。对实际业务的预测表明，未来业务量中真正高质量的实时业务是少数，90％的业务属于尽力而为（Besteffort）业务，因而采用简单的优先级方案和高带宽WDM来处理QoS问题是有一定道理的。虽然采用IPoverWDM光互联网技术有诸多优点，而且是网络的一个必然发展方向，但是在目前的技术条件下，IPoverWDM系统及其网络技术本身还不是十分成熟，大规模采用IPoverWDM光互联网技术还需考虑很多问题，如网络安全、流量工程、网络管理、网络应用及运营商之间的合作等问题。此外，还有如何对ATM和IP进行优化组合，如何将SONET/SDH与WDM有效合并，从而推出一个改进的集成化通信协议系统结构，以达到简化网络层次、提高网络效率的目的等问题。10.2.5光互联网发展方向

1.光波长传输

21世纪，全光网络将真正以光的速度传送大量的信息，波长路由器或光交换机将成为其最基本的网络交换设备，以组成智能化的多业务光传送网，使业务提供者能够进行快速的业务配置和恢复，负责对不同的通信信道进行交换和选路。波长交换机实现了在光域上的透明传输，它消除了传统的光－电－光的转换，对信号的格式、协议和速率透明，它是基于光(波长)的交叉连接，可承载各种业务在光层上透明地传输，并可充分地利用波长的带宽资源实现动态的带宽指配。向光网络的演进将会是逐步的。当前的网络是采用点到点的方式在一个波长上传输数据业务，中途要经过一些光电转换装置。未来的光网络将完全在光域中复用和传送光波长，传输的基本元素是波长而不是时隙。

2.光交换机

任何一种通信网络主要由传输和交换两大部分构成。大容量的传输当然需要与之相对应的高速交换系统。目前较高级网络的传输速率大约在10Gb/s，这个速率将使目前的电子处理单元和存储单元窒息。如果使用电子信息处理技术，则每一路波长上的几个吉比特的高速数据流就必须首先被拆分成低速数据流，进行电子处理后再综合成高速数据流。这种从光到电再从电到光的交换过程不但降低了在光纤这个“超级高速公路”上传输的数据的速率，而且增加了网络处理设备的成本。因此，使用光子信息处理技术代替电子信号处理的新型光子交换技术，将逐步取代目前的电子交换系统。光交换将从根本上改变建设和使用光传输网络的方式。承载数据流的光束可以透明地进行交换，而与比特率、波长和编码方式无关。与光－电－光（O/E/O）交换机不同，光交换机的交换过程是在光层上完成的。光交换机可以向用户提供透明的业务，不管是SONET/SDH还是以太网，数据率是155Mb/s还是10Gb/s甚至更高都仍然保持透明。

3.路由器功能将不断增强

进入20世纪90年代以后，路由器技术在计算机网络互联中发挥了重要作用，专线加路由器成为Internet的重要特点之一。从网络的组成来看，任何通信系统（包括计算机网络）都是由末端节点和网络节点构成的。其中末端节点是计算机网络中的主机，而网络节点是进行通信的接入和交换设备，也可称为网络接口信息处理机（IMP）。末端节点（主机）进行远程访问时，都必须通过网络节点（路由器）才能与远方的末端节点进行通信。和交换技术的竞争，成为路由技术发展的一个推动力。路由技术如果要在未来的网络中站稳脚跟，必须要解决的问题是实现路由器设备造价和其容量呈线性增长，能够很好地支持实时多媒体业务，能够很好地保持用户的QoS，能够支持多播和组播。随着Internet的发展，新的网络协议和对原有协议的不断扩展，除了处理转发分组以外，路由器还应具有一些新的功能，如集成服务、区分服务、增强的路由能力、安全功能、对现有协议的增强和扩展以及开发新型的核心协议。从技术发展趋势来看，路由器的发展呈现如下五个趋势：

一是从单处理器向多处理器发展，由总线交换向空分交换发展；

二是由提供“尽力而为”（Besteffort）的业务向提供QoS业务质量保证的方向发展；

三是从仅支持点对点的连接向支持点对多点的连接发展；

四是其路由表查找及路由协议的处理从软件实现到硬件实现的方向发展；

五是在波长(光)联网技术中综合目前先进的MPLS业务量工程控制层技术，并最终实现全光分组/包交换。最新发展的波长路由器实现了在光域上的透明传输，它消除了传统的光－电－光的转换，对信号的格式、协议和速率透明，它是基于光的交叉连接，它可承载各种业务在光层上透明地传输，并可充分利用波长的带宽资源实现动态的带宽指配。它是向未来全光网迈进的一个实质性的突破。因此路由器最终会向未来光子网络的高性能的波长路由器方向发展。

4.多交换粒度和多业务相融合

除了光传输链路的发展，光传送节点的发展也呈现了新的发展趋势，即融合的多业务节点。在这样一个物理实体中，进行统一的控制和管理，减少了大量独立的业务节点和传送节点设备复杂度，大大简化了节点结构，并减少了设备安装开通时间和业务提供时间，降低了节点设备和网络的成本，节省了大量机房空间和连接电缆以及设备功耗。目前，光网络节点的未来演进仍是不清楚的，因此最可能的情况是各种交换方式的综合，即光纤-波长-分组混合交换，为用户同时提供电路型和分组型交换业务。网络的发展受业务需求而驱动，并且以逐渐演化的方式进行，未来的网络应当按需、高效、优质地提供包括语音通信在内的多层次、全方位、多种形式的信息服务。光子、电子和数字技术的迅速发展和全面采用，从技术上为三网融合奠定了最坚实的基础。电信网和计算机网都在巩固原有业务的同时开拓对方的业务。总的来说，未来的网络发展一定呈现业务数据化、网络宽带化、服务综合化、网络分组化趋势。随着网络中数据业务量成为主导后，从传统的电路交换技术逐步转向以数据特别是IP为基础的整个电信新框架将是历史的用户的需求、运营商的利益及通信支撑技术的迅猛发展等因素，极大地驱动了电信网从今天以话音网络为骨干向由ATM网络和IP网络为骨干的数据网络演变。未来宽带组网技术的发展一定是骨干和核心尽量多地使用快速的光子技术，边缘多使用灵活的电子处理；电路交换和分组交换不会互相排斥，而是要相互结合、互为补充；网络节点一定是选路和交换的综合；交换形式一定是分组、波长、波长组和整个光纤以及光纤组等不同交换粒度的混合交换；网络协议不断被增强和扩展；服务质量越来越有保证等等。骨干网主要使用波长级的大粒度交换，为了适应超业务流量的要求很可能采用突发交换方式；在城域网的核心仍以光网络的透明交换为主，上行节点（城域网网关）具有业务集成、疏导和整合功能以提高带宽的利用率；城域网的下行节点因为要面对具有不同技术体制的接入网及广大的用户，所以要提供多业务的接入和交换支持，必须充分发挥电处理的灵活性。 10.3多协议标签交换技术

10.3.1多协议标签交换技术的背景

目前，网络业务提供商（ISP）都面临这样一个挑战：使其网络性能能够跟得上网络业务快速增长的需求，并且能够区分不同类型等级的业务。多协议标签交换（MPLS）提供了一种简单的交换机制，它可以提供面向分组的流量工程和多业务功能，具有很大的灵活性。MPLS是IETF在20世纪90年代中期提出的一种方案，它综合了很多种多层交换技术。MPLS用控制驱动模式来进行标签绑定，建立标签交换路径（LSP）。一个LSP是由一个或多个标签交换跳数构成的，从一个标签交换路由器（LSR）到另一个LSP转发数据包。

MPLS提供了一个标准化的多层交换技术，它综合了转发组件的标签交换和控制组件的网络层路由技术，其控制组件主要完成IP功能。MPLS定义了新的基于IP的信令标准和标签分配协议，延伸和扩展了现有的协议，支持多厂商之间的互操作。MPLS不应用任何ATM论坛的信令或路由协议，所以IP和ATM两种协议的协作问题也就消除了。MPLS的转发组件基于标签交换算法。如果第二层技术支持一个标签域，这些原始的标签域就会封装MPLS标签；如果第二层的技术不支持一个标签域，MPLS标签就会被封装在一个标准的MPLS头中，插入第二层的头和IP头之间，即MPLS可以用ATM标签，也可以用一个标准的标签格式，也就是允许任何链路层技术来运载一个MPLS标签。

MPLS是多层交换技术的最新的进展。它综合了转发组件的标签交换和控制组件的IP路由协议、标准的IP信令协议以及标签分配协议。此外，MPLS技术特别设计在所有的链路层技术上运行，而不是只在ATM结构上运行，可以方便地移植进新一代的光Internet技术——基于SONET/SDH和IP/WDM结构。

MPLS的最大好处就是它提供了一个功能，能够使ISP可以传输新的业务，而这些业务不能够由传统的IP路由技术支持。ISP面临的挑战就是不仅要能够提供性能优异的基本业务服务，也能够提供一些新业务以打倒其竞争对手。MPLS允许业务提供者控制成本，提供更高级别的业务，并能够支持新一代的用户业务。MPLS提供了高的路由能力，它不仅仅支持基于目的地的转发。通过把转发组件同控制组件分离，MPLS还提供了更加灵活的转发功能。

MPLS技术真正的优点是它将选路机制和转发机制完全分离。这种分离使得我们可以专门为MPLS开发独立的算法，使其可以支持多种服务和业务类型。如果ISP在网络中开发新的业务，MPLS的转发结构可以保持不变，只在分配业务到LSP的机制上作出调整就可以了。从这一点上来看，新的业务可以很方便地移植进MPLS的转发结构中进行传输。10.3.2

MPLS体系结构

1.MPLS的结构

1）框架结构

MPLS区域中的标签交换路由器可以分为两种：边缘路由器和核心交换路由器。边缘路由器负责将从MPLS区域外部来的数据包拆开，计算好路由以后给数据包加上标签送入MPLS网络中传输；当接收到从MPLS网络内部来的数据包后，要将标签去除，还原成IP数据包后，送入IP网络中传输。核心路由器的功能相对简单一些，因为它不需要将数据包进行类型转换（IP数据包到加了标签的数据包），也不需要为数据包计算路由，所以不需要对IP包头进行检查，可直接按照标签的内容对数据包进行转发。

2）LSR节点功能描述

MPLS节点的功能描述如图10－2所示。对一个边缘LSR节点来说，当接收到一个数据包以后，首先利用TCP/IP协议将数据包拆开，找到其目的地址以后，根据路由算法给数据包计算出一条路由，然后标签分发协议LDP根据IP协议计算得出的路由以及MPLS路由转发表中的内容分发标签。标签分发协议LDP同时还会对路由转发表以及标签信息库进行维护。对于中间LSR节点来说，它不需要为数据包计算路由，因此就不需要图10－2中的IP路由协议这一功能模块。这是边缘LSR和中间LSR节点的重要区别之一，也是MPLS相对于IP的技术优势。由图10－2可以看出，标签交换路由器主要完成路由控制功能和标签管理维护功能。图10－2

LSR节点功能描述

2.MPLS技术基础和基本组件

1）标签

标签是一些短小、长度固定、只具有本地意义的指示符，用来标示一条数据转发路径。标签加入一个数据包中，那么此数据包属于一个确定的数据转发路径。标签分配给一个数据包是根据数据包中所携带网络层的目的地址，其编码格式如图10－3所示。

标签位于网络层头和链路层头之间。在ATM网络和帧中继网络可以用它们自己的标签格式作为标签，而在其他的网络中，就可以用定义的标签标准格式。

32bit的MPLS头包括下面的区域：标签区域（20bit），运载实值的MPLS标签；CoS区域（3bit），可以影响排队和丢弃算法，在数据包传输经过网络时可以应用；栈（S）区域（1bit），支持分级标签栈功能；TTL（生存期）区域（8bit），提供传统的IPTTL功能。图10－3标签的编码格式

2）MPLS数据包转发机制

标签交换路由器（LSR）转发数据包是基于标签交换的概念。标签与IP地址信息以及链路相对应。当一个带有标签的数据包到达LSR时，LSR利用标签作为一个索引来搜索转发表。每一个转发表中的入口以及出口各自对应于一个标签，能够表示一系列的转发信息。

3）标签分发协议（LDP）

LDP主要进行标签的协商分发工作，也就是形成标签交换转发表。LDP信息包括标签请求信息、标签映射信息、通知信息等。

LDP标签分发主要有两种模式：上游请求模式和下游主动提供模式。上游请求模式是由上游LSR节点向下游LSR节点发送标签请求信息，标签请求信息中包含IP路由协议计算得来的路由，它按照路由进行信息的转发。下游LSR节点接收到上游LSR节点发来的标签请求信息以后，就返回标签映射信息，标签映射信息中包含建议的标签，它按照标签请求信息走的路径原路返回上游LSR节点，当标签映射信息到达上游LSR节点以后，它所经过的各个节点就建立起标签交换转发表。下游主动提供模式是在没有上游发送来的标签请求信息时，可以定期地向上游发送标签映射信息。这样一来，下游LSR节点应该对整个MPLS区域的边缘LSR节点有一个了解，然后才可以依据上游LSR节点计算路由，发送标签映射信息。

可以看出，上游请求模式的优点是节省标签资源，因为它只在需要时才申请标签，缺点就是时延比较大。下游主动提供模式节省时延，但是比较浪费标签资源。实际网络中，一般同时应用两种不同的标签分发模式。

3.MPLS的主要应用

目前，MPLS在InternetISP的网络中主要有三种流行的应用：流量工程、业务等级分类（CoS）和虚拟专用网（VPN）。

1）流量工程

随着对网络资源的需求空前增长以及业务提供商之间日趋激烈的市场竞争，流量工程成为目前MPLS最主要的应用。然而IP是一种尽力而为的网络，不能满足此任务的要求。

MPLS适用于给较大的ISP网络提供流量工程，是基于下面所述的原因：

(1)MPLS支持直接路径，允许网络管理者指定确切的物理路径；

(2)利用MPLS可以进行网络分析，根据网络拥塞状况计算最优路径，对链路状态的统计可以作为网络规划和分析的工具，来标示网络瓶颈和干线的利用情况，并为将来的网络扩张作准备；

(3)利用资源预留协议（RSVP）以及约束路由CR－LDP计算得出的强制路由可以满足特殊的需求；

(4)基于MPLS的方案可以在面向分组的网络中运行，不受ATM结构的限制。

流量工程允许ISP把业务从由IGP计算的最短路径移离，送到拥塞较少的链路上通过网络。流量工程方案可以将一个网络中聚集的业务分担到不同的链路、路由器和交换机上，所以不会造成单个的网络元件超负荷使用或未充分利用，这可以使一个网络提供更加有效的操作和更有预见性的业务。

2）业务等级分类CoS

MPLS可以使业务提供者有能力支持各种不同的业务。不同的业务模式定义了多种不同的业务分类机制，可以将业务分成较少数量的服务等级。运营商已经用互联网作为一个公共的传输系统，传输很多种不同的业务，从传统的文件传输到时延敏感的业务（如视频和音频），对各种不同的业务需要划分不同的业务等级。为满足用户的需求，ISP需要采纳的不仅是流量工程技术，还需要业务分类技术。

ISP可以采用两种方法来支持基于MPLS的业务分类转发功能：

(1)LSP上的业务流可以根据在MPLS头中设置好的优先级比特CoS排队传输到每一个LSR的外地接口上，具有较高优先级的业务获得优先排队的权利；

(2)ISP可以在一对边界LSR之间提供多个LSP，每一个LSP可以提供不同的运行和带宽保证。

头端LSR放置高优先级的业务在一个LSP中，中优先级的业务在另一个LSP中，尽力而为的业务在第三个LSP中，低于尽力而为的业务放在第四个LSP中。

MPLS使得ISP在给用户提供不同的业务时有很大的灵活性。优先级比特是将数据包分类到几种不同业务中的方法之一。ISP有权决定由不同的业务分类支持特殊的业务类型。

3）虚拟专用网

虚拟专用网（VPN）是在公共互联网之上建立专用网络的操作。要给其用户提供可行的VPN服务，ISP必须解决的两个问题是数据保密和支持不统一的IP地址。在一个VPN之内，MPLS提供了一个简单和有效的方法来解决这两个问题，因为它依据标签值转发数据而不是数据包头中的目的地址。

VPN网络典型的构建结构有四个基本的建筑模块：

(1)防火墙保护每一个用户的地址信息，并提供一个到互联网的安全接口；

(2)用一个鉴定来确保用户只同那些有效的远端地点交换数据；

(3)加密技术防止数据在通过互联网时被检查或被操纵；

(4)管道封装提供了一个多协议的传输业务，可以在一个VPN中用专有的IP地址空间。利用MPLS建立LSP通道，可以使ISP方便地进行流量工程管理，进行流量控制，优化网络。VPN是未来的企业内部进行IP通信的主流，据预测到2010年，基于MPLS的VPN其业务收入将占全球公用IP业务收入的3/4，因此基于MPLS的VPN可以大大提高ISP的竞争能力。10.3.3

MPLS流量工程技术

1.流量工程

用户接入到网络中后，ISP必须把用户的业务流量映射到物理拓扑上去。在20世纪90年代初，映射用户流量到物理拓扑的方法并不科学，它以一种非常简单的方式进行：ISP以它自己的内部网关协议（IGP）计算得出的最短路径简单地将业务流量进行配置。这种简单映射具有的缺陷可以通过增加带宽，也就是增加物理链路来弥补，但是单个链路开始变得额外的拥塞。今天，ISP的网络变得越来越巨大，电路支持的IP业务和用户的需求也越来越巨大，映射业务流量到物理链路需要一种更加有效的方法。我们将映射业务流量到现存的物理网络的任务称做流量工程。如果流量工程应用能够发挥出它的特点，那么它可以使ISP精确地控制业务流量在其路由区域内的运作。尤其是，流量工程可以使得业务流量从最短路径上分离出来到达一个拥塞较少的物理路径传输。

流量工程是一个强有力的工具，可以使得ISP平衡多个链路、路由器和网络交换机之间的业务负载，使得没有一个单元会被闲置或者过度使用。在这种方式下，ISP可以增加整个网络中的带宽经济效益。流量工程可以看做是一个路由帮助，在路由计算时提供额外的信息，使业务在最佳的链路上传输。流量工程在ISP商业上有着重要的应用，因为它可以充分开发网络资源，满足用户不可预期的需求，并且增加ISP在市场上的竞争力。目前的ISP往往受着网络拥塞的困扰，因为在建立转发表时它们没有将带宽利用状况和业务特性考虑进去。ISP流量工程可以极大地提高其网络的操作性能。流量工程的作用有以下几点：

(1)在已知的网络瓶颈处或者拥塞处选择主要的路径；

(2)在主要路径面临一个或者多个故障时，可以提供精确的控制来对业务进行重选路由；

(3)更加有效地利用现有的带宽，确保不会出现网络的某一部分过度使用而另一部分没有得到使用；

(4)降低操作成本，提高操作性能，使ISP在市场上更具竞争力；

(5)提高网络面向业务的性能特点，降低数据包的传输损耗，降低拥塞周期，最大化吞吐量；

(6)提供给用户更多的选择、更低的成本和更好的服务。

2.应用MPLS技术的流量工程方案

Juniper网络和IETF工作组已经将MPLS整合进流量工程的解决方案，此方案有四个基本的组成部分：数据包转发组件、信息分发组件、路径选择组件和信令组件。每一个功能组件是相对独立的，网络流量工程为这四个功能模块提供了一些接口，如图10－4所示。图10－4

LSR功能模块图

1）数据包转发组件

数据包转发组件模块使用MPLS时，MPLS的主要职责就是负责将IP数据流引导到预先定好的数据路径上去，此路径称做LSP。LSP在性质上是很单一的（业务流在一个方向从头端到尾端），双工业务需要两个LSP，每一个LSP运载的业务是单向的。当入口路由器LSR接收到一个IP数据包以后，它给数据包加上一个MPLS头并将其向LSP中的下一个LSR转发。加了标签的数据包就会沿着LSP，经由其中的每一个LSR直达此LSP的出口LSR。出口LSR将数据包的标签去除，按照其中携带的第三层的信息（例如IP地址信息）将其进行转发。此结构的关键一点是LSP物理路径不只是IGP所选的到达目的地址的最短路径。

2）信息分发组件

MPLS技术下的流量工程一个很重要的需求就是有一个信息分发的机构。信息分发组件可以对IGP进行适当的拓展，链路属性可以作为路由器的链路状态广播的一部分。每一个LSR保持网络链路属性和拓扑信息，构建一个特殊的流量工程数据库（TED）。TED在计算LSP通过物理拓扑的直接路由时使用。此数据库对IGP的链路状态数据库是独立的，专门为流量工程计算使用。同时，IGP不对它的操作进行调整，依据路由器中的链路状态数据库进行传统的最短路径计算。

3）路径选择组件

当网络的链路属性和拓扑信息由IGP发布出去并在TED中建立以后，由入口路由器使用TED来计算网络路径LSP。LSP可以用一些严格松散路由或者松散直接路由表示。如果直接路由在LSP中的所有LSR中预先配置，此LSP属于“严格”的直接路由；与之对应，如果入口路由器只配置一部分LSR，此LSP属于“松散”的直接路由。

入口LSR在计算物理路径时使用约束最短路径优先算法（CSPF）。CSPF的输出是一条计算好的直接路由，包括一系列的LSR地址，提供通过网络的一条最短路径，此路径满足一些约束条件。直接路由发送到信令组件之中，信令组件建立LSR沿着LSP的转发状态。此算法不仅提高了管理效率，同时优化了流量工程。

4）信令组件

因为在LSR的TED中包含的信息并不是实时的，所以假设CSPF计算的路由是可用的。实际上，此路径是否可用直到使用信令组件确切地建立起这条路径才可以得知。信令组件负责建立LSP并进行标签分发，它依据拓展的RSVP构建。

RSVP通过特别为支持增强功能而设计的附加的新对象类型，将对象作为一块不透明的信息承载，并在路由器中提供适当的控制模块。此机制可以利用来开发支持显式路由和标签分发的MPLS流量工程。RSVP的软件模块能够在MPLS环境中可靠地建立和维护LSP，并允许将网络资源明确地预定和分配给一条给定的LSP，建立显式路由LSP，同时可提供与ATM和帧中继相同的流量工程和负载均衡能力。由于RSVP所建立的LSP路径不受限于传统的基于目的的最短路由，因此它是建立流量工程的优秀信令协议，可以对之进一步扩展以提供一个动态建立LSP所需的信令系统。

3.LSP灵活的路径计算和配置

流量工程的本质是映射业务流到物理拓扑中，而应用MPLS运行流量工程的关键问题是为LSP决定物理路径。路径的配置可以是通过脱线的配置或者是在线的约束选路。与物理路径的计算相独立，转发状态可以用RSVP的信令能力传输通过网络。

网络流量工程的策略是使用MPLS支持许多不同的选路和配置LSP方式：

（1）ISP可以为LSP脱线配置整个路径，或者用合适的统计转发状态单个地配置LSP中的每一个LSR。（2）ISP可以在线计算LSP整个路径，并统计配置入口LSR。入口LSR用RSVP作为一个动态的信令协议在沿LSP上的每一个LSR中配置转发状态。

（3）ISP可以依赖约束的路由计算方式，运行动态的在线LSP计算。在基于约束的路由计算中，网络管理者为每一个LSP设置约束条件，网络本身为LSP决定满足此约束条件的最佳路径。

（4）ISP可以为LSP脱线计算一部分路径，统计配置入口路由器和一部分LSR，允许在线计算和决定整个路径。

（5）ISP可以不用约束条件配置入口LSR，在这种情况下，普通的IGP最短路径选路算法可以决定LSP整个路径。在所有这些情况中，都可以用一些LSP作为主要LSP的备份。为在出现故障的情况下建立备份LSP，可以结合几种不同的方案。例如，主要路径可以是脱线直接配置的路由，第二路径为基于约束配置的路由，如果主要路径出现了故障，入口LSR会接收到从下游LSR发来的通知，入口LSR就可以将业务动态地转发到备份路由上去，或者用RSVP建立一条新的备份路由。

4.基本流控功能的实现——业务流分类

MPLS网络体系主要由位于网络边缘的边界路由器LER和位于网络核心的LSR两大部件组成。

1）LER功能

流量管理与控制功能主要集中在LER中完成，LER需要对来自非MPLS接口的业务流进行分类，以确定MPLS域内的转发特性。经过接纳控制后，LER把业务流映射到适当的LSP中，并设定LSP的相关属性，以保证业务流的QoS要求。LER对进入MPLS域的业务流应该具有流量汇聚功能，对离开MPLS域的数据流，应该具有流量分支功能。LER还需要对业务流或者LSP进行监管，并执行相应的队列管理和拥塞控制机制。而主动的拥塞控制机制则是可选的功能。

2）LSR功能

位于网络中心的LSR是高性能的网络交换单元，它需要执行比LER简单得多的流控功能。由于数据包的调度及转发信息均包含在包头的标签中，因此LSR不再需要执行分类操作，但它需要对LSR的建立及其属性的修改进行接纳控制。LSR还必须进行相应的队列管理和被动拥塞控制，而主动拥塞控制、LSP的整合与业务流的分支等则是可选的功能。

3）执行流量工程的操作

网络流量工程需要支持很多用户的需求，相应地就需要支持一些网络操作，它们包括：

（1）对LSP进行一系列的操作实现流量工程控制，如建立一个LSP，激活LSP使其开始转发业务，使LSP停止转发业务，调整LSP属性控制其行为特性，对LSP重选路由改变其通过网络的物理路径，拆除一个LSP释放它所占用的网络资源；

（2）为一个LSP配置严格或者松散的路由；

（3）为一个给定的LSP初始配置一些可供选择的路径列表，此列表中的第一条路径就被认为是主要路径，如果主要路径不能够建立，就选择列表中的第二条路径；（4）允许或禁止对一个LSP路径的最佳化重选路由；

（5）标定一个资源的分类，其分类可以看做是将链路敷上了不同的颜色，同一颜色的链路属于同一个种类，网络就可以规定一条LSP只能经过哪种颜色的链路；

（6）LSP的建立过程有一个优先级次序，优先级高的路径首先被建立，然后才是优先级低的路径。

（7）根据LSP的属性和优先级，判定一条LSP是否可以预置空另外一条LSP，即允许网络拆除已经建立并正在使用的优先级较低的LSP，释放的网络资源用于建立另外一条优先级较高的LSP；

（8）通过操作约束路由参数，自动地获得LSP设置方案；

（9）获得每一个LSP等级上的接入记数和业务统计，此统计可以刻画业务、优化属性、设计容量。

5.MPLS流量工程技术的优点

目前，业务的巨大增长迫使ISP每月都要为它们网络的容量翻倍。已经拓展了市场的ISP会遇到更具挑战性的环境，ISP应该把握住先机，为其骨干网络提供新的技术，以支持用户庞大的需求。基于MPLS的流量工程解决方案为ISP提供了一种很好的解决方案，它具有ATM流量工程的优点，同时消除了ATM操作复杂性、信元开销、网络扩展性、高速率的接口等问题，降低了网络的成本，提高了ISP的市场竞争力，同时可以支持不断出现的新的业务。10.3.4

MPLS光域扩展

MPLS的基本思想是代替以传统的查找IP头来路由分组通过Internet网络的方法，采用对应于目的IP地址的添加于分组头的短标签进行快速查找交换。MPLS实质上类似于信元或面向连接网络的分组交换，是基于网络层或OSI第三层上的电路交换系统。标签交换路由器的标签信息库（LIB）中的标签与转发等价类（FEC）一一对应，因此通过查看分组中的标签，标签交换路由器LSR则可确定对其进行的特定处理及转发。

MPLS网络的基本设备（标签交换路由器LSR）使用标签交换信息库中的“入端口、入标签”对来寻找相应的“出端口、出标签”对，并据此转发分组，这避免了查看路由表来进行地址匹配的逐跳转发方式。利用这种技术，建立比特每秒容量的路由器将成为可能。但这并非是使用MPLS所获得的全部好处，其更大的好处在于网络中可以实施流量工程，通过为给定的同一个目的地创建多个标签，然后按照一定的策略让业务沿着这些标签所建立的通道或通过执行流汇聚（标签合并）来完成流量工程。类似地，通过为每个标签分配不同等级的网络资源，MPLS能够支持不同等级的QoS要求。现在有一种共识，下一代信息通信网的网络架构应主要由两部分组成：

(1)具有超宽带传送潜力、对信号透明的核心光传送网络平台，即以WDM技术形成光传送网络；

(2)能适用于多种业务的业务网络，即能把各种用户的业务信号与核心平台连接起来的边缘IP业务网络。

路由器除了分组处理能力外，还有统计复用的功能。流量的统计复用功能，对于确保大规模的IP网络有效运作是很重要的。它的基本原理是把多个数据流复用到一根链路上，使得它们只有在需要传输的时候才占用带宽，而不是无论有多大流量都随时占有带宽进行传送。因此，未来的智能光网络，将充分利用密集波分复用设备、光交换机和业务交换设备来为边缘网络用户提供波长级的可进行流量控制的网络接口，而边缘网络能够将各种各样的业务通过IP这个统一协议与核心网络进行连接。业务网完全靠光网络来获得连接各节点和网元时所需的带宽。各光网络的子网通过网络－网络间接口NNI互联，而业务网通过用户－网络接口UNI与光网络相连。为了将MPLS选路协议和信令协议与光交换机相适配，构造智能型波长路由器/光交换机，就必须对传统MPLS协议作相应的扩展和修改。为了实现智能网络节点的功能，就需要十分关键的路由协议和信令协议，包括MPLS在光域上的扩展，即多协议波长标签交换MPLmS和通用多协议标签交换GMPLS协议，以及智能光网络中需要用到的相关信令协议和路由协议等。使用MPLS的优点之一就是它可提供可变长度的标签栈功能，从而使得MPLS具有多级LSP体制。向光网络进行扩展的MPLS同传统的MPLS有所区别，它支持多种类型的交换粒度，它允许大量的LSP在交汇点进行汇集，从而透明地穿过更高一级的LSP隧道，然后再在远端节点进行分离。这种操作模式非常有用，它可以将骨干网络中部分第二层的大型业务隧道进行汇聚，或者将它们归并和疏导到更高一级的LSP中，以更大的粒度穿过骨干光网络。通过MPLS控制平面可以动态地要求传送层提供所需带宽、配置波长等网络资源，并通过保护恢复技术提供较高的网络生存性，从而使光网络像面向连接的电路交换一样实现面向连接的光路交换。总之，MPLSoverWDM利用传统的IP选路协议来发现拓扑，并对现有的路由协议进行扩展来传递计算LSP时所需要的链路状态拓扑、资源可用信息和策略信息；同时利用LDP、RSVP等信令协议及其扩展协议，为LSP通过网络预留资源或规定相应的显式通道。为了将MPLS选路协议和信令协议与光交换机相适配，构造智能型波长路由器/光交换机，就必须对传统MPLS协议作相应的扩展和修改；建立新的链路管理协议（LMP）来处理光网络的链路管理，扩展适配的OSPF/ISIS协议来公告可用的光网络资源，扩展适配的RSVP来提供光网络所必须的流量工程能力，使得LSP可以在整个光核心网络上实现显式标签。 10.4新型光互联网技术

关于光互联网技术的发展我们可以得出以下几个目前看来是正确的结论：

（1）未来信息网络的主导业务必然是以IP为代表的数据业务占统治地位。

（2）未来光互联网的组网模式必然是向十分简化的两层（IP层和光网络层）网络模型方向发展。

（3）虽然波分复用WDM技术为我们带来了巨大的带宽资源，但波长信道到目前为止仍是一种稀有资源，所以当我们要在以WDM技术为基础的光网络上承载IP包时，所应该采取的方式还必须仔细斟酌，优化设计。（4）虽然光分组交换在灵活性、细粒度和带宽利用率等方面具有很大的优势，但由于光的分组/包交换一直面临成本和一些难以克服的技术障碍，如分组同步技术、分组/包冲突（对资源的竞争）问题以及合理高效的交换结构和分组格式，因而一时也不能步入实用。过去对分组交换技术的研究主要集中在对长度固定的分组/包的交换技术上，但鉴于目前光信号处理技术尚未足够成熟而无法实现全光分组交换的实际情况，为了克服交换中的电子瓶颈问题以及为了提高带宽利用率，人们开始研究变长的光分组交换技术——光突发交换技术和基于波长路由技术的“电路交换”技术。（5）目前在光网络上要承载IP业务，已被广泛接纳的一种观念就是必须使用多协议标签交换MPLS技术，即采用IPviaMPLSoverWDM技术来实现光互联网。

（6）因为实际中的可用波长资源受限，而且电路交换和突发交换的粒度和IP包长度又不太相称，所以为了提高资源利用率和降低中间节点的处理负荷，必须使用流量整合、流量汇聚、波长合并等流量疏导技术，而要实现这些流量疏导技术，MPLS的标签交换、标签交换通路的嵌套、标签栈及流量工程技术可充分发挥优势。（7）光交换并不排斥电交换。未来网络一定是要在骨干部分充分发挥光交换的速度、透明性等特点，同时在边缘点充分发挥电处理的灵活性。

（8）全光网是我们的奋斗目标，但全光网之路必须循序渐进，目前只能做到半透明。

就目前的技术发展来看，光互联网的实现方案多种多样，但概括起来讲，主要可归结为POW（Packet(directly)overWDM）、多协议波长标签交换（MPLambdaS）、基于标签的光突发交换（LOBS）、全光分组交换（OPS）和全光标签分组交换技术，而这些最新的发展无不结合进了标签交换思想，即所有实现方案的协议模型均为IPviaMPLSoverWDM。10.4.1

PacketoverWDM

PoW（Packet(directly)overWDM）技术的宗旨是直接利用WDM层来承载IP包。在光层直接承载IP业务就必须有一种媒质接入控制协议来协调资源的指配和控制，采用的控制方式主要是数据流驱动方式。由于WDM信道资源稀少，因此必须提供流装配功能，来实现（多分组）流交换。从本质上来讲，它是一种基于分组交换技术的流交换技术。图10－5所示的新型P