鴻聯(lián)九五信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 陳錦章
近年來，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因與以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合而飛速發(fā)展，其中通信、計(jì)算機(jī)、廣電三網(wǎng)融合的基礎(chǔ)—光通信技術(shù)更為世人所矚目，
新一代光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)
。光網(wǎng)絡(luò)專家、鴻聯(lián)九五總工程師陳錦章先生對(duì)新一代光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了闡述。DWDM、全光網(wǎng)的發(fā)展，使傳輸容量每12～18個(gè)月翻番。然而，光網(wǎng)絡(luò)的管理與控制當(dāng)前仍然采用傳統(tǒng)模式，光網(wǎng)絡(luò)只作為傳輸介質(zhì)，支持通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。這種傳統(tǒng)的傳輸業(yè)務(wù)與通信業(yè)務(wù)分別控制與管理的模式，使當(dāng)前寬帶通道的提供仍然采用靜態(tài)配置方式，不能及時(shí)提供各類業(yè)務(wù)所需要的帶寬。另外，它也不能動(dòng)態(tài)利用包括PDH、SDH/SONET、 DWDM等多種網(wǎng)絡(luò)資源，影響了網(wǎng)絡(luò)組織的靈活性、網(wǎng)絡(luò)的有效性及新業(yè)務(wù)的拓展。為此，ITU-T、OIF、ODST及IETF等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)分別提出自動(dòng)交換傳輸網(wǎng)絡(luò)(ASTN)/自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)及通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)草案。
兩種互聯(lián)模型
一個(gè)網(wǎng)絡(luò)在總體功能上，可以由數(shù)據(jù)(或傳送)平面、控制平面、管理平面組成。控制平面主要涉及連接的建立以及支持這種連接所需要的處理，例如路由域內(nèi)鄰居的發(fā)現(xiàn)/鏈路管理、信令、路由、尋址以及網(wǎng)絡(luò)通道的提供和保護(hù)等。通常，控制平面是采用IP技術(shù)實(shí)施，管理平面為網(wǎng)絡(luò)提供商與管理部門提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的管理。數(shù)據(jù)(或傳送)平面用于傳送與轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)內(nèi)、外客戶的數(shù)據(jù)。顯然，這三個(gè)平面是相互關(guān)聯(lián)的。IP over Optical網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是由控制平面的組織來規(guī)定的，IP和光傳輸網(wǎng)絡(luò)的控制平面可以松散地耦合，也可以緊密地結(jié)合在一起。這種結(jié)合決定了光網(wǎng)絡(luò)通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)通道的拓?fù)浜吐酚尚畔⒌脑敿?xì)程度；IP路由器在光網(wǎng)絡(luò)中選擇特殊的連結(jié)通道的控制級(jí)別，以及在路由器之間動(dòng)態(tài)提供光通道的有關(guān)策略，這包括接入控制和安全的問題等。由此有兩種互聯(lián)模型，即重疊模型和對(duì)等(或集成)模型。
重疊模型的基本特點(diǎn)是光傳輸層面的信令、尋址、路由建立等與其上層所提供業(yè)務(wù)的交換層面所需要的信令、尋址和路由建立等所用協(xié)議是不同而且相互獨(dú)立的。它有上、下層之分，上層是下層的客戶，下層是上層的提供者，兩者之間必要的信息交流可通過光網(wǎng)絡(luò)的用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)進(jìn)行。ASTN/ASON是智能化的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，屬于重疊模型。它提供包括SDH/SONET、波長(zhǎng)和未來的光纖連接的動(dòng)態(tài)連接能力，并能按實(shí)際需要安排帶寬。IP業(yè)務(wù)可以在SDH/SONET、波長(zhǎng)、光纖連接的基礎(chǔ)上實(shí)施。它能提供多種業(yè)務(wù)、便于發(fā)展新業(yè)務(wù)(包括虛擬專用網(wǎng))，有較好的組網(wǎng)靈活性。發(fā)展這種模型是基于這樣一個(gè)事實(shí)：當(dāng)前很多電信運(yùn)營(yíng)商的光傳輸網(wǎng)部分與業(yè)務(wù)交換網(wǎng)部分是分屬于兩個(gè)或多個(gè)不同運(yùn)營(yíng)商，并且光傳輸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可能要為多個(gè)業(yè)務(wù)交換網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商服務(wù)，它們?cè)敢馀c業(yè)務(wù)交換網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在設(shè)備與功能劃分上有明確的界限，不希望把自己內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息提供給其他人共享。這種職責(zé)分明、具有層次性的特點(diǎn)，是重疊模型的主要特征。
對(duì)等模型把光傳輸網(wǎng)層面與業(yè)務(wù)交換網(wǎng)層面的控制平面統(tǒng)一起來，采用統(tǒng)一的控制平面，從控制角度來看，它們是對(duì)等的，不分上、下層次，其尋址、信令、路由的建立等所用的協(xié)議也是相同的。在這種模型下，光層與業(yè)務(wù)層面所用的設(shè)備也是對(duì)等的，例如光交叉連接設(shè)備(OXC)與路由器也看做對(duì)等的，當(dāng)前極為熱門，而且正在發(fā)展的GMPLS就采用這種模型。GMPLS是在已成功運(yùn)用于IP通信網(wǎng)的MPLS基礎(chǔ)上展起來的，GMPLS使組網(wǎng)更為靈活，各種網(wǎng)絡(luò)資源可有效利用(包括控制平面資源)，促進(jìn)光傳輸網(wǎng)與業(yè)務(wù)交換網(wǎng)的集成，為發(fā)展新業(yè)務(wù)創(chuàng)造良好條件。
當(dāng)前，業(yè)界正在開發(fā)光控制平面，它把數(shù)據(jù)平面強(qiáng)大的硬件能力與智能控制平面集成在一起，為此可將IP路由技術(shù)與MPLS在光層上結(jié)合在一起。
GMPLS是由IETF計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)專家為主發(fā)展起來的，目前人們對(duì)GMPLS一致看好，但還有很多問題有待解決。現(xiàn)在GMPLS只是處于標(biāo)準(zhǔn)草案階段，要達(dá)成廣泛共識(shí)并形成標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路程要走。ASTN/ASON主要由ITU-T通信網(wǎng)專家發(fā)展起來的，已初步形成標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于GMPLS較為成熟，我國(guó)也正在開發(fā)該項(xiàng)目。ASTN/ASON近期會(huì)得到發(fā)展，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，ASTN/ASON與GMPLS也不會(huì)有較多的矛盾，ASTN/ASON的對(duì)外接口已考慮了與GMPLS的接口，有關(guān)機(jī)構(gòu)正在著手研究?jī)烧哌M(jìn)一步的銜接問題。
GMPLS是MPLS-TE的擴(kuò)展
前面已指出，GMPLS采用對(duì)等模型，是在MPLS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，更準(zhǔn)確地說，GMPLS是MPLS-TE的擴(kuò)展，MPLS-TE是MPLS支持流量工程的擴(kuò)展協(xié)議，GMPLS最核心的擴(kuò)展為：
MPLS或MPLS-TE的控制平面，只規(guī)定了包交換(PSC)和第二層交換(L2SC)接口。GMPLS擴(kuò)展了這個(gè)控制平面的接口，它不只包含PSC、L2SC，還包含時(shí)分復(fù)用(TDM)、波長(zhǎng)交換(LSC)和光纖交換(FSC)。與此接口相對(duì)應(yīng)，GMPLS的傳送(或數(shù)據(jù))平面應(yīng)包含PSC、L2SC、TDM、LSC、FSC。
GMPLS工作的重點(diǎn)是控制平面的設(shè)定。它統(tǒng)一了PSC、L2SC、TDM、LSC和未來的FSC的控制平面，包括利用統(tǒng)一的信令和路徑建立方法等。這5種PSC、L2SC、TDM、LSC、FSC交換層面是獨(dú)立的、對(duì)等的。
由此，GMPLS具有如下的特點(diǎn)：
GMPLS與MPLS一樣，其網(wǎng)絡(luò)元素為節(jié)點(diǎn)與路徑，在MPLS中的節(jié)點(diǎn)為標(biāo)記交換路由器(LSR)，包括入端、出端LSR及中間的LSR，通過這些LSR建立標(biāo)記交換路徑(LSP)。在GMPLS中，節(jié)點(diǎn)既是LSR路徑，也是LSP，但擴(kuò)展了LSR的接口種類，它不僅包含原MPLS的數(shù)據(jù)包及信元的接口以適應(yīng)傳送IP包及ATM信元的需要，它還包含SDH/SONET的時(shí)分復(fù)用接口、波長(zhǎng)交換接口、光纖交換接口。MPLS中的LSP是用標(biāo)記標(biāo)識(shí)的虛電路。標(biāo)記是用安置在IP包頭前面的、一個(gè)短的標(biāo)記實(shí)體標(biāo)識(shí)或在ATM信元中用VPI/VCI標(biāo)識(shí)。在GMPLS中，它不僅包含原MPLS的標(biāo)記形式及LSP表示一條虛電路，它還擴(kuò)展標(biāo)記為通用標(biāo)記，從而還可標(biāo)識(shí)：
一組光纖中的某一光纖;
一個(gè)光纖中的一個(gè)波帶;
一個(gè)波帶(或光纖)中的一個(gè)波長(zhǎng);
一個(gè)波長(zhǎng)(或光纖)中的一個(gè)時(shí)隙。
從而LSP可表示傳送IP包的虛電路，由SDH/SONET構(gòu)成的一條TDM專線、DWDM中的一個(gè)波道以及一條光纖。
綜上所述，GMPLS將LSR(更精確的是LSR上的接口)劃分為五個(gè)類型，這實(shí)際上等效于五種交換類型：
數(shù)據(jù)包交換(PSC);
時(shí)分復(fù)用(TDM);
波長(zhǎng)交換(LSC);
第二層交換(L2SC);
光纖交換(FSC)。
下面簡(jiǎn)單介紹在數(shù)據(jù)(或傳送)平面內(nèi)，PSC、L2SC、TDM、LSC和FSC各交換層面之間的關(guān)系。
各交換層面也表示了客戶/服務(wù)者關(guān)系，上層是客戶，下層是服務(wù)者(或提供者)。盡管從傳送角度來看，它們有上、下層的區(qū)別，但從控制角度來看，GMPLS統(tǒng)一控制與管理各交換層面是對(duì)等的，沒有上、下層區(qū)別，所以GMPLS是對(duì)等模型。
GMPLS的路由與編址
在討論GMPLS的路由與編址之前，我們首先注意GMPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與MPLS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的差異：
GMPLS的路由與編址要考慮適應(yīng)五個(gè)交換層面的需要，特別是LSC、TDM、FSC三個(gè)交換層面與MPLS的PSC、L2SC兩個(gè)交換層面，其結(jié)構(gòu)有很大的差異，
電腦資料
《新一代光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)》(http://www.ishadingyu.com)。GMPLS的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常要比MPLS的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大很多，特別是GMPLS的兩個(gè)LSR之間的鏈路數(shù)在DWDM情況下，一條光纜的波長(zhǎng)數(shù)可達(dá)幾十甚至幾百、幾千。若按MPLS的方式，每一個(gè)物理端口都分配一個(gè)IP地址，數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)的物理端口要分配數(shù)百個(gè)IP地址，另外一個(gè)LSR在實(shí)施拓?fù)湫畔⒎职l(fā)時(shí)，若要把幾百個(gè)鏈路狀態(tài)信息分發(fā)出去，其所占用的帶寬較大，而且有大量冗余信息。
為此，GMPLS在選用路由協(xié)議、路徑選擇方法、編址方式等方面都在MPLS的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展。
1. 路由協(xié)議與路由
GMPLS使用OSPE-TE及IS-IS-TE路由協(xié)議，作為自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)部路由協(xié)議，而自治域間路由協(xié)議是準(zhǔn)備用BGP-4擴(kuò)展，該擴(kuò)展工作尚在進(jìn)行之中。通過路由協(xié)議，在路由域內(nèi)可獲得拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)及全部鏈路的資源情況。
GMPLS把5種交換層面歸并為兩種交換模式，即包交換模式(PSC)和非包交換模式(non-PSC)，前者包含PSC和L2SC，后者包含LSC、TDM和FSC。實(shí)際上，這兩種模式分別對(duì)應(yīng)包交換方式和電路交換方式。GMPLS為了路由與編址的需要把GMPLS劃分為兩個(gè)層面，即PSC層面和非PSC層面，根據(jù)需要，非PSC層面還可進(jìn)一步劃分。
由于非PSC層面的特殊性，每一非PSC層面可視為一組以任何方式互連的自治域(AS)。這里AS的概念與OSPF路由協(xié)議中的AS概念是類似的。例如，一個(gè)AS可以是一個(gè)SDH/SONET網(wǎng)絡(luò)。
每一個(gè)AS可進(jìn)一步劃分為不同的路由域，并可運(yùn)行不同的內(nèi)部路由協(xié)議。同理，每個(gè)路由域還可進(jìn)一步分為多個(gè)區(qū)域。
一個(gè)路由域由GMPLS節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)可以是邊緣節(jié)點(diǎn)(主機(jī)、入端LSR、出端LSR)，也可以是內(nèi)部的LSR。在SDH/SONET環(huán)境下，SDH/SONET終端復(fù)用器(TM)是非PSC的主機(jī)，IP路由器中的SDH/SONET接口卡或ATM交換機(jī)的SDH/SONET接口卡也可以是非PSC主機(jī)。
GMPLS控制平面路由的主要功能包括GMPLS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌姆职l(fā)和傳送(數(shù)據(jù))平面LSP路徑選擇。拓?fù)湫畔⒌姆职l(fā)主要是為了讓LSR了解足夠有效的信息，以便選擇最優(yōu)路徑。但對(duì)于典型的傳送核心網(wǎng)可以包含成千上萬(wàn)的物理端口，一個(gè)LSR詳細(xì)的鏈路狀態(tài)信息數(shù)量巨大，為此要設(shè)法精簡(jiǎn)以減少所需的傳播信息。GMPLS采用下述兩種方法：(編程入門網(wǎng))
在LSR層面上，當(dāng)一對(duì)LSR由多個(gè)平行鏈路連結(jié)時(shí)，可以把這些鏈路看做是OSPF或IS-IS路由協(xié)議的單一鏈路，并向全網(wǎng)通告，這就是鏈路捆綁。使用它可以只分發(fā)一些摘要信息，而把大量的信息細(xì)節(jié)隱藏起來。這些捆綁的鏈路可以共享路徑選擇過程時(shí)所需要的公共的邏輯或物理屬性，在分發(fā)到其他子網(wǎng)時(shí)還要進(jìn)行精練及抽象化工作。
在網(wǎng)絡(luò)層面上，GMPLS路由協(xié)議要支持層次化的路由結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的MPLS中，一條LSP的起始點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)應(yīng)是同一類型的設(shè)備(例如路由器)， GMPLS也遵循這一規(guī)定，一條LSC自治域內(nèi)的LSP必須起始并終止于支持LSC的設(shè)備，同樣，一條TDM自治域內(nèi)的LSP也必須起始并終止于支持TDM的設(shè)備，當(dāng)LSP在低層中創(chuàng)建后，它們就可用于創(chuàng)建高層的LSP。這種層次化的路由結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化LSP的建立過程。子網(wǎng)的拓?fù)湫畔⒁鶕?jù)本地策略對(duì)信息進(jìn)行過濾。
GMPLS路由的另一重要內(nèi)容是路徑選擇。在GMPLS網(wǎng)絡(luò)中，路徑選擇主要是LSP的建立。GMPLS規(guī)定了兩種路由，即顯式LSP路由和逐跳ISP路由（hop by hop）。顯式LSP路由一般用于AS之間，逐跳LSP路由用于AS之間。在顯式LSP路由中，通常由LSP的入端節(jié)點(diǎn)規(guī)定好LSP所經(jīng)過的部分或全部節(jié)點(diǎn)，其建立過程比較簡(jiǎn)單，為了減輕AS內(nèi)部在建立LSP過程中的處理工作，所以選用它。逐跳LSP路由與因特網(wǎng)上使用的路由方法相似，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立為L(zhǎng)SP選擇下一跳。
2. 編址
GMPLS規(guī)定可以用IPv4和IPv6地址。此時(shí)，IP地址不僅用于識(shí)別IP主機(jī)和路由器，也用于識(shí)別任何PSC和非PSC接口。它可根據(jù)需要使用公用IP地址或?qū)Ｓ肐P地址。
如果在光控制平面中不使用IP地址而改用其他方法標(biāo)識(shí)，那么這些方法將要求擴(kuò)展信令(RSVP-TE、CR-CDP)和路由(OSPF-TE、IS-IS-TE)協(xié)議。
GMPLS信令和鏈路管理
信令是GMPLS控制平面的重要組成部分，鏈路管理是GMPLS為了適應(yīng)新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境新建立的內(nèi)容。限于篇幅本文只進(jìn)行概念介紹，不進(jìn)一步展開。
GMPLS信令的基本功能，包括LSP建立、LSP刪除、LSP修改、出現(xiàn)故障后LSP的恢復(fù)，以及LSP出現(xiàn)非正常情況時(shí)的例外處理方法。它包含三個(gè)協(xié)議：
信令的功能描述(GMPLS-SIG)協(xié)議;
擴(kuò)展的RSVP-TE(GMPLS-RSVP-SIG)協(xié)議;
擴(kuò)展的CR-LDP(GMPLS-CR-SIG)協(xié)議。
后面兩個(gè)協(xié)議具有相同的功能，但分別從RSVP-TE及CR-LDP兩個(gè)支持MPLS流量工程的信令協(xié)議擴(kuò)展而成。GMPLS可允許選其中任何一個(gè)，由于兩者不能兼容，具有排他性，所以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只能選用其中之一。
傳統(tǒng)的IP業(yè)務(wù)，其控制平面所傳的信令與數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)流是在一起傳輸?shù)�，即采用帶�?nèi)信令方式。這種方式在光網(wǎng)絡(luò)中并不合適。這是因?yàn)樗竺恳还饨涌诙家幸粋�(gè)控制通道，并對(duì)控制通道解碼。另外，控制信令應(yīng)該有比數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)流更高的可靠性要求，在同一傳輸通道中傳輸這兩種信號(hào)是無(wú)法滿足上述要求的，為此，GMPLS采用帶外信令網(wǎng)絡(luò)，這種帶外通道必須是雙向的，另外，這種帶外信令網(wǎng)絡(luò)用于傳送控制信息，并且采取特殊措施，以保證傳送的可靠性。帶外信令也無(wú)法利用像OSPF和IS-IS路由協(xié)議的發(fā)現(xiàn)機(jī)制以判定鏈路的連通性。再有，前面所講的鏈路捆綁問題也需要管理(包括捆綁多個(gè)鏈路，增、改捆綁成員等)原因，GMPLS為此新建立了一個(gè)鏈路管理協(xié)議(LMP)。
鏈路管理協(xié)議是用于在相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間提供控制信道管理、鏈接性管理、鏈路連接性驗(yàn)證、鏈路所有權(quán)關(guān)聯(lián)和鏈路故障管理等的實(shí)施規(guī)程。其中，控制信道管理和鏈路所有權(quán)關(guān)聯(lián)是必須實(shí)現(xiàn)的，其他幾項(xiàng)是可選的。控制信道管理用于建立和維持節(jié)點(diǎn)之間的控制信道。
ASON/ASTN與GMPLS標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展
發(fā)展ASON/ASTN及GMPLS對(duì)建設(shè)新一代光網(wǎng)絡(luò)是非常重要的。ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)ASON/ASTN已提出自動(dòng)交換傳送網(wǎng)絡(luò)(ASTN)需求建議G.807/Y.1302，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建議草案G.ASON，ASON體系結(jié)構(gòu)和有關(guān)協(xié)議草案等，以及與此課題相關(guān)的光傳送網(wǎng)(OTN)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口建議G.709，光傳送網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)建議G.872等。雖然還沒有提出成套標(biāo)準(zhǔn)，但主體部分已建立或?qū)⒁ⅰ?/p>
GMPLS的發(fā)展比ASON/ASTN稍晚，目前還沒有建立一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或RFC級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)還是標(biāo)準(zhǔn)的討論稿，另外AS之間的路由協(xié)議BGP-4擴(kuò)展還有待開發(fā)，已建的協(xié)議還有待完善。但其主體部分已有共識(shí)，由于GMPLS涉及面寬，要達(dá)成廣泛的共識(shí)和形成標(biāo)準(zhǔn)還有一段很長(zhǎng)的路程要走。