基于對等模型的新型光因特網(wǎng)技術(shù)介紹

　　文章簡述一種新的組網(wǎng)技術(shù)----對等模型，它為光因特網(wǎng)的實現(xiàn)提供一種新的方式。通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(GMPLS)支持對等模型網(wǎng)絡(luò)，GMPLS技術(shù)和路由機制是構(gòu)建對等模型光因特網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞光因特網(wǎng)對等模型控制平面通用多協(xié)議標(biāo)簽交換　路由機制


　　傳統(tǒng)的點對點WDM光網(wǎng)絡(luò)不能提供承載下一代因特網(wǎng)業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)擴展性、單位比特的低成本、預(yù)留速率和運營的簡易性。網(wǎng)絡(luò)運營商若要加入到因特網(wǎng)驅(qū)動的新經(jīng)濟競爭中，就必須積極采用新技術(shù)和新方法，建立一個可支持因特網(wǎng)業(yè)務(wù)增長的光傳輸基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以擴展和提升網(wǎng)絡(luò)性能。

　　基于IPoverWDM技術(shù)因特網(wǎng)是一種優(yōu)化的IP光網(wǎng)絡(luò)，它直接在光網(wǎng)上運行，是由高性能WDM設(shè)備、吉比特和太比特路由交換節(jié)點組成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。光因特網(wǎng)綜合利用IP技術(shù)和WDM技術(shù)，形成一種新型的高速寬帶光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　1 對等模型光因特網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　近兩年來，經(jīng)過光通信界和工業(yè)界的努力，一個通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(GMPLS)下的光控制平面，已從簡單的概念迅速攀升為一個詳細(xì)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)集。在許多情況下，光控制平面是一項對傳送基礎(chǔ)底層具有潛在革命性的創(chuàng)新技術(shù)。

　　對等模型(peermodel)是因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)所支持的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)的出現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一項革新，極大地促進光因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。GMPLS統(tǒng)一各類控制平面的信令和路徑建立，各層面的交換設(shè)備均使用相同的信令，以完成對用戶平面的控制。要保證GMPLS的信令能夠在各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中安全可靠地傳送，信令系統(tǒng)的基本操作是請求動作、與連接相關(guān)的屬性、通過網(wǎng)絡(luò)傳送操作命令的協(xié)議和傳送信令消息的信道。

　　GMPLS的信令由信令的功能性描述(GMPLS-SIG)、擴展的資源預(yù)留協(xié)議RSVP-TE（resourcereservationsetupprotocol-traffic engineering）和擴展的受限路由標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議CR-LDP（constraintbased routing label distribution protocol）組成。GMPLS通過信令交換標(biāo)簽交換通道（LSP，label switching path）的參數(shù)（如帶寬、信號類型、采用何種保護和在特殊復(fù)用中的位置等），并使用RSVP-TE和CR-LDP協(xié)議在通道上綁定標(biāo)記。在GMPLS的“標(biāo)簽請求消息”中增加包含非分組接口特征，標(biāo)簽分配可采用請求驅(qū)動、數(shù)據(jù)/流驅(qū)動或拓?fù)潋?qū)動。此外，GMPLS還擴展MPLS路由協(xié)議，定義OSPF-TE和IS-IS-TE兩種擴展的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)；使其能把鏈路廣播發(fā)送到各種類型的鏈路上(分組、時隙、波長和光纖級鏈路)，并支持鄰近轉(zhuǎn)發(fā)。GMPLS使用約束路由機制，分配相關(guān)的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔�，包括使用IGP擴展轉(zhuǎn)發(fā)相鄰節(jié)點的狀態(tài)信息。

　　1.2對等模型的特點

　　對等模型的特點是把光傳送層的控制智能轉(zhuǎn)移到IP層，由IP層來實施端到端的控制。可把光傳送網(wǎng)和IP網(wǎng)看作一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，光交換機和標(biāo)簽交換路由器具有統(tǒng)一的選路區(qū)域，兩者之間可自由地交換所有信息，并運行同樣的選路和信令協(xié)議，以實現(xiàn)一體化的管理和流量工程，消除不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域間的壁壘。統(tǒng)一的控制平面可消除因管理混合光互聯(lián)系統(tǒng)而帶來的復(fù)雜性，這種網(wǎng)絡(luò)的控制和操作語義往往是分離的、不同的。

　　對等模型突破了傳輸平臺與業(yè)務(wù)層之間的明顯界限，兩層設(shè)備彼此之間是對等關(guān)系，即IP路由器與光交叉連接(OXC)設(shè)備相互之間都是對等的實體，在光域和IP域運行同一個路由協(xié)議，一種通用的IGP協(xié)議(如OSPF-TE或IS-TE)可用于交換拓?fù)湫畔�。在對等模型申，所有IP路由器和OXC設(shè)備都具有共同的編址和尋址方案，由業(yè)務(wù)提供者(而不是光核心網(wǎng))控制光核心網(wǎng)的使用。業(yè)務(wù)提供者看得見核心光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，因此可作出優(yōu)化的路由決策。

　　2 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議

　　2.1OSPF路由狀態(tài)協(xié)議和分層結(jié)構(gòu)

　　開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之一，它是針對路由信息協(xié)議(RIP，routinginformationprotocol)不適用于劇烈變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而產(chǎn)生的。同RIP相比，OSPF網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)(hop)沒有要求，其收斂速度大大快于RIP。OSPF具有三種類型度規(guī)(metric)并可組合，非常有利于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。OSPF僅在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時向全網(wǎng)廣播變化的鏈路狀態(tài)(linkstate)信息，可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，這對于廣域網(wǎng)(WAN)來說尤為重要。OSPF支持變長子網(wǎng)掩碼(VLSM)，在一個路由器的不同端口可用不同長度的子網(wǎng)掩碼，使網(wǎng)絡(luò)IP地址空間分配更靈活。由于OSPF具有上述優(yōu)點，所以在路由協(xié)議的選擇中得到廣泛應(yīng)用。

　　OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，一般用于同一個路由域內(nèi)。這里的路由域是指一個自治系統(tǒng)(AS，autonomoussystem)，它是一個通過統(tǒng)一的路由策略(RP，routingpolicy)或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)。

　　OSPF在一個AS內(nèi)分層，AS可分為一個主干區(qū)域(backbonearea)和若干區(qū)域，每個區(qū)域相對獨立。區(qū)域內(nèi)路由器采用相同的過程和算法，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫也相同，每個區(qū)域均有一個唯一的區(qū)域號，通過邊緣路由器(BR，borderrouter)/區(qū)域邊緣路由器(ABR,area border router)連入主干區(qū)域。

　　OSPF路由器按其在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的功能和位置，大致可劃分為以下4種:

　　(1)內(nèi)部路由器(IR,internalrouter)：路由器的所有接口都在一個區(qū)域中，同一區(qū)域中的所有內(nèi)部路由器都有相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

　　(2邊緣路由器：至少有一個接口連接到主干區(qū)域0上。

　　(3)區(qū)域邊緣路由器：與多個區(qū)域連接的路由器。這些路由器為所連接的每個區(qū)域維護獨立的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。ABR是區(qū)域的出口點，即區(qū)域中的流量必須通過ABR才能到達其他區(qū)域，ABR會對所連接區(qū)域的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫進行總結(jié)（summary）。一個區(qū)域可有一個或多個ABR。

　　(4)自治系統(tǒng)邊緣路由器(ASBR，autonomoussystemboundaryrouter)：至少有一個接口連接到外部網(wǎng)絡(luò)(其他AS，如非OSPF網(wǎng)絡(luò))。這些路由器可溝通OSPF與網(wǎng)絡(luò)非OSPF網(wǎng)絡(luò)的信息。

　　一個路由器可作為不同類型的路由器，同時兼任多種任務(wù)。

　　由此可知，區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3分別通過各自的邊緣路由器接入主千區(qū)域0，主干區(qū)域0可視為一個特殊區(qū)域，區(qū)域號標(biāo)識為0。其它區(qū)域必須物理連接至主干區(qū)域0。當(dāng)然，如果某區(qū)域N不能直接物理連接到主干區(qū)域，則可通過虛擬鏈路，跨越另一區(qū)域，連接到主干區(qū)域0上。

　　在該AS中，所有OSPF路由器都維護一個相同的信息數(shù)據(jù)庫(IDB)，它描述AS結(jié)構(gòu)。該數(shù)據(jù)庫中存放路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過IDB計算出OSPF路由表。作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF將鏈路狀態(tài)廣播(LSA，linkstateadvertisement)數(shù)據(jù)包傳送給某一區(qū)域內(nèi)所有的路由器，這一點與距離矢量路由協(xié)議RIP不同。運行距離矢量路由協(xié)議RIP的路由器是把部分或全部路電表傳遞給與其相鄰的路由器。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的度量和其他一些變量。利用OSPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計算出到每個節(jié)點的最短路徑，而給予距離向量的路由協(xié)議僅向其相鄰路由器發(fā)送有關(guān)路由更新信息。與RIP不同，OSPF把一個自治系統(tǒng)再劃分為若干區(qū)域，路由選擇方式相應(yīng)有兩種類型：當(dāng)源與目的地在同一區(qū)域時，采用區(qū)域內(nèi)路由選擇；當(dāng)源和目的地在不同區(qū)域時，則采用區(qū)域間路由選擇。這樣，大大減少了網(wǎng)絡(luò)開銷，增加了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。當(dāng)一個區(qū)域內(nèi)的路由器出了故障，不會影響自治系統(tǒng)內(nèi)其他區(qū)域路由器正常工作，為網(wǎng)絡(luò)管理維護帶來方便。

　　2.2IS-IS路由協(xié)議

　　中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)(IS-IS)域內(nèi)路由協(xié)議是路由器的OSI模型表示方法，它用于基于TCP/IP的IP網(wǎng)。IS-IS可很輕易地擴展，主要是IPv6。IS-IS體系劃分為兩層：骨千層(L2)和區(qū)域?qū)?L1)，一個路由器只能屬于一個區(qū)域。Ll路由器只知道它們本區(qū)域中的拓?fù)洌�去其它區(qū)域的所有流量都送往最近的L2路由器，L2路由器必須組成主干，與OSPF的主干區(qū)域0類似。

　　3 對等模型下的光因特網(wǎng)路由機制

　　對等模型下的光因特網(wǎng)路由機制，IP/GMPLS和光層的關(guān)系是對等的，一個統(tǒng)一的控制平面同時運行于IP/GMPLS和光層上，因此控制平面把OXC設(shè)備看作是另一類路由器，路由器和OXC設(shè)備進行完全的拓?fù)湫畔⒔换�。統(tǒng)一控制平面的管理域既包括核心光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備又包括邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這樣就允許因特網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商(ISP)的邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備了解核心網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并參與路由計算。

　　當(dāng)只涉及單獨一個光網(wǎng)絡(luò)時，對普通IGP(如OSPF或IS-IS)加以適當(dāng)擴展就可用于在整個光因特網(wǎng)上發(fā)布拓?fù)湫畔ⅰ�對于OSPF來說，非透明的LSAs可用來廣播拓?fù)錉顟B(tài)信息。OSPF協(xié)議是通過Hello協(xié)議數(shù)據(jù)包建立和維護相鄰關(guān)系的，同時用它來保證相鄰路由器之間的雙向通信。OSPF路由器周期性地發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包，當(dāng)這個路由器看到自身被列于其他路由器的Hello數(shù)據(jù)包時，這兩個路由器之間會建立起雙向通信。在多接入的環(huán)境中，Hello數(shù)據(jù)包還用于發(fā)現(xiàn)指定路由器(DR)，通過DR來控制與哪些路由器建立交互關(guān)系。

　　兩個OSPF路由器建立雙向通信之后的第二個步驟是進行數(shù)據(jù)庫同步，數(shù)據(jù)庫同步是所有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的最大共性。在OSPF路由協(xié)議中，數(shù)據(jù)庫同步關(guān)系僅僅在建立交互關(guān)系的路由器之間保持。OSPF的數(shù)據(jù)庫同步是通過OSPF數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)包(datadescriptionpackets)進行的。OSPF路由器周期性地產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)包(該數(shù)據(jù)包是有序的，附帶有序列號)，并把這些數(shù)據(jù)句句相鄰路由器廣播。相鄰路由器可根據(jù)數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)包的序列號與自身數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)作比較，若發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)比數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)序列號大，則會針對序列號較大的數(shù)據(jù)發(fā)出請求，并用請求得到的數(shù)據(jù)來更新其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。OSPF相鄰路由器從發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包、建立數(shù)據(jù)庫同步到建立完全的OSPF交互關(guān)系這一過程可分成幾種不同的狀態(tài)進行。

　　對于IS-IS來說，需作適當(dāng)擴展，以便進行IP路由。當(dāng)一個光因特網(wǎng)中包含多個域時，需要有域間路由和信令，但在任何一種情況下，光網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)中都需要有通用的尋址機制，通用的地址空間可通過在IP域和光域同時使用IP地址實現(xiàn)。這樣，光網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元就成為IP網(wǎng)絡(luò)中可尋址的實體。

　　基于對等模型的路由機制為整合路由。在這種方式中，IP域和光域運行同樣的IP路由協(xié)議，如OSPF加以適當(dāng)?shù)墓庥驍U展，這些擴展必須包含光鏈路的參數(shù)，以及光網(wǎng)絡(luò)的特定限制。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(OXC設(shè)備和路由器)保存的拓?fù)浜玩溌窢顟B(tài)信息都相同，使路由器可算出到達光網(wǎng)絡(luò)中另一路由器的端到端路由，這樣的標(biāo)簽交換通道可用GMPLS信令建立(如RSVP-TE或CR-LDP)。當(dāng)LSP在光網(wǎng)中路由時，需要在兩個邊緣路由器之間建立一條光通道。這條光通道本質(zhì)上是光網(wǎng)絡(luò)中的一條隧道，它的容量比路由第一條LSP時更大，網(wǎng)絡(luò)中的其它路由器可在這條光通道中路由其它LSP，實現(xiàn)資源的充分利用。因此，這條光通道可被通告作為拓?fù)渲械囊粭l虛擬鏈路。

　　轉(zhuǎn)發(fā)鄰接(FA，forwardingadjacency)是一個重要概念，它在向其它路由器傳播已有光通道的信息時是很重要的。FA實質(zhì)上是遵循鏈路路由協(xié)議通告的一條虛擬鏈路，可用與定義常規(guī)鏈路資源相同的參數(shù)描述。雖然有必要說明FA的建立機制，但并不需要說明FA在路由機制中如何應(yīng)用。一旦FA在路由狀態(tài)協(xié)議中通告，它的使用也會在路由計算和流量工程法中定義。

　　對等模型可以無縫地實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)互連，前提是光網(wǎng)絡(luò)特定的路由信息必須被IP路由器網(wǎng)絡(luò)所了解。

　　對等模型是一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是IETF所支持的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為此IETF提出通用多協(xié)議標(biāo)簽交換概念�；�本思路是把IP層用于MPLS通道的選路和信令。經(jīng)一定的修改后，直接用于包括光傳送層在內(nèi)的各個層面的連接控制。GMPLS技術(shù)的出現(xiàn)，使IP與WDM之間傳統(tǒng)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于扁平化，為傳輸網(wǎng)絡(luò)從電路交換向分組交換轉(zhuǎn)變、光網(wǎng)絡(luò)層傳輸與交換功能結(jié)合邁出了非常關(guān)鍵的一步。

　　路由協(xié)議是光因特網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)，它通常用于OSI參考模型的第3層(即網(wǎng)絡(luò)層)和TCP/IP的因特網(wǎng)。根據(jù)路徑確定方法的不同，路由協(xié)議可分為鏈路狀態(tài)路由協(xié)議、距離矢量路由協(xié)議和混合型路由協(xié)議。OSPF是為IP網(wǎng)設(shè)計的一種內(nèi)部路由協(xié)議，適用于大型和可變網(wǎng)絡(luò)。OSPF的特點是收斂速度快、更新效率高、沒有跳數(shù)限制，支持可變長子網(wǎng)掩碼(VLSM)，它根據(jù)帶寬選擇路徑。研究對等模型下的路由機制，對建立光因特網(wǎng)具有十分重要的意義。