自動交換光網(wǎng)絡中的用戶網(wǎng)絡接口技術

摘要　介紹了OIF的UNI和IETF的GMPLS UNI的功能和最新進展。并對它們的功能進行了比較；詳細地分析了OIF UNI的局限性和復雜性。

為了在用戶端（如IP、ATM和SONET設備）與光傳送網(wǎng)絡之間建立動態(tài)連接，必須研發(fā)可以互操作的產(chǎn)品。為此，國際光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）、光域服務互聯(lián)（Optica1 Domain Service Interconnect，ODST）組織、國際電聯(lián)（ITU-T）和互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）正聯(lián)手致力于智能光網(wǎng)絡UNI信令接口的標準化研究工作。

1、OIF UNI

UNI是傳送網(wǎng)和客戶設備之間的服務控制接口，傳送網(wǎng)通過UNI來實現(xiàn)按照用戶的需求建立和刪除等基本的服務。OIF的主要目標是促進光網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，并進行ASON UNI和E-NNI的互通性測試和演示。OIF在智能光網(wǎng)絡方面的主要工作是制定UNI和E-NNI接口技術規(guī)范，目前已經(jīng)完成了UNI1.0 R2和E-NNI1.0（信令部分），UNI2.0正在測試過程中。OIF UNI1.0定義了一系列服務，如用來請求服務的信令協(xié)議、傳送信令信息機制和輔助信令自動發(fā)現(xiàn)過程等。目前，UNI1.0主要集中在SONET/SDH的連接服務上，將來的UNI版本可能會涉及更多。

OIF和ITU等國際標準組織所提倡的網(wǎng)絡模型是重疊模型，如圖1所示。IP業(yè)務層和光層是完全獨立的兩層。這兩個層面各自擁有獨立的控制面，它們之間通過一個公共的UNI協(xié)議來實現(xiàn)互聯(lián)，而邊緣客戶層設備和核心網(wǎng)絡層設備之間不交換網(wǎng)絡內(nèi)部信息（如光網(wǎng)絡拓撲信息等），實施獨立選路。這個模型典型的特點是在業(yè)務層和傳輸層之間不交換拓撲和資源信息。這種結構使分層的物理網(wǎng)絡管理成本十分高昂，同時還會導致帶寬利用率降低。

圖1　OIF UNI結構模型

公共網(wǎng)絡的以太網(wǎng)業(yè)務正在穩(wěn)步地增長。為使網(wǎng)絡的發(fā)展能夠支持當前和將來的以太網(wǎng)業(yè)務，在很多層面（如傳送層、控制層和管理層）都需要互聯(lián)互通；同時，運營商擁有異構的核心光傳送網(wǎng)絡，實現(xiàn)這些網(wǎng)絡元件的互操作將有很大的挑戰(zhàn)。OIF長期致力于與運營商、設備制造商、電信業(yè)務終端用戶廣泛、多樣的合作，其長期的努力已經(jīng)使系列的實現(xiàn)協(xié)議日益增多，更加廣泛的網(wǎng)絡環(huán)境被演示。在SUPPERCOMM05，OIF主要通過使用支持以太網(wǎng)業(yè)務的控制平面技術，演示了通過多廠商設備互操作的全球光傳送網(wǎng)絡動態(tài)建立和刪除以太網(wǎng)業(yè)務。除了動態(tài)控制以太網(wǎng)專有線路業(yè)務外，SUPPERCOMM05還包括通過光傳送網(wǎng)實現(xiàn)以太網(wǎng)虛擬業(yè)務的傳送。客戶端網(wǎng)絡能通過UNI2.0信令接口控制一個吉比特每秒以太接入鏈路從運營商網(wǎng)絡動態(tài)地請求連接。

2、IETF GMPLS UNI

由于安裝了大量基于SCNET/SDH的網(wǎng)絡結構，因此運營商不得不采用廣泛的、專門的技術來管理和發(fā)展基于TDM網(wǎng)絡的商業(yè)模型。盡管實際的增長速率是很難預測的，但大家一致認為IP流量在現(xiàn)在和將來仍將會持續(xù)增長，并且IP流量將占據(jù)整個網(wǎng)絡流量的大部分。而大量的遺留下來的SONET/SDH設備，明顯需要在傳統(tǒng)的、面向電路的網(wǎng)絡和IP/MPLS網(wǎng)絡之間能夠有效地互聯(lián)。

最有希望的技術就是能夠滿足IETF定義的通用多協(xié)議標記交換（GMPLS）協(xié)議組的迫切需求。GMPLS擴展了在MPLS中的標記交換，是一系列協(xié)議的擴展。它最終可以對分組交換、TDM和波長交換進行統(tǒng)一控制。協(xié)議擴展的結果使標簽分配、流量控制、保護以及恢復等功能所涉及到的路由和信令協(xié)議發(fā)生了變化。GMPLS結構根據(jù)信令、路由和鏈路管理指定了所有協(xié)議能力。

IETF最初提出的網(wǎng)絡結構是對等模型。在這個模型中，IP業(yè)務層和光網(wǎng)絡層是對等的，即在兩個層面上運行同一個路由協(xié)議，采用統(tǒng)一集成的控制面。為此，IETF提出的GMPLS技術的基本思路是將IP層用于MPLS通道的選路和信令略作修改后直接應用于光傳送層的連接控制。例如，在一個IP over WDM網(wǎng)絡中，IP層和光層被看成是一個網(wǎng)絡，有統(tǒng)一的管理和流量控制。OXC和路由器被控制平面視為對等實體，所以UNI（在路由器和OXC之間）和網(wǎng)絡—網(wǎng)絡接口（NNI，在OXC之間）是沒有差別的。但由于目前的網(wǎng)絡大都是基于重疊模型的，因此對等模型網(wǎng)絡離商用還有一定的距離。

IETF最近完成了一組GMPLS協(xié)議以滿足一個重疊的控制平面相互連接的模型。GMPLS UNI模型關注UNI參考點，并且對GMPLS UNI性能的需求充分地兼容了所有的（G）MPLS相關的標準。

圖2顯示了GMPLS UNI重疊參考模型，核心網(wǎng)絡由5個核心節(jié)點（CN）組成，它外面由4個相互獨立的重疊網(wǎng)絡構成。這個網(wǎng)絡節(jié)點由流量工程鏈路（如圖中紅線）連接到核心網(wǎng)絡上，這些節(jié)點稱為邊緣節(jié)點（EN）。只有這些邊緣節(jié)點才能夠通過核心網(wǎng)絡發(fā)送建立鏈路的信令到達其他邊緣節(jié)點。核心網(wǎng)絡是業(yè)務提供網(wǎng)絡，而邊緣節(jié)點屬于用戶端設備，在EN和CN之間的接口即為UNI參考點，為了支持ASON模型，RFC 4208草案定義了通過UNI的信令，該信令完全兼容GMPLS信令（RFC 3471、RFC 3473）。這個UNI信令機制符合RSVP模型，并且對于用戶的連接信令是端到端RSVP會話。RSVP會話承載了用戶端到端的參數(shù)。

圖2　GMPLS UNI重疊參考模型

3、UNI性能分析和比較

重疊模型被設計為光骨干運營商可靈活地租借其網(wǎng)絡給ISPs的商業(yè)模型。因此在這個模型下，所包含的實體間將有很好定義的接口的客戶服務器關系。在重疊模型下，要求IP/MPLS和SONET/SDH網(wǎng)絡的控制平面分離，只有嚴格限制的和一定數(shù)量受約束的信令消息可以交換。因此，IP/MPLS路由和信令協(xié)議實例與運行在傳送網(wǎng)中路由和信令協(xié)議實例是相互獨立的。根據(jù)IP/MPLS和SONET/SDH網(wǎng)絡中定義的C/S關系，這兩個獨立的控制平面通過UNI相互作用。

一個特殊的基于重疊模型的UNI的實現(xiàn)是基于由OIF制定的UNII 1.0協(xié)議，它是為安置大量SONET/SDH設備的運營商所面臨的IP數(shù)據(jù)流量爆炸式增長問題而提出的。OIF UNI假設運行在帶內(nèi)或帶外的傳送網(wǎng)的協(xié)議是嚴格獨立的。由于管理和安全的原因，該協(xié)議不容許在客戶端和服務端的網(wǎng)絡中交換任何拓撲信息。信息的交換僅局限于請求和響應建立或刪除連接，其他容許的消息僅僅是狀態(tài)請求和狀態(tài)響應。OIF UNI施行嚴格的控制平面分離，從而減少了在網(wǎng)絡邊緣交換控制信息的數(shù)量。但是這個優(yōu)點卻被這種嚴格的分離的局限性給掩蓋了，因為客戶端（如IP/MPLS）視服務端（如傳送網(wǎng)）為“黑盒子”，兩個控制平面協(xié)商的可能性是非常有限的。這些限制致使每層的流量工程成為必要，因而需要額外的協(xié)調(diào)。使用這種模型很難保證整個網(wǎng)絡的最優(yōu)化，尤其當客戶端流量動態(tài)變化或網(wǎng)絡故障需要頻繁地重新配置的時候。

OIF UNI是基于RSVP-TE信令的，但為了實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡接口的功能，OIF UNI合并了一組特定的OIF擴展（和GMPLS并不兼容）。這些擴展中最主要的就是GENERALIZED_UNI對象。但是在OIF UNI中，RSVP-TE會話端點不是與連接相關的端點，選擇連接的端點是不可能的。為了解決這個問題，引入了GENERALIZED_UNI對象，從而使在IP/MPLS和傳送網(wǎng)間具有嚴格的地址類型和空間分離，但這種地址類型分離的有效性（如IPv4/IPv6與NSAP）還有待于進一步驗證。同樣，當這些地址由網(wǎng)絡所擁有時，地址空間分離的要求不僅不能滿足，還增加了OIF UNI實現(xiàn)的復雜度。在OIF UNI下，為了確保IP/MPLS和傳送網(wǎng)間的獨立性，三個單獨的RSVP會話必須存在：一個在客戶端和鄰接核心節(jié)點，另一個在入和出核心節(jié)點間，第三個在出核心節(jié)點和鄰接客戶端節(jié)點。由于要求它們之間要相互協(xié)調(diào)，因此這些獨立的會話又增加了復雜性。

隨著發(fā)展，基于C/S的OIF UNI方法的局限性和額外的復雜性變得愈加明顯，尤其是它受限的彈性和可擴展性使提高它性能更加困難。盡管OIF目前定義了新的版本——UNI2.0，但由于它向后兼容了1.0版本，它的問題并不能從根本上得到解決。此外，由于OIF UNI1.0并沒有大規(guī)模進行部署，因此減少或緩和OIF UNI1.0引入的約束是有益的。

實現(xiàn)OIF UNI的這些功能可以采用一個惟一的端到端的RSVP會話來獲得，為此，IETF發(fā)展了GMPLS UNI。它具有如下特點：完全兼容GMPLS；比OIF UNI更加靈活和可擴展；在SONET/SDH和IP/MPLS控制平面間通過依賴于端到端的信令模式能夠提供一個簡單的措施來達到更佳的綜合。

OIF UNI局部信令和GMPLS UNI端到端信令的主要區(qū)別可以概括如下：

●GMPLS UNI將網(wǎng)絡可達端點的標識映射到已編號（IPv4/IPv6）或未編號的接口上，而不需要任何分離的地址空間。在建立端到端的連接時，它不需要任何專用的地址空間。因而，它與在連接建立時網(wǎng)絡邊緣的端點轉換需要附加維護、映射、查詢的OIF UNI相比，提供了OIF UNI不能實現(xiàn)的靈活性。

●除了潛在的網(wǎng)絡會話外，在邊緣LSR上為建立一個端到端的SONET/SDH連接，僅需要維護一個單獨的端到端RSVP會話，而不需要在源和目的UNI上維護兩個分離的RSVP會話。由于在網(wǎng)絡的邊緣不需要附加的會話維護，因而通過保留端到端原則，GMPLS UNI比OIF UNI提供了一個更容易升級的方法。

●允許客戶端驅動的顯式路由，提供了內(nèi)在的顯式標記控制能力。因而，GMPLS UNI有效地使用了已提交的RFC3209和RFC 3472的信令功能，從而在IP/MPLS向SONET/SDH環(huán)境互相連接時不需要對專門的信令接口進行附加的擴展。

●GMPLS UNI具有強大的監(jiān)測能力，客戶端LSR通過路由器的記錄能夠診斷它所發(fā)起的LSP。此外，因為GMPLS UNI遵循端到端原理，當錯誤發(fā)生在目的UNI時，能夠在不丟失相關受影響的LSP信息能力的前提下報告這些錯誤；而且，通過這個功能處理匯聚多個LSP失效的通知消息，GMPLS UNI能夠及時地觸發(fā)任何恢復動作來恢復對應的業(yè)務。因而，GMPLS UNI具有OIF UNI沒有的且關鍵的LSP監(jiān)測的能力。

GMPLS UNI尤其適合運營商內(nèi)部接口，即交換信令消息的實體可屬于相同的或不同的管理域，不管屬于哪個管理域，它都屬于同一個操作者。直接選擇GMPLS UNI能夠加強協(xié)調(diào)、優(yōu)化整個網(wǎng)絡資源的利用。GMPLS UNI提供的功能集同時擴展了OIF UNI，因而GMPLS UNI將更加有效。尤其是GMPLS UNI在網(wǎng)絡內(nèi)部不需要采用GMPLS RSVP-TE信令，即UNI和NNI依然可以是相互獨立的，它滿足了ITU-T ASON的結構要求。GMPLS UNI可被配置為與OIF UNI相同的操作，即它可用來加強在基于重疊的網(wǎng)絡上不同控制平面的分離，因為它可升級為更好的統(tǒng)一控制平面，未來的可靠性將更強。因此，GMPLS UNI將不僅僅是一個端點接口，它是GMPLS統(tǒng)一模型的連續(xù)演變的一個重要階段。

4、結束語

以上主要介紹了OIF的UNI的基本功能和最新進展，并討論了其復雜度、受限的性能、有限的擴展能力，通過引入IETF的GMPLS UNI來解決OIF UNI的局限性。筆者相信，隨著ASON的發(fā)展，介于用戶端設備和傳輸網(wǎng)元間的UNI，將會引起更多運營商和通信設備廠商的關注。