ASON多播的信令技術(shù)研究

摘要　近年來關(guān)于ASON的研究如火如荼的開展，ASON作為新一代光傳送網(wǎng)，能夠提供大容量的帶寬，同時由于控制面的引入使其具備了很高的智能性，可以實現(xiàn)帶寬的按需自動分配、光虛擬專網(wǎng)等業(yè)務(wù)。與此同時，基于實時流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)也在迅速興起。如何將兩者有機的結(jié)合起來成為了目前業(yè)界又一輪的研究熱點，ASON信令的P2MP研究是其中一個重要方面。

1、引言

ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）是一種在信令網(wǎng)的控制下能夠智能化地自動完成光網(wǎng)絡(luò)交換式連接和配置功能的新一代光傳送網(wǎng)。ASON的智能性來源于它的控制平面（CP），具有一個分離的控制平面是其與傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)的重要區(qū)別，可以說控制平面技術(shù)是實現(xiàn)ASON的動態(tài)性和智能性的關(guān)鍵。ASON以其光路交換的特性和良好的生存性可以減少延時和丟包的影響，保證服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

與此同時，近幾年來基于點到多點（P2MP）的視頻會議、實況轉(zhuǎn)播、VoD、IPTV、現(xiàn)場直播等流媒體實時業(yè)務(wù)得到了迅速發(fā)展。它們要求較高的QoS保證（包括丟包率、延時抖動、帶寬等）。ASON網(wǎng)絡(luò)的特性極其符合這些要求，因此有條件作為流媒體業(yè)務(wù)良好的承載網(wǎng)平臺。

2、ASON控制平面關(guān)鍵技術(shù)

MPLS（多協(xié)議標簽交換）實質(zhì)上是一種特殊的包分類轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，在MPLS中引入了轉(zhuǎn)發(fā)等價類（FEC）和標簽（Label）的概念。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標簽交換路由器（LSR）和邊緣部分的標簽邊緣路由器（LER）組成，后者負責(zé)對數(shù)據(jù)包進行加標簽和去標簽操作。舊的標簽被路由表中的新標簽替代，包被轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳，在出口LER處標簽被去掉，又重新使用IP路由機制。由源LSR與目的LSR之間的一系列LSR以及它們之間的鏈路構(gòu)成的路徑稱為標簽交換路徑（LSP）。

GMPLS（通用多協(xié)議標簽交換）作為ASON控制平面的關(guān)鍵技術(shù)，是在MPLS的基礎(chǔ)上進行的適用于光網(wǎng)的擴充，它可以提供路由和信令的完全分離。GMPLS對MPLS中的標簽進行了擴展，將TDM時隙、光波長和光纖等也用標簽進行統(tǒng)一標記。

MPLS網(wǎng)絡(luò)多采用資源預(yù)留帶流量工程擴展協(xié)議（RSVP-TE）作為信令協(xié)議之一，可以很好的實現(xiàn)流量工程（TE），支持基于限制的路由（包括呼叫許可控制CAC和顯式路由標記交換路徑ER-LSP的建立），可以提供資源的有效利用、快速的故障恢復(fù)和嚴格的QoS保證。GMPLS RSVP-TE在MPLS RSVP-TE的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的擴展，以滿足光網(wǎng)絡(luò)點到點（P2P）連接的建立、刪除和修改等功能。

3、ASON多播的信令技術(shù)

現(xiàn)存的有關(guān)ASON控制面技術(shù)的研究基本都是基于P2P的，可以利用點到點標簽交換路徑實現(xiàn)ASON多播，只要在入口標簽交換路由器處進行數(shù)據(jù)包的簡單復(fù)制就可以實現(xiàn)。但是這會引入一個問題：使網(wǎng)絡(luò)中充斥著大量無用的重復(fù)的數(shù)據(jù)包，浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負載。因此必須引入新的機制或者對現(xiàn)存的GMPLS RSVP-TE信令協(xié)議進行多播擴展。一般傾向選擇后者，因為盡管可以將IP網(wǎng)中的IGMP引入以實現(xiàn)ASON多播，但因為IP和ASON是完全不同的兩種網(wǎng)絡(luò)，這樣做工作量將會很大；而如果對現(xiàn)存的P2P協(xié)議進行P2MP擴展，使ASON在網(wǎng)絡(luò)中各個分支節(jié)點處能夠進行有效的數(shù)據(jù)包復(fù)制則可以有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。所謂分支節(jié)點就是可以將進入的數(shù)據(jù)復(fù)制到兩個或多個外出接口，并且不同的接口可以采用不同的標簽。ASON控制面基于RSVP-TE的GMPLS P2MP擴展涉及到業(yè)務(wù)和會話標志、顯式路由、接枝和剪枝及RSVP消息的處理等幾個關(guān)鍵問題需要討論。

3.1　業(yè)務(wù)及會話標志問題

標簽交換隧道（LSP Tunnel）由一個或多個P2MP LSP組成，可以引入點到多點會話對象（P2MP SES-SION）進行標志。P2MP SESSION對象是對P2P RSVP-TE中的SESSION對象進行擴展得到的，由＜P2MP ID，Tunnel ID，Extended Tunnel ID＞組合進行標識，其中Tunnel ID標識一個業(yè)務(wù)隧道，P2MP ID標識該業(yè)務(wù)的多個客戶連接的集合，與RSVP-TE中SESSION對象的不同之處在于其的隧道終點地址（Tunnel Endpoint Address）字段被P2MP SESSION對象的P2MP ID字段取代。

P2MP LSP是一個具有一個入口LSR和多個出口LSR的LSP，此路徑是單向的。通過＜P2MP ID，Tunnel ID，Extended Tunnel ID，Tunnel Sender Address，LSP ID＞組合進行標識，其中Tunnel Sender Address代表業(yè)務(wù)發(fā)送方地址，P2MP LSP包含在點到多點發(fā)送者模板（P2MP SENDER_TEMPLATE）對象中。

一條P2MP LSP又由多個子標簽交換路徑（sub-LSP）組成，它們是入口LSR和出口LSR之間的連接。一條sub-LSP可以通過＜P2MP ID，Tunnel ID，Extended Tunnel ID，Tunnel Sender Address，LSP ID，sub-LSP destination address＞組合進行標識，其中sub-LSP destination address（子標簽交換路徑目標地址）位于S2L_SUB_LSP對象中。

在P2P RSVP-TE中通過RSVP消息對LSP的狀態(tài)進行管理和維護，同樣可以通過RSVP消息對P2MP LSP的狀態(tài)進行維護，然而兩者是有區(qū)別的，由于在一條P2MP LSP中包含多條sub-LSP，因此如果采用一條RSVP消息對一條P2MP LSP的狀態(tài)進行維護，可能出現(xiàn)消息長度不夠?qū)е码y以表示全部sub-LSP狀態(tài)的問題，這時應(yīng)該支持采用多個RSVP消息；另外，由于一條P2MP LSP具有多個目的節(jié)點，有時候會出現(xiàn)接枝和剪枝的情況，因此信令機制必須能夠有效的從一個P2MP LSP中移除或增加終端節(jié)點；同時P2MP LSP必須要處理狀態(tài)合并的問題。這些可以通過在RSVP-TE的SENDER_TEMPLATE和FILTER_SPEC對象中增加Sub_Group ID和Sub-Group Originator ID來解決，Sub-Group ID和Sub-Group Originator ID字段合起來稱為Sub-Group字段。

3.2　顯式路由

ASON是采用顯式路由方式建立業(yè)務(wù)路徑的，顯式路由技術(shù)是一個重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

ASON多播可以在單播顯式路由對象（ERO）的基礎(chǔ)上，增加二級顯式路由對象（SERO）以對一個sub-LSP進行顯式路由，SERO和ERO對象的格式相同。

當(dāng)一個PATH消息只對單個sub-LSP進行信令時，ERO對從入口LSR到出口LSR的LSP進行編碼。PATH消息中還包括S2L_SUB_LSP對象以對sub-LSP進行信令。＜EXPLICIT_ROUTE，S2L_SUB_LSP＞組合作為一個標識符來唯一的標志該sub-LSP。

當(dāng)一個PATH消息對多個sub-LSP進行信令時，則從入口LSR到出口LSR的第一條sub-LSP被編碼放在ERO中。第一條sub-LSP對應(yīng)于PATH消息中的第一個S2L_SUB_LSP對象。后續(xù)的sub-LSP與接下來的S2L_SUB_LSP對象依次對應(yīng)，并且被編碼放在SERO中，因此每條后續(xù)的sub-LSP用＜P2MP SECONDARY_EXPLICIT_ROUTE，S2L_SUB_LSP＞組合唯一的標志。如果某條sub-LSP的路徑與某個分支LSR相交，則這個SERO對象中只包含從該分支ISR到出口LSR的路徑。

為了避免具有某些相同跳步（hop）的sub-LSP存在潛在的重復(fù)路徑信息，可以在SERO中使用顯式路由壓縮技術(shù)，這樣不僅可以減小PATH消息的大小，也大大的降低了額外的處理負擔(dān)。所有的LSR都必須處理與第一個sub-LSP相對應(yīng)的ERO，但是對后續(xù)的sub-LSP的處理順序不作任何規(guī)定。如某個LSR是相應(yīng)的SERO中的第一跳，則這個分支LSR必須處理后續(xù)的sub-LSP描述符，并且將相應(yīng)的sub-LSP信息傳送到下游節(jié)點。

3.3　接枝和剪枝

向一個現(xiàn)存的P2MP LSP中增加出口LSR的操作稱為接枝（Grafting）。接枝操作使其它出口節(jié)點能夠及時地加入到一個多播樹中。主要有兩種接枝方法：

（1）通過向現(xiàn)存的PATH消息中增加sub-LSP，并且刷新整個PATH消息，PATH消息處理后就會將此sub-LSP加入到P2MP LSP中，同時由于PATH消息中的sub-LSP發(fā)生了變化，所以導(dǎo)致ERO壓縮編碼需要重新計算。

（2）通過增加狀態(tài)更新，即增加一個新的PATH消息對新增sub-LSP進行信令，這樣其他sub-LSP由于不受影響，所以不用重新進行信令。

從一個現(xiàn)存的P2MP LSP中移除出口LSR的操作稱為剪枝（Pruning）。剪枝操作使其它出口節(jié)點能夠及時地從一棵多播樹中移除。有兩種剪枝方法：

（1）隱式拆除法。這種方法使用標準的RSVP消息處理。按照標準的RSVP消息處理規(guī)則，可以通過發(fā)送修改的PATH或RESV消息將一條sub-LSP從一個P2MP TE中刪除。在修改的PATH或RESV消息中必須確保與此次會話相關(guān)的其它PATH狀態(tài)中不包含將要被拆除的sub-LSP。這種方式下，中間LSR節(jié)點可能必須要產(chǎn)生路徑拆除消息（PathTear）并發(fā)往下游節(jié)點，以此來移除一條或多條sub-LSP。

（2）顯式拆除法。這種方式需要產(chǎn)生PathTear消息以拆除相關(guān)的Sub-LSP。此PathTear消息會攜帶與P2MP LSP相應(yīng)的SESSION和發(fā)送者模版（SENDER_TEMPLATE）對象及相應(yīng)的PATH消息中的＜Sub-Group Originator ID，Sub-Group ID＞標志組。當(dāng)采用一條PATH消息進行信令的所有出口節(jié)點都要移除時應(yīng)該采用這種方式，采用其它PATH消息進行信令的其它sub-group中的sub-LSP將不受任何影響。此種方式下，向下游節(jié)點傳播PathTear消息的中間LSR必須確保它在PathTear消息中設(shè)置的＜Sub-Group Originator ID，Sub-Group ID＞組的值與被刪除的sub-LSP相對應(yīng)的PATH消息中的值保持一致。

3.4　RESV消息的處理

出口LSR在產(chǎn)生預(yù)留（RESV）消息時必須遵循正常的RSVP過程。RESV消息中攜帶著出口LSR分配的標簽，后續(xù)節(jié)點在收到RESV消息后必須從自己的標簽庫中選擇分配標簽并且發(fā)往上游。一個節(jié)點只有在至少收到來自于下游節(jié)點的一條RESV消息的情況下才能向上游發(fā)送RESV消息，并且如果LSP_ATTRIBUTE對象中的完整性標志位（Integrity Bit）被置1，則只有來自于所有下游鄰居節(jié)點的RESV消息全部收到后，該節(jié)點才能向上游發(fā)送RESV消息。

每個分支節(jié)點可以為下游節(jié)點向上游發(fā)送一個RESV消息，但是這樣可能RESV消息太多導(dǎo)致溢出，尤其是當(dāng)分支節(jié)點越靠近入口LSR，RESV消息越多，溢出的可能性越大。為了緩和這個問題，分支節(jié)點可以限制RESV消息的傳送，在此次會話的上一個RESV消息傳送完之后的一段時間才將期間收到的RESV消息進行合并，然后發(fā)往上游節(jié)點。

4、總結(jié)

以ASON和P2MP技術(shù)的結(jié)合為切入點，本文在討論ASON控制面的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對P2MP業(yè)務(wù)的特點和ASON網(wǎng)的優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)著重探討了基于GMPLS RSVP-TE的ASON多播中信令技術(shù)的關(guān)鍵問題。在ASON這個熱點網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上開展P2MP熱點業(yè)務(wù)，相信這又將會成為運營商下一輪的競爭熱點。