（电磁场与微波技术专业论文）城域光网络相关技术研究.pdf

城域光网络相关技术研究 摘要 城域网( m a n ) 在整个网络中处于接入和骨干网之间，既要能提供灵活多样的 接入、业务分配方式，又要具有业务汇聚能力。城域网是整个网络体系的瓶颈所在， 也使其成为了研究的重点和亟待解决的问题。 本文使用o p n e t 、n s 2 、v p i 、和g l a s s 等网络仿真工具，采用协议仿真的方式， 对城域网建设中关注的体系结构、协议流程等进行了深入的研究，涉及的技术包括自 动交换光网路a s o n ，动态分组传输技术d p t ，共享网状网恢复，以及多业务传输平 台m s t p ，涉及的协议有多协议标记交换g m p l s ，链路管理协议l m p ，资源预留 r s v p 和路由协议o s p f 。 第一章简单分析了城域网现状和亟待解决的问题，以及业界提出的相关方案、技 术，主要是以s d h 为基础的多业务传送平台m s t p ，城域以太网方案，城域w d m 方案，和以a t m 为基础的多业务平台，简单分析了这些技术各自的优缺点。 第二章研究了g 8 0 8 0 自动交换光网络a s o n 体系结构，以及相应的协议族 g m p l s 。研究的主要工作是在g l a s s 下分析整网体系结、q o s 机制、节点功能和l 接口类型；在n s 平台上构建a s o n 的l m p 和o s p f 模块。l m p 是整个g m p l s 信 令机制的基础，主要负责自动发现和故障管理，其准确性直接关系到路由的优劣和呼 叫连接的成败。目前，常用的路由协议有距离向量和链路状念两大类，前者以r i p 协议为代表，以跳数作为计算路由的依据，使用较为简单，但是仅适用于小型网络； o s p f 是链路状态路由协议的代表，它提出了分域的思想，将拓扑变化的影响限制在 域内，减轻了洪泛( f l o o d i n g ) 对整网的影响，尤其适用于大型网络，本章详纽i 研究 了o s p f 协议特性，分析了其相对r i p 协议的优越性。 链路故障和保护倒换技术是网络研究中一项重要内容，由于城域网核心层多采用 网状网拓扑，因此论文第三章主要是用v p l 分析了共享网状网恢复技术，研究了在光 网络多链路同时故障概率较小时，该技术的适用性和相对其他保护技术的优越性。 拓扑是城域网遇到的另一问题，而环形拓扑在城域网，尤其是汇聚层有着广泛的 应用，第四章研究了环形拓扑下数据的动态传输技术d p t ，采用了空i n j 复用协议s r p ， 分析了智能保护倒换i p s ，业务分级传输，链路资源分配的公平性算法等。 多业务传输平台m s t p 是城域网目前的热点问题之一，第五章对其进行了初步探 讨。 综上所述，本文重点研究了涉及城域网的a s o n 体系结构，l m p 、o s p fm 议， 保护倒换中的共享网状网恢复技术和基于环形拓扑的d p t 技术，s r p 协议，分析了 这些技术的特点及其在城域网中的应用。 关键词：城域网自动交换光网络通用标记交换协议共享网状网恢复空间复用协 议多业务传输平台 r e s e a r c h 0 nm e t r oo p t i c a ln e t w o r k a b s t r a c t m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ( m a n ) i sb e t w e e na c c e s sn e t w o r ka n db a c k b o n e n e t w o r k ，m a nm u s tp r o v i d em u l t i p l ea c c e s sm e t h o d sm a do n d e m m l db a n d w i d t h a l l o c a t i o n h 1f u t u r e f i r s t l y , m a nw i l lp r o v i d eas i n g l ep l a t f o m af o rm u l t i p l ep l o t o c o l sa n d s e r v i c e s ，i tw i l lh a sl e s sl a y e r sb e t w e e ns e r v i c ea n dt r a n s f e rl a y e r ss e c o n d l y , m a nw i l l s u p p o r tt h ec o n v e r s i o nf r o mc i r c u i t s w i t c ht op a c k e t - s w i t c h ，a n df i n a l l y , a c h i e v et h es w i t c h m e t h o db a s e do npt e c h n o l o g y t h i r d l nn e t w o r kc a p a b i l i t ya n dn o d e sc a l li n c r e a s e w i t h o u tl i m i t a t i o nf o rt h ep u r p o s eo fp r o t o c o l sa n ds e r v i c e s ，a n df i n a i l y , m a nn m s t a c h i e v ef a s ts e r v i c ed i s c o v e r ya n ds u p p o r tr e a lt i m es e r v i c e s b u to nt h eo t h e rh a n d ，c u r r e n t l y , m a nh a st h r e ep r o b l e m s ：b a n d w i d t hb o t t l e n e c k ， m a n a g e m e n td i f f i c u l t y c a u s e db ym u l t i p l en e t w o r k sa n dc a l l t s u p p o f l d a t as e r v i c e p r o p e r l y t h ec o n f l i c tb e t w e e nc u r r e n ts t a t u sa n dt h ei n c r e a s eo fs e r v i c eh a sm a d em a nt h e h o t p o i n to f n e t w o r k r e s e a r c ha n dt h ep r o b l e mw em u s tr e s o l v e i nt h i sa r t i c l e ，w eh a v ed o n el o t so fr e s e a r c ho nn e t w o r kp r o t o c o l sa n dt e c h n o l o g i e s u s i n gt h en e t w o r ks i m u l a t i o nt o o l ss u c ha so p n e t ，n s 2 ，v p i ，g l a s s ，w ed ol e s e a l c h e so f t t h ef r a m e w o r k ，f o ri n s t a n c e ，a s o n ( a u t os w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k ) ，d p t ( d y n a m i c p a c k e tt r a n s p o r t ) ，s h a r e dm e s hp r o t e c t i o n ，m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) t h ep r o t o c o ls p e c i f i c sw eh a v ea n a l y z e di n c l u d i n g g m p l s ( g e n e r a lm u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ) ，l m p ( l i n km a n a g e rp r o t o c 0 1 ) ， r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) a n do s p f ( o p e ns h o r t e s t p a t hf i r s t ) t h i sa r t i c l ei n c l u d ef i v ec h a p t e r s c h a p t e ro n ea n a l y s e st h ec u r r e n ts t a t u sa n dt h ep r o b l e mw eh a v et or e s o l v e ，a l s o ，i t i n t r o d u c e st h ef o u rm a i ns c h e m e sf o rm a n ：m s t pb a s e do f ts d h ；m a nb a s e do n e t h e m e t ；m a nb a s e do nw d ma n df i n a l l ya t m w ea n a l y z et h em e r i t sa n ds h o r t c o m i n g s o f t h e s et e c h n o l c l g i e s i nc h a p t e rt w o ，w eh a v ed o n er e s e a r c ho nt h ef l a m eo fa s o nd r a f t e do u tb yg 8 0 8 0 a n di t sp r o t o c o l g m p l s t h em a j o rw o r ki st oa n a l y z ea r c h i t e c t u r e ，q o s ，n o d ef u n c t i o n a n di n t e r f a c et y p e su s i n gg l a s s i na d d i t i o n ，w eh a v eb u i l tl m pa n do s p fm o d e lu s i n g n s ( n e t w o r ks i m u l a t o r ) l m pi st h eb a s eo fg m p l s ，i t sm a i nr o l ei sa u t od i s c o v e r ya n d f a i l u r em a n a g e m e n t ，l m pi sv e r yi m p o r t a n tf o rr o u t i n ga n dc a l ls e t u p a tp r e s e n t ，t h e r ea r e t w ok i n d so fr o u t i n gp r o t o c o l s ：d i s t a n c e v e c t o rr o u t i n gp r o t o c o la n dl i n ks t a t er o u t i n g p r o t o c 0 1 r i pi sak i n do fd i s t a n c e v e c t o rr o u t i n gp r o t o c o l ，i tu s eh o p st oc o u n tr o u t i n g t a b l e r i pi sv e r ye a s yt ou s e ，b u ti ti so n l ya p p l i c a b l ei ns m a l lr a n g en e t w o r k s o s p fi sa k i n do fl i n ks t a t er o u t i n gp r o t o c o l ，n e t w o r ki ss p l i ti n t os m a l la r e a s ，b yt h i sm e t h o d ，t h e e f f e c tc a u s e db yt o p o l o g yc h a n g ei sl i m i t e di nas i n g l ea r e a ，a n dt h ei n f l u e n c eo ff l o o d i n g i sr e d u c e d w i t ht h i sc h a r a c t e r i s t i c ，o s p fi sv e r yf i tf o rl a r g er a n g en e t w o r k s i nc h a p t e r t w o ，w eh a ds t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f o s p f , a n di t sa d v a n t a g ec o m p a r e dw i t hr i p , l i n kf a i l u r ea n dr e s t o r a t i o ni sv e r yi m p o r t a n tf o rn e t w o r k a sm e n t i o n e dt h e t o p o l o g yo fc o r el a y e ri nm a n ，i ti su s u a l l yt h em e s ht o p o l o g y s h a r e dm e s hp r o t e c t i o n w i t hp e rl i n kc a p a c i t ys h a r i n gi sa l s oc a l l e ds h a r e dm e s hr e s t o r a t i o n c h a p t e rt h r e ef o c u s e s 0 nt h ea n a l y s i so fa v a i l a b i l i t ya p p l y i n gt h i sm e t h o di nm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，a n d c o m p a r e si tw i t h1 ：na n d1 + 1b ys i m u l a t i o nu s i n gs i m u l a t i o nt o o lv p i i nm a n ，e s p e c i a l l yi nc o n v e r g e n c el a y e r , r i n gt o p o l o g yi so f t e nb e e nu s e d ，i n c h a p t e rf o u r , w ef o c u so nt h ed pt ，s r pp r o t o c o l ，i p s ( i n t e l l i g e n c ep r o t e c t i o n s y s t e m ) ，s r p f a c u r r e n t l y , m s t pi su s e di nm a n a su p g r a d eo fs d h f o ri tc a ns u p p o r tt h es e r v i c e s s u c ha sa t m ，e t h e r n e ta n dv o i c e i nc h a p t e rf i v e ，w es t u d i e dt h em s t pc h a r a c t e r i s t i c t os n l ll i p ，i nt h i sa r t i c l e ，w eh a v es t u d i e dt h ep r o t o c o l sr e l a t e dw i t hm a n ，s u c ha s a s o n ，s h a r e dm e s hp r o t e c t i o na n dd p t s r p ，m o r e o v e r ，a n a l y z e dt h ea p p l i c a b i l i t yo f t h e s et e c h n o l o g i e si nm a n k e yw o r d s ：m a na s o ng 口l ss h a r e dm e s hp r o t e c t i o ns r pm s t p 独创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做过的 任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处 本人签名： 盔垂墨车 本人承担一切相关责任。 日期：弘巾s 2 土g 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在学校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和 借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：垄垂茎圣 日期： 导师签名： 日期： o 咖f 2 2 孑 卫型：! ：! 兰 北京邮电大学硕士论文 第一章引言 城域网( m e t r o p o l i t a na r e an e r o ) ，简称m a n ，最初是计算机网络从地域角 度提出的概念，以之对应的是局域网l a n ( l o c a l a r e a n e t w o r k ) 和广域网w a n ( w i d e a r e an e t w o r k ) 。城域光网络主要是从逻辑和功能上对网络的一种划分，如果说接入 网的主要目标是为用户提供多样、灵活的接入方式：核心网的目标是对业务进行高速、 准确的交换传输，那么城域网要完成的工作就是将接入层的低速信号进行汇聚、复用 充当边缘网络的角色。 发展城域网涉及到的核心问题其实是如何建立城域多业务宽带传送平台，以实现快 速增长的p 业务和以传统话音为主的t d m 业务的综合传送，这样从传送层的角度来 看，城域网的基础和根本就是“城域传送网”。城域传送网用于实现城域范围内数掘 业务、话音业务、视频业务等的承载和传送，负责为城域范围内的交换机、基站、路 由器等业务节点问的联络提供传送通路，同时也是长途传输网和数据网在城域范围的 延伸。城域传送网既是业务网的基础平台，其本身也可能是业务网的一部分，具有如 下特征： 1 城域传送网更加强调数据业务的传送功能，其功能主要集中在数据链路层( 第 二层) ，也有少数设备厂商的相关设备可以实现网络层( 第三层) 的功能，虽然 这些功能已经超出了城域传送网的范畴，但反映了业务层与传送层在城域网相融 合的趋势： 2 城域传送网承载的是面向公众的电信业务，因此有严格的网络管理和维护要求， 同时要求提供数据业务的s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) 保证： 3 随着业务范围的扩展，城域传送网要求支持t d m 业务、以太网业务和a t m 数 据业务，业务范围不仅有数据，还有语音和图像，是一个全业务网络； 城域传送网的发展一定要适应城域网业务的特殊性，城域网中业务的基本特点 是：传送距离短，业务类型复杂，业务需求变化迅速，接入环境复杂多变，i p 业务 逐渐成为主流，以太网接口越来越被用户青睐，用户对带宽需求越来越大，但传统业 务( t d m 、f r 等) 也还有很大市场空间。这些业务特点对城域传送网提出了不同于 长途传输的新要求。 从功能角度和地域上看，城域网和接入网一起构成了最接近用户的网络，为用户 提供话音、数据、图像、多媒体、i p 接入和各种增值业务如v p n 和智能业务，并与 各运营商长途网互通构成本市( 地) 综合业务网络。 无论是从功能还是从逻辑上看，城域网在整个网络中都处于举足轻重的作用，是 整个网络性能的集中体现，直接影响到用户的使用效果和满意度。 随着数据业务的增长，业务类型的多样话，要求下一代城域网具备以下一些功能： 北京1 1 5 i u 人学坝i 。论文 1 希望采用单一公共平台支持多协议多业务，中间层尽量少 2 有效支持从电路交换向分组交换网的过渡，将来应该对i p 传送最佳 3 网络链路容量和节点数可以不受限扩展 4 能适应各种现有和将来可能出现的协议和业务 5 拓扑灵活，可快速扩展业务 6 可实现快速业务指配 7 集成的、标准的、易用的网管系统 8 支持以话音为代表的实时业务 但是，目前城域网却存在三方面较大的问题： 首先是带宽瓶颈问题。在用户侧，由于低成本g b i t 以太网的出现和应用，局域 网的速率上了一个大台阶。在长途网侧，由于d w d m 技术的发展，商用化系统容量已 经达t b i t s 。但是，这二者间的城域网接入网却成为了全网的瓶颈。 其次，目前城域网存在多个重叠网络。一方面，目前多数运营商通过s d h 和电路 交换机提供语音和专线业务，而通过s d h 和分离的帧中继、a t m 、i p 网提供数据业务， 分离的网络和网络技术往往需要分离的网络管理系统和人员，以及不同的配置和计费 系统，导致高设备成本和运营费用。 最后，目前城域网底层多采用s d h 作为传送平台，利用这种为电话业务设计的 s d h 固定带宽来传送突发数据业务不仅效率低下，而且改变带宽往往意味着改变物 理接口甚至改变业务类型。 面对这样的期望和现状，城域网成为了目前业界研究的热点之一。目前，常见 的建设思路大概分为四类： 1 以s d h 为基础的多业务传送平台m s t p 利用现有的大规模s d h 网，将p 包、以太网、帧中继和atm 数据包映射到 s d h 帧中进行传输，既满足了多业务的要求，也充分利用了现有网络资源，是目前 较热的一种技术。 以s d h 为基础的多业务平台的出发点是充分利用大家所熟悉和信任的s d h 技 术，特别是其保护恢复能力和确保的延时性能，加以改造以适应多业务应用，支持层 2 和或层3 的数据智能。基本思路是将多种不同业务通过v c 级联等方式映射进不 同的s d h 时隙，而s d h 设备与层2 和层3 乃至层4 分组设备在物理上集成为一个 实体。结果是减少了机架数、机房占地、功耗、架间互连，简化了电路指配，加快了 业务提供速度改进了网络扩展性，节省了运营维护和培训成本，还可以提供诸如虚 拟专网( v p n ) 或视频广播等新的增值业务。特别是集成了碑选路、以太网、帧中 继或a t m 后，网络可以通过统计复用和超额订购业务来提高t d m 通路的带宽利用 率和减少局端设备的端口数，使现有s d h 基础设施最佳化。最后，s d h 多业务节点 北京邮屯大学硕士论文 还可以方便地完成协议终结和转换功能，使运营者可以在网络边缘提供多种不同业 务，而同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议。 目前多数这类解决方案涉及多层帧的映射而导致带宽效率低下，丌销处理复杂。 此外，这种方案基于同步工作，抖动要求严，设备成本较高。再有，这种结构带宽配 置时间仍较长。最后，同时管理多个面向连接和无连接网不仅困难，而且管理成本较 高。从长远看，特别是数据业务成为网络的主导业务类型后，这种解决方案不是一种 有效的方法。 2 基于以太网的方案 以太网是一种非常成熟的l a n 技术，最大的优点是成本低。随着g b i t ，1 0 g b i t 以太网的出现，将该技术用于城域网成为可能。但是，城域网业务对q o s 要求多样， 如何解决城域以太网的q o s 保障是该技术需要解决的问题。 事实上，以太网并不是一种纯粹的新技术，而是一种“老的新技术”，主要用于企 事业网络。然而，近来以太网最重要的动向是向城域网乃至广域网的扩展。从技术上 看，以太网是一种很简单的解决方案，只需要最少量的规划、设计和测试工作，并且 应用多年，为用户熟悉，业务指配时阃可以减少到几个小时或几天。其次，以太网是 标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。再者，以太网是与媒 体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体接k 1 ，避 免了重新布线的成本。从结构上看，以太网正以前所未有的端到端解决方案面目出现， 消去了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。此 外，以太网是具有很好扩展性的解决方案，其速率可以从1 0 m b s 、1 0 0 m b s 、1 g b s 一直扩展到1 0 g b s 。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上， 因此网络管理可以大大简化。尤其值得一提的是，由于很多用户已经熟悉了以太网， 因此培训工作简化，新业务可以拓展得更快。 然而，原来以太网用于局域网，q o s 不是问题，当试图扩展应用到公用电信网时 需要提供随用户而异的q o s ，而目前以太网还没有机制能保证端到端性能，无法提供 实时业务所需要的q o s 和多用户共享节点和网络所必需的计费统计能力。其次，以 太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证，即便有需求也 是由高层协议来处理，当扩展到m a n 和w a n 以后，上述利用高层协议的处理方法 就无法接受了，需要开发新的安全机制。第三，以太网主要用于小型局域网络环境， 网管能力很弱，且目前只有网元级的管理系统。第四，以太网交换机的光i - l i 是以点到 点方式直接相连的，省掉了传输设备，无法提供故障定位和性能监视，保护功能也难 以实现。最后，尽管以太网作为局域网应用是一项久经考验的技术，但是用于公用电 信网特别是广域网环境仍然是一项未经测试的新技术，其设备是否能提供大型电信数 公用网所必需的硬件和软件可靠性也需要实践和时f 刚的验证。总的看，只有妥善地解 决了上述主要问题后，传统以太网才t i 顺利地应用于大型公用电信网环境。 北京懈iu 人学f i | i f 十论文 3 城域w d m 方案 第三类是城域网用w d m 解决方案，随着技术的进展和业务的发展，w d m 技术 证从长途传输领域向城域网领域扩展，当然，这种扩展不是直截了当的，需要针对城 域网的特定环境进行改造，其主要特点和要求可以归结如下几个方面。 首先，采用w d m 后，容量有了大幅度的增加，至少几十倍，且可以提供某种形 式的w d m 环保护。其次，应用w d m 后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的 业务。这样用户可以灵活地传送任何协议和格式的信号而不受限于s d h 格式。特别 是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，需要能灵活快速地支持各种速率 和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从1 0 m b s 到2 5 g b s 范 围的所有信号。而对于应用在城域网核心的系统，则将来有可能还会要求支持1 0 g b s 的s d h 信号和1 0 g b s 的以太网信号。最后，城域网w d m 系统还应具备波长可扩展 性，新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单地增 加波长而迅速提供新的业务，极大地增强了运营者的市场竞争能力。 城域网w d m 系统的主要不足之处在于不能有效灵活地将低速率信号汇聚进较 昂贵的波长通路；此外，不能动态地配置波长，实现光层灵活连接；最后，目前其成 本仍然较高。 4 以a t m 为基础的多业务平台 a t m 是一种出色的多业务平台技术，而且由于其固有的设计已经充分考虑了业 务的q o s 问题，因此可以为口或其他任意客户层信号提供面向连接的、带宽可控、 安全性好、延时小的高质量业务。特别是目前在城域网中应用的a t mv p 环技术利 用在s d h 骨干网上为a t m 业务量生成虚通道v p 的方式可以使s d h 网更有效地承 载数据流。 对于未来网络最重要的i p 客户层信号而言，将i p 与a t m 结合可以综合利用a t m 的速度快、颗粒细、多业务支持能力强的优点以及p 的简单、灵活、易扩充和统一 性的特点，达到优势互补的目的。由于a t m 具有固定的信元长度，又工作在链路层， 因而是速度最快的分组交换技术。这种技术具有较强的流量工程能力，可以为不同类 型的业务流建立不同的通道，根据业务流负荷和阻塞情况疏导不同链路，确保实时业 务n 勺q o s 。 然而其主要缺点是网络体系结构复杂重复；传输效率较低。在网络扩展性方面， a t m 的分段和组装( s a r ) 功能将随着接口速率增加而变得十分复杂困难，速率难 以提高。此外，a t m 的连接建立信令较复杂，选路灵活性不高；硬件投资高，运行 维护管理复杂，特别是作大型路由配置时耗时耗力：对于较短的数据包，链路建立时 问远长于网络数据传输延时，其间无法传数据，在高速条件下成为重要的带宽损失。 简亩之，以a t m 为基础的多业务平台最适用于多业务电信环境以及服务质量要 求较高的i p 业务，主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般p 骨干网。由于其扩展 4 北京邮电大学硕士论文 性受限，高业务量下的性能表现不理想，a t mv p 环也不支持网状网结构，因而以 a t m 为基础的多业务平台不太适合超大型口骨干网应用。 在以上的这四类方案中，涉及到的技术和协议多种多样，本文侧重研究了和城域 网核心层和汇聚层比较相关的几种技术：g 8 0 8 0 提出的a s o n 体系结构；g m p l s 协 议族，主要是链路资源管理协议l m p 和路由协议o s p f ：共享网状网恢复技术；以 及用于环形拓扑的空间复用协议s r p 。 参考文献 1 刘学吴重庆陶滢张广思城域网新解决方案及比较电信建设2 0 0 2n o 5 p 4 0 4 5 2 修文群赵宏建宽带城域网建设与管理第二版科学出版社龙门书局2 0 0 1 年1 1 月p 1 2 2 3 候自强宽带城域网技术的进展综述通信产业报2 0 0 3 年9 月 4 唐雄燕城域传送网的发展及北京通信的实践网络电信2 0 0 2 年7 月p 4 9 5 1 5 陶智勇周芳城域网发展动向及面临的技术难题有线电视技术2 0 0 2 年第2 4 期p 8 1 1 6 韦乐平城域网的特征与技术方案选择电信科学2 0 0 1 年第4 期 北京i i i i ；也人学吲： 论文 第二章a s o n 体系结构和g m p l s 协议族 目前，光网络存在的很大一个问题是无法准确迅速的按需分配带宽，很多工作需 要通过管理平面人为参与，降低了网络资源的有效使用。 自动交换光网络( a o s n ) 就是在这样的背景下应运而生的，它由传输、控制和 管理3 个平面构成，其中控制平面是a s o n 的最大特点及核心。通过该平面信息交 互，使得光传送网能动态的实现传送、交换和连接功能，同时也能对业务实现高效快 速的保护恢复。这些优点使得a s o n 成为了下一代光网络的发展方向。 2 1 网络体系结构和协议栈 i t u tg 8 0 8 0 规范建议了a s o n 的体系结构，它将原网管平面的很多功能分离 出来，形成一个新的层控制层，采用分布控制的方式，节点间自动交互信息，节 点根据控制层信息完成传输层的配置工作。 这些交互的信息包括呼叫连接、路由、链路资源管理等，a s o n 选用了通用标记 交换1 刃t 议g m p l s 作为其控制层信令。本文着重研究了其中的链路资源管理l m p 和 路由协议o s p f ，将在本章的第二节和三节中分别介绍。 2 1 1 网络横向结构 在下一代光网络中，核，1 1 , 层骨干链路要求有高带宽和高速的交换能力，通过采用 d w d ! v i 技术，以及相应的光分插复用设备0 a d m ，光交叉连接器( 0 x c ) 等，可以达到孩 目的。而对这些物理层设备资源的管理，以及实现不同网络间的互联互通，又可以使 用通用的标记交换技术g m p l s 。 北京邮也大学硕士论文 从横向看整个网络，如图2 一l 所示，整个网络的i p 层完成业务的i p 化；在其和 核心层之间，有具有包交换能力的p s c 层，可以在g m p l s 信令下实现基于包的交换传 输；网络的骨干层使用光的交叉连接设备o x c ，实现大粒度、高速的交换连接。 主机i p 路由器m p l s - l s r0 x c - l s r ( 边界)( 核心) 图2 - 2g m p l s 应用于光网络的协议栈 o ) ( c l s rp s c l s r ( 核心)( 栏心光酬 那么，这些设备所应具备的协议、实体又是怎样的呢? 图2 2 给出了g m p l s 应用 于图2 1 所示的光网络后的情况，原有的传统主机、i p 路由器，以及既支持i p 、又 具有m p l s 功能的m p l s 边界路由器，这三者使用已有的控制、管理功能作为其控制层。 而和光有关的核心o x c 标记交换路由器、光网中具有包交换能力的标记交换路山器等 设备，则采用m p l s 扩展后的具有流量工程、故障管理能力的g m p l s 信令族。 对原有的i p 主机、i p 路由器、边界m p l s l s r 的控制平面而言，由于g m p l s 继 承了m p l s 几乎所有功能，因此采用g m p l s 作为其控制平面信令不会对其造成影响。 换句话说，g m p l s 可以作为二者统一的控制平面协议。图2 2 中虚线箭头表示的是对 等层间的通信，这些通信实际上是通过信令层的信息交换完成的。 2 1 2 网络纵向结构和节点功能模块 纵向剖析一个网络，i t u g 8 0 8 0 提出了将a s o n 从逻辑功能上分为传输、控制 和管理三个层面的思想，如图2 3 所示。 北京邮e 乜太学预：| _ 论文 p i ：物理接l i n n i ：内部网络网络接口c c ：连接控制接口n m i t ：网络管理接口t u n i ：用户网络接ue - n n i ：外部网络网络接口o j i - a ：网络管理接口ai s i ：内部信令接v i 图2 - 3a s o n 分层体系结构 控制平面是a s o n 最具特色的核心部分，它由路由选择、信令转发以及资源管理 等功能模块和传送信令的网络组成，完成呼叫、连接控制等功能。控制层面通过使用 接口、协议以及信令系统，可以动态地交换光网络的拓扑信息、路由信息以及其它控 制信令，实现光通道的动态建立和拆除，以及网络资源的动态分配，还能在连接出现 故障时对其进行恢复。 控制平面的引入赋予了a s o n 网络以智能性和生命力，给a s o n 网络带来了如下一 些新特点： 能实现流量工程，网路资源动态分配路由； 能根据传送网资源实时使用情况，动态进行故障恢复； 支持各种新业务类型( 如相关用户组和虚拟专用网) ； 具有快速的服务指配功能； 控制平面节点的核心组件分成六大类：连接控制器( c c ) 、路由控制器( r c ) 、链路 资源管理器( l r m ) 、流量策略( t p ) 、呼叫控制器( c a l i c ) 和协议控制器( p c ) 。这些组件 分工合作，共同完成控制平面的功能。它们之间的相互关系如图2 4 所示。 连接控制器( c c ) 负责业务的呼叫、连接、释放等，路由控制器( r c ) 搜集全网拓扑 信息，根据特定路由策略生成路由表，当c c 发出路由请求时，r c 根据目的节点查 找路由表，将结果传送给c c ，c c 再向l i l m 询问本地链路资源情况，如果本地资源 足够，则向目的端发起业务，否则向业务模块返回链路连接建立失败的消息。 北京邮电大学硕士论文 节点a节点b l 路由控制器 j 皓由如制器 ( 0 s p f ) 。一一一 ( 0 s p f ) j j f ? j 网络呼n q 控制器；网络呼叫控制器： 接纳控制器：连接、接纳挖删器：连接 接纳；连接控制器搂纳；连檀挖删器 引哼、 链龉资源管理器链咯资源管理器( 数 ( 数据库) ：据辟) ； 资源发现控制器资源发现控制器 z 、 协议控制器ii 协议1 i lj 酬 j - 、rlll 。 u x 。i i ：l 0 x c c ”li 一 图2 0 节点内部功能模块图 链路资源管理器( l r m ) 负责发现、维护本地链路资源，将本地链路最新情况报 告给c c 以便实时更新路由表。在c c 发出链路连接、释放请求时，l r m 向物理层发 出指令完成操作，同时将情况记录于本地资源表中。 作为光网络的骨干层节点，o x c o a d m 提供了基本的波长路出功能，是整个网 络传输部分的核心。数据帧以光的形式存在于某个波长信道中，从入端口进入节点， 选择某个波长后从o - n i c 的出端进入光纤。o x c 节点一般都具有波长变换能力，以 便在出、入节点数据使用的波长不同的情况下，顺利完成波长变换和路由选择功能。 图2 5 给出了仿真中使用的o x c o a d m 的结构，我们使用l a m b d a 0 作为信令通 道，专门用于传送r s v p 、l m p 、o s p f 和b g p 的信令消息，因此，在每一个o x c o a d m 节点处，l a m b d a 0 都一定会被解出来，通过o e 变换，形成电域的r p 包，然后根 据包头信息分别递送到g m p l s 控制平面的不同协议实体中，完成两个节点剧对等层 的通信。信令消息可以采用面向连接的t c p 技术传输，也可以采用u d p 甚至直接采 用p 技术传输。 北京邮ju 火学吲l 论文 ! ! ! ! ! 竺型! 里 l m p 消息 p ( 用于控制、管理功能) ，踮潞配 解复用复用 端口端口 节点数据控制平面 被长光纤交换表 波长变换 光纤交换 波长数的增删 图2 50 x c o a d m 节点结构模型 特别要指出的是，控制信道l a m b d a o $ 口其他的数据信道，都是在l m p 管理下工作 的。除此之外，l m p 还负责数据层面信道的建立、拆除，可用资源的收集管理，控制 信道、数据信道连通性的验证等工作，l m p 协议消息封装进口包、转换成光信号后在 节点的对等层间传输。 2 ，1 3g m p l s 协议栈 下一代光网络智能化的焦点在于控制平面，通过控制平面的信令交互，实现网络 资源的动态配置和链路的保护恢复，以提高网络效率，完成不同网络的互连互通。 原有的m p l s 协议对控制平面的统一具有启发性，但是，m p l s 是a t m 技术和 i p 技术融合的产物，主要是针对分组网设计的，它的技术优势在于流量工程和对数 据的传送能力方面。g m p l s 在继承m p l s 特性的基础上对其进行扩展，把重点放在 连接管理方面，同时数据平面支持的交换类型也得到了扩展。 图2 6 是i e t f 建议的g m p l s 协议栈结构，在i p 层以上主要包含三个方面的功能 模块： r s v p t ec r l d p t eb g p o s p f t e l i d p u d p t c p i s i s t e p p p a d a d t 8 t i o r l i p s o n e tw a v e l e n g t h “a c g e a t m f r a m er e l a y s w i tc h i n g f i b e r 图2 5 ie t f 提出的g m p l s 协议栈 链路资源管理：链路管理协议l m p 在g m p l s 协议族中负责链路资源的管理，它的主要 功能是控制信道管理、链路所有权关联、链路连通性验证和故障处理。 北京邮电大学硕士论文 路由功能：l m p 通过资源自动发现、邻居发现功能将本地资源记录于本地资源表l r t 中，路由功能模块采用o s p f 、i s i s 、b g p 协议在节点间交换网络拓扑结构、可用资 源、共享风险链路组信息s r l g 、接口交换能力描述、链路绑定、链路保护类型等信 息。最终完成路由收敛，形成统一的全网资源表。 信令的管理：用来完成光标记交换路径o l s p 的建立，目前用于信令管理的| 力议主要 是扩展的资源预留( r s v p ) 和约束路由标签分发( c r l d p ) 。 2 1 4g m p l s 交换类型接口和分级嵌套技术 g m p l s 可同时支持原来m p l s 的分组交换和新引进的非分组交换接口。这些不 具备分组交换能力的接口是时分复用、波长交换和光纤交换具体支持的接口如下： 分组交换接口p s c ( p a c k e t s w i t c hc a p a b l e ) ：m p l s 原有部分，根据分组头信息对包 进行处理。 第二层交换接口l 2 s c ( l a y e r 一2s w i t c h c a p a b l e ) ：在o s i 七层模型中，第二层为m a c 层，因