惠州学院现代交换技术彭玲第七章2016

第七章下一代交换技术授课:彭玲电子系电科教研室第七章下一代交换技术7.1软交换技术7.2光交换技术7.1软交换技术

软交换(Softswitch)的定义：软交换是提供呼叫控制功能的软件实体。软交换在下一代网络(NextGenerationNetwork,NGN)中起着重要的作用，可以说，软交换技术的发展成就了NGN。软交换是一种功能实体，为NGN提供具有实时性业务要求的呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。传统的呼叫控制功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同；软交换则与业务无关，软交换把呼叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来，通过软件实现连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理等功能，把控制和业务提供分开。传统电路交换机的特点：EverythinginOneBox升级维护困难功能单一设备利用率低，经营成本高开放性差业务开展困难正是由于基于上述模型的PSTN网络的上述缺点，面对Internet网络的成功给人们的巨大鼓舞，永远不满足于现状的运营商、设备提供商、企业家和学者们逐渐开始放开想像的翅膀，企图从百年枷锁中解脱出来，以革命的手段创造一个全新的世界。SS7网络SCP管理系统新业务计费控制SS7网络用户板中继板时隙交换电路交换模式TDMTDMSCP管理系统计费软交换模式IPATM软交换网关网关IPATMH.248/SIPH.248/SIPTDMTDM分组数据骨干网软交换的设计思想软交换的设计思想具体而言：交换控制器对应软交换设备（软交换机）控制媒体网关之间的媒体分组的交换和路由。交换矩阵对应核心分组网实现所谓的“网络”即交换。用户板/中继板对应媒体网关完成TDM流到IP分组或ATM信元媒体格式相互转换。NGN概念及应用：它是电信史上的一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。从发展的角度来看，NGN在传统的以电路交换为主的PSTN网络中逐渐迈出了向以分组交换为主的步伐，它承载了原有PSTN网络的所有业务，同时把大量的数据传输卸载（offload）到ATM/IP网络中以减轻PSTN网络的重荷，又以ATM/IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于ATM/IP的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。原信息产业部对软交换的定义是：软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传输网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由认证、带宽管理、计费等功能，同时可向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。软交换的功能

软交换设备位于NGN的控制层，提供多种业务的连接控制、路由、网络资源管理、计费、认证等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、应用服务器，以及其他软交换设备间采用标准协议相互通信。

软交换既可以作为独立的NGN网络部件分布在网络的各处，为所有媒体提供基本业务和补充业务，也可以与其他增强业务节点结合，形成新的产品形态。图9-1详细展示了软交换的功能结构。图9-1软交换的功能结构软交换主要完成以下功能。

(1)协议功能：提供支持多种信令协议(包括H.248、H.323、SIP、RADIUS、SNMP等)的接口，实现PSTN和IP网/ATM网间的信令互通知和不同网关的互操作。

(2)业务提供功能：除能处理实时业务外，还具有利用新的网络服务设施提供各种增值业务和补充业务的能力；可以直接与H.248终端、MGCP终端和SIP终端进行连接，提供相应业务。(3)业务交换功能：支持业务控制触发的识别以及与SCF间的通信；管理呼叫控制功能和SCF间的信令；按要求修改呼叫/连接处理功能,在SCF控制下处理IN业务请求；实现业务交互作用管理。(4)呼叫控制功能和资源控制功能：为基本呼叫的建立、保持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等；接收来自业务交换功能的监视请求，并对其中与呼叫相关的事件进行处理；接收来自业务交换功能的呼叫控制相关信息，支持呼叫的建立和监视；支持基本的两方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能；能够识别媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机事件；控制媒体网关向用户发送各种话音信号等；提供满足运营商需求的编号方案；具有电话交换设备的呼叫处理功能；对网关设备或IP/ATM网的核心设备进行控制等。(5)网守(Gatekeeper)功能(地址解析)：接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。

(6)网络管理功能:主要包括业务统计和告警等。

(7)互联互通功能：可以通过信令网关实现分组网与现有No.7信令网的互通；通过信令网关与现有智能网互通；允许SCF控制VoIP呼叫且对呼叫信息进行操作；通过互通模块，采用H.323协议实现与现有H.323体系的IP电话网的互通，采用SIP协议实现与未来SIP网络体系的互通；与其他软交换设备互联，可以采用SIP或BICC；提供IP网内H.248终端、SIP终端和MGCP终端之间的互通。当软交换设备内部不包含信令网关时，软交换能够采用SS7/IP协议与外置的信令网关互通，其主要承载协议采用SCTP。(8)计费功能：具有采集详细话单及复式计费功能，并能够按照运营商的需求将话单传送到相应的计费中心；当使用记账卡等业务时，软交换具备实时断线的功能。

(9)媒体网关接入功能：控制媒体网关是否采用语言压缩，并提供可以选择的语音压缩算法，算法应至少包括G.729、G.723等；可以控制媒体网关是否采用回声抵消技术；可以向媒体网关提供语音包缓存区的大小，以减少抖动对语音质量带来的影响。

另外，软交换控制媒体网关还可能具有与移动业务相关的功能以及与数据/多媒体业务相关的功能,SIP代理功能,以及H.248终端、SIP终端、MGCP终端的控制和管理功能，No.7信令(即MTP及其应用部分)功能(任选)，H.323终端控制、管理功能(任选)等。软交换网关

网关的分类和功能：软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必须采用开放的协议。软交换功能是通过网关发出信令，控制语音和数据业务的互通实现的。软交换通过各种具体协议与具体的网络实体通信。软交换的功能实体如图9-3所示。媒体网关控制器通常被称为“软交换机(SS)”。(1)信令网关(SG)：是No.7信令网与IP网的边缘接收和发送信令消息的信令代理，主要完成信令消息的中继、翻译或终接处理。信令网关可以和媒体网关集成在一个物理实体中，处理由媒体网关功能控制的与线路或中继终端有关的信令消息。

(2)网守(GK)：主要完成用户认证、地址解析、带宽管理、计费等功能。可通过RAS(注册(Registration)、许可(Admission)和状态(Status))信令来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程。(3)应用服务器(Server)：在IP网内向用户提供多种智能业务和增值业务。目前国际上SoftSwitch论坛将应用服务器置于软交换之外。软交换仅完成业务的控制功能。需要说明的是，一些组成单元可以内置，也可以外置于软交换体系。电信厂家多将传统业务综合在软交换之内，而将新的业务由应用服务器来生成。

(4)媒体网关控制器/呼叫代理(MGC/CA)：负责控制IP网络的连接(包括呼叫控制功能)。MGC/CA是软交换的重要组成部分和功能实现部分。其中,MGC是H.248协议关于MG媒体通道中呼叫连接状态的控制部分，可以通过H.248协议或媒体网关控制协议(MGCP)对MG进行控制，MGC/CA之间通过H.323或者SIP协议连接。NGN中，将呼叫控制“智能”部分从MG中抽取出来，由外部的呼叫控制单元MGC来处理。媒体网关控制协议的模型如图所示:目前比较成熟的媒体网关控制协议有MGCP协议、H.248协议等。在MGC-MG模型中，这些协议都工作在主从方式。(5)媒体网关(MG)：用来处理电路交换网和IP网的媒体信息互通。完成不同网络间不同媒体信息的转换。信令网关负责将电路交换网的信令转换成IP网的信令，根据相应的信令生成IP网的控制信令，在IP网中传输。媒体网关的作用主要是负责将各种用户或网络的媒体流综合地接入到IP核心网中。PCM(6)媒体网关与软交换间的接口：可使用媒体网关控制协议(MediaGatewayControlProtocol,MGCP)、IP设备控制(InternetProtocolDeviceControl,IPDC)协议或H.248(Megaco)协议。

(7)信令网关与软交换间的接口：可使用信令控制传输协议(SignallingControlProtocol,SCTP)或其他类似协议。

(8)软交换间的接口：实现不同软交换间的交互。此接口可使用SIP-T或H.323协议。

(9)软交换与应用/业务层之间的接口：提供访问各种数据库、三方应用平台、各种功能服务器等的接口，实现对各种增值业务、管理业务和三方应用的支持。(10)软交换与应用服务器间的接口：可使用SIP协议或API(Parlay)，提供对三方应用和各种增值业务的支持功能。

(11)软交换与网管中心间的接口：可使用SNMP，实现网络管理。

(12)软交换与智能网的SCP之间的接口：可使用INAP，实现对现有智能网业务的支持。

软交换协议

软交换是一个开放的、多协议的实体，由于历史原因，NGN系列协议有些相互补充，有些则相互竞争。经过几年的发展，软交换一些老的协议在不断完善成熟或退出，新的协议也在不断推出。

1.软交换互通协议

软交换包含非对等和对等两类协议。非对等协议主要指媒体网关控制协议H.248/Megaco；对等协议包括SIP、H.323、BICC等。H.248/Megaco与其他协议配合可完成各种NGN业务；SIP、H.323则存在竞争关系。由于SIP具有简单、通用、易于扩展等特性，逐渐发展成为主流协议。图9-14所示为软交换协议之间的关系。图9-14软交换协议之间的关系27软交换协议体系第三方业务平台业务平台/SCP用户/业务数据库软交换机媒体网关信令网关SIP、CORBA…信令转换SIGTRAN（M3UA、M2UA、M2PA、IUA…）SS7、Q.931…智能终端实时媒体传送（RTP,RTCP）媒体服务器PSTNPCM软交换机策略服务器COPS网管系统网管接口协议（SNMP、MML…）数据访问（MAP、LDAP…）业务调用（INAP、SIP…）呼叫控制（SIP/SIP-T、BICC、H323…）呼叫控制（SIP、H323…）媒体网关控制（MGCP、H248…）API28软交换协议分类（1）呼叫控制协议H323：由ITU-T推出，基于二进制，用于IP电话、视频通信的协议体系，软交换体系中主要应用于软交换与H323GK、软交换与H323GW/终端之间、H323终端之间。SIP：由IETF推出的基于文本的会话通信协议，主要应用于SIP服务器（软交换）之间、SIP服务器与SIP终端之间、SIP终端之间。SIP-T：SIP协议的扩展，用于在软交换机之间透传ISUP的负载消息，ITU－T对SIP-T作进一步完善，称为SIP-I。BICC：ITU-T推出的与承载网络无关的呼叫控制协议，功能与ISUP类似。29软交换协议分类（2）网关控制协议（主从控制协议）MGCP:早期使用的网关控制协议，由IETF制定，应用于软交换与MG之间。H248/MAGACO:由ITU/IETF共同制定，功能与MGCP类似，但在多媒体业务实现、协议维护管理等方面比MGCP有优势。30软交换协议分类（3）媒体流传送协议RTP：IP实时媒体流传输协议，用于承载各类编码的语音、视频信号。RTCP：IP实时媒体流传输控制，与RTP同时使用，用于传送媒体流QOS的反馈信息。31软交换协议分类（4）信令传输协议（SIGTRAN)M3UA：适配七号信令MTP3层的消息M2UA/M2PA:：适配七号信令MTP2层的消息IUA:适配ISDNQ.931协议V5UA:适配V5协议SCTP:在适配协议下层提供可靠的传输服务,与TCP/UDP并列为IP网的传输层协议。32软交换协议分类（5）业务调用协议SIP:可应用于软交换机与应用服务器之间INAP：软交换（SSF）－SCPCAMEL:软交换（MobileSSF）－MobileSCP策略控制协议COPS：用于策略下发与响应信息上报。网管协议SNMP:由IETF定义，广泛应用于计算机界、IP网的网管协议，在软交换体系中应用最普遍。Q3:TMN框架内定义的网管接口协议，适用于ATM网关或部分由电路交换机改造的软交换。MML：人机命令接口，部分软交换采用。33软交换协议分类（6）数据库访问协议：LDAP（LightweightDirectoryAccessProtocol），适用于SIP服务器与数据库之间或软交换与路由服务器（RS)之间的数据访问。MAP：应用于软交换机（MSC/VLRSERVER）与HLR之间API的协议:CORBA：分布对象技术，API常用。SIP：用于基于SIP的API1)MGCP

MGCP(RFC2705定义)称为媒体网关控制协议，是IETF较早定义的媒体网关控制协议，主要从功能的角度定义媒体网关控制器和媒体网关之间的行为。MGCP命令分成连接处理和端点处理两类，共9条命令，分别是端点配置(EndpointConfiguration)、通报请求(NotificationRequest)、通报(Notify)、创建连接(CreatConnection)、通报连接(NotifyConnection)、删除连接(DeleteConnection)、审核端点(AuditEndpoint)、审核连接(AuditConnection)、重启进程(RestartInProgress)。2)H.248/Megaco

H.248/Megaco是在MGCP协议的基础上，结合其他媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端呼叫。该协议应用在媒体网关和软交换之间、软交换与H.248/Megaco终端之间，在构建开放和多网融合的NGN中发挥着重要作用。

H.248/Megaco因其功能灵活、支持业务能力强而受到重视，而且不断有新的附件补充其能力，是目前媒体网关和软交换之间的主流协议。目前国内通信标准推荐软交换和媒体网关之间应用H.248协议，该协议共8条命令，分别是添加(Add)、减去(Subtract)、移动(Move)、修改(Modify)、审核值(AuditValue)、审核能力(AuditCapabilities)、通知(Notify)、业务改变(ServiceChange)。3)SIP

SIP(会话初始协议)是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。SIP借鉴了HTTP、SMTP等协议，支持代理、重定向、登记定位用户等功能，支持用户移动，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合，支持Voice、Video、Data、E-mail、Presence、IM、Chat、Game等。4)SIP-T协议

补充定义了如何利用SIP协议传送电话网络信令，特别是ISUP信令的机制。其用途是支持PSTN/ISDN与IP网络的互通，在软交换系统之间的网络接口中使用。5)H.323协议

H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。H.323也是多媒体通信协议，它比SIP、H.248/Megaco协议的发展历史更长，其升级和扩展性不是很好。SIP+H.248/Megaco协议可取代H.323协议，但为了与H.323网络的互通，NGN必须支持该项协议。在软交换之间互通协议方面，目前固定网络中应用较多的是SIP-T，移动网络中应用较多的是BICC，未来的发展方向是SIP-I;在软交换与媒体网关之间的控制协议方面,MGCP较成熟，但H.248继承了MGCP的所有优点，有取代MGCP的趋势；在软交换与终端之间的控制协议方面，SIP是趋势,软交换与应用服务器之间，SIP是主流，目前此业务接口基本成熟；在应用服务器与第三方业务方面，Parlay是方向，但目前商用不成熟。6)信令网关协议SIGTRANSIGTRAN是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议。SIGTRAN是实现用IP网络传送电路交换网信令消息的协议栈，它利用标准的IP传送协议作为底层传输，通过增加自身功能来满足信令传送的要求。SIGTRAN协议栈包括三部分：信令适配层、信令传输层和IP协议层。信令适配层用于支持特定的原语和通用的信令传输协议，包括针对No.7信令的M3UA、M2UA、M2PA、SUA和IUA等协议，还包括针对V5协议的V5UA等。信令传输层支持信令传送所需的一组通用的可靠传送功能，主要指SCTP协议。IP协议层实现标准的IP传送协议。SIGTRAN采用SCTP作为传送控制协议，SCTP综合TCP和UDP的优点，支持多宿主连接及流内数据的有序递交，比其他传送协议有更高的传输效率和可靠性，更高的重发效率及更好的安全性。SIGTRAN的适配子层目前提供IUA、M2UA、M2PA、M3UA、SUA、V5UA等适配协议，可以根据NO.7信令网与IP网互通时的不同实现方式，在不同场合灵活应用。43举例：SIGTRAN协议栈－M3UASTPTrunksLEXSGMGSS7MGCIPNetworkM3UA/SCTPMTP1MTP2MTP3ISUPISUPSEP（signalingendpoint）STP（SignalTransferPoint）SGMTP1MTP2MTP3MTP1MTP2MTP3IPSCTPM3UAIPSCTPM3UAMGCinterworking

准直联图9-16组网案例

2.NGN的发展

1)传统网络向NGN的演进

从传统的电路交换网络到分组交换网络将是一个长期的渐进过渡过程，演进策略需要根据具体网络现状和业务预测以及经济比较进行详细分析后才能决定。如何保护现有投资和现有电信业务的收益是电信网络演进至NGN需要解决的问题。演进应该分为以下几个层面。

(1)从网络接入层面上的演进：宽带接入建设为用户提供宽带的且面向分组的接入，可以为用户提供更加高速的接入方式。现在各地智能小区的建设已经全面展开，意味着面向NGN的演进的开始。(2)从长途网络层面上的演进：是中继旁路的策略，即利用集成的或独立的中继网关，旁路部分语音话务到IP或ATM网络上，利用软交换进行路由控制和业务的提供，这样可以减缓现有的电路交换网络的拥塞问题。

(3)从本地交换网络层面上的演进：市话局拥有大量的用户机架以及本地的电话业务数据，改造将是最为困难的,可利用综合的具有大容量的宽带接入设备取代现有的用户机架，以独立的接入网关接入IP网络或ATM网络，升级软交换和应用服务器，以支持本地的电话业务和IP业务。(4)从移动网层面上的演进：移动网的MSC正在逐步被MSCServer和MGW所取代，说明软交换技术在移动网中得到了广泛的应用。3GPP在制定R4阶段的规范时，已经把NGN领域提出的软交换概念引入到移动核心网领域。因此，NGN与3G同步推行，能够实现有效互补。软交换和IMS是PSTN向NGN演进的两个不同阶段，软交换是初级阶段，IMS是目标架构，采用重叠网形式引入，两者将以互通方式长期共存。长远来看，IMS将融合软交换成为统一融合平台，部分软交换硬件将继续保留，功能也被修改。IMS(IPMultimediaSubsystem)IP多媒体子系统,是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。IMS的基本概念：IMS和软交换最大的区别在于以下几个方面（1）在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离；（2）IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库——归属用户服务器（HSS），用于用户鉴权和保护用户业务触发规则；（3）IMS全部采用会话初始协议（SIP）作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网关协议（MGCP）和H.248协议。IMS功能实体归属签约用户服务器（HomeSubscriberServer，HSS）BreakoutGatewayControlFunction（出口网关控制功能）媒体网关控制功能,是使IMS用户和CS用户之间可以进行通信的网关举例：IMS到CS域的互通流程•光通信是利用光波来传送信息的。•光纤通信具有信息传输容量大、对比特流透明、不受电磁干扰、保密性好等优点，是现代通信网络中传输信息的极佳媒质。光交换被认为是为未来宽带通信网服务的新一代交换技术。光纤通信技术的发展光纤用于通信是1978年，首先应用于商业性实验。

1980年美国建成了长度为1

241.6km的干线光缆。

1985年，纵贯日本的干线光纤宣告完成，全长为3

400km。1988年，大西洋海底光缆宣告建成，长度为13

000km。进入21世纪，光纤通信发展较快的几项技术是波分复用技术、光纤接入网技术（OAN）和全光网技术。光纤通信的优点光波也是电磁波，但它的频率比电信中利用的其他电磁波频率高出几个数量级。频率极高使得通信系统拥有极大的通信容量，所用光纤和由多根光纤组成的光缆体积小，重量轻，易于运输和施工。光纤的衰耗很低，故无中断，通信距离很长。光纤是绝缘体，不会受高压线和雷电的电磁感应，抗核辐射的能力也强，因而在某些特殊场合，电通信受干扰不能工作而光纤通信却能照常工作。

光纤几乎可做得不漏光，因此保密性好，光缆中的光纤也互不干扰。当通信容量较大，距离较远时，光纤通信系统的每话路公里的造价较电缆通信的为低。光纤通信因有这些优点而得到迅速发展。光纤通信的优点传统的光纤网络的缺点：传统的光纤网络中存在大量的光/电、电/光转换节点和数字交叉互联电分插复用器：1)既限制了网络的交换速度。2)对不同形式的光信号是不透明的。3)光功能器件和波导或光纤的连接需要亚微米的定位精度，精密定位是复杂的调整操作，所以提高了光功能器件的成本，限制了光传送网的发展。4)光/电、电/光器件的微型化也是很难解决的问题。因此，光通信器件的价格和微型化已成为光传送网发展的瓶颈。7.2光交换概述

1.光交换的基本概念

1)光交换的发展

光交换(OpticalSwitching)指不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。光交换也是一种光纤通信技术，是全光网络(AllOpticalNetwork,AON)的核心技术之一。AON是指信号只在进出网络时才进行电/光(E/O)或光/电(O/E)转换，而在网络的传输和交换过程中始终以光的形式存在。

2)光交换的特点

光交换主要有以下几个特点：

(1)光信号流在网络中传输及交换时始终以光的形式存在，不必经过光/电和电/光转换，消除了节点处的瓶颈，并且信息从源节点到目的节点的传输过程始终在光域内，不受监测器和调节器等光电器件响应速度的限制。(2)光交换的比特率和调制方式透明，可大大提高交换单元的吞吐量，充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应等优点。

(3)光交换与高速的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。

(4)光交换根据波长来对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传输速率无关。

(5)光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。

2.光交换类型

光交换技术可分为光电路交换(OCS)、光分组交换(OPS)和光突发交换(OBS)。

1)光电路交换

光电路交换(OpticalCircuitSwitching,OCS)是在电路交换技术的基础上发展的，也是面向连接的。OCS具有简单、易于实现、技术成熟等优点，可利用OADM(光分插复用)、OXC(光交叉连接)等设备来实现；缺点是不适合数据业务网络，不适合处理突发性强和业务变化频繁的IP业务。2)光分组交换

光分组交换(OpticalPacketSwitching,OPS)可以看做是电分组交换在光域的延伸，交换单位是高速传输的光分组。OPS沿用电分组交换的“存储-转发”方式，是无连接的。OPS是光交换技术的理想形式，但由于目前缺乏相关的支撑技术，暂时不能实用化。这是因为在光域内还缺乏类似电域的缓存器等逻辑器件，导致在“纯光网络”上还不能完全实现光分组交换，只能采用光纤延迟线(FiberDelayLine,FDL)作为缓存器，缺乏足够的灵活性和精度。目前,OPS仍采用光电混合的办法来实现，即传输和交换在光域完成，而控制信号在交换节点被转换成电信号后再进行处理。3)光突发交换

光突发交换(OpticalBurstSwitching,OBS)是作为OCS向OPS的过渡技术提出的。OBS的交换单位是突发，即为多个分组的集合，其带宽粒度介于OCS和OPS之间。OBS比OCS灵活、带宽利用率高，比OPS更贴近实用。可以说，OBS结合了OCS和OPS的优点，克服了两者的部分缺点，且因对光器件的要求较低而成为目前国内外的研究热点。9.2.3通用多协议标记交换(GMPLS)

1.GMPLS的基本概念

1)GMPLS的发展背景

通用多协议标记交换(GeneralizedMultiProtocolLabelSwitching,GMPLS)也称光标记分组交换(OpticalMultiProtocolLabelSwitching,OMPLS)或多协议标记交换(MultiProtocolLabelSwitching,MPLS)，是2001年由IETF提出的可用于光层的一种通用MPLS技术。GMPLS是MPLS技术向光网络发展的必然产物。近几年迅速发展的MPLS已被证明是一种非常适合于在电信网络中传输数据业务的技术,它能够在像IP这样的无连接网络中创建连接型业务，以提供完善的流量工程能力。MPLS-TE正成为下一代IP网络中的关键技术。然而，MPLS毕竟是一种位于OSI七层模型中的网络层和数据链路层之间的技术，而WDM（WavelengthDivisionMultiplexing--波分复用）

属于光层，是物理层技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的GMPLS。GMPLS技术的出现，使得IP与WDM之间传统的多层网络结构趋于扁平化，为光网络层传输与交换功能的结合迈出了非常关键的一步，实现了IP与WDM的理想结合。在WDM光网络中引入GMPLS技术，将最大可能地实现网络资源的最佳利用，从而保证光网络以最佳的性能和最廉价的费用来支持当前和未来的各种业务随着GMPLS技术的大规模应用，未来的骨干网络必将逐步发展成为更有效、更强大的、最终的全光网络。GMPLS与MPLS的主要区别如下:

(1)在MPLS中，网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络只能被看做是一条预先配置好的物理线路，分组交换节点不能按照资源的需求情况调节传输网络内部的物理线路资源，传输网络内部的电路分配只能通过人工的方式进行配置。GMPLS则可以彻底改变这种状态，实现快速的配置和按需分配。这种全新的光Internet能在数秒钟内分配带宽资源、提供新的增值业务和为业务提供商节约大量的运营费用。

(2)MPLS通过在IP包头添加32bit的“shim”标记，使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，极大地加快了IP包的转发速度。GMPLS则对标记进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换(主要是SDH)和WDM光交换的归一化标记。(3)MPLS需要在两端路由器之间建立LSP，而GMPLS扩展了LSP的建立概念，可以在任何类型相似的两端标记交换路由器之间建立LSP。(4)由于MPLS体系结构将数据平面、信令平面和路由平面都清晰地划分开了，因而可以用MPLS来建立通用的网络控制平面。但MPLS主要关注于数据平面(即实际的数据流量)，控制平面的功能则由GMPLS来完成。为了统一光控制平面，实现光网络的智能化，GMPLS在MPLS-TE的基础上进行了相应的扩展和加强，为分组交换设备(如路由器和交换机)、时域交换设备、波长交换设备和光交换设备提供了一个基于IP的通用控制平面，从而使得各个层面的交换设备都可以使用同样的信令完成对用户平面的控制，但GMPLS统一的仅仅是控制平面，用户平面则仍然保持多样化特性。(5)为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展(VPN、光波长租用等)，实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充。

(6)为了解决光网络中各种链路的管理问题，GMPLS设计了一个全新的链路管理协议。

(7)为了保障光网络可靠运营，GMPLS还对光网络的保护和恢复机制进行了改进。2.GMPLS接口

定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记：分组交换接口(PacketSwitchCapable,PSC)

第二层交换接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)时隙交换接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)波长交换接口(LambdaSwitchCapable,LSC)光纤交换接口(FiberSwitchCapable,FSC)以上GMPLS的五种接口关系如图9-24所示。

2.GMPLS接口(1)分组交换接口(PacketSwitchCapable,PSC)：进行分组交换，即通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如，MPLS的标记交换路由器LSR基于“shim”标记转发数据。

(2)第二层交换接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)：进行信元交换,即通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如,以太网基于MAC的内容交换数据，而ATMLSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元。(3)时隙交换接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)：根据TDM时隙进行业务转发。例如,SDHDXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧。

(4)波长交换接口(LambdaSwitchCapable,LSC)：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。(5)光纤交换接口(FiberSwitchCapable,FSC)：根据业务(光纤)在物理空间中的实际位置对其转发。例如,OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作。3.GMPLS通用标记

GMPLS定义了分组交换标记(对应PSC和L2SC)、电路交换标记(对应TDMC)和光交换标记(对应LSC和FSC)。其中，分组交换标记和传统MPLS标记相同，这里不再复述。而电路交换标记和光交换标记则为GMPLS新定义，包括请求标记、通用标记、建议标记及设定标记。1)请求标记

请求标记用于LSP通道的建立，由LSP上游节点发出，向下游节点申请建立LSP的资源。与MPLS相同，GMPLS的LPS建立过程也是由上游节点向目的节点发出“标记请求消息”、目的节点返回“标记映射消息”。所不同的是，“标记请求消息”中需要增加对所要建立的LSP的说明，包括LSP封装类型(PSC、TDMC等)、载荷类型等。请求标记格式如图9-25所示。(1)LSP封装类型(LSPEnc.Type):8bit，用于表示LPS的类型。例如，当LSP=1时，表示PSC分组传输；当LSP=5时，表示TDMC的SDH；当LSP=9时，表示FSC的光纤。(3)G-PID：16bit，指示LSP对应的载荷类型。例如，当G-PID=14时，表示字节同步映射的SDHE1载荷；当G-PID=17时，表示比特同步映射的SDHDS1/T1载荷；当G-PID=32时，表示数字包封帧。2)通用标记

通用标记是在LSP建立完成后，用于指示沿LSP传输的业务的情况。通用标记的格式与传输所用的具体技术有关，电路交换和光交换所用的标记不同。SDH/SONET电路交换标记格式如图9-26所示。(1)S:16bit,指示SDH/SONET的信号速率等级。S=N即表示STM-N/STS-N信号。

(2)U:4bit,指示一个STM-1中的某个高阶虚容器VC.U只对SDH有效。

(3)K:4bit,只对SDH有效，表示一个VC-4含有的C-4或TUG-3的数目。

(4)L:4bit,指示TUG-3、VC-3或STS-1的SPE是否还含有低阶虚容器。

(5)M:4bit，指示TUG-2/VT的低阶虚容器的数目。

3)建议标记

建议标记是一种优化标记，可以和请求标记同时发出。建议标记由准备建立LSP通道的上游节点发出，告知下游节点建立这个LSP通道所希望的标记类型。这就可以让上游节点无需获得下游节点反馈标记的确认，而先对硬件设备进行配置，从而大大减少建立LSP通道所需的时间和控制开销。例如，光开关的切换需要一定时间，可通过建议标记让光开关提前动作而不必等待反馈信息。LSP通道能否最终建立,需由反馈标记确定。由于