申请上海交通大学工程硕士专业学位论文（设计）

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1 申 请 上 海 交 通 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 GMPLS 控 制 的 多 业 务 传 送 网 中 的 标 记 分 配 研 究 学 院 班 校 : 上 海 交 通 大 学 系 : 电 子 信 息 与 电 气 工 程 学 院 级 : B 学 号 : 工 学 硕 士 生 : 赵 明 志 工 程 领 域 : 通 信 与 信 息 系 统 导 师 : 胡 卫 生 上 海 交 通 大 学 电 子 信 息 与 电 气 工 程 学 院 2008 年 1 月

2 A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of Master Label Assignment in GMPLS-Controlled Multiservice Transport Network Author:Mingzhi Zhao Specialty: Electronics and Communication Engineering Advisor: Weisheng Hu School of Electronic, Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai, P.R.China January 1, 2008

3 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 摘 要 基 于 GMPLS 控 制 的 多 业 务 传 送 网 中 的 标 记 分 配 研 究 摘 要 随 着 Internet 数 据 业 务 的 高 速 增 长 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 光 网 络 的 飞 速 发 展, 在 网 络 带 宽 可 扩 展 性 及 新 业 务 的 适 应 性 方 面 对 网 络 的 带 宽 和 交 换 性 能 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求 在 业 务 需 求 的 强 大 推 动 下, 新 的 网 络 技 术 不 断 涌 现 MPLS (Multi-Protocol Label Switch 多 协 议 标 记 交 换 ) 将 IP 路 由 技 术 和 ATM (Asynchronous Transfer Mode 异 步 传 输 模 式 ) 交 换 技 术 紧 密 结 合, 既 利 用 了 路 由 的 智 能 又 利 用 了 ATM 交 换 机 的 高 效 硬 件 交 换 GMPLS (General Multi-Protocol Label Switch 通 用 多 协 议 标 记 交 换 ) 从 MPLS 演 进 而 来, 它 继 承 了 MPLS 的 特 性 和 协 议 并 进 行 了 新 的 发 展, 实 现 了 IP 和 光 网 络 的 融 合, 使 得 标 记 不 仅 能 支 持 分 组 交 换 时 分 交 换 光 波 长 交 换,GMPLS 还 对 信 令 和 路 由 协 议 进 行 了 修 改 和 补 充, 是 实 现 光 网 络 的 完 全 智 能 化 的 控 制 平 面 技 术 MPLS 技 术 的 核 心 思 想 就 是 对 分 组 进 行 分 类, 依 据 不 同 的 类 别 为 分 组 打 上 标 记, 建 立 标 记 交 换 路 径, 随 后 在 GMPLS 网 络 中 只 依 据 标 记 将 分 组 在 预 先 建 立 起 来 的 标 记 交 换 路 径 上 传 输, 这 些 都 是 由 MPLS 的 核 心 技 术 标 记 分 配 协 议 来 解 决 标 记 分 配 协 议 定 义 了 一 系 列 的 消 息 和 处 理 过 程, 使 LSR (Label Switched Router 标 记 交 换 路 由 器 ) 可 以 把 网 络 层 的 路 由 信 息 映 射 到 数 据 链 路 层 的 交 换 路 径 上, 建 立 起 穿 越 网 络 的 LSP (Label Switched Path 标 记 交 换 路 径 ) 论 文 研 究 了 GMPLS 交 换 智 能 光 网 络 的 网 络 结 构 与 网 络 管 理 第 I 页

4 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 摘 要 GMPLS 标 记 的 格 式 及 主 要 协 议 重 点 探 讨 了 GMPLS 网 络 中 的 标 记 交 换 技 术, 分 析 了 当 前 被 广 泛 采 用 的 波 长 做 标 记 进 行 交 换 的 网 络 管 理 技 术 及 存 在 的 问 题 论 文 对 现 有 的 SONET/SDH 技 术 进 行 了 阐 述, 分 析 了 连 续 级 联 和 虚 级 联 技 术 在 GMPLS 网 络 中 的 应 用 提 出 了 一 种 适 用 于 用 SONET/SDH 设 备 作 为 光 网 络 节 点 的 标 记 分 配 方 法, 并 用 仿 真 分 析 了 该 种 标 记 分 配 方 法 在 建 立 单 链 路 时 的 效 率 论 文 还 对 GMPLS 控 制 技 术 的 标 记 分 配 建 立 了 真 实 仿 真 平 台, 对 研 究 内 容 进 行 了 初 步 验 证, 采 用 真 实 的 仿 真 平 台 运 行 GMPLS 协 议 簇 测 试 该 平 台 关 键 词 :GMPLS, MSTP, SDH 标 记, 最 小 标 记 段, 标 记 分 配, 虚 级 联, 连 续 级 联 第 II 页

5 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACT Label Assignment in GMPLS Controlled Multservide Transport Networks ABSTRACT With the increase and the development of high-speed optical network, the network performance such as network bandwidth, extensibility is evolved to adapt to new business. Some new network technologies are proposed continually. MPLS (Multi-Protocol Label Switch) is one new type of network technologies. It combines both IP routing and ATM (Asynchronous Transfer Mode) switching technologies. MPLS fully utilizes the high-performance hardware switching of ATM as well as providing the intelligence of IP routing. GMPLS (General Multi-Protocol Label Switch) is the extension of MPLS toward optical network. It inherits almost all of the characteristic and protocols in MPLS, realizes the combination of IP and Optical network, and makes label supporting packet switching together with Package Switch Capable, Time Division Multiplex Capable, Lambda Switch Capable and Fiber Switch Capable. GMPLS also improves and supplies signal instruction and routing protocols to realize the whole intelligent of optical network. The kernel functions of MPLS are classifying the group, adding label to the group according as different type, establishing the LSP, transport the group on the LSP according to the label in MPLS network subsequently. These problems are resolved by LDP (Label Distribution Protocol), the core of MPLS. LDP is the set of procedures and messages by which LSR (Label Switched Routers) establish LSP through a network by mapping network-layer routing information directly to data-link switched paths. In this thesis, we firstly analysed GMPLS-controlled intelligent optical network structure and management, and investigated the label format and main protocols in GMPLS-controlled all optical network. Particularly, we 第 III 页

6 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACT discussed the technology of label switching in GMPLS-controlled all optical networks and analyzed the broadly adopted network management technology and existent issues using Lambda Switch Capable. Furthermore, in this thesis, We analyzed the existing SDH technology, expecially the application of its contiguous concatenation and virtual concatenation technology in GMPLS network, proposed a new label assignment scheme in the network which uses SONET/SDH devices as optical network nodes and analyzed the efficiency when using this scheme to setup LSP by simulation and emulation. The proposed scheme has been evaluated in a real GMPLS emulation platform which was used for the GMPLS protocols testing. Keywords: GMPLS, MSTP, SDH labels, min-cla (minimum Contiguous Labels Algorithm), label assignment, virtual concatenation labels, contiguous concatenation labels 第 IV 页

7 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACT 缩 简 语 说 明 ADSL ASON ASTN ATM CWDM DADB FDDI GMPLS ISIS LER LSA LSP LSR MPLS MSTN OCDM OSPF OTDM POH RPR RSVP SDH SONET TDM VC WDM Asymmetrical Digital Subscriber Loop Automatically Switched Optical Network Automatically Switched Transport Network Asynchronous Transfer Mode Coarse wavelength-division multiplexing Distributed Queue Dual Bus Fiber distributed data interface General Multi-Protocol Label Switch Intermediate System to Intermediate System Label Egde Router LinkState Advertisement Label Switched Path Label Switched Router Multi Protocol Label Switch Multi-services Transport Network (Platform) Orthogonal Code-Division Multiplexing Open Shortest Path First Optical Time-division Multiplexing Plesiochronous Digital Hierarchy Resilient Packet Ring Resource ReSerVation Protocol Synchronous Digital Hierarchy Synchronous Optical NETwork Time-Division Multiplexing Virtual Container Wavelength Division Multiplexing 第 V 页

8 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 正 文 文 字 格 式 目 录 第 一 章 绪 论 研 究 背 景 研 究 意 义 国 内 外 研 究 现 状 论 文 的 组 织 安 排... 4 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 SDH 基 本 概 念 和 特 点 SDH 速 率 及 帧 结 构 SDH 的 复 用 结 构 和 映 射 方 法 SDH 的 复 用 结 构 及 复 用 方 法 SDH 的 映 射 方 法 SDH 网 中 的 级 联 级 联 与 虚 级 联 技 术 原 理 级 联 与 虚 级 联 的 实 现 虚 级 联 技 术 的 特 点 及 应 用 ASON 技 术 本 章 小 结 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 通 用 多 协 议 标 记 交 换 的 提 出 MPLS 技 术 回 顾 MPLS 到 GMPLS 的 扩 展 通 用 多 协 议 标 记 交 换 智 能 光 网 络 结 构 GMPLS 协 议 框 架 通 用 标 记 GMPLS 主 要 协 议 通 用 多 协 议 标 记 交 换 智 能 光 网 络 的 网 络 管 理 GMPLS 智 能 光 网 络 的 网 络 管 理 系 统 路 由 和 寻 址 模 型 双 向 标 记 交 换 通 道 (Label Switching Path) 保 护 第 VI 页

9 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 正 文 文 字 格 式 3.4 本 章 小 结 第 四 章 SDH 标 记 分 配 方 法 研 究 SDH 标 记 定 义 SDH 连 续 级 联 标 记 SDH 虚 级 联 标 记 最 小 标 记 段 方 法 基 本 原 理 仿 真 结 果 仿 真 总 结 本 章 小 结 第 五 章 GMPLS 网 络 平 台 搭 建 与 仿 真 SDH 标 记 用 于 光 多 协 议 基 本 原 理 网 络 仿 真 工 具 网 络 仿 真 实 现 网 络 模 型 建 路 方 法 及 过 程 最 小 标 记 段 标 记 分 配 方 法 实 现 网 络 平 台 性 能 分 析 第 六 章 全 文 总 结 主 要 结 论 研 究 展 望 参 考 文 献 附 录 1:NODE.CAM 附 录 2:EMUTE.CAM 附 录 3:OSPF.CAM 附 录 4:OSPFIF.CAM 附 录 5:LSPCRT.CAM 附 录 6:LSPACT.CAM 附 录 7:LSPDCT.CAM 附 录 8:LSPDST.CAM 第 VII 页

10 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 正 文 文 字 格 式 致 谢 攻 读 硕 士 学 位 期 间 已 发 表 或 录 用 的 论 文 与 项 目 第 VIII 页

11 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 绪 论 第 一 章 绪 论 Internet 的 出 现, 给 人 们 的 生 活 带 来 了 翻 天 覆 地 的 变 化,Internet 网 络 规 模 用 户 数 量 以 及 业 务 量 呈 指 数 级 增 长 随 着 Web 应 用 平 台 的 引 入, 造 成 了 Internet 网 络 的 爆 炸 式 增 长, 给 人 们 的 工 作 生 活 和 学 习 方 式 向 网 络 化 信 息 化 的 发 展 注 入 了 极 大 的 活 力 而 随 着 企 业 规 模 的 不 断 扩 大 和 企 业 业 务 的 不 断 扩 充, 企 业 跨 地 区 跨 国 发 展 成 为 一 种 趋 势 ; 同 时 企 业 中 移 动 办 公 员 工 的 数 量 也 呈 上 升 之 势 ; 企 业 之 间 的 联 系 日 趋 频 繁 密 切 以 网 络 化 促 进 信 息 化, 以 信 息 化 带 动 工 业 化, 是 我 国 赶 超 发 达 国 家 的 新 一 轮 机 遇 1.1 研 究 背 景 网 络 技 术 的 革 命 从 其 底 层 的 物 理 层 技 术 来 说 经 历 了 三 个 阶 段 第 一 阶 段 为 基 于 铜 线 和 微 波 无 线 电 技 术 的 网 络, 它 出 现 于 光 纤 技 术 之 前, 全 部 采 用 电 设 备 这 样 的 例 子 包 括 大 家 已 熟 知 以 太 网 令 自 牌 总 线, 令 牌 环 等 第 二 阶 段 网 络 已 经 采 用 了 光 纤 传 输 技 术 的 一 些 优 点 比 如 激 光 二 极 管 和 光 学 组 件 的 高 速 度, 以 及 光 纤 的 低 损 耗 和 色 散 这 些 网 络 的 特 点 是 使 用 石 英 光 纤 来 替 代 铜 线 的 点 到 点 链 路, 由 此 改 善 了 系 统 性 能, 比 如 提 高 了 数 据 的 传 输 速 度, 降 低 了 系 统 的 误 码 率 以 及 减 小 了 电 磁 干 扰 等 然 而 相 对 于 第 一 阶 段 网 络 来 说, 光 纤 主 要 是 用 作 传 输 介 质, 数 据 处 理 及 交 换 都 在 电 域 进 行 ; 第 二 阶 段 网 络 的 例 子 包 括 SDH/SONET FDDI 和 DQDB 等 第 三 阶 段 网 络 也 就 是 光 网 络 利 用 了 服 用 技 术, 包 括 波 分 复 用 [42][43] (WDM), 光 时 分 复 用 [44] (OTDM) 和 光 码 分 复 用 (OCDM) 来 综 合 开 发 光 纤 巨 大 的 带 宽 这 方 面 的 一 个 研 究 热 点 是 WDM 全 光 网 (All-Optical Network) 1 追 求 更 大 容 量 更 长 距 离 一 直 是 光 通 信 发 展 的 基 本 方 向, 近 年 来 数 据 和 视 频 等 业 务 的 快 速 增 长 更 为 传 输 网 向 更 高 速 率 更 长 距 离 演 进 增 添 了 新 的 动 力 从 现 有 的 技 术 水 平 来 看, 采 用 40Gb/sSDH 系 统 和 波 分 复 用 技 术 来 实 现 传 输 网 容 量 的 提 升 WDM 技 术 从 长 途 传 输 领 域 向 城 域 应 用 领 域 推 进 是 光 通 信 的 一 个 重 要 发 展 趋 势 在 城 域 网 中, 由 于 传 输 距 离 短, 容 量 要 求 不 是 很 大, 因 此 可 以 使 用 成 本 较 为 低 廉 的 器 件 来 降 低 DWDM 设 备 成 本, 或 采 用 信 道 间 距 很 大 的 稀 疏 波 分 复 用 (CWDM) 技 术 第 1 页

12 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 绪 论 CWDM 系 统 容 许 在 1280~16250nm 的 整 个 光 纤 传 输 窗 口 上 采 用 宽 达 20nm 的 波 长 间 隔 来 进 行 复 用, 这 样 可 以 使 用 廉 价 的 无 制 冷 激 光 器 与 低 性 能 滤 波 器 来 极 大 地 降 低 成 本 CWDM 对 光 纤 没 有 特 殊 要 求,G652,G653 和 G655 光 纤 均 可 采 用 CWDM 技 术, 因 此 可 以 利 用 已 敷 设 的 各 类 光 缆 开 展 业 务 应 用 在 光 纤 资 源 较 为 丰 富 的 情 况 下, 短 期 内 WDM 技 术 还 不 会 大 范 围 进 入 城 域 应 用, 但 对 于 光 缆 资 源 缺 乏 或 且 铺 设 光 纤 难 度 较 大 的 地 区, 采 用 WDM 技 术 进 行 城 域 传 输 网 的 规 划 和 建 设 是 非 常 有 意 义 的, 尤 其 是 可 以 采 用 高 性 价 比 的 CWDM 系 统 目 前, 以 IP 为 主 的 数 据 业 务 增 长 及 其 迅 速, 就 流 量 而 言, 已 经 超 越 了 传 统 语 音 业 务 ADSL 等 宽 带 接 入 技 术 的 大 规 模 应 用 使 得 数 据 业 务 所 需 的 电 路 和 带 宽 迅 速 增 加, 银 行 证 券 企 业 和 政 府 等 大 客 户 网 络 对 带 宽 需 求 也 急 剧 增 加 而 传 统 光 传 送 网 主 要 是 根 据 电 路 模 式 的 话 音 业 务 传 送 需 求 进 行 设 计, 存 在 着 诸 如 业 务 指 配 处 理 复 杂 带 宽 效 率 低 传 输 数 据 业 务 成 本 高 和 网 络 扩 展 性 差 等 缺 陷, 不 具 备 对 IP 业 务 的 优 化 传 送 和 对 宽 带 数 据 业 务 进 行 汇 聚 和 疏 导 的 能 力 另 一 方 面, 接 入 网 占 整 个 电 信 网 络 建 设 成 本 很 大 的 比 重, 在 日 趋 激 烈 的 竞 争 环 境 中, 运 营 商 必 须 有 能 力 向 用 户 提 供 全 业 务 服 务, 这 样 就 要 求 运 营 商 将 其 IP 网 络 ATM 网 络 以 及 SDH 网 络 不 断 向 用 户 端 扩 张 和 延 伸, 如 果 各 个 网 络 独 立 地 发 展 自 己 的 接 入 层, 必 然 导 致 接 入 网 的 重 复 建 设, 同 时 错 综 复 杂 的 网 络 结 构 也 会 加 大 网 络 运 行 维 护 的 费 用 如 果 能 够 利 用 综 合 化 的 多 业 务 传 送 平 台 实 现 各 个 网 络 在 接 入 层 和 汇 聚 层 的 合 网 建 设, 必 然 能 极 大 地 降 低 网 络 建 设 和 维 护 成 本, 并 有 利 于 向 用 户 提 供 综 合 业 务, 但 传 统 的 SDH 设 备 并 不 具 备 综 合 接 入 和 数 据 业 务 的 汇 聚 能 力, 因 此, 具 备 多 业 务 接 入 和 汇 聚 能 力 也 成 为 传 输 网 向 前 发 展 的 必 然 要 求 [36] 实 现 多 业 务 承 载 平 台 的 主 要 技 术 是 基 于 SDH 的 多 业 务 传 送 平 台 (MSTP) 纯 弹 性 分 组 环 (RPR) 以 及 波 分 复 用 系 统 等 在 这 三 种 技 术 中,MSTP 目 前 被 传 统 运 营 商 普 遍 看 好 MSTP 优 势 在 于 它 是 基 于 SDH 技 术 发 展 而 来, 技 术 成 熟, 可 以 很 好 地 借 鉴 SDH 网 络 的 运 营 和 维 护 经 验, 天 然 地 支 撑 TDM 业 务 ; 引 入 MSTP 还 可 以 实 现 网 络 边 缘 的 多 业 务 融 合 组 网 ; 统 一 的 网 络 管 理 平 台 可 以 优 化 业 务 的 维 护 管 理, 提 升 管 理 效 率 ; 基 于 SDH 的 电 信 级 保 护 倒 换 结 合 多 种 数 据 业 务 保 护 方 式 可 以 提 供 差 异 化 的 服 务 质 量 ; 通 过 综 合 接 入 方 案 的 实 施 可 以 填 补 传 统 SDH 在 接 入 层 的 空 缺, 在 接 入 侧 到 局 端 之 间 可 以 提 供 环 网 保 护 而 纯 RPR 设 备 虽 然 可 以 提 供 给 数 据 业 务 更 高 效 的 支 持, 但 对 TDM 业 务 的 支 持 能 力 尚 待 加 强 波 分 复 用 系 统 也 可 以 向 用 户 提 供 多 种 业 务 接 口, 并 依 靠 于 光 层 固 有 的 特 性 实 现 对 于 上 层 协 议 和 业 务 的 透 明 传 输, 但 是 由 于 受 光 层 联 网 技 术 水 平 的 限 制, 纯 粹 利 用 波 分 技 术 搭 建 多 业 务 传 送 平 台 尚 处 在 发 展 之 中 第 2 页

13 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 绪 论 在 这 种 形 势 下, 光 网 络 必 然 要 向 智 能 化 的 方 向 发 展 因 此, 业 界 建 议 定 义 一 种 能 够 自 动 完 成 网 络 连 接 的 新 型 网 络 概 念 自 动 交 换 传 送 网 ASTN (Automatically Switched Transport Network) 这 是 一 种 利 用 独 立 的 控 制 层 来 实 施 动 态 配 置 与 连 接 管 理 的 网 络, 其 中 以 光 传 送 网 OTN (Optical Transport Network) [37] 为 基 础 的 ASTN 又 称 为 自 动 交 换 光 网 络 ASON(Automatically Switched OpticalNetwork) [34], 是 ASTN 的 主 要 发 展 方 向 研 究 意 义 针 对 目 前 光 网 络 的 局 限 性, 一 种 能 由 控 制 平 面 来 执 行 连 接 控 制 自 动 完 成 配 置 和 连 接 管 理 的 新 型 网 络 概 念 应 运 而 生 所 谓 ASON 是 指 在 信 令 网 控 制 下 完 成 光 网 络 连 接 自 动 交 换 功 能, 具 有 网 络 资 源 按 需 动 态 配 置 能 力 的 光 传 送 网 络 它 的 核 心 内 容 是 在 光 传 送 网 络 中 引 入 控 制 平 面, 实 现 网 络 资 源 实 时 和 动 态 地 按 需 配 置, 优 化 对 网 络 波 长 资 源 的 使 用, 从 而 实 现 光 网 络 的 智 能 化 采 用 技 术 之 后, 传 统 的 多 层 复 杂 网 络 结 构 变 得 简 单 和 扁 平 化, 光 网 络 层 开 始 直 接 承 载 业 务, 避 免 了 传 统 网 络 中 业 务 升 级 时 受 到 的 多 重 限 制, 可 以 满 足 用 户 对 资 源 动 态 分 配 高 效 保 护 恢 复 能 力 以 及 波 长 应 用 新 业 务 等 方 面 的 需 求, 其 优 越 性 是 显 而 易 见 的 另 外,ASON 的 概 念 和 思 想 可 以 扩 展 应 用 于 不 同 的 传 送 网 技 术, 具 有 普 遍 适 应 性 [29] 因 此 可 以 说,ASON 的 概 念 是 传 送 网 技 术 的 一 次 重 大 突 破, 一 经 提 出 即 吸 引 了 国 际 学 术 界 工 业 界 和 相 关 标 准 化 组 织 的 广 泛 关 注, 成 为 研 究 讨 论 的 焦 点 课 题, 被 看 作 是 具 有 自 动 交 换 功 能 的 下 一 代 光 传 送 网 国 内 外 研 究 现 状 21 世 纪 初 全 光 网 进 入 了 智 能 网 时 代, 初 步 确 定 只 能 光 网 络 的 一 系 列 规 范, 包 括 : IETF 的 通 用 多 协 议 标 记 交 换 (GMPLS),ITU-T 的 自 动 交 换 光 网 络 (ASON) 和 OIF 3 的 UNI 智 能 光 网 络 与 OTN 比 较, 进 一 步 将 控 制 面 从 业 务 和 管 理 中 分 离 出 来, 控 制 面 是 一 个 完 整 的 IP 路 由 器 网, 并 扩 展 了 它 的 路 由 协 议 以 控 制 光 层 路 由, 美 国 DARPA 支 持 的 SuperNET 和 欧 盟 IST 支 持 的 意 大 利 的 光 网 络 间 互 操 作 (LION), 德 国 支 持 的 CAPRINORN 等 计 划 项 目, 中 国 的 国 家 自 然 科 学 基 金 的 NFSCNET 863 计 划 支 持 的 CAINONET 和 3TNET 进 行 了 这 方 面 的 研 究, 其 中 的 LION 计 划 研 究 了 基 于 ASON 承 载 多 业 务 生 存 性 强 可 管 理 的 网 络 IP/GMPLS, 研 究 MPLambdaS 与 ASON 第 3 页

14 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 一 章 绪 论 的 兼 容 性 等, 并 给 出 了 一 些 有 价 值 的 实 验 成 果,3TNET 计 划 实 现 了 中 国 自 主 的 具 有 组 播 和 突 发 交 换 式 连 接 的 ASON, 在 长 三 角 示 范 工 程 中 得 到 了 应 用 论 文 的 组 织 安 排 本 文 在 广 泛 研 究 了 SDH 相 关 就 是 和 国 内 外 相 关 的 GMPLS 技 术 及 改 进 方 案 的 基 础 上, 就 如 何 分 配 使 用 SDH 标 记, 深 入 分 析 了 通 用 多 协 议 标 记 交 换 智 能 光 网 络 的 网 络 结 构 标 记 的 格 式 及 其 主 要 协 议 4, 深 入 分 析 了 分 组 交 换 光 网 络 的 网 络 模 型 与 传 输 技 术 针 对 GMPLS 时 隙 标 记 交 换 中, 在 时 隙 标 记 分 配 时 存 在 链 路 阻 塞 的 问 题, 为 了 进 一 步 降 低 网 络 阻 塞 率, 提 出 了 一 种 新 型 的 标 记 优 化 策 略 为 解 决 时 隙 标 记 交 换 网 络 中 突 出 的 矛 盾, 也 就 是 标 记 个 数 有 限 而 不 能 满 足 大 粒 度 LSP 的 建 立 请 求, 创 造 性 提 出 了 从 最 小 标 记 段 开 始 分 配 标 记, 并 进 行 了 仿 真 分 析, 在 与 传 统 的 标 记 分 配 方 法 First-Fit 方 法 的 比 较 中 可 以 看 出 该 方 法 比 FF 方 法 更 有 效 地 利 用 了 标 记 空 间, 能 够 满 足 更 多 的 LSP 建 立 请 求 并 通 过 搭 建 GMPLS 仿 真 平 台, 通 过 调 试 协 议 程 序, 在 大 型 服 务 器 上 运 行 GMPLS 路 由 协 议 和 信 令 协 议, 模 拟 真 实 的 网 络 环 境, 最 后 在 大 型 的 网 络 实 验 平 台 上 实 现 这 一 标 记 分 配 方 案, 并 对 该 网 络 平 台 的 性 能 进 行 分 析 全 文 的 组 织 结 构 安 排 如 下 : 第 一 章, 在 跟 踪 国 际 先 进 技 术 的 基 础 上, 进 行 了 概 要 综 述, 提 出 本 论 文 研 究 的 主 要 内 容 第 二 章, 介 绍 了 SONET/SDH 的 基 本 原 理 以 及 SDH 的 基 本 帧 结 构, 并 给 出 了 级 联 的 概 念, 并 阐 述 的 连 续 级 联 与 虚 级 联 的 区 别 第 三 章, 分 析 了 MPLS 技 术 GMPLS 网 络 的 基 本 原 理 关 键 技 术, 介 绍 了 GMPLS 通 用 标 记 的 格 式 及 其 主 要 协 议 第 四 章, 为 提 高 每 个 接 口 上 标 记 空 间 中 标 记 的 利 用 率, 降 低 网 络 阻 塞 率, 提 出 了 最 小 标 记 段 的 标 记 分 配 方 案 并 在 单 个 标 记 空 间 进 行 仿 真, 将 其 结 果 与 最 先 标 记 段 方 案 进 行 对 比, 并 对 仿 真 结 果 进 行 分 析 第 五 章, 在 一 个 真 实 的 GMPLS 网 络 平 台 上 实 现 最 小 标 记 段 的 标 记 分 配 方 法, 对 网 络 仿 真 平 台 的 性 能 进 行 评 估 第 六 章 给 出 了 本 论 文 的 结 论 及 对 未 来 的 展 望 第 4 页

15 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 2.1 SDH 基 本 概 念 和 特 点 SDH 5 网 是 由 一 些 SDH 网 元 (NE) 组 成 的, 在 光 纤 上 进 行 同 步 信 息 传 输 复 用 分 插 和 交 叉 连 接 的 网 络 它 有 全 世 界 统 一 的 网 络 节 点 接 口 (NNI), 从 而 简 化 了 信 号 的 互 通 以 及 信 号 的 传 输 复 用 交 叉 连 接 和 交 换 过 程 ; 它 有 一 套 标 准 化 的 信 息 结 构 等 级, 称 为 同 步 传 送 模 块 STM-N, 并 具 有 一 种 块 状 帧 结 构, 允 许 安 排 丰 富 的 开 销 比 特 ( 即 网 络 节 点 接 口 比 特 流 中 扣 除 净 荷 后 的 剩 余 部 分 ) 用 于 网 络 的 OAM; 它 的 基 本 网 元 有 终 端 复 用 器 (TM) 再 生 中 继 器 (REG) 分 插 复 用 器 (ADM) 和 同 步 数 字 交 叉 连 接 设 备 (SDXC) 等 等, 它 们 的 功 能 各 异, 但 都 有 统 一 的 标 准 光 接 口, 能 够 在 基 本 光 缆 段 上 实 现 横 向 兼 容, 即 允 许 不 同 厂 家 设 备 在 光 路 上 互 通 ; 它 有 一 套 特 殊 的 复 用 结 构 如 图 2-1 [5], 允 许 现 存 的 准 同 步 数 字 体 系 同 步 数 字 体 系 和 B-ISDN 信 号 都 能 进 入 其 帧 结 构, 因 而 具 有 广 泛 的 适 应 性 ; 它 大 量 采 用 软 件 进 行 网 络 配 置 和 控 制, 使 得 新 功 能 和 新 特 性 的 增 加 比 较 方 便, 适 于 将 来 的 不 断 发 展 [5] 图 2-1 SDH 复 用 结 构 图 Fig.2-1 SDH Mutiplexing Structure [5] 第 5 页

16 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 2.2 SDH 速 率 及 帧 结 构 SDH 的 速 率 等 级 表 示 为 STM-N, 最 基 本 的 速 率 等 级 为 STM-1, 其 速 率 为 Mbit/s, 更 高 等 级 的 STM-N 是 将 基 本 模 块 信 号 STM-1 经 过 字 节 间 插 复 用 得 到 的, 目 前 支 持 的 最 高 的 速 率 等 级 为 STM-64, 其 速 率 为 Mbit/s SDH 以 字 节 为 单 位 进 行 传 输, 它 的 帧 结 构 是 一 种 以 字 节 结 构 为 基 础 的 矩 形 结 构, 它 包 含 270 N 列 和 9 字 节 在 SDH 帧 中, 字 节 的 传 输 是 从 左 到 右 进 行 传 输 的, 每 秒 可 传 8000 帧, 帧 长 恒 定 为 125us SDH 的 帧 结 构 如 下 图 2-2 [5] 所 示, 可 以 看 出 它 分 为 三 大 区 域, 段 开 销 区 域 (SOH) 信 息 净 荷 区 (PAYLOAD) 以 及 管 理 单 元 指 针 区 域 (AU-PTR) (1) 段 开 销 (SOH) 区 域 [5] 图 2-2 SDH 帧 结 构 Fig.2-2 SDH Frame Structure [5] 段 开 销 是 指 STM-N 结 构 中 为 了 保 证 信 息 净 负 荷 正 常 传 送 所 必 须 的 附 加 字 节, 主 要 用 于 网 络 的 运 行 管 理 和 维 护 (OAM) 段 开 销 可 以 进 一 步 划 分 为 再 生 段 开 销 (RSOH) 和 复 用 段 开 销 (MSOH) (2) 信 息 净 荷 区 域 (PAYLOAD) 在 网 络 中 传 送, 主 要 用 于 通 道 性 能 的 监 控 管 理 和 控 制 (3) 管 理 单 元 指 针 (AU-PTR) 区 域 AU-PTR 是 用 来 指 示 信 息 净 负 荷 的 第 一 个 字 节 在 STM- 信 息 净 荷 区 域 是 在 STM-N 帧 结 构 中 存 放 将 由 STM-N 传 送 的 各 种 业 务 信 息 的 地 方 这 些 业 务 信 息 作 为 低 速 信 号 在 加 入 STM-N 帧 结 构 中 时 同 时 加 入 了 监 控 开 销 字 节, 即 通 道 开 销 (POH) 字 节 它 作 为 净 负 荷 的 一 部 分 N 帧 内 的 准 确 位 置 的 指 示 符, 以 便 接 收 端 根 据 指 示 符 的 值 ( 指 针 值 ) 正 确 的 进 行 信 息 分 解 第 6 页

17 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 2.3 SDH 的 复 用 结 构 和 映 射 方 法 在 将 低 速 支 路 信 号 复 用 成 STM-N 信 号 时 要 经 过 3 个 步 骤 : 映 射 定 位 和 复 用 定 位 是 指 通 过 指 针 调 整 使 指 针 的 值 时 刻 指 向 低 阶 VC 帧 的 起 点 在 TU 净 负 荷 中 或 高 阶 VC 帧 的 起 点 在 AU 净 负 荷 中 的 具 体 位 置, 使 收 端 能 据 此 正 确 地 分 离 相 应 的 VC SDH 的 复 用 结 构 及 复 用 方 法 SDH 的 复 用 包 括 两 种 情 况, 第 一 种 是 将 低 阶 的 SDH 信 号 复 用 成 高 阶 SDH 信 号, 复 用 方 法 主 要 通 过 字 节 间 插 复 用 方 式 来 完 成 复 用 过 程 保 持 帧 的 频 率 不 变, 即 8000 帧 / 秒 这 样 高 一 级 的 SDH 信 号 的 速 率 是 低 一 级 的 SDH 信 号 速 率 的 四 倍 如 STM-4 是 STM-1 的 四 倍 第 二 种 情 况 是 将 低 速 之 路 信 号 服 用 成 SDH 信 号, 复 用 方 法 如 下 : 首 先 将 各 低 速 信 号 放 入 相 应 的 容 器 C 中, 这 些 容 器 C 是 用 来 装 载 各 种 速 率 业 务 信 号 的 信 息 结 构, 主 要 完 成 如 速 率 调 整 适 配 功 能 各 种 速 率 等 级 的 数 字 流 先 进 入 相 应 的 接 口 容 器 C, 由 标 准 容 器 出 来 的 数 字 流 加 上 通 道 开 销 POH 后 就 构 成 了 虚 容 器 (VC), 这 一 过 程 就 是 映 射 VC 是 SDH 中 最 重 要 的 一 种 信 息 结 构, 主 要 是 支 持 通 道 层 连 接, 它 作 为 一 个 独 立 的 实 体 在 SDH 传 输 过 程 中 是 完 整 不 变 的 VC 可 以 分 为 低 阶 虚 容 器 和 高 阶 虚 容 器,VC-12 和 VC-3 为 低 阶 虚 容 器,VC-4 为 高 阶 虚 容 器 由 VC 出 来 的 数 字 流 再 按 照 规 定 的 线 路 进 入 管 理 单 元 或 支 路 单 元 TU VC-n 到 TU-n 或 AU-n 的 转 换 是 一 个 速 率 适 配 的 过 程, 也 就 是 复 用 结 构 中 的 定 位 校 准 过 程 支 路 单 元 TU 是 一 种 为 低 阶 通 道 层 和 高 阶 通 道 层 提 供 适 配 功 能 的 信 息 结 构, 它 由 低 阶 VC 和 TU-PTR 组 成 TU-PTR 用 于 指 明 低 阶 VC 在 帧 结 构 的 位 置 有 四 种 支 路 单 元 TU-11 TU-12 TU-3 管 理 单 元 AU 是 一 种 为 高 阶 通 道 层 和 复 用 层 提 供 适 配 功 能 的 信 息 结 构, 它 由 高 阶 VC 和 AU-PTR 组 成 其 中 AU-PTR 用 来 指 明 高 阶 VC 在 STM-N 帧 内 的 位 置 因 而 允 许 高 阶 VC 在 STM-N 中 的 位 置 是 浮 动 的, 但 AU-PTR 本 身 在 STM-N 帧 内 位 置 是 固 定 的 一 个 或 多 个 在 STM-N 帧 内 固 定 位 置 的 AU 组 成 管 理 单 元 组 AUG, 它 由 三 个 AU-3 或 单 个 AU-4 按 字 节 间 插 方 式 组 成 最 后,AUG 附 加 段 开 销 SOH 便 形 成 最 终 的 STM-N 结 构 第 7 页

18 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 SDH 的 映 射 方 法 映 射 是 一 种 在 SDH 网 络 边 界 处 ( 如 SDH/PDH 边 界 处 ), 将 支 路 信 号 适 配 进 虚 容 器 的 过 程 像 我 们 经 常 使 用 的 将 各 种 速 率 (140Mbps 34 Mbps 2 Mbps) 信 号 先 经 过 码 速 调 整, 分 别 装 入 到 各 自 相 应 的 标 准 容 器 中, 再 加 上 相 应 的 高 阶 和 低 阶 通 道 开 销, 形 成 各 种 相 对 应 的 虚 容 器 过 程 如 果 按 映 射 信 号 与 SDH 网 络 同 步 与 否, 映 射 方 式 可 分 为 异 步 映 射 方 式 和 同 步 映 射 方 式 异 步 映 射 是 一 种 对 映 射 信 号 的 结 构 无 任 何 限 制 ( 信 号 有 无 帧 结 构 皆 可 ), 也 无 需 与 网 络 同 步 ( 如 PDH 和 SDH 网 完 全 不 同 步 ), 利 用 码 速 调 整 将 信 号 适 配 进 VC 的 映 射 方 法 在 映 射 时 通 过 比 特 塞 入 将 其 打 包 成 与 SDH 网 络 同 步 的 VC 信 息 包 在 解 映 射 时, 去 除 这 些 塞 入 比 特, 恢 复 出 原 信 号 的 速 率, 也 就 是 恢 复 出 原 信 号 的 定 时 因 此 说 低 速 信 号 在 SDH 网 中 传 输 有 定 时 透 明 性, 即 在 SDH 网 边 界 处 收 发 两 端 的 此 信 号 速 率 相 一 致 ( 定 时 信 号 相 一 致 ) 这 种 映 射 方 法 可 从 高 速 信 号 中 (STM-N) 中 直 接 分 / 插 出 一 定 速 率 级 别 的 低 速 信 号 ( 如 140Mbps 34 Mbps 2 Mbps) 因 为 映 射 的 最 基 本 的 不 可 分 割 单 位 是 这 些 低 速 信 号, 所 以 分 / 插 出 来 的 低 速 信 号 的 最 低 级 别 也 就 是 相 应 速 率 级 别 的 信 号 浮 动 VC 模 式 指 VC 净 负 荷 在 TU 内 的 位 置 不 固 定, 由 TU-PTR 指 示 VC 起 点 的 一 种 工 作 方 式 它 采 用 了 TU-PTR 和 AU-PTR 两 层 指 针 来 容 纳 VC 净 负 荷 与 STM-N 帧 的 频 差 和 相 差, 引 入 的 信 号 时 延 最 小 约 10s 在 这 种 模 式 下,VC 帧 内 可 安 排 VC-POH 进 行 通 道 级 别 的 端 对 端 性 能 指 控 三 种 映 射 方 法 都 能 以 浮 动 模 式 工 作, 前 面 讲 的 映 射 方 法 2Mbps 34Mbps 140Mbps 映 射 进 相 应 的 VC 就 是 异 步 映 射 浮 动 模 式 异 步 映 射 浮 动 模 式 最 适 用 于 异 步 / 准 同 步 信 号 映 射, 包 括 将 PDH 通 道 映 射 进 SDH 通 道 的 应 用, 能 直 接 上 / 下 低 速 PDH 信 号, 但 是 不 能 直 接 上 / 下 PDH 信 号 中 的 64kbit/s 信 号 异 步 映 射 接 口 简 单, 引 入 映 射 时 延 少, 可 适 应 各 种 结 构 和 特 性 的 数 字 信 号, 是 一 种 最 通 用 的 映 射 方 式 ; 也 是 PDH 向 SDH 过 渡 时 期 内 必 不 可 少 的 一 种 映 射 方 式 同 步 映 射 方 式 要 求 映 射 信 号 与 SDH 网 络 必 须 严 格 同 步 为 了 实 现 同 步, 减 少 滑 动 损 伤, 需 要 配 备 一 个 125µs 的 滑 动 缓 存 器 滑 动 缓 存 器 的 引 入 至 少 为 复 用 器 带 来 了 150µs 的 延 时, 但 解 同 步 器 仍 然 只 有 10µs 的 延 时 第 8 页

19 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 2.4 SDH 网 中 的 级 联 在 ITU-TG 中 定 义 了 级 联 与 虚 级 联 的 概 念, 这 两 个 概 念 在 MSTP 中 占 有 重 要 的 地 位 级 联 与 虚 级 联 是 SDH 的 重 要 特 性 之 一, 对 于 容 量 大 于 C-n 的 业 务 信 号 的 传 输 在 SDH 中 采 用 的 方 法 就 是 级 联 9 级 联 是 一 个 组 合 过 程, 通 过 把 多 个 虚 容 器 组 合 起 来, 使 得 这 些 经 过 组 合 的 虚 容 器 可 以 作 为 一 个 仍 然 保 持 比 特 序 列 完 整 性 的 单 个 容 器 来 使 用 利 用 VC 级 联 与 虚 级 联 技 术 可 对 以 太 网 带 宽 与 SDH 虚 通 道 进 行 速 率 适 配, 从 而 实 现 对 传 输 带 宽 的 灵 活 配 置, 尤 其 是 虚 级 联 技 术 能 够 支 持 对 传 输 带 宽 的 充 分 利 用 级 联 与 虚 级 联 技 术 原 理 8 级 联 与 虚 级 联 技 术 可 以 被 看 成 是 把 多 个 小 的 容 器 级 联 起 来 并 组 装 成 为 一 个 比 较 大 的 容 器 来 传 输 业 务 数 据 的 一 种 技 术 C-n 的 级 联 就 是 将 X 个 C-n 的 容 量 拼 在 一 起, 形 成 一 个 大 的 容 器 来 满 足 大 于 C-n 的 大 容 量 业 务 信 号 的 传 输 要 求 级 联 可 以 分 为 相 邻 级 联 和 虚 级 联 以 VC-4 的 级 联 为 例 : 相 邻 级 联 是 在 同 一 个 STM-N 中, 利 用 相 邻 的 C-4 级 联 成 为 VC-4-Xc, 成 为 一 个 整 体 结 构 进 行 传 输 ; 而 虚 级 联 是 将 分 布 在 同 一 STM-N 中 的 不 相 邻 VC4 或 分 布 在 不 同 STM-N 中 的 VC-4( 可 能 同 一 路 由, 也 可 能 不 同 路 由 ) 按 级 联 的 方 法, 形 成 一 个 虚 拟 的 大 结 构 VC-4-Xv, 利 用 其 进 行 业 务 信 号 传 输 这 种 技 术 可 以 级 联 从 VC-12 到 VC-4 等 不 同 速 率 的 容 器 用 小 的 容 器 级 联 可 以 得 到 非 常 小 颗 粒 的 带 宽 调 节, 相 应 级 联 后 的 最 大 带 宽 通 常 也 较 小 例 如 如 果 做 VC-12-Xv 的 级 联, 它 的 带 宽 调 整 粒 度 为 2Mbit/s, 其 所 能 提 供 的 最 大 带 宽 只 能 到 X 2Mbit/s 虚 级 联 由 于 每 个 VC-n 的 传 输 所 通 过 的 路 径 有 可 能 不 同, 在 各 VC-n 之 间 可 能 出 现 传 输 时 延 差, 在 极 端 情 况 下, 可 能 出 现 序 列 号 偏 后 的 VC-n 比 序 列 号 偏 前 的 VC-n 先 到 达 宿 终 节 点 的 情 况, 给 客 户 信 号 的 还 原 带 来 困 难 例 如,IP 数 据 包 由 3 个 虚 级 联 的 VC-3 所 承 载, 然 后 这 3 个 VC-3 被 网 络 分 别 独 立 地 透 传 到 目 的 地 进 行 重 新 排 序, 恢 复 成 原 始 的 数 据 包 相 邻 级 联 与 虚 级 联 对 于 传 送 网 的 设 备 要 求 不 同, 对 于 相 邻 级 联, 要 求 传 送 通 道 上 的 所 有 节 点 均 要 支 持 相 邻 级 联 功 能, 而 对 于 虚 级 联, 只 要 求 源 节 点 和 目 的 节 点 具 有 级 联 功 能 即 可 第 9 页

20 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 级 联 与 虚 级 联 的 实 现 VC-4 的 级 联 技 术 提 出 较 早, 也 比 较 成 熟, 现 在 大 多 数 MSTP 产 品 都 支 持 VC4 的 级 联 VC4 的 级 联 是 利 用 物 理 上 连 续 的 SDH 帧 空 间 来 存 储 大 于 单 个 VC4 容 量 的 数 据, 并 通 过 AU-4 指 针 内 的 级 联 指 示 字 节 来 标 识 级 联 现 象 的 发 生 多 个 VC4 进 行 级 联 时, 在 数 据 的 源 端 以 太 网 帧 被 拆 分 成 多 个 部 分, 然 后 分 别 承 载 到 不 同 的 VC4 中, 这 些 VC4 可 以 利 用 不 同 的 通 道 传 送 到 同 一 个 目 的 端, 在 目 的 端 对 这 些 来 自 不 同 VC 通 道 的 SDH 帧 进 行 分 解 和 重 组, 还 原 成 源 端 发 送 的 以 太 网 帧 这 个 过 程 中 利 用 了 SDH 帧 中 的 开 销 字 节 H4 在 SDH 帧 的 H4 字 节 中 携 带 了 如 何 重 组 不 同 VC 中 所 携 带 数 据 的 信 息, 利 用 它, 可 以 在 目 的 端 恢 复 原 始 的 数 据 由 于 一 个 VC4 中 的 H4 字 节 只 有 8 个 比 特, 可 以 携 带 的 信 息 很 少, 因 此 利 用 16 个 VC4 帧 组 成 复 帧, 这 样, 一 方 面 可 以 将 16 个 帧 中 的 H4 字 节 组 合 起 来 使 用, 增 大 了 信 息 表 示 范 围 ; 另 一 方 面 也 可 以 改 善 多 路 径 传 输 所 带 来 的 时 延 问 题, 通 过 多 个 VC4 帧 可 以 吸 收 较 多 的 时 延 这 个 由 16 字 节 组 成 的 H4 主 要 包 括 两 个 重 要 的 信 息 : 多 帧 指 示 符 (MFI) 和 序 列 号 其 中 多 帧 指 示 符 占 用 H4(b5~b8) 比 特, 它 的 值 是 动 态 的, 每 当 出 现 一 个 新 的 基 本 帧 就 会 自 动 增 加 1, 编 号 从 0~15 利 用 MFI 值 可 以 在 目 的 端 重 组 来 自 同 一 通 道 的 VC4 复 帧 当 不 同 通 道 的 VC4 复 帧 都 收 到 以 后, 如 何 把 这 些 来 自 不 同 通 道 的 复 帧 进 行 重 组, 即 这 些 VC4 复 帧 的 净 荷 中 的 数 据 如 何 排 列 组 合 以 恢 复 源 端 发 送 的 原 始 数 据 是 一 个 问 题, 而 这 个 问 题 是 通 过 序 列 号 来 解 决 的 在 数 据 的 源 端, 会 给 同 一 个 虚 级 联 通 道 的 不 同 VC 相 应 的 序 列 号, 一 个 VC-4v 通 道 拥 有 的 序 列 号 是 0~X-1(X=256), 按 先 后 次 序, 序 列 号 逐 渐 增 大 256 个 不 同 的 序 列 号 需 要 8 个 比 特 来 表 示, 这 是 通 过 复 帧 中 H4(b1~b4) 比 特 来 区 分 的 这 样 就 可 以 保 证 原 始 数 据 包 会 被 正 确 地 重 新 组 合 起 来 同 时 它 也 避 免 了 以 前 网 管 必 须 对 分 散 的 VC 做 顺 序 监 测 这 一 复 杂 过 程 在 ITU-TG.707 建 议 中 对 VC-4 的 级 联 方 式 的 具 体 实 现 过 程 进 行 了 定 义 : (1)AU-4 的 级 联 可 将 若 干 个 AU-4 级 联 在 一 起 形 成 一 个 AU-4-Xc(X 级 联 的 AU-4, 用 它 能 传 送 所 需 容 量 大 于 一 个 C-4 容 量 的 净 荷 一 个 VC-4-Xc 的 结 构 如 图 2-3 [8] 所 示 位 于 AU-4 指 针 内 的 级 联 指 示 用 来 指 明 在 单 个 VC-4-Xc 中 携 带 的 多 个 C-4 净 荷 应 保 持 在 一 起 VC-4-Xc 的 第 2 列 至 第 X 列 规 定 为 固 定 填 充 比 特,VC-4-Xc 的 第 一 列 用 作 POH 这 个 POH 被 分 配 给 该 VC-4-Xc 用 AU-4-Xc 中 的 第 一 个 AU-4 应 具 有 正 常 范 围 的 指 针 值, 而 AU-4-Xc 内 所 有 后 续 的 AU-4 应 将 其 指 针 置 为 级 联 指 示, 即 1~ 第 10 页

21 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 4 比 特 设 置 为 1001,5~6 比 特 未 作 规 定,7~16 比 特 设 置 为 10 个 1, 从 上 图 看 出 VC-4-Xc 中 的 C-4-Xc 是 一 个 整 体 结 构 [8] 图 2-3 VC-4-Xc 的 结 构 Fig.2-3 Structure of VC-4-Xc [8] (2)AU-4 的 虚 级 联 一 个 VC-4-Xc 提 供 具 有 净 荷 容 量 为 X 倍 kbit/s 的 一 个 净 负 荷 区, 也 可 以 将 它 看 作 一 个 大 的 容 器 该 容 器 被 映 射 到 构 成 VC-4-Xv 的 X 个 单 独 的 VC-4 中, 如 下 图 2-4 [8] 所 示, 每 个 VC-4 具 有 自 己 的 POH,POH 的 规 范 与 一 般 VC-4 的 POH 规 范 [8] 图 2-4 VC-4-Xv 的 结 构 Fig.2-4 Structure of VC-4-Xv [8] 相 同 只 是 POH 中 的 H4 字 节 用 作 虚 级 联 所 规 定 的 序 列 号 和 复 帧 指 示 (MFI) 其 中 第 11 页

22 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 H4(b5~b8) 为 复 帧 指 示 字 节 (MFI), 复 帧 指 示 在 VC-4-Xv 的 所 有 VC-4 中 都 产 生, 其 在 所 有 VC-4 的 H4 字 节 的 5~8 比 特 传 送, 复 帧 指 示 的 编 号 为 0~15 序 列 号 表 示 VC-4-Xv 中 的 VC-4 以 什 么 样 的 序 列 / 顺 序 来 组 合 成 相 邻 的 容 器 C-4-Xc 的 VC-4-Xv 中 的 每 个 VC-4 具 有 一 个 唯 一 的 序 列 号, 其 编 码 范 围 为 0~(X-1) C-4-Xv 中 的 第 X 个 VC-4 具 有 序 列 号 (X-1) 序 列 号 是 固 定 指 派 的 并 且 不 可 配 置 有 了 序 列 号 就 允 许 不 用 寻 迹 即 可 检 查 VC-4-Xv 的 结 构 是 否 正 确 8 个 比 特 的 序 列 号, 用 复 帧 的 第 14 帧 的 H4 字 节 的 1~4 比 特 传 送 序 列 号 的 高 4 位 比 特, 用 复 帧 中 的 第 15 帧 的 H4 字 节 的 1~4 比 特 传 送 序 列 号 的 低 4 位 比 特 (3)VC-12 级 联 与 虚 级 联 的 实 现 VC12 的 相 邻 级 联 VC-12-Xc 提 供 具 有 净 荷 容 量 为 X 倍 VC12 的 一 个 净 负 荷 区 域, 也 可 以 看 作 是 一 个 大 的 容 器 该 容 器 被 映 射 到 构 成 VC-12-Xc 的 X 个 连 续 的 的 VC-12 中 这 些 连 续 的 VC12 共 用 第 一 个 VC-12 的 POHC-12 中 这 些 连 续 的 VC12 共 用 第 一 个 VC-12 的 POH VC12 的 虚 级 联 VC-12-Xc 提 供 具 有 净 荷 容 量 为 X 倍 VC12 的 一 个 净 荷 区 域, 也 可 以 看 作 是 一 个 大 的 容 器 该 容 器 被 映 射 到 构 成 VC-12-Xv 的 X 个 独 立 的 VC12 中 同 一 VC12-Xv 中 的 每 个 VC12 可 以 通 过 各 自 的 通 道 来 传 输, 在 目 的 端 再 对 这 些 VC12 进 行 定 位 和 组 装, 形 成 一 个 连 续 的 VC12-Xc 要 完 成 对 这 些 独 立 传 输 的 VC12 的 重 组, 需 要 解 决 两 个 问 题 : 首 先, 需 要 对 这 些 到 达 目 的 端 的 时 间 差 进 行 补 偿 ; 其 次, 需 要 能 够 知 道 这 些 VC12 的 组 装 次 序 对 于 前 者 可 以 通 过 32 个 帧 形 成 复 帧 的 方 式 来 提 高 吸 收 时 间 差 的 能 力 ; 对 于 后 者 可 以 利 用 复 帧 中 特 定 字 节 表 示 的 序 列 号, 来 提 示 这 些 VC12 的 组 装 次 序 由 同 一 到 达 的 VC12 复 帧 中 的 每 个 VC12 的 POH 的 K4 字 节 的 b2 比 特, 形 成 了 4 个 字 节 (32 个 比 特 ) 的 标 识 字 段, 如 图 2-5 [8] 所 示, 其 中, 前 5 个 比 特 用 来 表 示 复 帧 计 数 ; 第 6~11 个 比 特 用 来 表 示 此 通 道 到 达 的 VC12 在 VC12-Xv 中 的 次 序, 称 为 [8] 图 2-5 K4 字 节 的 b2 复 帧 Fig.2-5 b2 MultiFrames of K4 bites [8d] 序 列 号 ; 其 余 的 比 特 保 留, 通 常 设 置 为 0 根 据 序 列 号 可 以 在 目 的 端 收 到 的 多 个 VC12 第 12 页

23 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 进 行 重 组, 也 就 是 说,VC-12-Xv 中 的 每 个 VC12 具 有 一 个 唯 一 的 序 列 号, 其 编 码 范 围 为 0~(X-1)(X 最 大 为 64) C12-Xv 中 的 第 1 个 VC12 具 有 序 列 号 0,C12-Xv 中 的 第 2 个 VC12 具 有 序 列 号 1, 依 此 类 推,C12-Xv 中 的 第 X 个 VC12 具 有 序 列 号 (X-1) 序 列 号 是 固 定 指 派 的 并 且 不 可 配 置 有 了 序 列 号 就 允 许 不 用 寻 迹 即 可 检 查 VC12-Xv 的 结 构 是 否 正 确 虚 级 联 技 术 的 特 点 及 应 用 虚 级 联 最 大 的 优 势 在 于 它 可 以 使 SDH 给 数 据 业 务 提 供 合 适 大 小 的 通 道, 避 免 了 带 宽 的 浪 费 虚 级 联 技 术 可 以 以 很 小 的 颗 粒 度 来 调 整 传 输 带 宽, 以 适 应 用 户 对 带 宽 的 不 同 需 求 G.707 中 定 义 的 最 小 可 分 配 粒 度 为 2M 由 于 每 个 虚 级 联 的 VC 在 网 络 上 的 传 输 路 径 是 各 自 独 立 的, 这 样, 当 物 理 链 路 有 一 个 路 径 出 现 中 断 的 话, 不 会 影 响 到 其 他 路 径 传 输 的 VC 当 虚 级 联 和 LCAS 协 议 相 结 合 时, 可 以 从 虚 级 联 的 VC 中 去 除 故 障 路 径 所 对 应 的 VC, 利 用 无 故 障 路 径 继 续 传 送 数 据, 从 而 提 高 了 整 个 传 输 网 络 的 可 靠 性 与 稳 定 性 虚 级 联 主 要 有 以 下 2 种 应 用 : 1 多 径 传 送 利 用 虚 级 联 技 术 可 以 实 现 数 据 业 务 的 多 径 传 送, 即 以 太 网 业 务 可 以 在 源 端 分 别 映 射 到 虚 级 联 的 不 同 VC 中, 这 些 VC 可 以 经 过 不 同 的 路 径 独 立 传 送, 在 目 的 端 再 对 其 进 行 重 组 多 径 传 送 时 应 注 意 的 问 题 包 括 经 不 同 路 径 到 达 的 VC 可 能 存 在 时 间 差, 当 时 间 差 较 大 时, 在 目 的 端 将 不 能 完 成 帧 的 重 组, 这 将 限 制 对 不 同 路 径 的 选 择 和 传 输 路 径 上 的 节 点 数 2 负 载 分 担 多 径 传 送 实 际 上 已 经 实 现 了 SDH 传 送 网 上 负 载 均 担 功 能, 一 个 业 务 流 可 以 充 分 利 用 环 上 的 空 余 带 宽, 消 除 带 宽 瓶 颈, 缓 解 传 送 拥 塞 特 别 是 当 虚 级 联 技 术 和 后 面 将 介 绍 的 动 态 链 接 调 整 技 术 LCAS 相 结 合 时, 将 实 现 负 载 的 动 态 分 担 2.4 ASON 技 术 为 了 对 SDH/SONET 网 络 传 输 技 术 的 支 持, 通 用 多 协 议 标 记 交 换 (GMPLS) 设 计 了 专 用 的 标 记 格 式, 标 记 支 持 对 光 纤 波 带 波 长 甚 至 时 隙 的 标 识 以 CR-LDP 第 13 页

24 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 二 章 SDH 的 基 本 原 理 的 TLV 格 式 为 例, 其 标 记 项 中 的 LSP-ENC 字 段 指 明 LSP 编 码 类 型, 定 义 了 OC-n (SONET) STS-n(SDH) GbE 10GbE DS1-DS4 E1-E4 J3 J4 VT 以 及 光 波 长 波 带 等 类 型 SDH/SONET 中 的 每 一 个 TM ADM XC 好 比 一 个 SDH/SONET LSR, 两 个 SDH/SONET LSR 之 间 的 SDH SONET 通 道 或 电 路 便 成 了 一 条 GMPLS LSP 每 条 SDH/SONET LSP 是 节 点 间 的 逻 辑 连 接, 在 此 节 点 处, 客 户 层 分 支 信 号 被 适 配 进 VC GMPLS 可 以 控 制 相 邻 捆 绑 VC( 如 VC-4-Xc 或 VC-2-mc) 的 交 换 为 建 立 这 样 的 一 条 LSP, 需 要 一 种 信 令 协 议 来 控 制 每 个 SDH/SONET LSR 沿 路 通 道 上 的 输 入 接 口 交 换 矩 阵 和 输 出 接 口 一 条 SDH/SONET LSP 可 以 是 点 对 点 或 者 点 对 多 点, 但 不 是 多 点 对 多 点 GMPLS 为 SDH/SONET 提 供 信 令 和 路 由 功 能 SDH/SONET 中 的 标 记 结 构 可 参 阅 相 关 文 献 虽 然 ASON 和 GMPLS 分 别 是 基 于 重 叠 模 型 和 对 等 模 型 的, 但 两 者 的 体 系 结 构 并 没 有 实 质 性 的 冲 突 ASON 控 制 层 面 实 现 了 光 网 络 中 连 接 的 管 理, 并 给 出 了 一 系 列 接 口 的 定 义, 包 括 UNI NNI CCI 等, 但 是, 这 些 接 口 的 实 现 是 协 议 无 关 的, 只 要 能 满 足 接 口 规 范 的 协 议 都 可 以 被 选 用 ;GMPLS 结 构 中 的 协 议 可 以 实 现 ASON 控 制 层 面 的 一 些 功 能, 例 如,CR-LDP 协 议 可 以 通 过 不 同 接 口 (UNI,I-NNI) 上 的 信 令 消 息 交 换 完 成 广 义 标 记 交 换 路 径 的 管 理, 所 以 说,ASON 完 全 可 以 引 用 GMPLS 协 议 来 实 现 一 些 基 本 功 能 但 两 种 结 构 中 也 有 一 些 不 同 之 处, 例 如 ASON 提 出 了 连 接 建 立 时 呼 叫 和 连 接 的 分 离, 而 GMPLS 结 构 中 从 未 提 及 这 方 面 的 内 容 这 里 我 们 要 注 意 的 是 ASON 是 一 种 体 系 结 构, 是 重 叠 模 型 的 具 体 化, 它 详 细 定 义 了 ASON 的 功 能 和 接 口 ; 而 GMPLS 是 IETF 提 出 的 一 种 协 议 标 准, 是 为 MPLS 的 扩 展 而 提 出 的 如 何 合 理 有 效 的 将 ASON 结 构 和 GMPLS 协 议 族 组 织 起 来, 是 实 现 下 一 代 光 网 络 的 关 键 技 术 之 一 2.5 本 章 小 结 级 联 技 术 有 两 种 实 现 方 式, 一 是 相 邻 级 联, 一 是 虚 级 联, 相 比 之 下 虚 级 联 更 要 灵 活 一 些 本 章 详 细 论 述 了 两 种 级 联 的 相 关 技 术 和 实 现 方 式, 并 将 链 路 容 量 调 整 方 案 作 了 说 明, 对 链 路 的 增 添 删 除 及 移 动 都 作 了 介 绍, 为 后 面 动 态 带 宽 调 整 做 准 备 第 14 页

25 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 3.1 通 用 多 协 议 标 记 交 换 的 提 出 MPLS 技 术 回 顾 在 传 统 的 IP 网 络 中, 每 台 路 由 器 独 立 为 每 一 个 到 达 的 数 据 包 做 出 转 发 到 下 一 跳 路 由 器 的 决 定 12 如 果 某 个 IP 数 据 包 穿 过 了 五 台 路 由 器, 其 中 每 一 台 路 由 器 都 会 独 立 地 重 复 执 行 IP 包 头 分 析 的 工 作 换 句 话 说 就 是 在 IP 包 沿 着 点 到 点 路 径 传 输 的 过 程 中, 路 由 算 法 执 行 了 五 次, 结 果 放 慢 了 网 络 通 路 的 建 立 速 度, 因 此 降 低 了 网 络 整 体 的 有 效 性 在 每 台 路 由 器 处, 为 了 访 问 包 头, 每 个 IP 包 都 要 被 解 封 即 使 是 使 用 专 用 集 成 芯 片 来 处 理 这 项 工 作, 仍 然 会 限 制 路 由 器 和 全 网 的 性 能 MPLS 可 以 解 决 以 上 问 题 在 MPLS 域, 从 源 节 点 到 目 的 节 点 的 包 只 需 要 计 算 一 次 一 旦 数 据 包 第 一 次 进 入 网 络, 所 有 的 后 续 路 由 器 将 都 拥 有 了 转 发 到 下 一 跳 的 信 息, 因 此 不 需 要 更 深 入 的 包 头 分 析 在 计 算 中, 会 产 生 一 个 完 全 或 者 部 分 基 于 包 的 网 络 层 目 的 地 址 标 记 头 简 言 之, 标 记 中 含 有 关 于 下 一 个 转 发 跳 的 相 应 信 息 这 个 包 会 随 后 被 转 发 到 下 一 个 路 由 器 或 者 下 一 跳 下 一 个 路 由 器 会 检 查 包 的 标 记, 接 着 又 被 转 发 到 下 一 跳 流 入 路 由 器 的 标 记 在 还 没 有 离 开 该 路 由 器 时 被 替 换 为 新 的 流 出 标 记, 新 的 流 出 标 记 将 在 下 一 个 路 由 器 中 使 用 以 决 定 随 后 的 下 一 跳 这 样 的 过 程 反 复 执 行, 直 到 数 据 包 到 达 目 的 路 由 器 包 所 采 用 的 整 个 路 由 被 称 为 标 记 交 换 通 路 (LSP), 并 且 这 种 标 记 替 换 机 制 叫 做 标 记 交 换 从 实 现 来 看,MPLS 能 带 来 以 下 好 处 : 流 量 工 程 转 发 信 息 ( 标 记 ) 与 IP 包 头 的 内 容 分 离 简 单 的 转 发 方 式 ( 标 记 交 换 ) 独 立 于 网 络 层 的 数 据 链 路 层 快 速 标 记 交 换 MPLS 的 简 单 工 作 原 理 如 图 3-1 所 示 : 当 数 据 分 组 到 达 MPLS 网 络 云 的 入 口 标 记 路 由 器 (LSR), 入 口 LSR 通 过 分 析 数 据 分 组 的 信 息 头 来 决 定 该 分 组 属 于 哪 个 转 发 等 价 类 (FEC, 即 FEC 是 一 些 具 有 某 些 共 性 的 数 据 流 集 合, 这 些 数 据 在 转 发 过 程 中 被 LSR 以 相 同 的 方 式 进 行 处 理 ), 然 后 查 找 LIB( 标 记 信 息 库 ), 将 一 个 与 该 FEC 相 关 联 的 标 记 加 在 数 据 分 组 前 在 后 继 的 LSR 中, 不 需 要 再 查 找 IP 分 组 头, 只 需 要 根 第 15 页

26 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 据 数 据 分 组 的 标 记 来 查 找 LIB, 即 可 决 定 其 转 发 出 口, 在 转 发 前 将 新 的 标 记 取 代 旧 的 标 记, 然 后 转 发 到 下 一 个 LSR 当 数 据 分 组 到 达 出 口 LSR 时, 出 口 LSR 将 标 记 从 数 据 分 组 中 去 掉, 又 按 照 传 统 的 IP 转 发 方 式 对 数 据 分 组 进 行 转 发 其 中, 所 有 与 FEC 绑 定 的 标 记 分 发 和 LSP 的 建 立 都 是 由 LDP( 标 记 分 发 协 议 ) 来 完 成 图 3-1 MPLS 协 议 的 转 发 简 化 示 意 图 Fig.3-1 Forwarding Simple Figure of MPLS Protocols MPLS 是 GMPLS 的 基 础, 它 是 定 位 于 2.5 层 的 网 络 技 术, 为 IP 层 与 链 路 层 的 交 互 提 供 了 一 个 统 一 的 操 作 平 台, 具 有 很 强 的 适 应 性 和 灵 活 性, 能 支 持 现 有 网 络 层 和 链 路 层 的 各 种 协 议 ( 比 如 对 网 络 层 支 持 IPv4 IPv6 IPX AppleTalk 等, 对 链 路 层 支 持 FR ATM PPP 等 ) MPLS 是 一 种 能 够 大 幅 度 提 高 路 由 转 发 速 度 的 技 术, 它 的 体 系 结 构 分 为 两 个 独 立 的 组 件, 即 转 发 组 件 ( 也 叫 数 据 平 面 ) 和 控 制 组 件 ( 也 叫 控 制 平 面 ) 转 发 组 件 使 用 标 记 交 换 机 维 护 的 标 记 转 发 数 据 库, 根 据 分 组 携 带 的 标 记 执 行 数 据 分 组 的 转 发 任 务 控 制 组 件 负 责 在 一 组 互 联 的 IP 路 由 器 之 间 建 立 和 维 护 标 记 转 发 信 息 MPLS 到 GMPLS 的 扩 展 GMPLS 是 MPLS 的 扩 展 和 延 伸 [39], 更 准 确 地 说, 是 MPLS-TE 的 扩 展 由 于 GMPLS 主 要 是 扩 展 了 对 于 传 输 网 络 的 管 理 [40][41], 而 传 输 网 络 的 主 要 业 务 为 点 到 点 业 务, 这 与 MPLS-TE 的 业 务 模 型 非 常 相 似, 因 此 GMPLS 主 要 借 助 MPLS-TE 的 协 议 栈, 将 其 加 以 扩 展 而 形 成 与 MPLS-TE 相 同,GMPLS 网 络 由 两 个 主 要 元 素 组 成 : 第 16 页

27 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 节 点 ( 同 样 被 称 为 LSR) 和 路 径 ( 同 样 被 称 为 LSP) 为 了 支 持 其 它 类 型 网 络, 比 如 全 光 网 和 TDM 网,IETF 进 一 步 扩 展 了 MPLS 中 的 标 记 和 LSP 的 概 念, 创 建 了 GMPLS 的 通 用 标 记 和 通 用 LSP, 不 仅 支 持 传 统 的 分 组 交 换 时 分 交 换 波 长 交 换 和 光 纤 交 换 的 同 时, 还 对 原 有 的 路 由 协 议 信 令 协 议 作 了 修 改 和 扩 展 明 显 的 扩 展 包 括 : (1) 控 制 面 和 转 发 面 明 显 分 开 :GMPLS 把 控 制 ( 路 由 和 信 令 协 议 ) 和 转 发 ( 数 据 传 输 ) 分 离, 允 许 两 个 层 面 实 现 技 术 有 所 不 同 转 发 面 可 以 是 任 何 类 型 ( 电 子 的 光 的 基 于 全 光 的 和 混 合 的 ) 的 技 术 而 且 将 会 很 容 易 升 级 和 变 更 (2) 网 络 层 控 制 面 的 统 一 : 在 OSI 的 网 络 模 型 中, 传 输 层 链 路 层 网 络 层 相 互 独 立, 各 自 用 自 己 的 语 言 在 本 层 内 的 设 备 间 沟 通, 形 成 了 各 自 的 标 准 体 系 在 GMPLS 的 体 系 结 构 中, 没 有 语 言 的 差 异, 只 有 分 工 的 不 同,GMPLS 就 是 各 层 设 备 的 共 同 语 言 如 果 从 设 备 结 构 角 度 来 看, 我 们 知 道 网 络 设 备 通 常 由 三 个 平 面 组 成 : 管 理 平 面 控 制 平 面 和 数 据 平 面 管 理 平 面 为 网 络 管 理 者 提 供 对 设 备 的 管 理 能 力 ; 控 制 平 面 则 是 通 过 信 令 的 交 互 完 成 对 用 户 平 面 的 控 制 ; 数 据 平 面 用 于 转 发 和 传 递 用 户 数 据 GMPLS 统 一 了 各 层 设 备 的 控 制 平 面, 各 个 层 面 的 交 换 设 备 都 将 使 用 同 样 的 信 令 完 成 其 对 数 据 平 面 的 控 制 (3) 通 用 标 记 :MPLS 中 的 标 记 由 一 个 32 比 特 的 数 值 表 示, 可 以 同 查 找 表 相 比 较 然 而 光 学 技 术 不 能 完 成 这 个 复 杂 的 任 务 GMPLS 为 了 能 控 制 光 网 络, 它 不 仅 要 支 持 传 统 的 分 组 交 换, 而 且 还 要 支 持 时 分 交 换 波 长 交 换 和 光 纤 交 换, 这 就 决 定 了 GMPLS 与 MPLS 有 很 大 的 不 同 因 此,MPLS 中 标 记 的 概 念 扩 展 到 包 括 足 以 区 分 业 务 流 的 任 何 事 物, 比 如 时 隙 波 长 波 带 光 纤, 统 称 为 通 用 标 记 所 以 标 记 也 不 能 仅 仅 用 于 加 载 在 分 组 头 上 用 以 标 识 每 个 分 组 的 交 换 方 式 GMPLS 分 别 为 电 路 交 换 ( 主 要 是 SDH) 和 光 交 换 ( 包 括 LSC 和 FSC) 设 计 了 专 用 的 标 记 格 式, 以 满 足 这 些 业 务 的 需 求 在 非 分 组 交 换 的 网 络 中, 标 记 仅 用 于 控 制 平 面, 而 不 用 于 数 据 平 面 一 条 TDM 电 路 (TDM-LSP) 的 建 立 过 程 与 一 条 分 组 交 换 的 连 接 (PSC-LSP) 的 建 立 过 程 完 全 相 同, 源 端 发 送 标 记 请 求 消 息 后, 目 的 端 返 回 标 记 影 射 消 息 所 不 同 的 是, 标 记 影 射 消 息 中 所 分 配 的 标 记 与 时 隙 或 光 波 一 一 对 应 标 记 值 可 以 通 过 人 工 指 配 或 由 协 议 动 态 决 定 (4) 标 记 交 换 路 径 (LSP) 分 层 和 标 记 栈 : 为 了 整 理 不 同 类 型 网 络 中 多 样 的 带 宽 和 不 同 的 标 记,GMPLS 勾 画 了 LSP 分 层 的 概 念, 即 标 记 可 以 内 嵌 套 其 它 的 标 记, 如 图 3-2 所 示 层 次 化 的 含 义 是 针 对 LSP 的 复 用 能 力 而 言 的, 复 用 能 力 越 强 的 LSP 层 次 越 高 LSP 通 路 常 常 在 有 相 同 复 用 功 能 的 设 备 上 开 始 和 结 束 在 分 层 的 顶 端 是 使 用 能 交 换 光 纤 的 接 口 进 行 光 纤 交 换 的 节 点 接 下 来 是 使 用 能 波 长 (λ) 交 换 的 接 口 进 行 第 17 页

28 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 波 长 交 换 的 节 点, 再 下 面 是 用 TDM 接 口 作 TDM( 时 隙 ) 交 换 的 节 点, 最 后 是 用 有 分 组 交 换 功 能 的 接 口 进 行 分 组 交 换 的 节 点 一 条 在 两 个 分 组 交 换 机 之 间 起 始 的 LSP 可 嵌 套 入 一 条 在 两 个 TDM 交 换 机 之 间 起 始 的 LSP 与 此 相 同, 一 条 在 两 个 TDM 交 换 机 之 间 起 始 的 LSP 也 可 嵌 套 入 一 条 在 两 个 波 长 交 换 机 之 间 起 始 的 LSP 之 中 嵌 套 [33] 图 3-2 LSP 分 层 体 系 Fig.3-2 LSP Layered Architecture [33] 所 属 分 层 也 会 发 生 在 波 长 和 光 纤 交 换 机 建 立 转 发 邻 接 或 逻 辑 链 路 进 行 上 述 嵌 套, 这 又 被 通 知 路 由 数 据 库 以 提 供 分 层 数 据 库 扩 缩 如 图 3-2 [33], 按 从 最 顶 端 到 最 低 端, 具 体 的 标 记 是 光 缆 LSP 光 纤 LSP 波 长 LSP 时 分 复 用 LSP 包 标 记 单 个 的 数 据 包 和 其 它 的 数 据 包 一 起 可 以 复 用 到 一 个 时 隙 几 个 时 隙 组 成 一 个 数 据 流 数 流 分 配 到 一 个 选 择 的 波 长 并 复 用 到 一 根 光 纤 这 根 光 纤 又 和 其 它 的 光 纤 捆 扎 成 一 束 数 据 沿 路 从 最 低 级 到 最 高 级 逐 渐 累 积 并 堆 叠 成 许 多 不 同 特 征 的 标 记 : 数 时 隙 波 长 和 光 纤 图 3-2 表 明 了 LSP 分 层 的 概 念 LSP 分 层 后, 带 来 的 好 处 是 : 首 先, 通 过 不 同 层 次 间 的 路 由 汇 聚, 可 以 非 常 节 约 地 使 用 波 长 和 时 隙 信 道, 从 而 解 决 波 长 和 时 隙 信 道 非 常 有 限 的 问 题 ; 其 次, 解 决 了 光 信 道 和 时 分 信 道 只 能 被 分 配 有 限 个 离 散 值 带 宽 的 问 题 比 如, 在 不 采 用 分 层 LSP 之 前, 穿 过 光 网 络 100Mbit/s 的 LSP 都 需 要 一 个 单 独 的 非 常 大 的 离 散 值 带 宽 ( 例 如 2Gbit/s) 采 用 了 分 层 结 构 后, 每 个 波 长 信 道 都 成 为 了 一 条 聚 合 路 由, 大 量 的 LSP 可 以 共 享 一 条 2Gbit/s 的 光 信 道 (5) 基 于 约 束 的 路 由 : 围 绕 基 于 约 束 的 路 由,GMPLS 扩 展 了 流 量 工 程, 因 此 示 一 条 路 径 可 以 采 用 许 多 约 束 比 如 跳 数 带 宽 保 护 和 优 先 级 (6) 双 向 LSP: 由 于 传 输 网 络 的 路 径 通 常 都 是 双 向 的, 为 了 克 服 在 建 立 入 口 位 置 第 18 页

29 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 和 出 口 位 置 间 两 个 单 向 LSP 路 径 的 不 同 缺 陷,GMPLS 为 下 游 ( 从 入 口 到 出 口 ) 和 上 游 ( 从 出 口 到 入 口 ) 数 据 定 义 了 双 向 对 称 LSP 既 然 是 双 向 LSP, 自 然 没 有 上 游 和 下 游 的 区 别,LSP 的 两 个 端 点 都 有 权 发 起 LSP 的 建 立 过 程 那 么, 如 何 处 理 这 中 间 的 冲 突 呢?GMPLS 建 议 采 用 比 较 双 方 NodeID 大 小 的 方 式, 这 就 意 味 着 所 有 交 换 节 点 ( 包 括 PSC TDM LSC FSC) 都 必 须 配 置 一 个 公 用 的 NodeID 和 两 个 单 向 LSP 相 比, 这 样 减 少 了 延 迟 处 理 时 间 和 控 制 开 销 (7) 带 外 信 令 :MPLS 的 路 由 和 信 令 协 议 消 息 是 和 数 据 一 起 在 同 一 个 物 理 链 路 上 的 发 送, 这 称 为 带 内 信 令 光 网 络 中 能 让 控 制 消 息 和 数 据 流 有 效 的 分 离, 这 种 方 式 就 是 带 外 信 令 基 于 GMPLS 的 光 核 可 以 预 留 一 条 指 定 的 波 长 给 路 由 器 之 间 传 递 控 制 信 息 基 于 GMPLS 的 工 作 原 理, 人 们 设 想 了 一 个 GMPLS 网 络 31, 如 3-3 所 示, 其 中 包 [31] 图 3-3 不 同 等 级 LSR 组 成 的 GMPLS 光 网 络 Fig.3-3 GMPLS Optical Network Comprised Different Class LSRs [31] 括 一 个 全 光 转 发 面, 使 用 DWDM 技 术 作 为 长 途 光 学 干 线, 来 提 供 透 明 的 电 路, 连 接 不 同 级 别 的 网 络 为 了 和 光 学 干 线 相 连 接, 城 域 网 企 业 网 和 校 园 网 会 慢 慢 的 采 用 并 更 新 到 GMPLS 架 构 本 质 上,GMPLS 网 络 由 两 种 类 型 的 路 由 器 组 成, 即 标 记 交 换 路 由 器 (LSR) 和 标 记 边 缘 路 由 器 (LER) LSR 处 于 光 网 络 的 核 心, 而 LER 位 于 光 网 络 的 边 缘 图 3-3 说 明 了 使 用 不 同 的 GMPLS 路 由 器 的 光 网 络 拓 扑 图 第 19 页

30 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 3.2 通 用 多 协 议 标 记 交 换 智 能 光 网 络 结 构 GMPLS 协 议 框 架 GMPLS 的 协 议 框 架 如 图 3-4 所 示, 概 括 的 说 包 括 路 由 信 令 和 管 理 三 个 部 分 GMPLS 提 出 了 对 MPLS-TE 两 种 路 由 协 议 的 扩 展, 即 扩 展 了 流 量 工 程 的 开 放 式 最 短 路 径 优 先 路 由 协 议 (OSPF-TE 19 ) 和 中 间 系 统 - 中 间 系 统 路 由 协 议 (ISIS-TE 20 ) 还 提 出 了 对 MPLS-TE 两 种 信 令 协 议 的 扩 展, 即 扩 展 了 流 量 工 程 的 资 源 预 留 协 议 (RSVP-TE) 和 基 于 路 由 受 限 标 记 分 发 协 议 (CR-LDP ) 图 3-4 GMPLS 协 议 框 架 Fig.3-4 GMPLS Protocol Frame GMPLS 网 络 中 的 非 分 组 交 换 层 可 以 自 成 为 一 个 自 制 系 统 (AS), 即 自 成 一 个 单 独 的 路 由 域 每 个 域 内 可 以 运 行 不 同 的 内 部 路 由 协 议 (GMPLS 仅 定 义 了 两 种 扩 展 的 IGP 协 议 :OSPF-TE 和 ISIS-TE), 域 间 则 运 行 扩 展 的 BGP4( 目 前 尚 未 定 义 ) MPLS-TE 中 的 OSPF-TE 和 ISIS-TE 路 由 协 议, 提 供 分 发 包 括 分 组 交 换 接 口 中 流 量 工 程 ( 如 可 用 带 宽 ) 的 链 路 状 态 信 息 OSPF-TE 和 ISIS-TE 在 GMPLS 的 扩 展 定 义, 支 持 多 层 GMPLS 链 路 状 态 信 息 的 分 发 因 此, 为 了 支 持 各 种 LSP 交 换, 每 个 链 路 应 能 具 有 不 同 流 量 工 程 LSP 交 换 的 多 个 接 口 在 MPLS-TE 中 的 RSVP-TE 和 CR-LDP 信 令 协 议, 其 初 衷 是 配 置 和 控 制 分 布 式 LSP 这 包 括 对 本 地 链 路 的 标 记 ( 相 邻 分 组 交 换 接 口 的 相 关 资 源 ) 分 发, 引 起 对 标 记 交 换 表 的 配 置 RSVP-TE 和 CR-LDP 在 GMPLS 的 扩 展 定 义 16-17, 支 持 不 同 标 记 ( 通 用 LSP) 交 换 的 分 布 式 控 制, 即 分 发 通 用 标 记 ( 区 分 相 邻 节 点 间 的 链 路 资 源 ), 引 起 对 路 径 上 各 节 点 中 的 交 换 结 构 的 配 置 RSVP-TE 和 CR-LDP 是 功 能 相 同 的 两 个 协 议, 第 20 页

31 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 MPLS-TE 没 有 对 它 们 进 行 选 择,GMPLS 也 不 对 它 们 做 明 确 要 求, 以 Nortel 为 代 表 的 厂 商 主 张 使 用 CR-LDP 协 议 作 为 MPLS 流 量 工 程 的 信 令 协 议, 而 以 Cisco 为 代 表 的 厂 商 则 主 张 使 用 RSVP-TE 流 量 工 程 扩 展 虽 然 ITU-T 等 标 准 化 组 织 推 荐 使 用 LDP/CR-LDP 协 议 作 为 公 网 传 输 的 标 准 信 令, 但 二 者 都 有 很 强 的 企 业 支 持, 最 终 将 完 全 交 由 运 营 商 选 择 本 文 只 对 RSVP-TE 的 探 讨 GMPLS 重 新 定 义 了 链 路 的 概 念, 规 定 网 络 有 权 将 部 分 LSP 作 为 链 路 并 在 路 由 域 内 进 行 通 告 为 了 将 多 层 网 络 的 传 输 层 和 控 制 层 分 开, 而 且 为 了 处 理 带 外 控 制 信 道,GMPLS 设 计 了 一 个 复 杂 的 链 路 管 理 协 议 (LMP) 21-22, 这 是 GMPLS 体 系 中 一 个 非 常 重 要 的 组 成 LMP 支 持 对 控 制 平 面 和 数 据 平 面 的 配 置 以 及 两 个 平 面 的 映 射 只 有 LMP 将 控 制 通 道 建 立 起 来 以 后 才 能 完 成 路 由 协 议 和 控 制 信 令 过 程 当 前 针 对 LMP 协 议 还 处 于 研 究 过 程 中, 如 [23-24] 到 本 文 撰 写 完 成 之 时 还 未 有 LMP 协 议 的 标 准 出 现 图 3-5 表 明 了 GMPLS 各 协 议 间 的 相 互 关 系 图 3-5 GMPLS 协 议 之 间 的 关 系 Fig.3-5 Relationship between GMPLS Protocols 第 21 页

32 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 通 用 标 记 与 GMPLS 的 几 种 接 口 相 对 应,GMPLS 相 应 的 定 义 了 分 组 交 换 标 记 ( 对 应 的 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 与 传 统 MPLS 标 记 相 同, 本 文 不 再 描 述 而 电 路 交 换 标 记 和 光 交 换 标 记 为 GMPLS 新 定 义, 包 括 请 求 标 记 通 用 标 记 建 议 标 记 以 及 设 定 标 记 (1) 请 求 标 记 请 求 标 记 用 于 LSP 路 径 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 LSP 建 立 过 程 也 是 由 上 游 节 点 向 目 的 端 发 出 标 记 请 求 消 息 目 的 端 返 回 标 记 影 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 类 型 (PSC TDMC 等 ) 载 荷 类 型 等 其 格 式 如 图 3-6 所 示 图 3-6 GMPLS 请 求 标 记 Fig.3-6 GMPLS Request Label LSP Enc.Type: 其 数 值 用 来 指 示 LSP 类 型 例 如 : 当 LSP=1 时, 表 示 LSP 是 分 组 传 输, 而 LSP=5 时, 表 示 是 SDH, 而 LSP=9, 则 对 应 光 纤 : Reserved: 保 留 必 须 设 为 全 0, 接 收 时 忽 略 其 数 值 G-PID:16 bits, 用 于 指 示 LSP 承 载 的 载 荷 类 型 例 如,G-PID=14, 表 示 是 字 节 同 步 映 射 的 SDH E1 载 荷 ;G-PID=17, 表 示 比 特 同 步 映 射 的 SDH DS1/T1 载 荷 ;G-PID=32, 表 示 数 字 包 封 帧 (2) 通 用 标 记 通 用 标 记 是 在 LSP 建 立 完 成 以 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 电 路 交 换 标 记 格 式 如 图 3-7 所 示 : 其 中 :S 用 于 指 示 SDH/SONET 信 号 速 率 等 级 S=N 即 表 示 STM-N/STS-N 信 号 ;U 用 于 指 示 在 一 个 STM-1 中 的 某 个 特 定 虚 容 器 VC U 只 对 SDH 有 效, 对 于 SONET,U 的 数 值 应 忽 略 U=1 表 示 一 个 VC-4,U=2~4 都 表 示 VC-3;K 参 数 与 U 一 样, 也 仅 对 SDH 第 22 页

33 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 有 效 K 参 数 用 于 表 示 一 个 VC-4 的 特 定 分 支,K=1 表 示 VC-4 中 只 有 一 个 C-4 容 器, K=2~4 表 示 VC-4 包 含 TUG-3;L 用 于 指 示 TUG-3 VC-3 或 STS-1 SPE 的 是 否 还 有 分 支 L=1 表 示 TUG-3/VC-3/STS-1 SPE 无 法 再 分 L=2~8 表 示 在 相 应 高 阶 信 号 中 的 某 图 3-7 SDH 电 路 交 换 标 记 Fig.3-7 SDH Circuit Switching Label 个 特 定 的 TUG-2/VT 组 M 用 于 指 示 TUG-2/VT 的 分 支 M=1 表 示 TUG-2/VT 不 能 再 分, 只 包 含 一 个 VC-2/VT-6 M=2~3 表 示 相 应 高 阶 VT 组 中 的 某 个 特 定 的 VT-3 M=7~10 表 示 相 应 高 阶 TUG-2/VT 组 中 的 某 个 特 定 的 VC-11/VT-1.5 M=0 则 表 示 VC-4,VC-3 或 者 STS-1SPE 例 如,S>0,U=1,K=1,L=0,M=0 表 示 STM-1 的 VC-4. (3) 建 议 标 记 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 的 反 馈 映 射 标 记 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, 同 时 也 减 少 了 LSP 建 立 的 控 制 开 销 当 然, 既 然 是 一 种 建 议 标 记,LSP 通 道 的 能 否 最 终 建 立 还 需 由 下 游 节 点 反 馈 的 标 记 影 射 消 息, 则 上 游 节 点 必 须 根 据 该 标 记 影 射 消 息 的 内 容 重 新 配 置 LSP 通 道, 这 样 反 而 造 成 需 要 更 多 的 时 间 建 立 LSP 不 过, 由 于 GMPLS 可 以 采 用 在 节 点 之 间 定 时 分 发 标 记 的 方 式, 让 网 络 上 的 每 个 节 点 都 能 实 时 地 知 道 全 网 拓 朴 资 源 的 使 用 情 况, 从 而 让 每 个 欲 建 立 LSP 通 道 的 上 游 节 点 对 下 游 节 点 的 资 源 使 用 情 况 了 然 于 胸, 从 而 在 分 发 建 议 标 记 时 做 到 有 的 放 矢 因 此, 利 用 建 议 标 记 提 前 建 立 LSP 通 道 的 方 式 是 完 全 可 行 的, 且 建 议 标 记 可 采 用 与 请 求 标 记 类 似 的 格 式 (4) 设 定 标 记 设 定 标 记 用 于 限 制 下 游 节 点 选 择 标 记 的 范 围, 这 在 光 网 络 中 非 常 重 要 首 先, 某 种 类 型 的 光 设 备 只 能 传 输 和 接 收 某 一 波 段 范 围 内 的 波 长 ; 其 次, 有 些 接 口 没 有 波 长 转 换 能 力, 要 求 在 几 段 链 路 上 甚 至 整 条 LSP 上 只 能 使 用 相 同 的 波 长 ; 第 三, 为 了 减 少 波 长 转 换 时 对 信 号 波 形 的 影 响, 设 备 一 次 只 能 处 理 有 限 个 波 长 ; 第 四, 一 条 链 路 两 端 的 设 备 支 持 的 光 波 长 的 数 目 和 范 围 都 不 尽 相 同 第 23 页

34 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 GMPLS 主 要 协 议 GMPLS 的 组 成 协 议 分 为 两 大 类, 即 信 令 协 议 和 路 由 协 议 GMPLS 信 令 协 议 的 功 能 是 执 行 对 通 用 LSP 的 建 立, 维 护, 删 除 等 操 作 GMPLS 对 MPLS 流 量 工 程 的 控 制 协 议 CR-LDP/RSVP-TE 进 行 了 扩 展 以 实 现 GMPLS 的 信 令 功 能 GMPLS 信 令 在 MPLS 流 量 工 程 的 基 础 上 增 加 了 如 下 新 功 能 组 件 队 1. 新 的 通 用 标 记 请 求 2. 新 的 通 用 标 记 格 式 3. 波 段 交 换 4. 上 游 节 点 的 标 记 建 议 5. 上 游 节 点 的 标 记 限 制 6. 具 有 竞 争 解 决 功 能 的 双 向 LSP 建 立 过 程 7. 快 速 的 故 障 通 告 8. 保 护 信 息 的 提 供, 包 括 保 护 类 型, 工 作 LSP 和 保 护 LSP 的 建 立 9. 具 有 显 式 标 记 控 制 的 显 式 路 径 10. 与 特 定 技 术 相 关 的 流 量 参 数 11. LSP 管 理 状 态 处 理 由 于 GMPLS 的 通 用 性, 以 上 组 件 只 有 1,2,10 是 必 须 实 现 的, 典 型 情 况 下 应 实 现 6 和 9, 而 其 余 组 件 则 是 可 选 的 例 如, 一 个 典 型 的 SDH/SONET 网 络 需 要 实 现 1,2, 6,9,10,11, 而 7,8 则 是 可 选 的, 而 一 个 典 型 的 光 纤 交 换 网 络 则 要 实 现 1,2,6, 7,8,9,11 GMPLS 路 由 协 议 的 功 能 是 在 节 点 之 间 交 换 路 由 信 息 并 计 算 路 由 GMPLS 的 路 由 协 议 建 立 在 OSPF 和 IS-IS 这 两 种 链 路 状 态 路 由 协 议 的 流 量 工 程 扩 展 (OSPF-TE, IS-IS-TE) 基 础 上,GMPLS 为 这 两 个 扩 展 协 议 增 加 了 新 的 特 性 以 支 持 链 路 资 源 ( 可 用 带 宽, 总 带 宽 等 ) 的 获 取, 并 提 出 了 限 制 性 最 短 路 径 优 先 (CSPF) 以 实 现 具 有 资 源 Qos 要 求 的 路 由 的 计 算 GMPLS 是 由 多 个 协 议 组 成 的 协 议 族, 本 节 介 绍 其 中 的 三 个 主 要 协 议, 即 链 路 管 理 协 议 (LMP),RSVP 协 议 的 流 量 工 程 扩 展 (RSVP-TE) [32] 以 及 OSPF 协 议 的 流 量 工 程 扩 展 (OSPF-TE) 1)LMP 协 议 LMP 用 于 两 个 邻 接 节 点 之 间 的 链 路 维 护, 其 主 要 功 能 包 括 控 制 信 道 维 护 数 据 链 路 校 验 以 及 故 障 定 位 等 LMP 所 维 护 的 信 息 将 被 信 令 协 议 和 路 由 协 议 使 用 2)RSVP 协 议 第 24 页

35 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 RSVP 是 一 种 用 于 互 联 网 上 质 量 整 合 服 务 的 协 议 RSVP 允 许 主 机 在 网 络 上 请 求 特 殊 服 务 质 量 用 于 特 殊 应 用 程 序 数 据 流 的 传 输 路 由 器 也 适 用 RSVP 发 送 服 务 质 量 (QOS) 请 求 给 所 有 结 点 ( 沿 着 流 路 径 ) 并 建 立 和 维 持 这 种 状 态 以 提 供 请 求 服 务 通 常 RSVP 请 求 将 会 引 起 每 个 节 点 数 据 路 径 上 的 资 源 路 由 RSVP 只 在 单 方 向 上 进 行 资 源 请 求, 因 此, 尽 管 相 同 的 应 用 程 序, 同 时 可 能 既 担 当 发 送 者 也 担 当 接 受 者, 但 RSVP 对 发 送 者 与 接 受 者 在 逻 辑 上 是 有 区 别 的 RSVP 不 传 输 应 用 数 据, 但 支 持 因 特 网 控 制 协 议, 如 ICMP IGMP 或 者 路 由 选 择 协 议 正 如 路 由 选 择 和 管 理 类 协 议 的 实 施 一 样,RSVP 的 运 行 也 是 在 后 台 执 行, 而 并 非 在 数 据 转 发 路 径 上 3) OSPF 协 议 OSPF-TE 是 GMPLS 使 用 的 一 种 路 由 协 议, 用 于 链 路 TE 信 息 ( 带 宽, 保 护 信 息 等 ) 的 扩 散, 此 外 还 负 责 控 制 平 面 拓 朴 的 路 由 计 算 OSPF-TE 建 立 在 开 放 式 最 短 路 径 优 先 (OSPF) 协 议 基 础 上, 使 用 非 透 明 LSA 携 带 链 路 TE 信 息, 并 使 用 CSPF 算 法 来 计 算 具 有 带 宽 等 QOS 要 求 的 路 由 (1)OSPF 协 议 OSPF 是 一 种 链 路 状 态 协 议, 相 邻 节 点 之 间 交 换 链 路 状 态 信 息 来 同 步 链 路 状 态 信 息 相 邻 节 点 交 换 链 路 状 态 信 息 之 前 必 须 建 立 一 个 OSPF 协 议 邻 接 两 个 物 理 上 远 离 的 节 点 可 以 通 过 配 置 虚 链 路 (Virtual-Link) 来 建 立 这 种 邻 接 OSPF 使 用 区 域 (Area) 划 为 的 概 念 来 减 少 信 息 交 互, 从 而 增 强 协 议 的 可 扩 展 性 一 个 OSPF 域 由 若 干 个 Area 组 成, 其 中 必 须 有 一 个 骨 干 Area, 所 有 其 他 的 Area 都 必 须 和 骨 干 Area 相 连, 如 果 不 能 直 接 相 连, 则 通 过 虚 链 路 相 连 OSPF 中 的 链 路 状 态 信 息 的 基 本 单 位 是 链 路 状 态 通 告 (LinkState Advertisement :LSA) 不 同 类 型 的 LSA 其 携 带 的 链 路 信 息 不 同, 传 播 的 范 围 也 不 同 当 所 有 的 OSPF 节 点 通 过 LSA 交 换 完 成 信 息 同 步 之 后,OSPF 使 用 SPF 算 法 进 行 路 由 计 算 (2) 非 透 明 LSA 除 标 准 LSA 外,OSPF 还 定 义 了 非 透 明 LSA(OPAQUEL LSA) 非 透 明 LSA 具 有 不 同 类 型 的, 每 一 种 类 型 的 传 播 范 围 不 同 非 透 明 LSA 包 含 LSA 头 部 信 息 和 LSA 内 容 非 透 明 LSA 的 内 容 由 特 定 应 用 决 定, 这 就 为 扩 展 OSPF 功 能 提 供 了 条 件 OSPF-TE 使 用 在 一 个 Area 范 围 内 扩 散 的 非 透 明 LSA 来 实 现 TE 的 功 能, 而 GMPLS 则 根 据 光 网 络 的 需 要 在 OSPF-TE 基 础 上 细 化 了 LSA 所 携 带 的 信 息 (3)CSPF 算 法 OSPF 协 议 在 计 算 路 由 时 主 要 使 用 Dijkstra 算 法, 也 称 SPF 算 法 其 路 由 的 最 优 化 体 现 在 链 第 25 页

36 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 路 的 费 用 上 目 前 的 IP 网 络 中, 链 路 的 费 用 值 并 不 反 应 链 路 的 实 际 带 宽, 计 算 出 的 路 由 并 没 有 QOS 属 性 在 光 网 络 环 境 中, 链 路 的 费 用 具 有 实 际 物 理 意 义 ( 带 宽 等 ) 为 适 应 光 网 络 的 要 求, 需 要 对 SPF 算 法 做 一 定 的 扩 展, 这 一 扩 展 称 为 限 制 性 SPF (Constrain SPF:CSPF) 算 法 目 前 GMPLS 并 未 对 CSPF 算 法 形 成 正 式 建 议, 一 般 的 实 现 方 法 是 在 路 由 计 算 之 前 先 排 除 所 有 不 符 合 路 由 要 求 的 链 路, 然 后 对 剩 余 的 链 路 信 息 执 行 SPF 算 法 3.3 通 用 多 协 议 标 记 交 换 智 能 光 网 络 的 网 络 管 理 网 络 管 理 系 统 (Network Management System,NMS) 应 维 护 系 统 内 每 个 器 件 收 集 的 信 息 :NMS 系 统 实 际 上 包 括 几 个 分 布 应 用 ( 即 报 警 汇 集 配 置 查 询 应 用 等 ), 包 括 交 换 协 议 (Switching Protocol,SP) 的 NMS 可 以 供 给 和 维 护 整 个 SP 网 络 的 安 全 知 识, 配 置 或 供 给 信 息 可 能 进 入 NMS 和 经 过 交 换 网 络 管 理 协 议 (Switching Network Management Protocol, SNMP) 分 布 给 远 端 部 件, 使 SP 网 络 的 工 作 更 紧 凑, 较 有 效 的 单 独 管 理 每 个 部 件 可 以 通 过 SNMPV3 和 接 入 控 制 模 型 获 得 安 全 性 和 接 入 控 制 这 个 方 法 可 以 很 有 效 地 用 于 SP 网 络 内 部, 因 为 SP 在 其 区 域 内 能 够 接 入 的 控 制 所 有 部 件 GMPLS 智 能 光 网 络 的 网 络 管 理 系 统 出 于 安 全 性 考 虑, 通 用 多 协 议 标 记 交 换 规 定 了 一 个 多 种 类 型 网 元 的 新 的 控 制 平 面 体 系 结 构, 使 用 通 用 多 协 议 标 记 交 换 建 立 的 标 记 交 换 通 道 是 希 望 承 载 高 容 量 数 据 和 利 用 重 要 的 网 络 资 源, 要 求 安 全 机 制 保 护 下 层 网 络 对 抗 控 制 平 面 上 的 攻 击 和 / 或 数 据 传 送 资 源 非 授 权 使 用 安 全 性 要 求 取 决 于 交 换 通 用 多 协 议 标 记 交 换 控 制 信 息 以 及 控 制 信 道 对 第 三 方 的 暴 露 节 点 之 间 的 信 息, 通 常 当 交 换 通 用 多 协 议 标 记 交 换 控 制 信 息 相 同 行 政 区 较 对 不 同 区 域 的 节 点, 网 络 节 点 可 以 施 以 更 松 的 安 全 性 要 求, 在 这 方 面 希 望 网 络 对 用 户 和 网 络 对 网 络 接 口 较 节 点 对 节 点 接 口 有 较 高 的 安 全 要 求 安 全 性 机 制 可 提 供 两 个 主 要 特 征 : 授 权 和 机 密 性, 授 权 可 以 提 供 原 始 的 验 证 信 息 完 整 性 和 实 施 保 护 ; 机 密 性 确 保 第 三 方 不 可 以 窃 取 信 息 的 内 容 通 用 多 协 议 标 记 交 换 发 展 情 况 下 主 要 要 求 授 权 网 络 安 全 性 考 虑 通 用 多 协 议 标 记 交 换 可 以 使 用 组 成 协 议 的 各 个 授 权 机 制 另 外, 对 通 用 多 协 议 标 记 交 换 控 制 信 道 可 以 使 用 IPSEC 协 议 栈 以 提 供 授 权 机 密 性 或 两 者 都 提 供, 这 个 选 择 获 得 全 部 通 用 多 协 议 标 记 交 换 组 成 协 议 的 结 合 保 护 的 好 处 注 意 通 用 多 协 议 标 记 交 第 26 页

37 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 换 对 现 在 MPLS-TE 信 息, 路 由 协 议 或 者 网 络 管 理 协 议, 自 身 不 引 入 安 全 性 考 虑 路 由 和 寻 址 模 型 GMPLS 控 制 平 面 支 持 三 种 类 型 : 覆 盖 模 型, 增 强 模 型, 集 成 模 型 GMPLS 控 制 平 面 由 一 个 模 块 组 成, 基 于 已 知 的 信 令 和 路 由 协 议, 使 用 IPv4 和 / 或 IPv6 地 址, 使 用 一 个 新 的 协 议, 链 路 管 理 的 信 令 协 议 GMPLS 是 基 于 IP 路 由 和 数 据 平 面 的 结 构 的, 控 制 平 面 领 近 可 以 不 是 任 何 数 据 平 面, 需 要 用 TE 链 路 相 邻 节 点 连 接 IP 地 址 不 仅 用 于 表 示 IP 主 机 的 路 由 器 的 接 口, 而 且 更 普 遍 地 表 示 任 何 分 组 交 换 连 接 (PSC) 和 非 分 组 交 换 连 接 接 口 同 样,IP 路 由 协 议 用 于 寻 找 IP 数 据 包 的 路 由, 用 SPF 算 法 ; 也 同 时 用 于 寻 找 非 分 组 交 换 连 接 电 路, 用 CSPF 算 法 需 要 一 些 附 加 机 制 以 增 加 其 可 扩 展 性, 以 及 处 理 非 分 组 交 换 连 接 层 的 特 殊 的 流 量 工 程 需 要 这 些 机 制 如 下 : 再 现 使 用 的 IP 路 由 协 议 允 许 非 分 组 交 换 连 接 层 被 看 做 一 组 用 任 意 方 式 互 联 起 来 的 自 治 系 统, 同 样 对 传 统 的 IP 路 由 器, 每 个 AS 用 一 个 行 政 权 限 进 行 管 理 一 个 AS 可 以 是 一 个 已 知 的 运 营 商 运 作 的 SDH/SONET 网 络, 互 联 的 AS 组 是 一 个 SDH/SONET 内 网 AS 之 间 路 由 信 息 交 换 可 以 通 过 类 似 的 SGP-4 的 内 域 路 由 协 议 完 成 每 个 AS 可 以 分 为 不 同 的 路 由 域, 每 个 路 由 域 可 以 运 行 不 同 的 内 域 路 由 协 议, 每 个 路 由 协 议 域 都 可 以 在 区 域 上 进 行 划 分 路 由 域 是 由 通 用 多 协 议 标 记 交 换 节 点 组 成 ( 即 主 机, 进 入 LSR 或 出 LSR), 或 内 部 LSR 如 非 PSC 主 机 是 一 个 SDH/SONET 终 端 复 用 器 (TM), 又 如 是 一 个 SDH/SONET 的 具 有 IP 路 由 器 或 ATM 交 换 机 的 接 口 卡 内 域 中 的 流 量 工 程 要 求 使 用 链 路 态 路 由 协 议, 类 似 OSPF 或 IS-IS 通 用 多 协 议 标 记 交 换 规 定 扩 展 这 些 协 议, 这 些 协 议 需 要 散 布 特 定 的 TDM LSC 和 FSC 对 节 点 和 链 路 的 静 态 和 动 态 特 征 现 在 集 中 于 内 域 流 量 工 程 分 组 交 换 连 接 (PSC) 的 非 分 组 交 换 连 接 层 寻 址 所 使 用 的 IPv4 和 / 或 IPv6 地 址, 与 Internet 使 用 的 公 共 的 IPv4 和 IPv6 地 址 可 以 有 不 同 的 寻 址 空 间, 如 果 不 要 求 与 任 何 其 他 运 营 商 进 行 交 换, 可 以 使 用 私 人 IP 地 址, 否 则 要 求 使 用 公 共 IP 地 址 如 果 使 用 集 成 模 型, 两 层 应 共 享 相 同 的 寻 址 空 间 使 用 公 共 的 IPv4 和 / 或 IPv6 是 有 好 处 的, 如 果 具 有 IP 层 的 集 成 模 型, 对 非 PSC 层 的 Internet 地 址 是 已 知 的 第 27 页

38 上 海 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第 三 章 GMPLS 网 络 体 系 结 构 双 向 标 记 交 换 通 道 (Label Switching Path) 通 用 多 协 议 标 记 交 换 允 许 建 立 双 向 对 称 的 LSP, 双 向 对 称 的 LSP 有 相 同 的 流 量 工 程 要 求, 包 括 在 每 个 方 向 的 共 享 保 护 和 恢 复,LSR 和 资 源 要 求 双 向 LSP 仅 具 有 一 个 起 始 节 点 和 一 个 目 的 节 点 一 般 使 用 [RSVP-TE] 和 [CR-LDP], 两 个 无 向 路 径 去 建 立 双 向 LSP 时, 必 须 独 立 建 立, 这 个 方 法 具 有 如 下 缺 点 : 1) 建 立 双 向 LSP, 等 待 时 间 是 等 于 一 个 路 由 信 令 时 间 加 上 起 始 节 点 - 目 的 节 点 的 信 令 传 输 延 时, 不 仅 延 长 了 成 功 建 立 LSP 的 等 待 时 间, 而 且 延 长 了 发 现 不 成 功 的 LSP 的 最 坏 情 况 等 待 时 间, 多 两 倍 起 始 节 点 - 目 的 节 点 的 时 间 2) 控 制 开 销 量 双 倍 于 无 向 LSP, 因 为 分 离 的 控 制 信 息 必 须 产 生 两 个 双 向 LSP 段 3) 资 源 建 立 按 分 离 部 分 路 由 选 择 复 杂, 也 有 附 加 的 资 源 配 置, 竞 争 条 件, 减 少 成 功 地 建 立 双 向 连 接 的 可 能 性 4) 更 难 于 提 供 对 SDH/SONET 设 备 的 清 晰 接 口, 以 实 现 双 向 通 道 的 保 护 交 换 现 有 的 SDH/SONET 用 数 据 在 带 内 传 输 控 制 信 息 5) 双 向 光 LSP 对 许 多 光 网 络 服 务 商 要 求 利 用 双 LSP 的 同 时 有 下 行 和 上 行 数 字 通 道, 即 从 起 始 节 点 利 用 单 组 信 令 信 息, 这 减 少 一 个 起 始 节 点 - 目 的 节 点 和 目 的 节 点 至 起 始 节 点 利 用 单 组 信 令 信 息, 这 减 少 一 个 启 示 节 点 - 目 的 节 点 环 绕 一 周 的 时 间 加 处 理 时 间, 并 且 限 制 控 制 开 销 与 无 向 LSP 相 同 对 双 向 LSP, 必 须 配 给 两 标 记, 用 适 当 信 令 的 上 行 标 记 标 识 双 向 LSP 建 立 双 向 LSP 的 竞 争 解 决 方 案, 标 记 竞 争 出 现 阶 段 在 两 个 传 输 方 向 相 反 的 双 向 LSP 建 立 请 求 时, 当 两 边 在 有 效 的 相 同 时 间 内 配 给 相 同 的 资 源, 就 出 现 这 个 竞 争 通 用 多 协 议 标 记 交 换 信 令 规 定 了 解 决 竞 争 的 机 制, 按 具 有 较 高 优 先 级 来 赢 得 竞 争 已 有 某 些 减 少 竞 争 的 概 率 的 建 议 提 出 保 护 GMPLS 具 有 紧 急 故 障 通 告 功 能, 规 定 几 个 信 令 给 故 障 通 告 和 其 它 的 节 点 相 应 恢 复 和 错 误 处 理 事 务 链 路 保 护 新 的 选 择 保 护 信 息 目 标 /TLV 中 承 载 保 护 信 息, 表 示 对 LSP 的 每 个 链 路 所 希 望 的 链 路 保 护 如 果 要 求 实 际 的 保 护 类 型 (1+1) 或 (1:N) 仅 处 理 连 接 请 求,GMPLS 在 路 由 协 议 中 有 链 路 保 护 能 力, 当 计 算 LSP 的 路 径 时 是 一 个 可 以 用 这 第 28 页