鴻聯(lián)九五信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 陳錦章
近年來，通信網(wǎng)絡技術因與以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡技術的結合而飛速發(fā)展，其中通信、計算機、廣電三網(wǎng)融合的基礎—光通信技術更為世人所矚目，
新一代光網(wǎng)絡組網(wǎng)技術
。光網(wǎng)絡專家、鴻聯(lián)九五總工程師陳錦章先生對新一代光網(wǎng)絡技術進行了闡述。DWDM、全光網(wǎng)的發(fā)展，使傳輸容量每12～18個月翻番。然而，光網(wǎng)絡的管理與控制當前仍然采用傳統(tǒng)模式，光網(wǎng)絡只作為傳輸介質，支持通信業(yè)務的發(fā)展。這種傳統(tǒng)的傳輸業(yè)務與通信業(yè)務分別控制與管理的模式，使當前寬帶通道的提供仍然采用靜態(tài)配置方式，不能及時提供各類業(yè)務所需要的帶寬。另外，它也不能動態(tài)利用包括PDH、SDH/SONET、 DWDM等多種網(wǎng)絡資源，影響了網(wǎng)絡組織的靈活性、網(wǎng)絡的有效性及新業(yè)務的拓展。為此，ITU-T、OIF、ODST及IETF等國際標準化機構分別提出自動交換傳輸網(wǎng)絡(ASTN)/自動交換光網(wǎng)絡(ASON)及通用多協(xié)議標記交換(GMPLS)標準或標準草案。
兩種互聯(lián)模型
一個網(wǎng)絡在總體功能上，可以由數(shù)據(jù)(或傳送)平面、控制平面、管理平面組成�？刂破矫嬷饕婕斑B接的建立以及支持這種連接所需要的處理，例如路由域內鄰居的發(fā)現(xiàn)/鏈路管理、信令、路由、尋址以及網(wǎng)絡通道的提供和保護等。通常，控制平面是采用IP技術實施，管理平面為網(wǎng)絡提供商與管理部門提供對網(wǎng)絡與設備的管理。數(shù)據(jù)(或傳送)平面用于傳送與轉發(fā)網(wǎng)內、外客戶的數(shù)據(jù)。顯然，這三個平面是相互關聯(lián)的。IP over Optical網(wǎng)絡結構本質上是由控制平面的組織來規(guī)定的，IP和光傳輸網(wǎng)絡的控制平面可以松散地耦合，也可以緊密地結合在一起。這種結合決定了光網(wǎng)絡通過用戶網(wǎng)絡接口(UNI)通道的拓撲和路由信息的詳細程度；IP路由器在光網(wǎng)絡中選擇特殊的連結通道的控制級別，以及在路由器之間動態(tài)提供光通道的有關策略，這包括接入控制和安全的問題等。由此有兩種互聯(lián)模型，即重疊模型和對等(或集成)模型。
重疊模型的基本特點是光傳輸層面的信令、尋址、路由建立等與其上層所提供業(yè)務的交換層面所需要的信令、尋址和路由建立等所用協(xié)議是不同而且相互獨立的。它有上、下層之分，上層是下層的客戶，下層是上層的提供者，兩者之間必要的信息交流可通過光網(wǎng)絡的用戶網(wǎng)絡接口(UNI)進行。ASTN/ASON是智能化的光網(wǎng)絡結構，屬于重疊模型。它提供包括SDH/SONET、波長和未來的光纖連接的動態(tài)連接能力，并能按實際需要安排帶寬。IP業(yè)務可以在SDH/SONET、波長、光纖連接的基礎上實施。它能提供多種業(yè)務、便于發(fā)展新業(yè)務(包括虛擬專用網(wǎng))，有較好的組網(wǎng)靈活性。發(fā)展這種模型是基于這樣一個事實：當前很多電信運營商的光傳輸網(wǎng)部分與業(yè)務交換網(wǎng)部分是分屬于兩個或多個不同運營商，并且光傳輸網(wǎng)運營商可能要為多個業(yè)務交換網(wǎng)運營商服務，它們愿意與業(yè)務交換網(wǎng)運營商在設備與功能劃分上有明確的界限，不希望把自己內部網(wǎng)絡信息提供給其他人共享。這種職責分明、具有層次性的特點，是重疊模型的主要特征。
對等模型把光傳輸網(wǎng)層面與業(yè)務交換網(wǎng)層面的控制平面統(tǒng)一起來，采用統(tǒng)一的控制平面，從控制角度來看，它們是對等的，不分上、下層次，其尋址、信令、路由的建立等所用的協(xié)議也是相同的。在這種模型下，光層與業(yè)務層面所用的設備也是對等的，例如光交叉連接設備(OXC)與路由器也看做對等的，當前極為熱門，而且正在發(fā)展的GMPLS就采用這種模型。GMPLS是在已成功運用于IP通信網(wǎng)的MPLS基礎上展起來的，GMPLS使組網(wǎng)更為靈活，各種網(wǎng)絡資源可有效利用(包括控制平面資源)，促進光傳輸網(wǎng)與業(yè)務交換網(wǎng)的集成，為發(fā)展新業(yè)務創(chuàng)造良好條件。
當前，業(yè)界正在開發(fā)光控制平面，它把數(shù)據(jù)平面強大的硬件能力與智能控制平面集成在一起，為此可將IP路由技術與MPLS在光層上結合在一起。
GMPLS是由IETF計算機通信網(wǎng)專家為主發(fā)展起來的，目前人們對GMPLS一致看好，但還有很多問題有待解決。現(xiàn)在GMPLS只是處于標準草案階段，要達成廣泛共識并形成標準還有很長的路程要走。ASTN/ASON主要由ITU-T通信網(wǎng)專家發(fā)展起來的，已初步形成標準，相對于GMPLS較為成熟，我國也正在開發(fā)該項目。ASTN/ASON近期會得到發(fā)展，從長遠來看，ASTN/ASON與GMPLS也不會有較多的矛盾，ASTN/ASON的對外接口已考慮了與GMPLS的接口，有關機構正在著手研究兩者進一步的銜接問題。
GMPLS是MPLS-TE的擴展
前面已指出，GMPLS采用對等模型，是在MPLS基礎上發(fā)展起來的，更準確地說，GMPLS是MPLS-TE的擴展，MPLS-TE是MPLS支持流量工程的擴展協(xié)議，GMPLS最核心的擴展為：
MPLS或MPLS-TE的控制平面，只規(guī)定了包交換(PSC)和第二層交換(L2SC)接口。GMPLS擴展了這個控制平面的接口，它不只包含PSC、L2SC，還包含時分復用(TDM)、波長交換(LSC)和光纖交換(FSC)。與此接口相對應，GMPLS的傳送(或數(shù)據(jù))平面應包含PSC、L2SC、TDM、LSC、FSC。
GMPLS工作的重點是控制平面的設定。它統(tǒng)一了PSC、L2SC、TDM、LSC和未來的FSC的控制平面，包括利用統(tǒng)一的信令和路徑建立方法等。這5種PSC、L2SC、TDM、LSC、FSC交換層面是獨立的、對等的。
由此，GMPLS具有如下的特點：
GMPLS與MPLS一樣，其網(wǎng)絡元素為節(jié)點與路徑，在MPLS中的節(jié)點為標記交換路由器(LSR)，包括入端、出端LSR及中間的LSR，通過這些LSR建立標記交換路徑(LSP)。在GMPLS中，節(jié)點既是LSR路徑，也是LSP，但擴展了LSR的接口種類，它不僅包含原MPLS的數(shù)據(jù)包及信元的接口以適應傳送IP包及ATM信元的需要，它還包含SDH/SONET的時分復用接口、波長交換接口、光纖交換接口。MPLS中的LSP是用標記標識的虛電路。標記是用安置在IP包頭前面的、一個短的標記實體標識或在ATM信元中用VPI/VCI標識。在GMPLS中，它不僅包含原MPLS的標記形式及LSP表示一條虛電路，它還擴展標記為通用標記，從而還可標識：
一組光纖中的某一光纖;
一個光纖中的一個波帶;
一個波帶(或光纖)中的一個波長;
一個波長(或光纖)中的一個時隙。
從而LSP可表示傳送IP包的虛電路，由SDH/SONET構成的一條TDM專線、DWDM中的一個波道以及一條光纖。
綜上所述，GMPLS將LSR(更精確的是LSR上的接口)劃分為五個類型，這實際上等效于五種交換類型：
數(shù)據(jù)包交換(PSC);
時分復用(TDM);
波長交換(LSC);
第二層交換(L2SC);
光纖交換(FSC)。
下面簡單介紹在數(shù)據(jù)(或傳送)平面內，PSC、L2SC、TDM、LSC和FSC各交換層面之間的關系。
各交換層面也表示了客戶/服務者關系，上層是客戶，下層是服務者(或提供者)。盡管從傳送角度來看，它們有上、下層的區(qū)別，但從控制角度來看，GMPLS統(tǒng)一控制與管理各交換層面是對等的，沒有上、下層區(qū)別，所以GMPLS是對等模型。
GMPLS的路由與編址
在討論GMPLS的路由與編址之前，我們首先注意GMPLS網(wǎng)絡環(huán)境與MPLS網(wǎng)絡環(huán)境的差異：
GMPLS的路由與編址要考慮適應五個交換層面的需要，特別是LSC、TDM、FSC三個交換層面與MPLS的PSC、L2SC兩個交換層面，其結構有很大的差異，
電腦資料
《新一代光網(wǎng)絡組網(wǎng)技術》(http://www.szmdbiao.com)。GMPLS的網(wǎng)絡規(guī)模通常要比MPLS的網(wǎng)絡規(guī)模大很多，特別是GMPLS的兩個LSR之間的鏈路數(shù)在DWDM情況下，一條光纜的波長數(shù)可達幾十甚至幾百、幾千。若按MPLS的方式，每一個物理端口都分配一個IP地址，數(shù)百個波長的物理端口要分配數(shù)百個IP地址，另外一個LSR在實施拓撲信息分發(fā)時，若要把幾百個鏈路狀態(tài)信息分發(fā)出去，其所占用的帶寬較大，而且有大量冗余信息。
為此，GMPLS在選用路由協(xié)議、路徑選擇方法、編址方式等方面都在MPLS的基礎上進行了擴展。
1. 路由協(xié)議與路由
GMPLS使用OSPE-TE及IS-IS-TE路由協(xié)議，作為自治系統(tǒng)(AS)內部路由協(xié)議，而自治域間路由協(xié)議是準備用BGP-4擴展，該擴展工作尚在進行之中。通過路由協(xié)議，在路由域內可獲得拓撲的發(fā)現(xiàn)及全部鏈路的資源情況。
GMPLS把5種交換層面歸并為兩種交換模式，即包交換模式(PSC)和非包交換模式(non-PSC)，前者包含PSC和L2SC，后者包含LSC、TDM和FSC。實際上，這兩種模式分別對應包交換方式和電路交換方式。GMPLS為了路由與編址的需要把GMPLS劃分為兩個層面，即PSC層面和非PSC層面，根據(jù)需要，非PSC層面還可進一步劃分。
由于非PSC層面的特殊性，每一非PSC層面可視為一組以任何方式互連的自治域(AS)。這里AS的概念與OSPF路由協(xié)議中的AS概念是類似的。例如，一個AS可以是一個SDH/SONET網(wǎng)絡。
每一個AS可進一步劃分為不同的路由域，并可運行不同的內部路由協(xié)議。同理，每個路由域還可進一步分為多個區(qū)域。
一個路由域由GMPLS節(jié)點組成，節(jié)點可以是邊緣節(jié)點(主機、入端LSR、出端LSR)，也可以是內部的LSR。在SDH/SONET環(huán)境下，SDH/SONET終端復用器(TM)是非PSC的主機，IP路由器中的SDH/SONET接口卡或ATM交換機的SDH/SONET接口卡也可以是非PSC主機。
GMPLS控制平面路由的主要功能包括GMPLS網(wǎng)絡拓撲信息的分發(fā)和傳送(數(shù)據(jù))平面LSP路徑選擇。拓撲信息的分發(fā)主要是為了讓LSR了解足夠有效的信息，以便選擇最優(yōu)路徑。但對于典型的傳送核心網(wǎng)可以包含成千上萬的物理端口，一個LSR詳細的鏈路狀態(tài)信息數(shù)量巨大，為此要設法精簡以減少所需的傳播信息。GMPLS采用下述兩種方法：(編程入門網(wǎng))
在LSR層面上，當一對LSR由多個平行鏈路連結時，可以把這些鏈路看做是OSPF或IS-IS路由協(xié)議的單一鏈路，并向全網(wǎng)通告，這就是鏈路捆綁。使用它可以只分發(fā)一些摘要信息，而把大量的信息細節(jié)隱藏起來。這些捆綁的鏈路可以共享路徑選擇過程時所需要的公共的邏輯或物理屬性，在分發(fā)到其他子網(wǎng)時還要進行精練及抽象化工作。
在網(wǎng)絡層面上，GMPLS路由協(xié)議要支持層次化的路由結構。在傳統(tǒng)的MPLS中，一條LSP的起始點和終結點應是同一類型的設備(例如路由器)， GMPLS也遵循這一規(guī)定，一條LSC自治域內的LSP必須起始并終止于支持LSC的設備，同樣，一條TDM自治域內的LSP也必須起始并終止于支持TDM的設備，當LSP在低層中創(chuàng)建后，它們就可用于創(chuàng)建高層的LSP。這種層次化的路由結構可簡化LSP的建立過程。子網(wǎng)的拓撲信息要根據(jù)本地策略對信息進行過濾。
GMPLS路由的另一重要內容是路徑選擇。在GMPLS網(wǎng)絡中，路徑選擇主要是LSP的建立。GMPLS規(guī)定了兩種路由，即顯式LSP路由和逐跳ISP路由（hop by hop）。顯式LSP路由一般用于AS之間，逐跳LSP路由用于AS之間。在顯式LSP路由中，通常由LSP的入端節(jié)點規(guī)定好LSP所經(jīng)過的部分或全部節(jié)點，其建立過程比較簡單，為了減輕AS內部在建立LSP過程中的處理工作，所以選用它。逐跳LSP路由與因特網(wǎng)上使用的路由方法相似，每個節(jié)點獨立為LSP選擇下一跳。
2. 編址
GMPLS規(guī)定可以用IPv4和IPv6地址。此時，IP地址不僅用于識別IP主機和路由器，也用于識別任何PSC和非PSC接口。它可根據(jù)需要使用公用IP地址或專用IP地址。
如果在光控制平面中不使用IP地址而改用其他方法標識，那么這些方法將要求擴展信令(RSVP-TE、CR-CDP)和路由(OSPF-TE、IS-IS-TE)協(xié)議。
GMPLS信令和鏈路管理
信令是GMPLS控制平面的重要組成部分，鏈路管理是GMPLS為了適應新的網(wǎng)絡環(huán)境新建立的內容。限于篇幅本文只進行概念介紹，不進一步展開。
GMPLS信令的基本功能，包括LSP建立、LSP刪除、LSP修改、出現(xiàn)故障后LSP的恢復，以及LSP出現(xiàn)非正常情況時的例外處理方法。它包含三個協(xié)議：
信令的功能描述(GMPLS-SIG)協(xié)議;
擴展的RSVP-TE(GMPLS-RSVP-SIG)協(xié)議;
擴展的CR-LDP(GMPLS-CR-SIG)協(xié)議。
后面兩個協(xié)議具有相同的功能，但分別從RSVP-TE及CR-LDP兩個支持MPLS流量工程的信令協(xié)議擴展而成。GMPLS可允許選其中任何一個，由于兩者不能兼容，具有排他性，所以一個網(wǎng)絡只能選用其中之一。
傳統(tǒng)的IP業(yè)務，其控制平面所傳的信令與數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)流是在一起傳輸?shù)�，即采用帶內信令方式。這種方式在光網(wǎng)絡中并不合適。這是因為它要求每一光接口都要有一個控制通道，并對控制通道解碼。另外，控制信令應該有比數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)流更高的可靠性要求，在同一傳輸通道中傳輸這兩種信號是無法滿足上述要求的，為此，GMPLS采用帶外信令網(wǎng)絡，這種帶外通道必須是雙向的，另外，這種帶外信令網(wǎng)絡用于傳送控制信息，并且采取特殊措施，以保證傳送的可靠性。帶外信令也無法利用像OSPF和IS-IS路由協(xié)議的發(fā)現(xiàn)機制以判定鏈路的連通性。再有，前面所講的鏈路捆綁問題也需要管理(包括捆綁多個鏈路，增、改捆綁成員等)原因，GMPLS為此新建立了一個鏈路管理協(xié)議(LMP)。
鏈路管理協(xié)議是用于在相鄰兩節(jié)點之間提供控制信道管理、鏈接性管理、鏈路連接性驗證、鏈路所有權關聯(lián)和鏈路故障管理等的實施規(guī)程。其中，控制信道管理和鏈路所有權關聯(lián)是必須實現(xiàn)的，其他幾項是可選的。控制信道管理用于建立和維持節(jié)點之間的控制信道。
ASON/ASTN與GMPLS標準化的進展
發(fā)展ASON/ASTN及GMPLS對建設新一代光網(wǎng)絡是非常重要的。ITU-T等國際標準化組織對ASON/ASTN已提出自動交換傳送網(wǎng)絡(ASTN)需求建議G.807/Y.1302，自動交換光網(wǎng)絡體系結構建議草案G.ASON，ASON體系結構和有關協(xié)議草案等，以及與此課題相關的光傳送網(wǎng)(OTN)的網(wǎng)絡節(jié)點接口建議G.709，光傳送網(wǎng)體系結構建議G.872等。雖然還沒有提出成套標準，但主體部分已建立或將要建立。
GMPLS的發(fā)展比ASON/ASTN稍晚，目前還沒有建立一個國際標準或RFC級的標準，多數(shù)還是標準的討論稿，另外AS之間的路由協(xié)議BGP-4擴展還有待開發(fā)，已建的協(xié)議還有待完善。但其主體部分已有共識，由于GMPLS涉及面寬，要達成廣泛的共識和形成標準還有一段很長的路程要走。