GMPLS在自動交換光網(wǎng)絡(luò)控制平面中的應(yīng)用

　　摘要：自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）由于引入了控制平面才成為智能的光網(wǎng)絡(luò)，而控制平面的具體實現(xiàn)要依靠通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）協(xié)議。首先討論ASON中的控制平面，然后對GMPLS和MPLS進(jìn)行比較；最后對GMPLS在ASON控制平面中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

　　關(guān)鍵詞：自動交換光網(wǎng)絡(luò)，控制平面，通用多協(xié)議標(biāo)記交換

　　自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）是能根據(jù)用戶請求自動進(jìn)行光路連接的革命性光網(wǎng)絡(luò)。它不僅能為客戶提供更快的速率、更靈活的組網(wǎng)方式以及對新業(yè)務(wù)的后向支持、對多廠商多運營商互操作的能力，還能提供更強大的生存性和更加智能的網(wǎng)絡(luò)管理。并且，所有這些ASON智能都是建立在ASON網(wǎng)絡(luò)中的控制平面基礎(chǔ)之上的。

　　有了控制平面，ASON就有了核心，但這個控制平面又是怎樣具體實現(xiàn)的呢？這就需要借助另外一項重大技術(shù)——通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）。GMPLS脫胎于多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS），但又不拘泥于MPLS，可謂是MPLS的一次升華。由于其在設(shè)計方面具有先導(dǎo)性和靈活性，所以非常適用于ASON控制平面的具體實現(xiàn)。

　　本文首先介紹ASON控制平面的總體結(jié)構(gòu)，然后對GMPLS和MPLS進(jìn)行比較，最后重點論述GMPLS在ASON控制平面中的具體應(yīng)用。

　　一、ASON控制平面概述

　　1.引入控制平面的原因

　　如前所述，ASON網(wǎng)絡(luò)之所以成為智能光網(wǎng)絡(luò)，是因為它能根據(jù)客戶的需求動態(tài)分配光通道。而這一能力的實現(xiàn)又依賴于ASONＮ網(wǎng)絡(luò)中引入的交換式連接（switched connection）。在ASON中，連接不再是全部由管理控制實現(xiàn)的一成不變的固定連接，而是被分為交換式連接、永久性連接（provisioned connection）和軟永久性連接（soft-permanet connection）三種類型。這三種連接的不同之處在于對連接建立起主控作用的部件不同。永久性連接的發(fā)起和維護(hù)都是由管理平面來完成的，并且傳送平面中為具體業(yè)務(wù)建立通道的路由消息和信令消息也由管理平面發(fā)出，控制平面在永久性連接中并不起作用。交換式連接與永久性連接恰恰相反，這種連接的發(fā)起和維護(hù)都由控制平面來完成，控制平面通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）接收用戶方面?zhèn)鱽淼恼埱�，�?jīng)過處理后在傳送平面為這個請求提供一條具體的可滿足用戶需求的光通道，并把結(jié)果報告給管理平面；管理平面在這種連接的建立過程中并不起直接作用，它只是接收從控制平面?zhèn)鱽淼倪B接建立消息。軟永久性連接則介于上述兩種連接之間，它的建立與拆除請求也由管理平面發(fā)出，但是對傳送平面中具體資源的配置和操作卻是由控制平面發(fā)出指令來完成的。

　　從上面的分析可以看出，交換式連接的引入使ASON網(wǎng)絡(luò)成為真正的交換式智能網(wǎng)絡(luò)。正是因為有了交換式連接，ASON網(wǎng)絡(luò)才具有根據(jù)用戶要求產(chǎn)生恰當(dāng)光通道的能力。而這種能力是同ASON網(wǎng)絡(luò)中控制平面的作用息息相關(guān)的。這也就是引入控制平面的原因所在。

　　2.控制平面結(jié)構(gòu)

　　ASON網(wǎng)絡(luò)控制平面實質(zhì)上是一個能對下層傳送網(wǎng)進(jìn)行控制的IP網(wǎng)絡(luò)，因此符合標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)。按照層次模型它可以分為多個管理域，一個管理域內(nèi)可以劃分為多個子域（當(dāng)然一個管理域也可以只有單一子域），每個子域內(nèi)又可以包含多個子網(wǎng)絡(luò)。不同的管理域之間，以及同一個管理域的不同子域之間是通過外部網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)接口（E-NNI）來交流信息的，而同一個子域內(nèi)的不同子網(wǎng)絡(luò)之間通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)接口（I-NNI）來交流信息�？蛻艉涂刂凭W(wǎng)絡(luò)之間則通過UNI來進(jìn)行信息交流。

　　二、GMPLS與MPLS比較

　　GMPLS和MPLS是兩個容易混淆的技術(shù)術(shù)語。人們很容易將GMPLS在控制平面中的應(yīng)用和MPLS在數(shù)據(jù)平面中的應(yīng)用混淆起來。雖然GMPLS是從MPLS發(fā)展而來的，但是它在控制平面中的應(yīng)用卻與MPLS有很大差別。

　　MPLS本質(zhì)上是只為分組交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的。MPLS技術(shù)的優(yōu)勢在于它可以提供傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所不能提供的流量工程能力和更強的傳送能力。

　　GMPLS和MPLS的一個主要區(qū)別就在于它們的功能性重點不同。MPLS的注意力集中在數(shù)據(jù)流傳送方面，GMPLS則把注意力放在連接管理方面。這種連接管理可對數(shù)據(jù)平面進(jìn)行具體管理，并且這種數(shù)據(jù)平面可同時包括具備分組交換使能（packet switcble）和不具備分組交換使能的接口。更進(jìn)一步，這種不具備分組交換使能的接口又可被分為時分復(fù)用使能（time division multiplex capable）、波長交換使能（LSC：Lambda Switch Capable）以及光纖交換使能（FSC：Fiber－Switched Capable）等幾種類型。

　　MPLS和GMPLS之間的另一個差異在于MPLS需要在一對路由器之間建立一條標(biāo)記交換通路（LSP），而GMPLS僅需要在任何兩個類似的標(biāo)記交換路由器（LSR）之間建立LSP就可以了，也就是說在GMPLS中把LSP端點設(shè)備的范圍從路由器擴展到了多種標(biāo)記交換路由器。例如，我們可以在兩個SDH／SONET的分插復(fù)用器（ADM）之間建立一條時分復(fù)用的LSP，也可以在兩個波長交換器之間建立一條LSC的LSP，甚至還可以在兩個光纖交換系統(tǒng)之間形成一條FSC的LSP。

　　GMPLS還允許一條LSP嵌套在另外一條LSP中，形成LSP的層次結(jié)構(gòu)，這種能力使得GMPLS網(wǎng)絡(luò)具備更好的規(guī)模性能力。

　　三、GMPLS在ASON控制平面中的應(yīng)用

　　1.控制平面功能

　　GMPLS在ASON中的應(yīng)用主要集中在ASON控制平面。一個ASON控制平面需要具備多種功能，其中有三種是最基本的，它們是：

　　·資源發(fā)現(xiàn)功能：提供一種能自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可使用資源的能力；

　　· 路由控制功能：提供路由能力、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)能力和流量工程能力；

　　·連接管理功能：利用前面所提到的功能來為不同業(yè)務(wù)提供端到端連接服務(wù)的能力。

　　具體地說，連接管理可分為連接的建立、刪除、修改和查詢等幾種不同的操作。連接建立操作允許用戶通過UNI建立一條端到端的連接，即LSP；連接刪除操作允許用戶刪除不再需要的LSP；連接修改操作允許用戶改變現(xiàn)有LSP的屬性，可以在不影響現(xiàn)有LSP正常運行的情況下對LSP中不適合的屬性值進(jìn)行改動；連接查詢操作允許用戶獲得LSP的屬性值。

　　除了上述幾種基本功能之外，由于現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)生存性有越來越高的要求，所以還要求控制平面具備良好的連接保護(hù)與恢復(fù)功能。

　　2.控制平面服務(wù)

　　控制平面的引入使得光網(wǎng)絡(luò)在多廠商環(huán)境下可以提供傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)難以提供的服務(wù)。這些服務(wù)包括端到端連接的提供、自動流量工程的實現(xiàn)、對網(wǎng)狀網(wǎng)保護(hù)與恢復(fù)的實現(xiàn)以及對光虛擬專用網(wǎng)（OVPN）的提供等。

　　端到端的連接是控制平面所能提供的一項最基本的服務(wù)。引入控制平面后，能大幅度地縮短連接建立所需時間（從幾個小時甚至幾天到只需幾秒），而且無需人工搜索哪個端口或時隙為可用，也不必再人工配置節(jié)點中的交叉連接設(shè)備，所有這些都由控制平面自動完成�，F(xiàn)在操作人員所要做的只是確定連接所需的參數(shù)，并通過圖形用戶接口（GUI）方式或命令行的方式把這些參數(shù)傳到輸入節(jié)點中去。輸入節(jié)點在接到用戶傳遞過來的連接參數(shù)后，就能自動決定整條通路的路徑并利用信令自動建立起一條端到端的通路。

　　我們不僅可以看到端到端連接的建立過程，還可以看出用戶能夠通過UNI接口向光網(wǎng)絡(luò)提出建立實時性連接的請求，這就是按需帶寬請求（bandwidth on demand）服務(wù)。這種按需帶寬請求的能力尤其適用于具備業(yè)務(wù)突發(fā)性特點的IP網(wǎng)絡(luò)。

　　除了上述這些服務(wù)外，OVPN也是一種給用戶以極大靈活性的服務(wù)，它的出現(xiàn)使用戶可以全權(quán)管理屬于自己的那部分網(wǎng)絡(luò)。但OVPN實質(zhì)上是一個邏輯網(wǎng)絡(luò)，它的引入一方面使用戶可以管理自己的網(wǎng)絡(luò)，另外一方面也向用戶屏蔽掉了網(wǎng)絡(luò)的實際情況。這就在大大降低運營商運營管理的復(fù)雜程度的同時又兼顧了安全性方面的需要。OVPN無疑將是未來很有前途的一種服務(wù)。

　　3.控制平面協(xié)議

　　為完成ASON控制平面的上述功能，我們必須使用一系列的公共協(xié)議（使用公共協(xié)議的原因在于保證不同廠商的互操作性）。在這些公共協(xié)議中，GMPLS占據(jù)了非常重要的位置。GMPLS從功能平面對MPLS進(jìn)行了擴展以便能支持基于非分組交換接口的通信系統(tǒng)。GMPLS首先定義了幾種通用標(biāo)記，使用這些通用標(biāo)記可以在非分組交換的LSR之間建立起LSP。這些非分組交換的LSR可以是SDH／SONET的ADM，也可以是數(shù)字交叉連接器，還可以是密集波分復(fù)用系統(tǒng)，或者是光交叉連接器。這些通用標(biāo)記對象包括通用標(biāo)記請求、通用標(biāo)記、顯式標(biāo)記控制和保護(hù)標(biāo)記。通用標(biāo)記可以用來表示時隙、波長、波長頻帶和空分復(fù)用位置。

　　GMPLS除了定義上面的通用標(biāo)記外，還為實現(xiàn)非分組交換的LSP定義了新的功能，包括上游建議標(biāo)記、標(biāo)記組以及雙向LSP的建立。這些功能是MPLS所不具備的。雙向LSP的建立有助于縮短連接的建立時間和在出現(xiàn)故障時加速保護(hù)與恢復(fù)的實現(xiàn)。雙向LSP對于電路交換類型的網(wǎng)絡(luò)尤其重要。

　　4.信令協(xié)議

　　信令協(xié)議也是ASON控制平面中的一個重要問題。當(dāng)前存在兩種廣泛使用的信令協(xié)議，一種是基于受限路由的標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（CR－LDP：Constraint－based Routing－Label Distribution Protocol）；另一種是基于流量工程擴展的資源預(yù)留協(xié)議（RSVP－TE：Resource Reservation Protocol－Traffic Engineering Extension）。這兩種協(xié)議都能承載GMPLS協(xié)議中定義的所有對象，但由于這兩種協(xié)議存在多方面的差異，所以在具體實現(xiàn)方面還有諸多不同。現(xiàn)在，IETF設(shè)有兩個不同的工作小組來具體進(jìn)行這兩個方面的工作。

　　信令協(xié)議是被用來完成連接操作任務(wù)的。具體來說，它要完成LSP的建立、刪除、修改和查詢等。除了上述兩種主要信令協(xié)議之外，當(dāng)前還正在為光網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與恢復(fù)制定所需的特殊協(xié)議——輕量信令協(xié)議（lightweight signal protocol）。

　　5.路由協(xié)議的流量工程擴展

　　經(jīng)過前面的分析可知，利用GMPLS和相關(guān)信令協(xié)議就能完成連接管理功能�？刂破矫嬷胁粌H包含信令功能，還包括諸如路由和自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等功能，因此除了信令協(xié)議之外還需要其它的協(xié)議來完成ASON控制平面中的其它功能。

　　當(dāng)前，在很多電路交換網(wǎng)絡(luò)中都運行有路由協(xié)議，比如在SONET的段數(shù)據(jù)通信信道（section data communication channel）中就運行著域間系統(tǒng)－域間系統(tǒng)（IS-IS）協(xié)議。這些傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)之所以運行路由協(xié)議是為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和傳送操作通信數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)中新增或者減少一個節(jié)點都將改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)�，而通過路由協(xié)議就可將這種拓?fù)涓淖兊男畔�傳遞到網(wǎng)絡(luò)中每一個相關(guān)的節(jié)點。因此，路由協(xié)議在這里起著傳遞信令消息和拓?fù)滟Y源消息的作用，但傳統(tǒng)路由協(xié)議的一個很大不足就是它本身不支持流量工程。

　　需要指出的是，流量工程這個概念對于分組交換網(wǎng)絡(luò)和電路交換網(wǎng)絡(luò)具有不同的含義。一般來說，流量工程的總目標(biāo)是要達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源及其使用最大化的目的。對分組交換網(wǎng)絡(luò)而言，這個目標(biāo)就具體化為使丟包率和時延最小而輸出最大；對電路交換網(wǎng)絡(luò)而言，流量工程目標(biāo)就具體化為使資源利用率和通道可靠性最高。

　　本文主要考慮電路交換網(wǎng)絡(luò)的流量工程，這樣其目標(biāo)就轉(zhuǎn)化為在用戶請求的基礎(chǔ)上對最優(yōu)通道的實時性選擇。這里流量工程的參數(shù)具體包括鏈路復(fù)用能力、最大與最小帶寬能力、共享風(fēng)險鏈路組支持能力、保護(hù)支持能力以及流量工程矩陣等。

　　具備流量工程能力的路由協(xié)議和傳統(tǒng)路由協(xié)議之間的主要差別在于，前者在網(wǎng)絡(luò)中會周期性地發(fā)送一種可選包，這種可選包內(nèi)含有可用資源消息和流量工程參數(shù)信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元接收到這種可選包后，應(yīng)該能使用這種包中所攜帶的信息來進(jìn)行最佳路由計算。

　　因此，可以得出這樣的結(jié)論：那種具備流量工程能力的路由協(xié)議應(yīng)該支持資源發(fā)現(xiàn)、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和流量工程能力本身。與信令協(xié)議情況類似，當(dāng)前也存在著兩種廣泛使用的經(jīng)過擴展的路由協(xié)議，這就是支持流量工程的IS-IS協(xié)議和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）。同樣，在IETF也設(shè)有兩個不同的小組來進(jìn)行這方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

　　6.鏈路管理協(xié)議

　　為了在網(wǎng)元之間能進(jìn)行對表征交叉連接的GMPLS標(biāo)記的正確通信，需要在網(wǎng)元之間標(biāo)識出正確的連接端口。這種功能是通過鏈路管理協(xié)議（LMP）來完成的。LMP除了完成網(wǎng)絡(luò)之間正確連接的確認(rèn)之外，還具備鏈路綁定、資源信息發(fā)現(xiàn)與上報等功能。這些功能有助于網(wǎng)絡(luò)可擴展性和規(guī)模性的實現(xiàn)。LMP適用于任何類型的網(wǎng)絡(luò)，尤其是光網(wǎng)絡(luò)。

　　四、結(jié) 語

　　控制平面的引入使光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了巨大的變化。GMPLS是實現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)控制平面的核心協(xié)議，它提供了構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)的一種全新方法。它不僅提供一種多層次的、多廠商的控制平面的互操作，還使得新類型服務(wù)的出現(xiàn)成為可能。并且，由于GMPLS和ASON控制平面的出現(xiàn)，運營商不必再在鏈路管理方面花費巨大的人力和物力。ASON控制平面還支持網(wǎng)絡(luò)的自動流量工程、網(wǎng)絡(luò)自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和自動業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)等。除此之外，ASON控制平面在GMPLS的支持下還能支持多種保護(hù)與恢復(fù)方案�？傊�，GMPLS和ASON控制平面的出現(xiàn)是光網(wǎng)絡(luò)中劃時代的革命性進(jìn)展。