通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)

2019-11-03 10:16:40

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供稿：網(wǎng)友

北京郵電大學(xué) 徐榮龔倩　　通用MPLS（GMPLS）是MPLS向光網(wǎng)絡(luò)擴展的必然產(chǎn)物，它為了適應(yīng)對智能光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動態(tài)控制和傳送信令的要求而對傳統(tǒng)的MPLS進(jìn)行了擴展、更新。使用GMPLS可以為用戶動態(tài)地提供網(wǎng)絡(luò)資源，以及實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)功能。與傳統(tǒng)的MPLS相比，GMPLS在以下幾個方面得到了改進(jìn)。

多種形式的交換和轉(zhuǎn)發(fā)層次

　　向光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了擴展的GMPLS不同于傳統(tǒng)的MPLS，主要在于它支持多種類型的交換單元，即GMPLS除了支持分組交換，還支持TDM、波長和光纖交換等。相應(yīng)的定義了以下幾種類型的接口：

　　數(shù)據(jù)分組交換接口（PSC）：該接口能識別數(shù)據(jù)包或信元的邊界符，根據(jù)數(shù)據(jù)包或者信元中攜帶的信息作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。如路由器接口或ATM的VPI/VCI接口。

　　時分復(fù)用接口(TDM)：基于時隙作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。如SONET/SDH接口。

　　波長交換接口（LSC）：基于接收到的波長數(shù)據(jù)作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光交叉連接設(shè)備可以基于波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。

　　光纖交換接口(FSC)：轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)基于物理空間的光纖。如光子交叉連接器（PXC）。

　　因此，新型的基于GMPLS的交換設(shè)備可以提供多種不同速率的交換接口，適用于在網(wǎng)絡(luò)邊緣對多種不同業(yè)務(wù)的接入。邊緣節(jié)點通過緩存處理，可以將業(yè)務(wù)進(jìn)行整合。應(yīng)用嵌套LSP概念，將較小粒度的業(yè)務(wù)整合成較大粒度的業(yè)務(wù)。

　　這時一個交換電路只能建立在兩個相同類型的接口之間，按每個接口所使用的技術(shù)，可以命名不同的電路，如SDH的時隙交換電路、光蹤跡交換、光通路交換等。在GMPLS中，所有這些交換電路都使用相同的名字，即標(biāo)簽交換通路（LSP）。嵌套的LSP（LSP中包含LSP）在此用于劃分轉(zhuǎn)發(fā)等級，即LSP的等級。這種LSP等級可以存在于相同的接口上或不同的接口之間。

　　如果某個接口能夠從相同的技術(shù)（層）復(fù)用多個LSP則可以存在于相同的接口上，如一個低級SDH/SONET LSP（VC-12）嵌入一個等級高的SDH/SONET LSP（VC-4）中。多等級的信息LSP嵌套定義于SDH/SONET的復(fù)用等級中。

　　嵌套同樣可以存在于接口之間，F(xiàn)SC接口等級最高，依次為LSC接口、TDM接口、PSC接口。這樣，一個開始和結(jié)束于PSC接口的LSP可以嵌入（與其它LSP一起）一個開始和結(jié)束于TDM接口的LSP中。

GMPLS對傳統(tǒng)MPLS

協(xié)議的擴展和更新

　　為了支持這種新型的光交叉連接，GMPLS不僅拓展了傳統(tǒng)的MPLS的信令和路由協(xié)議，而且還增加了新的功能。這些變化影響了標(biāo)簽請求、標(biāo)簽分配、帶寬分配的方式，以及LSR的雙向特性和當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時的通信機制等。GMPLS在以下幾方面拓展和更新了傳統(tǒng)的MPLS機制：

　　對內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）的拓展：GMPLS對內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議或中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（IS-IS）、開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）等協(xié)議進(jìn)行擴展，使它能夠?qū)⒏鞣N類型的鏈路廣播發(fā)送到由常規(guī)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫所給定的常規(guī)鏈路（面向包的鏈路）上或非包/分組鏈路（TDM時隙、波長或光纖級鏈路）上，并支持鄰近轉(zhuǎn)發(fā)（adjacent forwarding）。如果一個LSR既能夠建立一條標(biāo)簽交換通道（LSP），又能維護(hù)該標(biāo)簽交換通道，那么該LSP在IGP中就支持鄰近轉(zhuǎn)發(fā)功能。

　　LSP分級：GMPLS定義了LSP等級來完成LSP的嵌套。從而支持業(yè)務(wù)量干線隧道（traffic Trunks）的建立。最低等級的LSP是開始和終結(jié)于分組交換的節(jié)點上，比它高一級的LSP是開始和終結(jié)在TDM交換節(jié)點上，更高一級的LSP是開始和終結(jié)在波長交換節(jié)點上，最高等級的LSP是開始和終結(jié)在光纖交換節(jié)點上。

　　信令的拓展：計算完LSP的通道之后，入口的LSR使用RSVP-TE和CR-LDP協(xié)議在通道上進(jìn)行標(biāo)簽的綁定。這里定義了通用的標(biāo)簽請求對象從而允許信令協(xié)議支持基于分組、TDM時隙、波長和光纖的LSP建立。

　　鏈路管理協(xié)議（LMP）：LMP運行在相鄰的節(jié)點之間，以簡化鏈路的管理。它負(fù)責(zé)建立和維護(hù)控制信道的連接能力；檢驗負(fù)荷信道的物理連續(xù)性，并快速識別鏈路、光纖和信道的故障。

　　鏈路綁定（Link bundling）：在有些情況下，一對LSR可能是由一組平行的鏈路或波長連接起來的。為了提高流量工程的可擴展性，GMPLS允許把一套平行的鏈路歸并到同一個IGP中作為單個鏈路使用。

　　約束路由（Constraint-based routing）：GMPLS使用約束路由機制來分配相關(guān)的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲㄊ褂肐GP拓展轉(zhuǎn)發(fā)相鄰節(jié)點的狀態(tài)信息。接著基于約束路由機制的選路系統(tǒng)就可以使用這些信息來計算通過光傳送網(wǎng)的點到點的通路。通路計算完后，GMPLS就依靠RSVP-TE和CR-LDP協(xié)議在特定的通路上建立標(biāo)簽綁定。

GMPLS對傳統(tǒng)MPLS

控制平面的擴展

　　只跨越PSC接口的LSP的建立在原有的MPLS或MPLS-TE控制平面中已有明確定義，GMPLS擴展這些控制平面以支持以上介紹的四種等級的交換接口（即層次）。GMPLS非常適合于完全獨立的對每一層次進(jìn)行控制。這種巧妙的方法將有利于將來其它組網(wǎng)模型的開發(fā)。GMPLS控制平面由多個構(gòu)建模塊組成，這些構(gòu)建模塊是真正的對IETF的MPLS經(jīng)擴展和修改后的信令和路由協(xié)議，它們可以使用ipv4和/或IPv6地址。支持GMPLS的操作，相對于以往的MPLS只需要增加一個新的特定協(xié)議，即鏈路管理信令協(xié)議（LMP）。

　　GMPLS是真正的基于MPLS的流量工程（TE）擴展，這是因為大部分能夠使用于底層PSC的技術(shù)都要求一些流量工程，這些層次LSP的配置一般需要考慮一些約束（如帶寬、保護(hù)能力等）并旁路最短路徑優(yōu)先算法（SPF）。這一點并非強制性的，某些情況下可以使用SPF路由。

　　擴展傳統(tǒng)的路由協(xié)議和算法需要統(tǒng)一的編碼和傳遞TE鏈路信息，而光網(wǎng)絡(luò)的信令要求使用顯式路由（如源路由）。另外，針對光網(wǎng)絡(luò)的信令要求能夠傳輸所需要的LSP參數(shù)，如帶寬、信號的類型、所希望的保護(hù)、特定復(fù)用的位置等，許多協(xié)議擴展已經(jīng)為PSC(IP)定義了MPLS流量工程。GMPLS主要是增加了額外的對于TDM、LSC和FSC流量工程支持的功能擴展。只有很少的部件是與特定技術(shù)相關(guān)的，這樣，GMPLS擴展了兩個定義于MPLS-TE信令中的信令協(xié)議，即RSVP-TE和CR-LDP。但是，GMPLS并不規(guī)定必須使用哪一個信令協(xié)議，而由廠商和運營商根據(jù)其自身的條件決定。

　　因為GMPLS是基于RSVP-TE和CR-LDP的，所以規(guī)定下游請求標(biāo)簽分配和分發(fā)模式，由入口節(jié)點發(fā)起命令控制。標(biāo)簽分配策略沒有限制，可以為請求驅(qū)動（為了電路交換技術(shù)）、業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)驅(qū)動或為拓?fù)潋?qū)動。在路由選擇中，顯式路由在使用上沒有限制，正常采用顯式路由（嚴(yán)格或松散），但逐跳路由也同樣可以使用。GMPLS進(jìn)一步擴展兩個傳統(tǒng)的已為TE擴展的域內(nèi)路由協(xié)議，即OSPF-TE和IS-IS-TE。但是如果使用顯式路由，這些協(xié)議所使用的路由算法則不再需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，因為它們此時只是用于顯式路由的計算，從而不再使用逐跳路由。對域間路由，如BGP的擴展還有待進(jìn)一步研究。

　　DWDM等技術(shù)的使用意味著我們現(xiàn)在能夠在兩個直接相鄰的節(jié)點間擁有大數(shù)目的平行鏈路（上百的波長數(shù)，如果使用多條光纖甚至上千的波長數(shù)）。如果希望重用GMPLS則需要對這種控制平面作一些輕微的修改。

　　如果對如此眾多的鏈路進(jìn)行手工配置和控制，即使它們是很有限的也是完全不可行的。為了解決這個問題，在GMPLS中引入了鏈路捆綁的概念。鏈路管理協(xié)議（LMP）就是針對這個問題提出的。LMP運行于相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)平面上，用于鏈路提供和故障隔離。LMP能夠重用其它的內(nèi)容，同時還可以使用于非GMPLS的信令協(xié)議中。

　　LMP的一個獨有的特性是它可以隔離透明和非透明網(wǎng)絡(luò)的故障，獨立于數(shù)據(jù)所使用的編碼方案。LMP可用于驗證節(jié)點間的連接，并隔離網(wǎng)絡(luò)中的鏈路、光纖或信道故障。MPLS信令和路由協(xié)議要求至少具有一個雙向控制信道以進(jìn)行通信，甚至在兩個相鄰節(jié)點以單向鏈路相連時也如此，可以使用多個控制信道。LMP可用于建立、維護(hù)和管理這些控制信道。

　　GMPLS不規(guī)定這些控制信道必須如何實現(xiàn)，但GMPLS要求在IP上傳輸這些信令和路由協(xié)議。控制信道可以是帶內(nèi)的或帶外的，承載IP有多個方案可選。有一種LMP信息使用數(shù)據(jù)平面的帶內(nèi)信道，它可以不在IP上進(jìn)行傳輸，但這只是一種特殊情況，需要在數(shù)據(jù)平面上驗證連接性。

　　目前IETF正致力于使GMPLS不僅可支持疊加模型也可以支持對等模型方面的工作，建議為MPLS流量工程構(gòu)造基于IGP 擴展的光網(wǎng)絡(luò)控制平面，用附加功能的擴展來發(fā)布相關(guān)的光傳送網(wǎng)狀態(tài)信息。在對等模型情況下，光層內(nèi)部的拓?fù)湫畔⒁l(fā)布給電層。基于約束的路由系統(tǒng)使用這些狀態(tài)信息來計算端到端光通道的路徑。GMPLS建議的光網(wǎng)絡(luò)控制平面也用擴展MPLS信令協(xié)議建立端到端的光通道。注意，在GMPLS方法的對等模型下，不需要專門的UNI信令，而在動態(tài)重疊模型情況下，要求有UNI信令。當(dāng)前已經(jīng)有人建議把RSVP和LDP擴展為UNI信令。

GMPLS與傳統(tǒng)的MPLS-TE的差別

　　為了提高M(jìn)PLS網(wǎng)絡(luò)的流量工程水平，以往也對MPLS協(xié)議進(jìn)行了大量的針對流量工程的擴展，那么這些協(xié)議擴展與GMPLS有何不同呢？

　　1.在MPLS-TE中，LSP上的鏈路可以包括混合的具有不同標(biāo)簽編碼的鏈路（如路由器之間的鏈路，路由器和ATM-LSR之間的鏈路，ATM-LSR之間的鏈路）。GMPLS對它進(jìn)行了擴展，包括了標(biāo)簽編碼為時隙或波長或光纖的鏈路。

　　2.在MPLS-TE中，傳遞IP的LSP必須開始和結(jié)束于路由器；GMPLS則要求LSP開始和結(jié)束于類型相似的LSR

　　3. GMPLS中LSP可以承載的負(fù)荷類型擴展為這樣的負(fù)荷，如SONET/SDH，1或10G以太網(wǎng)幀等。

　　4. 對于非PSC接口，實行LSP的帶寬分配可以是離散的單位。

　　5. 非PSC鏈路比PSC鏈路具有更少的標(biāo)簽。

　　6. 轉(zhuǎn)發(fā)相鄰FA的使用，當(dāng)只能以離散的單位進(jìn)行帶寬分配時，提供了一種提高帶寬利用率的機制，同時也是集成轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的一種機制，這樣使得請求的標(biāo)簽數(shù)量得以減少。

　　7. GMPLS允許上游節(jié)點建議一個標(biāo)簽以減少建立時延。這種建議可以被下游節(jié)點所重寫，但在某些情況下是以增加LSP的建立時間為代價的。

　　8. GMPLS擴展了限制下游節(jié)點所能選取的標(biāo)簽范圍的觀念，GMPLS中，一個入口或其它上游節(jié)點可以限制一個LSP在一個單跳或整條LSP路徑上所能夠使用的標(biāo)簽。

　　9.當(dāng)傳統(tǒng)基于TE（甚至基于LDP）的LSP為單向時，GMPLS支持建立雙向的LSP。

　　10. GMPLS支持一條LSP終結(jié)于特定的出口端口，即由目的端進(jìn)行端口的選取。

　　11. GMPLS和RSVP-TE支持特定快速故障通知的RSVP機制。

GMPLS的技術(shù)優(yōu)勢

　　GMPLS為新的IP構(gòu)架提供了強大的和靈活的信令、路由解決方案。主要優(yōu)點：

　　1. GMPLS對開放標(biāo)準(zhǔn)的支持允許運營商和業(yè)務(wù)供應(yīng)商來選擇最佳的設(shè)備以滿足持續(xù)增長的網(wǎng)絡(luò)性能需求。　　

　　2.對等模型允許傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湎騃P路由器全面開放，從而使IP路由器在為LSP計算通路時可以充分利用光層的資源。

　　3.消除了疊加模型中使用n2個光信道的全鏈路來交換路由信息的需要，對等模型使得IP路由網(wǎng)絡(luò)具有拓展性。

　　4. GMPLS可以使現(xiàn)有的運營商和服務(wù)供應(yīng)商能充分利用傳統(tǒng)的MPLS流量工程。

　　5. GMPLS消除了重新開發(fā)、測試和量化新型控制協(xié)議的必要性。

　　6.開放式的標(biāo)準(zhǔn)使得UNI和NNI標(biāo)準(zhǔn)能夠并行發(fā)展，因此能不斷地滿足運營商和服務(wù)供應(yīng)商的需求。

　　7. GMPLS與OIF UNI并行工作從而使服務(wù)供應(yīng)商能夠靈活地根據(jù)實際需要來選擇合適的方法配置網(wǎng)絡(luò)。

　　8. GMPLS實現(xiàn)了快速的配置并能夠?qū)崿F(xiàn)按需分配。這種全新的光互聯(lián)網(wǎng)能在數(shù)秒鐘內(nèi)分配帶寬資源、提供新的增值業(yè)務(wù)和為業(yè)務(wù)提供商節(jié)約大量的運營費用。

摘自《通訊世界》

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