透視GMPLS技術

2019-11-03 10:23:00

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供稿：網(wǎng)友

何寧鄭偉　　隨著網(wǎng)絡的不斷擴大，數(shù)據(jù)業(yè)務量的不斷增長，業(yè)務的日趨復雜，使現(xiàn)有網(wǎng)絡不堪重負，人們越來越不能忍受這種盡力而為（ＢｅｓｔＥｆｆｏｒｔ）的傳輸模式了。

　　另一方面，互聯(lián)網(wǎng)服務提供商ＩＳＰＩｎｔｅｒｎｅｔＳｅｒｖｉｃｅＰｒｏｖｉｄｅｒｓ又比以往任何時候都更重視利潤，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ迫切需要在按需擴展的帶寬占用、快速便捷的路由選擇、有保證的服務質(zhì)量ＱｏＳＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ、靈活多樣的定制服務等多個方面得到快速發(fā)展。

　　正是由于上述多方面的需求驅(qū)動了ＩＰ技術與光通信技術的融合，使通用多協(xié)議標簽交換技術（ＧＭＰＬＳ，ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＭｕｌｔｉ－ｐｒｏｔｏｃｏｌＬａｂｅｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）的出現(xiàn)成為必然。

多協(xié)議標簽交換技術ＭＰＬＳ

　　ＧＭＰＬＳ是由ＭＰＬＳ演化而來的，它是邏輯上從ＩＰ通過ＭＰＬＳ演進延伸的技術。ＭＰＬＳ，即多協(xié)議標簽交換技術，是一種基于ＩＰ技術，利用標簽引導數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)慕粨Q技術。ＭＰＬＳ采用集成模式，將ＩＰ技術與ＡＴＭ技術良好地結(jié)合在一起，兼具了ＡＴＭ的高速性能、ＱＯＳ性能、流量控制性能與ＩＰ的靈活性和可擴充性。

　　ＭＰＬＳ最初來自于第三層交換，但它并沒有局限在單純的第三層交換中，而是站在一個更高的視角。它采用標準分組處理方式對第三層的分組進行轉(zhuǎn)發(fā)，采用標簽交換對第二層分組進行交換。

　　ＭＰＬＳ主要由標簽交換路由器ＬＳＲ、標簽邊緣路由器ＬＥＲ、標簽分發(fā)協(xié)議ＬＤＰ和標簽交換路徑ＬＳＰ等多個組件構成。ＭＰＬＳ使用現(xiàn)有路由協(xié)議（如開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議ＯＳＰＦ）建立目的網(wǎng)絡的可達性，同時使用新的控制協(xié)議ＬＤＰ在網(wǎng)絡交換機間共享標簽信息。ＭＰＬＳ是一種面向路徑的技術，與ＡＴＭ、幀中繼網(wǎng)絡中的交換路徑一樣，通過預留的網(wǎng)絡資源傳輸，以滿足不同服務質(zhì)量的要求。

　　ＭＰＬＳ提供了一種實現(xiàn)高效路由和資源預留的機制，改善了傳統(tǒng)ＩＰ路由選擇的性能，增加了網(wǎng)絡的吞吐能力，解決了當前網(wǎng)絡所面臨的關鍵問題——高速性、可擴展性、高效的服務質(zhì)量ＱＯＳ管理和流量工程ＴＥ。但是，隨著芯片技術的發(fā)展，基于ＡＳＩＣ的路由查詢引擎可以以線速轉(zhuǎn)發(fā)ＩＰ分組，降低了為提高性能而對ＭＰＬＳ的嚴格要求。那么人們?yōu)槭裁催€對ＭＰＬＳ如此感興趣呢？答案是融合。如今在光纖、無線和語音網(wǎng)絡等領域中正在采用數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的理念，而ＭＰＬＳ正是這次融合技術的核心。

ＧＭＰＬＳ的特點和優(yōu)勢

　　光通信網(wǎng)絡中所交互的是大量的數(shù)據(jù)流，它使用的變量單元也相應的是基于波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）、時隙（Ｔｉｍｅｓｌｏｔ）、甚至是波段（Ｗａｖｅｂａｎｄ）的。在中間節(jié)點的交換處，光交換機只要看到波長、時隙或者是波段的對照表就可以將數(shù)據(jù)流交換出去。光纖是光通信網(wǎng)絡中最明顯、最基本的交換單元。波長和光波段也是一個很普遍的交換單元。當然，還有延續(xù)至今仍然作為光網(wǎng)絡承載業(yè)務主流的時隙交換單元。

　　在光通信網(wǎng)絡中 ＧＭＰＬＳ對ＭＰＬＳ標簽進行了擴展，使得標簽可以對分組、時隙、波長、光纖等進行統(tǒng)一標記，使標簽具有有了真正意義上的“通用”。另一方面，ＧＭＰＬＳ擴展了ＭＰＬＳ的標簽交換路徑ＬＳＰ機制，使得“通用”標簽和標簽交換路徑ＬＳＰ不僅僅可以支持分組交換接口（ＰＳＣ，ＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈＣａｐａｂｌｅ）、第二層交換接口（Ｌ２ＳＣ，Ｌａｙｅｒ２ＳｗｉｔｃｈＣａｐａｂｌｅ），還可以支持時隙交換接口（ＴＤＭＣ，ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇＣａｐａｂｌｅ）、波長交換接口（ＬＳＣ，ＬａｍｂｄａＳｗｉｔｃｈＣａｐａｂｌｅ）和光纖交換接口（ＦＳＣ，ＦｉｂｅｒＳｗｉｔｃｈＣａｐａｂｌｅ）。

ＧＭＰＬＳ引入鏈路管理協(xié)議

　　ａ．“通用”的標簽

　　與ＭＰＬＳ不同的是，ＧＭＰＬＳ將在信令協(xié)議中的標簽數(shù)值從原來的３２位擴展到了一個任意長度的陣列，并且修改了基于約束的標簽分配協(xié)議ＣＲ－ＬＤＰ和具有流量工程擴展的資源預留協(xié)議ＲＳＶＰ－ＴＥ，通過ＣＲ－ＬＤＰ中的通用標簽長度類型（ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＬａｂｅｌＴＬＶ）或者是ＲＳＶＰ－ＴＥ中的通用標簽對象ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＬａｂｅｌｏｂｊｅｃｔ來傳遞它們自己的信息。對于所有類型的ＧＭＰＬＳ標簽來說，其標簽值都直接暗示了響應數(shù)據(jù)流的帶寬。

　　ＧＭＰＬＳ定義了分組交換標簽來對支持分組交換接口ＰＳＣ和第二層交換接口Ｌ２ＳＣ，并專門設計了電路交換標簽和光交換標簽格式，用以滿足時隙交換接口ＴＤＭＣ、波長交換接口ＬＳＣ和光纖交換接口ＦＳＣ的需求。

　　ｂ．通用標簽交換路徑ＬＳＰ

　　ＧＭＰＬＳ擴充了ＭＰＬＳ關于標簽交換路徑ＬＳＰ的概念，它允許ＬＳＰ起始和終結(jié)于同類設備，而不僅僅是路由器。ＬＳＰ分級就是指大量具有相同入口節(jié)點的低等級ＬＳＰ在ＧＭＰＬＳ域的節(jié)點處匯集，再透明地穿過更高一級的ＬＳＰ隧道，最后再在遠端節(jié)點分離。這樣就可將較小粒度的業(yè)務整合成較大粒度的業(yè)務，減少ＧＭＰＬＳ域中使用的波長的數(shù)量，有助于處理離散性質(zhì)的光帶寬。ＧＭＰＬＳ的ＬＳＰ分級技術解決了光網(wǎng)絡帶寬分配的離散性和粗粒度問題，實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源的最大化利用。在ＬＳＰ的不同接口中，等級從高到低依次為光纖交換接口ＦＳＣ、波長交換接口ＬＳＣ、時隙交換接口ＴＤＭＣ、第二層交換接口Ｌ２ＳＣ、分組交換接口ＰＳＣ。此外，ＧＭＰＬＳ還特別定義了建立雙向ＬＳＰ的方法。雙向ＬＳＰ規(guī)定兩個方向的ＬＳＰ都應具有相同的流量工程參數(shù)，都采用同一條信令消息，兩個ＬＳＰ同時建立，這樣顯著降低了ＬＳＰ的建立時延和控制開銷。

　　ｃ．鏈路管理協(xié)議ＬＭＰ

　　在光通信網(wǎng)絡中，兩個相鄰節(jié)點間具有數(shù)目非常巨大的平行鏈路，為了對這些鄰接的鏈路拓撲狀態(tài)信息進行維護和管理，并獲得可擴展性，ＧＭＰＬＳ引入了鏈路管理協(xié)議ＬＭＰ。鏈路管理協(xié)議是ＧＭＰＬＳ為了有效管理相鄰節(jié)點間的鏈路和鏈路束而開發(fā)的協(xié)議。ＬＭＰ包括控制信道管理、鏈路所有權關聯(lián)、鏈路連接性驗證和故障管理等規(guī)程，其中后兩項是可選功能。

　　ＧＭＰＬＳ采用專用信道承載控制信息。控制信道被用于在兩個相鄰節(jié)點間承載信令、路由和網(wǎng)絡管理信息。在數(shù)據(jù)信道與控制信道分離后，ＧＭＰＬＳ必須為數(shù)據(jù)信道設計新的協(xié)議完成控制信道的管理，ＬＭＰ協(xié)議控制信道管理就是用于實現(xiàn)這部分功能。

　　通過鏈路所有權關聯(lián)，網(wǎng)絡中節(jié)點對鏈路的屬性所做的操作都可以被相鄰節(jié)點所獲知。

　　鏈路連通性驗證（ＬｉｎｋＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）是ＬＭＰ的一個可選規(guī)程，主要用于驗證數(shù)據(jù)鏈路的物理連接性以及交流可能使用于ＲＳＶＰ－ＴＥ和ＣＲ－ＬＤＰ信令中的鏈路標識，可通過在特定捆綁鏈路的每條數(shù)據(jù)鏈路上發(fā)送測驗消息來逐一驗證所有數(shù)據(jù)鏈路的連接性。

　　ＬＭＰ故障定位過程基于信道狀態(tài)信息的交流，并定義了多個信道狀態(tài)相關消息。一旦故障被定位，可用相應的信令協(xié)議激發(fā)鏈路或通道保護恢復過程。

　　ｄ．網(wǎng)絡模型

　　在光交換網(wǎng)絡中，存在著重疊（ｏｖｅｒｌａｙ）和對等（ｐｅｅｒ）兩種網(wǎng)絡架構。

　　在光互聯(lián)網(wǎng)論壇（ＯＩＦＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇＦｏｒｕｍ）所提出的重疊模型（也稱為用戶網(wǎng)絡接口ＵＮＩＵｓｅｒ－ＮｅｔｗｏｋＩｎｔｅｒｆａｃｅ）中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和光網(wǎng)絡保持著分立的網(wǎng)絡拓撲，以便在網(wǎng)絡運作時，保持分立的管理網(wǎng)域。在重疊模型中，路由器是連接到光域的客戶機，它只與相鄰的光節(jié)點打交道，實際的物理光路徑由光網(wǎng)絡來決定。

　　互聯(lián)網(wǎng)工程任務組ＩＥＴＦ所提出的對等模型以ＧＭＰＬＳ為基礎，將光交換器與ＭＰＬＳ路由器作為界面之間的對等裝置。對于所有的數(shù)據(jù)及光網(wǎng)絡裝置來說，網(wǎng)絡拓撲只有一個，這使得ＭＰＬＳ連接可以穿透數(shù)據(jù)網(wǎng)絡及光網(wǎng)絡的交換路徑，并由ＩＰ路由協(xié)議統(tǒng)一控制數(shù)據(jù)以及光網(wǎng)絡之間的溝通工作。

　　ｅ．ＧＭＰＬＳ的技術優(yōu)勢

　　ＧＭＰＬＳ擴展了ＭＰＬＳ控制平面的范圍，使之超出了路由器和ＡＴＭ交換機，一直擴展到了物理層設備。引入ＧＭＰＬＳ的概念后，通信網(wǎng)絡被清晰的劃分為控制平面、管理平面和傳送平面，不再是傳統(tǒng)意義上ＯＳＩ定義的七層協(xié)議的網(wǎng)絡層次。ＧＭＰＬＳ的技術優(yōu)勢主要包括以下幾個方面：

　　（１）多層網(wǎng)絡的虛擬專用網(wǎng)

　　在同一ＧＭＰＬＳ接口上，光網(wǎng)絡可以向客戶終端設備提供虛擬專用網(wǎng)ＶＰＮ功能，減少用戶端設備間連接的配置負擔，并提供連接安全性。

　　（２）流量工程和服務質(zhì)量

　　高效的流量工程和服務質(zhì)量是優(yōu)化網(wǎng)絡性能和加強服務提供商提高業(yè)務能力的重要方面也是獲得最大投資回報的關鍵。ＧＭＰＬＳ流量工程的實現(xiàn)以及光在路由和信令協(xié)議的擴展，大大地提高了網(wǎng)絡的有效性，優(yōu)化了網(wǎng)絡結(jié)構，對建立新一代智能光交換網(wǎng)絡具有重大的意義。

（３）保護與恢復

　　ＧＭＰＬＳ通過資源的重新分配來節(jié)省網(wǎng)絡資源。在重疊網(wǎng)絡的網(wǎng)絡模型中，每一個層次對于它所承載的業(yè)務類型都是有效的，業(yè)務網(wǎng)絡沒有關于傳輸網(wǎng)絡的信息，必須請求跨越傳輸網(wǎng)絡所希望的層的保護，經(jīng)常復制資源的重新分配。

　　（４）網(wǎng)絡的高效性和靈活性

　　ＧＭＰＬＳ不僅僅是一種實現(xiàn)ＩＰ的工具，它還使得光纖網(wǎng)絡更加智能化和靈活。光纖容量配置時間從幾個月縮短到幾秒鐘，ＩＰ和多業(yè)務客戶端設備可以動態(tài)地連接到具有所需速度和可靠性的光纖傳輸層，ＧＭＰＬＳ還允許每一個網(wǎng)絡層按照自己的屬性管理來確保網(wǎng)絡資源的最優(yōu)使用，這種靈活高效性可以很好地支持光ＶＰＮ、存儲域網(wǎng)絡和帶寬交易等新一代高贏利、高性能的光業(yè)務。

　　（５）按需擴展的帶寬占用和有選擇的分層業(yè)務

　　ＧＭＰＬＳ可以允許任何顆粒標簽交換路徑的組合，從最精細顆粒的標簽交換路徑到粗顆粒的標簽交換路徑。通過ＧＭＰＬＳ可以高效地將網(wǎng)絡資源重新分配給最合適的網(wǎng)絡層次，從而為最終用戶量身訂做最″獨特″的業(yè)務，通過優(yōu)化網(wǎng)絡資源的使用效率，滿足用戶的多樣多變的需求，同時降低了網(wǎng)絡的開銷。

　　ＧＭＰＬＳ技術是ＭＰＬＳ向光網(wǎng)絡擴展的必然產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為傳輸網(wǎng)絡從電路交換向分組交換的轉(zhuǎn)變以及光網(wǎng)絡層傳輸與交換功能的結(jié)合邁出了非常關鍵的一步。光纖交換接口

----《通信世界報》