消費者通信帶寬和服務的需求一直在增長，并且越來越關心服務的最終價值。這種巨大的壓力迫使電信運營商不斷地提高網絡的效率和靈活性。在產業的前沿，許多以改進網絡為目的創新正在有效地緩解這些壓力。目前正在研發或者已經實現的創新包括：簡化網絡結構來更好地利用資源和提供服務；采用新的交換技術來提高網絡的可擴展性和靈活性；采用新協議將ip控制平面的能力擴展到其他類型的業務中，從而構建更加智能和靈活的網絡。本文重點介紹通用多協議標簽交換（GMPLS）和一種新的快速不透明交換技術光子業務交換（PSS）,以及它們對網絡的設計和效率產生的影響。

    分層結構存在的問題

    現階段的網絡是分層的。分層結構產生于新業務和擴容帶來的壓力，體現了一種“分而治之”的思想方法。網絡中每增加一層都是為了處理特定的業務類型和提供一些特定的服務而。隨著時間的推移，人們開始用某一層或某一類型業務的專用設備來粗略的代表這一層：IP路由器代表分組服務；ATM交換機代表完善的業務流量控制能力；SONET/SDH設備代表快速可恢復的點對點的傳輸；DWDM交換機代表高效傳送。

    多種多樣的專用設備的每一種只提供有限的網絡功能，結果設備的設計雖然更簡單了，卻產生了復雜的分層網絡。另外，由于每一層的治理和控制方法是在不同的應用環境下發展起來的，因此各層的控制方法存在著很大的差異，這使整個網絡的治理變得非常復雜而昂貴。

    為解決這些問題，電信業一直在嘗試通過合并分層以及減少設備的種類來控制建設和治理網絡的成本。然而，一些層并不能夠簡單地去掉，它們的功能必須集成到保留下來的層中。

    例如，從IP-over-ATM到IP-over-MPLS的過渡就是最近一次減少網絡層次的嘗試。這樣，可以無需對單獨的ATM技術進行治理，因此使IP標簽交換路由器（LSR）最終可以代替ATM交換機。然而，要使這種簡化具有使用價值，就必須將ATM的主要優勢例，如建立連接以及面向連接的流量控制等，集成到MPLS中的IP協議中，所以IP協議的功能需要顯著加強。

    同樣的，最近開始了一場有關光傳輸發展的爭論，爭論的主題是：是否應去掉SONET/SDH層以支持IPLSR直接和光交叉連接設備（OXC）相連。雖然SONET/SDH層可以去掉，但是諸如流量治理和保護/恢復等SONET/SDH的優勢還是要保留的。假如不能產生收入的話，再高效的網絡也沒有價值。對于許多電信運營商來說，SONET/SDH服務是一個巨大的市場，不能要求他們放棄這些服務帶來的收益而只換來更高效網絡的承諾。

    當采用IPoverWDM網絡時，為了保持市場和收益，IP層或是光層再或是兩層都需要有保護和恢復功能。要求基于MPLS的網絡提供SONET服務意味著MPLS和LSR必須具有復雜的仿真能力。而符合這個要求的新的協議還需要經過很多年的發展、成熟，才能像今天的SONET這樣被大家信任。

    很明顯，解決分層存在的問題不是簡單的去掉某些層。而是減少網絡中個別設備的數量同時簡化層間的控制體系。令人欣慰的是，這個解決方案無需開發一種新的協議。但是，它需要一個可以支持不同層接口的設備，同時在不減少層的前提下提供縱向集成。

    從重疊模型到對等模型

    由于歷史的原因，控制和治理不同的網絡層使用完全不同的方法。分層網絡的發展很自然的形成了“重疊網絡”。一個重疊網絡分成IP(或稱為服務)和SONET/光（或稱為傳輸）兩部分。這個模型的典型的特點是在業務層和傳輸層之間不交換拓撲和資源信息。這種結構使分層的物理網絡治理起來昂貴同時導致帶寬利用率低。

    幸運的是，除了重疊模型以外我們還可以有其他的選擇。對等網絡是治理分層物理網絡的另外的選擇。通過一個共同的控制平面和一套適合于各個層面的單一的協議如GMPLS，對等模型提高了網絡的效率。例如，在一個IPoverDWDM網絡中，IP層和光層被看成一個網絡，有著統一的治理和流量控制。OXC和路由器被控制平面視為對等實體，所以用戶-網絡接口（UNI）（在路由器和OXC之間）和網絡-網絡接口（NNI）（在OXC之間）是沒有差別的。對等模型的提出使IP層和光層的無縫連接成為可能。然而，在對等模型中，層之間是可以互相看見的，實際上這種模型保留了傳統的分層物理結構以及其特有的網絡設備，因此也保留了一些重疊模型所固有的復雜性和低效性的特點。

    縱向集成或是“統一”網絡是除了重疊網絡和對等網絡的又一個可以選擇的網絡模型。它摒棄了分層的物理結構，提出了一種由縱向集成的網元構成的網絡。圖1所示為一個使用PSS交換機的縱向集成網絡。請注重，對集成的業務和傳輸網絡，只需要一種類型的網元。

    圖1

    假如能夠通過一個單一設備對不同層面進行統一的控制和治理，那么這種縱向集成結構的全部優點就能發揮出來了。從這種意義上說，縱向集成網絡類似于一個對等網絡。所有網元都將GMPLS作為路由和信令協議，每個網元都了解所有其他的網元以及網絡拓撲的信息。然而，因為縱向集成網絡減少了所需網元的種類并且大大簡化了網絡的物理結構，所以縱向集成網絡的效率是遠高于對等網絡的。

    縱向集成網絡結構需要一種像PSS交換機這樣的新網元，這是一種快速不透明的交換機，可以同時交換IP、TDM以及波長業務。對于縱向集成網絡而言，是不需要層專用設備的。

    表1中給比較了分層結構和縱向集成結構的主要特點。

    在一個縱向集成網絡中，同一個設備必須支持不同的接口，包括IP、TDM和波長業務等。這樣就減少了網絡中的設備數量，同時使運營商在設計網絡時有了更多的選擇。縱向集成保留了運營商們所知和所需的不同層的功能和優點，例如IP或MPLS、SONET和光層。運營商既可以充分利用各層特有的性能，如粒度、保護和恢復功能等，又可以保持網絡的簡單和高效。GMPLS使統一的治理成為可能，在不同的層面治理網絡和配給業務是相同的，于是某種服務可以分配給最恰當的網絡層面。最后，縱向集成網絡無需在某一層中仿真另外一層的功能。

    PSS和GMPLS

    構造PSS網絡，GMPLS和一種新型網元——PSS交換機——都是必不可少的。PSS交換機包括可靠、快速的光交換背板和電子線路卡，它將光技術和電技術的最優屬性結合在一起。圖2顯示了多業務類型的PSS交換機，圖3所示為僅有分組交換接口的PSS交換機。光交換背板使PSS交換機幾乎具有無限的可擴展性。不同的線路卡適合于不同的業務類型，因此當應用環境發生變化時，交換機只需更換線路卡。例如，一個在純IP環境下使用的交換機，通過增加恰當的線路卡就可以交換TDM業務。這種多功能性說明，在從重疊型網絡向最終的GMPLSPSS網絡發展的過程中，使用PSS交換機是非常合適的。

    圖2

    圖3

    GMPLS使所有類型的業務都能自動配給。從IP經過MPLS（多協議標簽交換）和MPλS(多協議波長交換)發展而來，GMPLS是一系列協議的不斷擴展，最終可以對分組交換、TDM和波長交換進行統一控制。協議擴展的結果使標簽分配、流量控制、保護以及恢復等功能所涉及到的路由和信令協議發生了變化。GMPLS的發展是從下面的前提開始的：

    用于IP網的路由和信令協議是可以擴展的，并且可以適用于其他類型的業務，如TDM和波長交換。

    協議的擴展將能夠對所有類型的業務的配給進行全面地集成。

    光交換技術的發展將最終實現波長轉換，同時，假如給定適當的協議，可以實現智能光交換。

    GMPLS具有類似“膠水”的能力，它可以將承載不同類型業務的網絡的不同部分粘在一起。圖4給出了GMPLS交換接口的體系結構。

    圖4

    更快更準確地配給業務，連同更高效的保護和恢復方案，僅僅是GMPLS可以帶給未來網絡的兩個好處。GMPLS利用控制平面可以自動配置資源，發現網絡拓撲，簡化并加速連接的建立和拆除。這使GMPLS網絡非常靈活，且能夠迅速地響應用戶的要求，同時動態地治理網絡。

    在點對點的電路配置中，令人生厭的笨拙的集中式手工配置仍然占統治地位，假如用GMPLS的自動配給取而代之，則不僅能夠提高配給速度，而且能夠減少錯誤。

    在保護和恢復方面也可能取得類似的進展。雖然在一個重疊網絡中，每一層對于它所攜帶的特定類型的業務而言是高效的，但是層與層間經常需要重復保護。一個具有自身保護機制的業務網絡也依靠于業務鏈路，也就是是傳輸網絡的連接。在分層網絡中，服務網絡無法獲得傳輸網絡的信息，也無法知道經過傳輸網絡的連接是否是不同的。業務網絡必須明確提出它經過傳輸網絡所要求的保護級別，這樣，經常會導致資源的重復分配。

    在對等網絡或者GMPLS縱向集成網絡中，業務和傳輸間的交流障礙消除了，從而使所要求的保護占用最少的資源。假如業務網絡確信在經過傳輸部分時采取多徑傳輸，那么可以選擇在傳輸過程中不加保護。無論業務層要求多少冗余度，多徑傳輸都可以提供足夠的保護，而無需近一步重復保護。節省下的資源可以分配給其他的用途，用戶也會因此而受益。

    同樣地，由于共享了GMPLS提供的信息，網絡傳輸端的保護也提高了效率。例如，假如傳輸端知道兩條業務鏈路在業務層保護方案中是不相關的，它就可以使這兩個業務在傳輸層共享備用資源，而無需分配兩次資源。

    既不是全部也不是全不

    要求對等網絡和GMPLS縱向集成網絡馬上就全部實施是不現實的。現在不是全部實施還是全不實施的問題，而是先做什么和按什么順序做的問題。開始時，GMPLS和PSS可以僅僅應用于傳統重疊網絡中的一層，在提高整體網絡效率的要求的促使下，逐步地擴展到其他層面。下面描述了向最終的縱向集成網絡過渡中的幾個可能的階段。

    ‧階段0：采用現在普遍的重疊網絡。IP業務網絡運行IP/MPLS協議。傳輸網絡應用網絡治理協議或者專有協議簡化業務的建立，即網元間點對點的連接。業務配給人員通過電話或者是互聯網提出建立或拆除連接的請求。

    ‧階段1：提高建立連接的速度和準確性，增加網絡的靈活性和效率。業務層提出的建立或拆除連接的請求是自動提交給傳輸層的。業務層網絡通過一個信令接口與傳輸層網絡交換請求。這個接口最初是光互聯論壇（OpticalInternetworkingForum）定義的UNI，它主要基于GMPLS的信令協議。

    階段2：層間協議標準化，逐步向業務層和傳輸層集成控制的目標靠近。在這個階段，GMPLS協議將取代傳輸層的網絡治理和專有控制協議，這樣就簡化了節點間連接的建立。

    階段3：集成化的最終階段。一旦運營商利用集成網絡結構充分提高了效率，在業務網絡和傳輸網絡之間交換信息，即控制平面的集成就可以實現了。在一個采用PSS交換機、運行GMPLS協議的網絡中，對于所有類型的業務，GMPLS都作為信令協議和路由協議的標準。所有網元都了解無論是攜帶了何種業務的其他網元的信息。GMPLS路由和信令協議可以用于波長交換、TDM以及分組交換業務。假如交換機將業務負荷所涉及的分組交換、TDM、波長交換的線路卡恰當組合并配置，則可以近一步提高效率。

    新的可能性

    很明顯，GMPLS和PSS既可以用于重疊網絡，又可以用于縱向集成網絡。通過信令協議和路由協議的擴展，GMPLS可用于分組交換、TDM以及波長交換業務。它將IP智能，包括各種QoS（服務品質），引入了所有類型的業務，簡化業務配給，改進了保護和恢復方案。GMPLS能夠提高重疊網絡和其他過渡網絡的效率，然而它只有在PSS網絡中才能最終實現最高的效率。

    不是在任何情況下，所有層面的集成都是最好的選擇。例如，電信運營商也許并不想和他的競爭對手一起分享所有的網絡信息。然而，隨著人們對帶寬和服務的需求日益增加，以及網絡拓撲從環形發展到格形帶來網絡的復雜性不斷增加，簡化網絡結構勢在必行。

    我們已經有了向為未來更高效的網絡演進的工具，即GMPLS和PSS。所以，現在擺在運營商面前關于網絡層集成的問題，不是是否需要和如何實現的問題，而是何時實施和集成到什么程度的問題。答案是：越快越好，越徹底越好。

    作者：DEBASHISBASAK翻譯：judyzuo