GMPLS--ip與WDM無縫結(jié)合的要害

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量得到了迅猛增加，已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流。然而，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)是面向話音優(yōu)化的，要讓其高效地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，勢必需要開發(fā)新的技術(shù)。

為了傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用四層結(jié)構(gòu)的方式，如圖1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP層用于承載業(yè)務(wù)；ATM層用于集成多種業(yè)務(wù)，并為每種業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證；SDH層用于細(xì)粒度的帶寬分配，并為業(yè)務(wù)的傳輸提供可靠的保護(hù)機制；WDM層用于提供大容量的傳輸帶寬。這種四層結(jié)構(gòu)的傳輸方式雖然可保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但在使用中卻存在諸多問題。

首先，四層結(jié)構(gòu)方式存在"瓶頸"效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)中，帶寬的指配非常麻煩。不僅需要很長的人工配置時間，而且?guī)挼闹概涫芟抻诿恳粚釉O(shè)備的可用帶寬。即使絕大多數(shù)設(shè)備有空閑帶寬可用，但任意一層的任意一個設(shè)備的帶寬瓶頸，都可能限制整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬或容量的擴充。同時，任何一層設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；其次是傳輸效率低下。由于ATM和SDH都有大量的幀頭開銷，直接影響到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。例如，對于一個10Gb/s的STM-16（凈負(fù)荷容量為9.6Gb/s），采用四層結(jié)構(gòu)承載IP業(yè)務(wù)時，大約有2.4 Gb/s的帶寬要用于傳輸各種開銷字節(jié)，實際傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有7.2Gb/s，傳輸效率只有75%，可見效率之低；第三，四層結(jié)構(gòu)帶寬顆粒度過多，功能重疊。四層結(jié)構(gòu)的帶寬分配采用四種完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH幀、WDM波長，而實際使用時，完全不需要如此多的帶寬顆粒。而在功能上，每一層都帶有相鄰層的功能，非凡是保護(hù)和恢復(fù)功能，每一層都有，造成十分復(fù)雜甚至相互沖突的局面。總之，現(xiàn)有四層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已無法適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須開發(fā)新的技術(shù)手段。



　 圖1 IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

我們知道，近幾年迅速發(fā)展的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）已被證實是一種非常適合于在電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。MPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實現(xiàn)流量工程和快速重新選路，可以滿足業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，采用MPLS的基于約束的路由技術(shù)完全可以在流量工程中取代ATM。同樣，快速重新選路作為一種保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)也完全可以取代SDH。由此可見，使用IP/MPLS控制平臺提供的流量工程和快速重新選路，將使未來的傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以跨過ATM和SDH兩層（見圖1（b）），直接實現(xiàn)IP over WDM。無疑，這種IP via MPLS over WDM的網(wǎng)絡(luò)將是一個操作更簡單、花費最低、最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。 

然而，MPLS究竟是一種位于OSI七層模型中的第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層之間的2.5層技術(shù)，而WDM屬于光層，是第一層物理層的技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，則必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)--GMPLS。

為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時隙、光波長、光波長組、光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展（如VPN、光波長租用等），實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充；為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路治理協(xié)議LMP（Link Management PRotocol）；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運營的可靠，GMPLS又對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。下面將對GMPLS的這些特點加以說明。

一、通用多協(xié)議標(biāo)簽

1.1 GMPLS接口

我們知道，MPLS通過在IP包頭添加32bit的"shim"標(biāo)簽，可使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，可極大加快IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)簽進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換（主要是SDH）和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。

GMPLS定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記，分別是：

(1)、分組交換接口PSC（Packet Switch Capable）：進(jìn)行分組交換。通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如MPLS的標(biāo)簽交換路由器LSR基于"shim"標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 

(2)、第二層交換接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：進(jìn)行信元交換。通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如ATM LSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元；

(3)、時隙交換接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。典型如SDH的DXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀； 

(4)、波長交換接口LSC（Lambda Switch Capable）：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。例如OXC設(shè)備是一種基于光波長級別的設(shè)備，可以基于光波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。更進(jìn)一步還可以基于光波段作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光波段交換是光波長交換的進(jìn)一步擴展，它將一系列連續(xù)的光波長當(dāng)作一個交換單元。使用光波段交換可以有效減少單波長交換所帶來的波形失真，減少設(shè)備的光開關(guān)數(shù)量，還可以使光波長之間的間隔減小。；

(5)、光纖交換接口FSC（Fiber Switch Capable）：根據(jù)業(yè)務(wù)（光纖）在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作；

以上GMPLS五種接口類型的關(guān)系如圖2所示。



圖2 GMPLS五種接口類型

GMPLS--IP與WDM無縫結(jié)合的要害

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量得到了迅猛增加，已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流。然而，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)是面向話音優(yōu)化的，要讓其高效地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，勢必需要開發(fā)新的技術(shù)。

為了傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用四層結(jié)構(gòu)的方式，如圖1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP層用于承載業(yè)務(wù)；ATM層用于集成多種業(yè)務(wù)，并為每種業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證；SDH層用于細(xì)粒度的帶寬分配，并為業(yè)務(wù)的傳輸提供可靠的保護(hù)機制；WDM層用于提供大容量的傳輸帶寬。這種四層結(jié)構(gòu)的傳輸方式雖然可保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但在使用中卻存在諸多問題。

首先，四層結(jié)構(gòu)方式存在"瓶頸"效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)中，帶寬的指配非常麻煩。不僅需要很長的人工配置時間，而且?guī)挼闹概涫芟抻诿恳粚釉O(shè)備的可用帶寬。即使絕大多數(shù)設(shè)備有空閑帶寬可用，但任意一層的任意一個設(shè)備的帶寬瓶頸，都可能限制整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬或容量的擴充。同時，任何一層設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；其次是傳輸效率低下。由于ATM和SDH都有大量的幀頭開銷，直接影響到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。例如，對于一個10Gb/s的STM-16（凈負(fù)荷容量為9.6Gb/s），采用四層結(jié)構(gòu)承載IP業(yè)務(wù)時，大約有2.4 Gb/s的帶寬要用于傳輸各種開銷字節(jié)，實際傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有7.2Gb/s，傳輸效率只有75%，可見效率之低；第三，四層結(jié)構(gòu)帶寬顆粒度過多，功能重疊。四層結(jié)構(gòu)的帶寬分配采用四種完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH幀、WDM波長，而實際使用時，完全不需要如此多的帶寬顆粒。而在功能上，每一層都帶有相鄰層的功能，非凡是保護(hù)和恢復(fù)功能，每一層都有，造成十分復(fù)雜甚至相互沖突的局面。總之，現(xiàn)有四層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已無法適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須開發(fā)新的技術(shù)手段。



　 圖1 IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

我們知道，近幾年迅速發(fā)展的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）已被證實是一種非常適合于在電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。MPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實現(xiàn)流量工程和快速重新選路，可以滿足業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，采用MPLS的基于約束的路由技術(shù)完全可以在流量工程中取代ATM。同樣，快速重新選路作為一種保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)也完全可以取代SDH。由此可見，使用IP/MPLS控制平臺提供的流量工程和快速重新選路，將使未來的傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以跨過ATM和SDH兩層（見圖1（b）），直接實現(xiàn)IP over WDM。無疑，這種IP via MPLS over WDM的網(wǎng)絡(luò)將是一個操作更簡單、花費最低、最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。 

然而，MPLS究竟是一種位于OSI七層模型中的第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層之間的2.5層技術(shù)，而WDM屬于光層，是第一層物理層的技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，則必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)--GMPLS。

為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時隙、光波長、光波長組、光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展（如VPN、光波長租用等），實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充；為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路治理協(xié)議LMP（Link Management Protocol）；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運營的可靠，GMPLS又對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。下面將對GMPLS的這些特點加以說明。

一、通用多協(xié)議標(biāo)簽

1.1 GMPLS接口

我們知道，MPLS通過在IP包頭添加32bit的"shim"標(biāo)簽，可使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，可極大加快IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)簽進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換（主要是SDH）和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。

GMPLS定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記，分別是：

(1)、分組交換接口PSC（Packet Switch Capable）：進(jìn)行分組交換。通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如MPLS的標(biāo)簽交換路由器LSR基于"shim"標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 

(2)、第二層交換接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：進(jìn)行信元交換。通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如ATM LSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元；

(3)、時隙交換接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。典型如SDH的DXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀； 

(4)、波長交換接口LSC（Lambda Switch Capable）：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。例如OXC設(shè)備是一種基于光波長級別的設(shè)備，可以基于光波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。更進(jìn)一步還可以基于光波段作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光波段交換是光波長交換的進(jìn)一步擴展，它將一系列連續(xù)的光波長當(dāng)作一個交換單元。使用光波段交換可以有效減少單波長交換所帶來的波形失真，減少設(shè)備的光開關(guān)數(shù)量，還可以使光波長之間的間隔減小。；

(5)、光纖交換接口FSC（Fiber Switch Capable）：根據(jù)業(yè)務(wù)（光纖）在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作；

以上GMPLS五種接口類型的關(guān)系如圖2所示。



圖2 GMPLS五種接口類型

GMPLS--IP與WDM無縫結(jié)合的要害

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量得到了迅猛增加，已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流。然而，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)是面向話音優(yōu)化的，要讓其高效地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，勢必需要開發(fā)新的技術(shù)。

為了傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用四層結(jié)構(gòu)的方式，如圖1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP層用于承載業(yè)務(wù)；ATM層用于集成多種業(yè)務(wù)，并為每種業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證；SDH層用于細(xì)粒度的帶寬分配，并為業(yè)務(wù)的傳輸提供可靠的保護(hù)機制；WDM層用于提供大容量的傳輸帶寬。這種四層結(jié)構(gòu)的傳輸方式雖然可保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但在使用中卻存在諸多問題。

首先，四層結(jié)構(gòu)方式存在"瓶頸"效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)中，帶寬的指配非常麻煩。不僅需要很長的人工配置時間，而且?guī)挼闹概涫芟抻诿恳粚釉O(shè)備的可用帶寬。即使絕大多數(shù)設(shè)備有空閑帶寬可用，但任意一層的任意一個設(shè)備的帶寬瓶頸，都可能限制整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬或容量的擴充。同時，任何一層設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；其次是傳輸效率低下。由于ATM和SDH都有大量的幀頭開銷，直接影響到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。例如，對于一個10Gb/s的STM-16（凈負(fù)荷容量為9.6Gb/s），采用四層結(jié)構(gòu)承載IP業(yè)務(wù)時，大約有2.4 Gb/s的帶寬要用于傳輸各種開銷字節(jié)，實際傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有7.2Gb/s，傳輸效率只有75%，可見效率之低；第三，四層結(jié)構(gòu)帶寬顆粒度過多，功能重疊。四層結(jié)構(gòu)的帶寬分配采用四種完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH幀、WDM波長，而實際使用時，完全不需要如此多的帶寬顆粒。而在功能上，每一層都帶有相鄰層的功能，非凡是保護(hù)和恢復(fù)功能，每一層都有，造成十分復(fù)雜甚至相互沖突的局面。總之，現(xiàn)有四層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已無法適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須開發(fā)新的技術(shù)手段。



　 圖1 IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

我們知道，近幾年迅速發(fā)展的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）已被證實是一種非常適合于在電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。MPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實現(xiàn)流量工程和快速重新選路，可以滿足業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，采用MPLS的基于約束的路由技術(shù)完全可以在流量工程中取代ATM。同樣，快速重新選路作為一種保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)也完全可以取代SDH。由此可見，使用IP/MPLS控制平臺提供的流量工程和快速重新選路，將使未來的傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以跨過ATM和SDH兩層（見圖1（b）），直接實現(xiàn)IP over WDM。無疑，這種IP via MPLS over WDM的網(wǎng)絡(luò)將是一個操作更簡單、花費最低、最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。 

然而，MPLS究竟是一種位于OSI七層模型中的第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層之間的2.5層技術(shù)，而WDM屬于光層，是第一層物理層的技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，則必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)--GMPLS。

為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時隙、光波長、光波長組、光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展（如VPN、光波長租用等），實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充；為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路治理協(xié)議LMP（Link Management Protocol）；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運營的可靠，GMPLS又對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。下面將對GMPLS的這些特點加以說明。

一、通用多協(xié)議標(biāo)簽

1.1 GMPLS接口

我們知道，MPLS通過在IP包頭添加32bit的"shim"標(biāo)簽，可使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，可極大加快IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)簽進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換（主要是SDH）和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。

GMPLS定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記，分別是：

(1)、分組交換接口PSC（Packet Switch Capable）：進(jìn)行分組交換。通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如MPLS的標(biāo)簽交換路由器LSR基于"shim"標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 

(2)、第二層交換接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：進(jìn)行信元交換。通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如ATM LSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元；

(3)、時隙交換接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。典型如SDH的DXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀； 

(4)、波長交換接口LSC（Lambda Switch Capable）：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。例如OXC設(shè)備是一種基于光波長級別的設(shè)備，可以基于光波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。更進(jìn)一步還可以基于光波段作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光波段交換是光波長交換的進(jìn)一步擴展，它將一系列連續(xù)的光波長當(dāng)作一個交換單元。使用光波段交換可以有效減少單波長交換所帶來的波形失真，減少設(shè)備的光開關(guān)數(shù)量，還可以使光波長之間的間隔減小。；

(5)、光纖交換接口FSC（Fiber Switch Capable）：根據(jù)業(yè)務(wù)（光纖）在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作；

以上GMPLS五種接口類型的關(guān)系如圖2所示。



圖2 GMPLS五種接口類型

GMPLS--IP與WDM無縫結(jié)合的要害

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量得到了迅猛增加，已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流。然而，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)是面向話音優(yōu)化的，要讓其高效地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，勢必需要開發(fā)新的技術(shù)。

為了傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用四層結(jié)構(gòu)的方式，如圖1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP層用于承載業(yè)務(wù)；ATM層用于集成多種業(yè)務(wù)，并為每種業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證；SDH層用于細(xì)粒度的帶寬分配，并為業(yè)務(wù)的傳輸提供可靠的保護(hù)機制；WDM層用于提供大容量的傳輸帶寬。這種四層結(jié)構(gòu)的傳輸方式雖然可保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但在使用中卻存在諸多問題。

首先，四層結(jié)構(gòu)方式存在"瓶頸"效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)中，帶寬的指配非常麻煩。不僅需要很長的人工配置時間，而且?guī)挼闹概涫芟抻诿恳粚釉O(shè)備的可用帶寬。即使絕大多數(shù)設(shè)備有空閑帶寬可用，但任意一層的任意一個設(shè)備的帶寬瓶頸，都可能限制整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬或容量的擴充。同時，任何一層設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；其次是傳輸效率低下。由于ATM和SDH都有大量的幀頭開銷，直接影響到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。例如，對于一個10Gb/s的STM-16（凈負(fù)荷容量為9.6Gb/s），采用四層結(jié)構(gòu)承載IP業(yè)務(wù)時，大約有2.4 Gb/s的帶寬要用于傳輸各種開銷字節(jié)，實際傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有7.2Gb/s，傳輸效率只有75%，可見效率之低；第三，四層結(jié)構(gòu)帶寬顆粒度過多，功能重疊。四層結(jié)構(gòu)的帶寬分配采用四種完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH幀、WDM波長，而實際使用時，完全不需要如此多的帶寬顆粒。而在功能上，每一層都帶有相鄰層的功能，非凡是保護(hù)和恢復(fù)功能，每一層都有，造成十分復(fù)雜甚至相互沖突的局面。總之，現(xiàn)有四層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已無法適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須開發(fā)新的技術(shù)手段。



　 圖1 IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

我們知道，近幾年迅速發(fā)展的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）已被證實是一種非常適合于在電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。MPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實現(xiàn)流量工程和快速重新選路，可以滿足業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，采用MPLS的基于約束的路由技術(shù)完全可以在流量工程中取代ATM。同樣，快速重新選路作為一種保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)也完全可以取代SDH。由此可見，使用IP/MPLS控制平臺提供的流量工程和快速重新選路，將使未來的傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以跨過ATM和SDH兩層（見圖1（b）），直接實現(xiàn)IP over WDM。無疑，這種IP via MPLS over WDM的網(wǎng)絡(luò)將是一個操作更簡單、花費最低、最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。 

然而，MPLS究竟是一種位于OSI七層模型中的第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層之間的2.5層技術(shù)，而WDM屬于光層，是第一層物理層的技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，則必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)--GMPLS。

為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時隙、光波長、光波長組、光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展（如VPN、光波長租用等），實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充；為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路治理協(xié)議LMP（Link Management Protocol）；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運營的可靠，GMPLS又對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。下面將對GMPLS的這些特點加以說明。

一、通用多協(xié)議標(biāo)簽

1.1 GMPLS接口

我們知道，MPLS通過在IP包頭添加32bit的"shim"標(biāo)簽，可使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，可極大加快IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)簽進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換（主要是SDH）和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。

GMPLS定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記，分別是：

(1)、分組交換接口PSC（Packet Switch Capable）：進(jìn)行分組交換。通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如MPLS的標(biāo)簽交換路由器LSR基于"shim"標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 

(2)、第二層交換接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：進(jìn)行信元交換。通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如ATM LSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元；

(3)、時隙交換接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。典型如SDH的DXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀； 

(4)、波長交換接口LSC（Lambda Switch Capable）：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。例如OXC設(shè)備是一種基于光波長級別的設(shè)備，可以基于光波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。更進(jìn)一步還可以基于光波段作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光波段交換是光波長交換的進(jìn)一步擴展，它將一系列連續(xù)的光波長當(dāng)作一個交換單元。使用光波段交換可以有效減少單波長交換所帶來的波形失真，減少設(shè)備的光開關(guān)數(shù)量，還可以使光波長之間的間隔減小。；

(5)、光纖交換接口FSC（Fiber Switch Capable）：根據(jù)業(yè)務(wù)（光纖）在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作；

以上GMPLS五種接口類型的關(guān)系如圖2所示。



圖2 GMPLS五種接口類型

GMPLS--IP與WDM無縫結(jié)合的要害

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量得到了迅猛增加，已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主流。然而，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)是面向話音優(yōu)化的，要讓其高效地承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，勢必需要開發(fā)新的技術(shù)。

為了傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)采用四層結(jié)構(gòu)的方式，如圖1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP層用于承載業(yè)務(wù)；ATM層用于集成多種業(yè)務(wù)，并為每種業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證；SDH層用于細(xì)粒度的帶寬分配，并為業(yè)務(wù)的傳輸提供可靠的保護(hù)機制；WDM層用于提供大容量的傳輸帶寬。這種四層結(jié)構(gòu)的傳輸方式雖然可保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，但在使用中卻存在諸多問題。

首先，四層結(jié)構(gòu)方式存在"瓶頸"效應(yīng)。在這種結(jié)構(gòu)中，帶寬的指配非常麻煩。不僅需要很長的人工配置時間，而且?guī)挼闹概涫芟抻诿恳粚釉O(shè)備的可用帶寬。即使絕大多數(shù)設(shè)備有空閑帶寬可用，但任意一層的任意一個設(shè)備的帶寬瓶頸，都可能限制整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬或容量的擴充。同時，任何一層設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；其次是傳輸效率低下。由于ATM和SDH都有大量的幀頭開銷，直接影響到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。例如，對于一個10Gb/s的STM-16（凈負(fù)荷容量為9.6Gb/s），采用四層結(jié)構(gòu)承載IP業(yè)務(wù)時，大約有2.4 Gb/s的帶寬要用于傳輸各種開銷字節(jié)，實際傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)只有7.2Gb/s，傳輸效率只有75%，可見效率之低；第三，四層結(jié)構(gòu)帶寬顆粒度過多，功能重疊。四層結(jié)構(gòu)的帶寬分配采用四種完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH幀、WDM波長，而實際使用時，完全不需要如此多的帶寬顆粒。而在功能上，每一層都帶有相鄰層的功能，非凡是保護(hù)和恢復(fù)功能，每一層都有，造成十分復(fù)雜甚至相互沖突的局面。總之，現(xiàn)有四層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)已無法適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，必須開發(fā)新的技術(shù)手段。



　 圖1 IP over WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

我們知道，近幾年迅速發(fā)展的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）已被證實是一種非常適合于在電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。MPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實現(xiàn)流量工程和快速重新選路，可以滿足業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，采用MPLS的基于約束的路由技術(shù)完全可以在流量工程中取代ATM。同樣，快速重新選路作為一種保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)也完全可以取代SDH。由此可見，使用IP/MPLS控制平臺提供的流量工程和快速重新選路，將使未來的傳輸網(wǎng)絡(luò)完全可以跨過ATM和SDH兩層（見圖1（b）），直接實現(xiàn)IP over WDM。無疑，這種IP via MPLS over WDM的網(wǎng)絡(luò)將是一個操作更簡單、花費最低、最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。 

然而，MPLS究竟是一種位于OSI七層模型中的第三層網(wǎng)絡(luò)層和第二層之間的2.5層技術(shù)，而WDM屬于光層，是第一層物理層的技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，則必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)--GMPLS。

為了實現(xiàn)IP與WDM的無縫結(jié)合，GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM時隙、光波長、光波長組、光纖等；為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展（如VPN、光波長租用等），實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充；為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的治理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路治理協(xié)議LMP（Link Management Protocol）；為了保障光網(wǎng)絡(luò)運營的可靠，GMPLS又對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。下面將對GMPLS的這些特點加以說明。

一、通用多協(xié)議標(biāo)簽

1.1 GMPLS接口

我們知道，MPLS通過在IP包頭添加32bit的"shim"標(biāo)簽，可使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，可極大加快IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)簽進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換（主要是SDH）和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。

GMPLS定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記，分別是：

(1)、分組交換接口PSC（Packet Switch Capable）：進(jìn)行分組交換。通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如MPLS的標(biāo)簽交換路由器LSR基于"shim"標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 

(2)、第二層交換接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：進(jìn)行信元交換。通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如ATM LSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元；

(3)、時隙交換接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。典型如SDH的DXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀； 

(4)、波長交換接口LSC（Lambda Switch Capable）：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。例如OXC設(shè)備是一種基于光波長級別的設(shè)備，可以基于光波長作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。更進(jìn)一步還可以基于光波段作出轉(zhuǎn)發(fā)決定。光波段交換是光波長交換的進(jìn)一步擴展，它將一系列連續(xù)的光波長當(dāng)作一個交換單元。使用光波段交換可以有效減少單波長交換所帶來的波形失真，減少設(shè)備的光開關(guān)數(shù)量，還可以使光波長之間的間隔減小。；

(5)、光纖交換接口FSC（Fiber Switch Capable）：根據(jù)業(yè)務(wù)（光纖）在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作；

以上GMPLS五種接口類型的關(guān)系如圖2所示。



圖2 GMPLS五種接口類型