透視GMPLS技術

2019-11-04 11:03:10

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供稿：網友

　　隨著網絡的不斷擴大，數據業務量的不斷增長，業務的日趨復雜，使現有網絡不堪重負，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，互聯網服務提供商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、有保證的服務質量ＱｏＳＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ、靈活多樣的定制服務等多個方面得到快速發展。

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

多協議標簽交換技術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，即多協議標簽交換技術，是一種基于ＩＰ技術，利用標簽引導數據高速、高效傳輸的交換技術。ＭＰＬＳ采用集成模式，將ＩＰ技術與ＡＴＭ技術良好地結合在一起，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發，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、標簽分發協議ＬＤＰ和標簽交換路徑ＬＳＰ等多個組件構成。ＭＰＬＳ使用現有路由協議（如開放式最短路徑優先協議ＯＳＰＦ）建立目的網絡的可達性，同時使用新的控制協議ＬＤＰ在網絡交換機間共享標簽信息。ＭＰＬＳ是一種面向路徑的技術，與ＡＴＭ、幀中繼網絡中的交換路徑一樣，通過預留的網絡資源傳輸，以滿足不同服務質量的要求。

　　ＭＰＬＳ提供了一種實現高效路由和資源預留的機制，改善了傳統ＩＰ路由選擇的性能，增加了網絡的吞吐能力，解決了當前網絡所面臨的要害問題——高速性、可擴展性、高效的服務質量ＱＯＳ治理和流量工程ＴＥ。但是，隨著芯片技術的發展，基于ＡＳＩＣ的路由查詢引擎可以以線速轉發ＩＰ分組，降低了為提高性能而對ＭＰＬＳ的嚴格要求。那么人們為什么還對ＭＰＬＳ如此感愛好呢？答案是融合。如今在光纖、無線和語音網絡等領域中正在采用數據聯網的理念，而ＭＰＬＳ正是這次融合技術的核心。

ＧＭＰＬＳ的特點和優勢

　　光通信網絡中所交互的是大量的數據流，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據流交換出去。光纖是光通信網絡中最明顯、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，還有延續至今仍然作為光網絡承載業務主流的時隙交換單元。

　　在光通信網絡中 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引入鏈路治理協議

　　ａ．“通用”的標簽

　　與ＭＰＬＳ不同的是，ＧＭＰＬＳ將在信令協議中的標簽數值從原來的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議ＣＲ－ＬＤＰ和具有流量工程擴展的資源預留協議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據流的帶寬。

　　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，它答應ＬＳＰ起始和終結于同類設備，而不僅僅是路由器。ＬＳＰ分級就是指大量具有相同入口節點的低等級ＬＳＰ在ＧＭＰＬＳ域的節點處匯集，再透明地穿過更高一級的ＬＳＰ隧道，最后再在遠端節點分離。這樣就可將較小粒度的業務整合成較大粒度的業務，減少ＧＭＰＬＳ域中使用的波長的數量，有助于處理離散性質的光帶寬。ＧＭＰＬＳ的ＬＳＰ分級技術解決了光網絡帶寬分配的離散性和粗粒度問題，實現了網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還非凡定義了建立雙向ＬＳＰ的方法。雙向ＬＳＰ規定兩個方向的ＬＳＰ都應具有相同的流量工程參數，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．鏈路治理協議ＬＭＰ

　　在光通信網絡中，兩個相鄰節點間具有數目非常巨大的平行鏈路，為了對這些鄰接的鏈路拓撲狀態信息進行維護和治理，并獲得可擴展性，ＧＭＰＬＳ引入了鏈路治理協議ＬＭＰ。鏈路治理協議是ＧＭＰＬＳ為了有效治理相鄰節點間的鏈路和鏈路束而開發的協議。ＬＭＰ包括控制信道治理、鏈路所有權關聯、鏈路連接性驗證和故障治理等規程，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點間承載信令、路由和網絡治理信息。在數據信道與控制信道分離后，ＧＭＰＬＳ必須為數據信道設計新的協議完成控制信道的治理，ＬＭＰ協議控制信道治理就是用于實現這部分功能。

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

　　鏈路連通性驗證（ＬｉｎｋＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）是ＬＭＰ的一個可選規程，主要用于驗證數據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據鏈路上發送測驗消息來逐一驗證所有數據鏈路的連接性。

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

　　ｄ．網絡模型

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

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

　　互聯網工程任務組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。對于所有的數據及光網絡裝置來說，網絡拓撲只有一個，這使得ＭＰＬＳ連接可以穿透數據網絡及光網絡的交換路徑，并由ＩＰ路由協議統一控制數據以及光網絡之間的溝通工作。

　　ｅ．ＧＭＰＬＳ的技術優勢

　　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，通信網絡被清楚的劃分為控制平面、治理平面和傳送平面，不再是傳統意義上ＯＳＩ定義的七層協議的網絡層次。ＧＭＰＬＳ的技術優勢主要包括以下幾個方面：

　　（１）多層網絡的虛擬專用網

　　在同一ＧＭＰＬＳ接口上，光網絡可以向客戶終端設備提供虛擬專用網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）流量工程和服務質量

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

（３）保護與恢復

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

　　（４）網絡的高效性和靈活性

　　ＧＭＰＬＳ不僅僅是一種實現ＩＰ的工具，它還使得光纖網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和多業務客戶端設備可以動態地連接到具有所需速度和可靠性的光纖傳輸層，ＧＭＰＬＳ還答應每一個網絡層按照自己的屬性治理來確保網絡資源的最優使用，這種靈活高效性可以很好地支持光ＶＰＮ、存儲域網絡和帶寬交易等新一代高贏利、高性能的光業務。

　　（５）按需擴展的帶寬占用和有選擇的分層業務

　　ＧＭＰＬＳ可以答應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可以高效地將網絡資源重新分配給最合適的網絡層次，從而為最終用戶量身訂做最″獨特″的業務，通過優化網絡資源的使用效率，滿足用戶的多樣多變的需求，同時降低了網絡的開銷。

　　ＧＭＰＬＳ技術是ＭＰＬＳ向光網絡擴展的必然產物，它的出現為傳輸網絡從電路交換向分組交換的轉變以及光網絡層傳輸與交換功能的結合邁出了非常要害的一步。光纖交換接口

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