基于GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
IP業(yè)務(wù)每6個(gè)月翻番對通信網(wǎng)絡(luò)造成了極大的處理壓力和性能挑戰(zhàn),這要求IP網(wǎng)絡(luò)能提供T比特級傳輸速率、大容量、高性能和低延遲快速包傳輸。同時(shí)光交換和DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)光傳輸系統(tǒng)提供了爆炸性的容量增長。因此提出不通過ATM層或SDH層,而基于DWDM直接傳送IP包的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)。下一代光互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò),光突發(fā)交換(Optical Burst Switch,OBS)與通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(Cen-eralized Multiprotocol Label Switching,GMPLS)的結(jié)合已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),也關(guān)系到OBS的應(yīng)用前景。如何能夠很好地將GMPLS和OBS有效結(jié)合起來形成光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系是目前研究的熱點(diǎn)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/89482.htm1 MPLS和GMPLS控制平臺(tái)
多協(xié)議標(biāo)簽交換(Multiprotocol Label Switching,MPLS)作為一種新的Internet骨干網(wǎng)技術(shù)正倍受矚目,他能夠在IP無連接網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建連接型服務(wù),利用定長的標(biāo)記將第2層的轉(zhuǎn)發(fā)和第3層的路由分開,利用傳統(tǒng)第2層轉(zhuǎn)發(fā)硬件,除去復(fù)雜的控制信令而采用靈活的IP路由協(xié)議。MPLS能夠解決當(dāng)前Internet中存在的許多問題,同時(shí)能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)的QoS、流量工程(TrafficEngineering,TE)等功能。
GMPLS是MPLS向光層的擴(kuò)展和延伸,并繼承了幾乎所有MPLS的特性和協(xié)議,但是兩者還是存在本質(zhì)上的很大差別。GMPLS是一個(gè)正在標(biāo)準(zhǔn)化的公共控制平臺(tái)協(xié)議,他統(tǒng)一了各層設(shè)備的控制平面,各層交換設(shè)備都使用同樣的信令來完成對用戶平面的控制。同時(shí)GMPLS擴(kuò)展了建立標(biāo)簽交換路徑(Label Switched Path,LSP)的概念,允許在通道兩端同種標(biāo)簽交換設(shè)備間建立LSP。GMPLS規(guī)定了一些MPLS所沒有的特殊功能,如雙向LSP建立,以及為光網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性引入的綁定鏈路、無編號鏈路。
GMPLS同時(shí)覆蓋了光層和電層,是一種將電層包交換技術(shù)與光層波長交換技術(shù)有機(jī)融合。下一代光互聯(lián)網(wǎng)從傳統(tǒng)電主導(dǎo)的4層網(wǎng)絡(luò)體系演進(jìn)到光主導(dǎo)的IP-over-DWDM兩層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
GMPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)流量工程和快速選路,滿足對QoS的要求,因此,GMPLS在流量工程中可以取代ATM,而快速選路可完全可以取代SO-NET/SDH的保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)。如圖1所示,使用IP/GM-PLS控制平臺(tái)可以使傳輸網(wǎng)絡(luò)完全跨過ATM和SO-NET/SDH兩層,直接實(shí)現(xiàn)IP-over-DWDM。
2 OBS網(wǎng)絡(luò)
DWDM技術(shù)為光傳輸系統(tǒng)提供T比特級帶寬,同時(shí)傳統(tǒng)的電交換路由器已經(jīng)不能提供飛速增長的因特網(wǎng)流量所要求的高數(shù)據(jù)傳輸率,O/E/O(光/電/光)轉(zhuǎn)換成為瓶頸問題,因此如何充分利用光網(wǎng)絡(luò)的帶寬是下一代光因特網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。OBS的粒度介于電路交換和分組交換,用戶數(shù)據(jù)(例如IP包)在邊緣路由器中進(jìn)行裝配和拆分,以突發(fā)包(data burst)形式在OBS網(wǎng)絡(luò)中傳輸,而相應(yīng)的控制分組(control packet)攜帶該突發(fā)包的相關(guān)信息(如包長、偏置時(shí)間和優(yōu)先級等),以一定的偏置時(shí)間(offsettime)提前發(fā)送出去,為數(shù)據(jù)包預(yù)留資源并建立傳送鏈路,在核心路由器中進(jìn)行控制信息的處理。由于突發(fā)包與控制分組分別在不同信道或波長中傳輸,因此O/E/O轉(zhuǎn)換只在控制信道上進(jìn)行,而突發(fā)包中的數(shù)據(jù)可以直接實(shí)現(xiàn)全光傳輸。
OBS中有WR-OBS,JET,JIT,JBT等資源預(yù)留協(xié)議,圖2為目前有關(guān)OBS網(wǎng)絡(luò)理論研究普遍采用的JET(just e-nough time)機(jī)制。突發(fā)包將從節(jié)點(diǎn)0傳送到節(jié)點(diǎn)n要經(jīng)過n+1個(gè)節(jié)點(diǎn),假設(shè)控制分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間為tp。相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間為tp',則突發(fā)包與控制分組之間的偏置時(shí)間to則大于等于n×tp'+n×tp。中間節(jié)點(diǎn)在控制分組到達(dá)時(shí),根據(jù)該分組所攜帶的信息,估計(jì)突發(fā)包數(shù)據(jù)可能到達(dá)的時(shí)間并為其分派一個(gè)可以使用的波長信道。突發(fā)包在邊緣節(jié)點(diǎn)等待to后,沿著各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)為其分配的波長信道傳送。在JET中采用單向預(yù)約方式,即突發(fā)包是在沒有收到確認(rèn)信號的情況下發(fā)送。由于to可以基本保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)先估計(jì)出突發(fā)包到達(dá)時(shí)間,所以在采用JET機(jī)制的OKS網(wǎng)絡(luò)中可以不需要光緩存器。
3 基于GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò)
利用GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò)保留了傳統(tǒng)的OBS技術(shù)的特點(diǎn),控制分組與突發(fā)數(shù)據(jù)包在不同的波長上傳送,以及采用JET資源預(yù)留機(jī)制等;同時(shí)又吸收GMPLS一些擴(kuò)展的技術(shù),在IP層與光層都加上能統(tǒng)一管理的標(biāo)簽,以及在路由、信令、鏈路管理協(xié)議上進(jìn)行一些有針對性的增強(qiáng)和擴(kuò)展。OBS和基于GMPLS網(wǎng)絡(luò)能夠得到有效結(jié)合的前提包括以下:
(1)兩者都是由邊緣節(jié)點(diǎn)、核心節(jié)點(diǎn)和WDM鏈路組成(OBS網(wǎng)絡(luò)在邊緣節(jié)點(diǎn)將輸入分組封裝成突發(fā)包,并產(chǎn)生控制分組;GMPLS網(wǎng)絡(luò)在邊緣節(jié)點(diǎn)將輸入分組劃分成等同轉(zhuǎn)發(fā)類FEC,并分配標(biāo)記);
(2)兩者都采用帶外信令傳輸方式,載荷數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中都可實(shí)現(xiàn)透明傳送和交換;
(3)GMPLS網(wǎng)絡(luò)可以用標(biāo)簽交換技術(shù)在入口/出口路由器之間建立半永久的數(shù)據(jù)通道,OBS網(wǎng)絡(luò)可以通過控制分組在人口/出口邊緣節(jié)點(diǎn)問為載荷建立透明的數(shù)據(jù)通道;
(4)GMPLS采用嵌套標(biāo)記交換路徑LSP概念,支持波長信道級、波長組級和光纖級、SDH級等多粒度交換。有理由考慮通過協(xié)議擴(kuò)展和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的改善,也支持光突發(fā)分組的交換。
利用GMPLS協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)OBS網(wǎng)絡(luò)中信令的傳送和配置等功能。在OBS網(wǎng)絡(luò)中引入GMPLS技術(shù),可為其提供統(tǒng)一的控制和管理。將控制信道和數(shù)據(jù)交換信道進(jìn)行分離,標(biāo)簽信息在控制包中,控制包應(yīng)與GMPLS的控制平面成為一體。LOBS使用單獨(dú)的標(biāo)簽波長與數(shù)據(jù)波長,具有非零的偏置時(shí)間,與光分組交換(optical packetswitch)相比較,LOBS中的標(biāo)簽及相應(yīng)的突發(fā)包中的標(biāo)簽及其凈荷在時(shí)間和空間上更松散,標(biāo)簽處理和突發(fā)包之間及突發(fā)包及其標(biāo)簽之間的同步也相對不迫切。偏置時(shí)間的存在為LOBS提供了區(qū)分服務(wù)。在LOBS中每一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)流對應(yīng)一個(gè)標(biāo)簽,在每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)上都對標(biāo)簽信息、波長號、偏置時(shí)間等控制信息執(zhí)行電處理操作,因此不同LSP通路上的突發(fā)數(shù)據(jù)流無需進(jìn)行光/電/光變換就完全可以進(jìn)行業(yè)務(wù)整合。基于GMPLS技術(shù)的OBS網(wǎng)絡(luò)模型(以下簡稱GLOBS網(wǎng)絡(luò))如圖3所示。
4 關(guān)鍵技術(shù)
GMPLS體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、路由技術(shù)和鏈路資源管理技術(shù)等。為了支持OBS網(wǎng)絡(luò),GMPLS對MPLS標(biāo)簽進(jìn)行了擴(kuò)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(shí)隙、光波長、光波長組、光纖等;為了充分利用光網(wǎng)絡(luò)的資源,GMPLS對原有的路由協(xié)議、信令協(xié)議做了修改和擴(kuò)展,并設(shè)計(jì)一個(gè)全新的鏈路管理協(xié)議LMP(Link Management Protocol)。
(1)標(biāo)簽。GMPLS設(shè)計(jì)了專用的標(biāo)簽格式,標(biāo)簽支持對時(shí)隙、波長、波帶以及光纖標(biāo)識。使用這些專用的標(biāo)簽格式可以在非分組交換的標(biāo)簽交換路由器(LSR)之間建立起標(biāo)簽交換通道(LSP)。除了定義上面的通用標(biāo)記外,還為實(shí)現(xiàn)非分組交換的LSP定義新的功能,包括上游建議標(biāo)記、標(biāo)記組以及雙向LSP的建立,這些功能是MPLS所不具備的。雙向LSP的建立有助于縮短連接的建立時(shí)間和在出現(xiàn)故障時(shí)加速保護(hù)與恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)。
(2)信令協(xié)議。GMPLS定義了2種信令協(xié)議:一種是基于受限路由的標(biāo)記分發(fā)協(xié)議(CR-LDP);另一種是基于流量工程擴(kuò)展的資源預(yù)留協(xié)議(RSVP-TE)。兩種協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),但是他們實(shí)現(xiàn)的功能基本相同,都能滿足GMPLS網(wǎng)絡(luò)對信令系統(tǒng)的要求。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中,人口的LSR使用RSVP-TE和CR-LDP協(xié)議在通道上進(jìn)行標(biāo)簽的綁定,利用標(biāo)簽來代替源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址可以減少控制包的處理時(shí)間,加快轉(zhuǎn)發(fā)的速度,減少了偏置時(shí)間。GMPLS信令協(xié)議必須負(fù)責(zé)為BHP建立、修改和拆除端到端的標(biāo)簽交換路徑,而無需為DB建立具體的傳輸路徑。另外,信令技術(shù)還支持對流量工程能力和生存性能力的增強(qiáng)。
(3)路由協(xié)議。GMPLS在MPLS的路由協(xié)議基礎(chǔ)上又對其進(jìn)行擴(kuò)展和加強(qiáng),從而支持鏈路狀態(tài)信息的傳送。GMPLS對路由協(xié)議的擴(kuò)展主要包括對未編號鏈路,鏈路保護(hù)類型,共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組信息,接口交換能力描述符和帶寬編碼等的支持。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中,傳送突發(fā)數(shù)據(jù)包的路徑具有不確定性,因此需對路由協(xié)議的修改決定突發(fā)包的具體路徑。由于控制包的傳送路徑可以通過信令技術(shù)創(chuàng)建,則突發(fā)包的傳送路徑可以由路由上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制包攜帶的信息來確定。
(4)鏈路管理協(xié)議
GMPLS定義專門的鏈路管理協(xié)議(LMP)管理終端鏈路的連接,其內(nèi)容包括控制信道管理、鏈路屬性關(guān)聯(lián)、鏈路連接性驗(yàn)證和故障隔離/定位。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中,采用專用信道(與數(shù)據(jù)信道分離)承載控制信息,LMP對GM-PLS控制信道(GCC)、控制信道組(CCG)和數(shù)據(jù)信道組(DCG)的配置來協(xié)商鏈路的屬性,并交換相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈路資源信息,使兩端節(jié)點(diǎn)有相同的鏈路參數(shù),可以動(dòng)態(tài)地改變鏈路特性,而且可以管理控制包鏈路交換通路和數(shù)據(jù)突發(fā)包的映射關(guān)系等。此外,LMP還定義兩個(gè)功能模塊:鏈路連通性查證和故障管理/定位。
5 結(jié) 語
基于GMPLS的OBS為支持IP-over-DWDM的網(wǎng)絡(luò)提供了快速而有效的IP包傳送。他通過將標(biāo)簽交換作為包的傳送方式,不僅低延遲,而且能使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到T比特級的傳輸速率。盡管這一解決方案尚有很多關(guān)鍵技術(shù)需要深入研究,但方案的解決將大大滿足不斷增長的帶寬需要,對全光網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
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