GMPLS在自动交换光网络中的应用

2019-11-03 10:19:38

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供稿：网友

龚涌涛毛东峰　　摘要：自动交换光网络（ASON）由于引入了控制平面才成为智能的光网络，而控制平面的具体实现要依靠通用多协议标记交换（GMPLS）协议。首先讨论ASON中的控制平面，然后对GMPLS和MPLS进行比较；最后对GMPLS在ASON控制平面中的应用进行了具体分析。

　　关键词：自动交换光网络，控制平面，通用多协议标记交换

　　自动交换光网络（ASON）是能根据用户请求自动进行光路连接的革命性光网络。它不仅能为客户提供更快的速率、更灵活的组网方式以及对新业务的后向支持、对多厂商多运营商互操作的能力，还能提供更强大的生存性和更加智能的网络管理。并且，所有这些ASON智能都是建立在ASON网络中的控制平面基础之上的。

　　有了控制平面，ASON就有了核心，但这个控制平面又是怎样具体实现的呢？这就需要借助另外一项重大技术——通用多协议标记交换（GMPLS）。GMPLS脱胎于多协议标记交换（MPLS），但又不拘泥于MPLS，可谓是MPLS的一次升华。由于其在设计方面具有先导性和灵活性，所以非常适用于ASON控制平面的具体实现。

　　本文首先介绍ASON控制平面的总体结构，然后对GMPLS和MPLS进行比较，最后重点论述GMPLS在ASON控制平面中的具体应用。

一、ASON控制平面概述

1.引入控制平面的原因

　　如前所述，ASON网络之所以成为智能光网络，是因为它能根据客户的需求动态分配光通道。而这一能力的实现又依赖于ASONＮ网络中引入的交换式连接（switched connection）。在ASON中，连接不再是全部由管理控制实现的一成不变的固定连接，而是被分为交换式连接、永久性连接（PRovisioned connection）和软永久性连接（soft-permanet connection）三种类型。这三种连接的不同之处在于对连接建立起主控作用的部件不同。永久性连接的发起和维护都是由管理平面来完成的，并且传送平面中为具体业务建立通道的路由消息和信令消息也由管理平面发出，控制平面在永久性连接中并不起作用。交换式连接与永久性连接恰恰相反，这种连接的发起和维护都由控制平面来完成，控制平面通过用户网络接口（UNI）接收用户方面传来的请求，经过处理后在传送平面为这个请求提供一条具体的可满足用户需求的光通道，并把结果报告给管理平面；管理平面在这种连接的建立过程中并不起直接作用，它只是接收从控制平面传来的连接建立消息。软永久性连接则介于上述两种连接之间，它的建立与拆除请求也由管理平面发出，但是对传送平面中具体资源的配置和操作却是由控制平面发出指令来完成的。

　　从上面的分析可以看出，交换式连接的引入使ASON网络成为真正的交换式智能网络。正是因为有了交换式连接，ASON网络才具有根据用户要求产生恰当光通道的能力。而这种能力是同ASON网络中控制平面的作用息息相关的。这也就是引入控制平面的原因所在。

2.控制平面结构

　　ASON网络控制平面实质上是一个能对下层传送网进行控制的ip网络，因此符合标准IP网络层次结构。按照层次模型它可以分为多个管理域，一个管理域内可以划分为多个子域（当然一个管理域也可以只有单一子域），每个子域内又可以包含多个子网络。不同的管理域之间，以及同一个管理域的不同子域之间是通过外部网络－网络接口（E-NNI）来交流信息的，而同一个子域内的不同子网络之间通过内部网络－网络接口（I-NNI）来交流信息。客户和控制网络之间则通过UNI来进行信息交流。

二、GMPLS与MPLS比较

　　GMPLS和MPLS是两个容易混淆的技术术语。人们很容易将GMPLS在控制平面中的应用和MPLS在数据平面中的应用混淆起来。虽然GMPLS是从MPLS发展而来的，但是它在控制平面中的应用却与MPLS有很大差别。

　　MPLS本质上是只为分组交换网络设计的。MPLS技术的优势在于它可以提供传统网络所不能提供的流量工程能力和更强的传送能力。

　　GMPLS和MPLS的一个主要区别就在于它们的功能性重点不同。MPLS的注意力集中在数据流传送方面，GMPLS则把注意力放在连接管理方面。这种连接管理可对数据平面进行具体管理，并且这种数据平面可同时包括具备分组交换使能（packet switcble）和不具备分组交换使能的接口。更进一步，这种不具备分组交换使能的接口又可被分为时分复用使能（time division multiplex capable）、波长交换使能（LSC：Lambda Switch Capable）以及光纤交换使能（FSC：Fiber－Switched Capable）等几种类型。

　　MPLS和GMPLS之间的另一个差异在于MPLS需要在一对路由器之间建立一条标记交换通路（LSP），而GMPLS仅需要在任何两个类似的标记交换路由器（LSR）之间建立LSP就可以了，也就是说在GMPLS中把LSP端点设备的范围从路由器扩展到了多种标记交换路由器。例如，我们可以在两个SDH／SONET的分插复用器（ADM）之间建立一条时分复用的LSP，也可以在两个波长交换器之间建立一条LSC的LSP，甚至还可以在两个光纤交换系统之间形成一条FSC的LSP。

　　GMPLS还允许一条LSP嵌套在另外一条LSP中，形成LSP的层次结构，这种能力使得GMPLS网络具备更好的规模性能力。

三、GMPLS在ASON控制平面中的应用

1.控制平面功能

　　GMPLS在ASON中的应用主要集中在ASON控制平面。一个ASON控制平面需要具备多种功能，其中有三种是最基本的，它们是：

·资源发现功能：提供一种能自动发现网络中可使用资源的能力；

· 路由控制功能：提供路由能力、拓扑发现能力和流量工程能力；

·连接管理功能：利用前面所提到的功能来为不同业务提供端到端连接服务的能力。

　　具体地说，连接管理可分为连接的建立、删除、修改和查询等几种不同的操作。连接建立操作允许用户通过UNI建立一条端到端的连接，即LSP；连接删除操作允许用户删除不再需要的LSP；连接修改操作允许用户改变现有LSP的属性，可以在不影响现有LSP正常运行的情况下对LSP中不适合的属性值进行改动；连接查询操作允许用户获得LSP的属性值。

　　除了上述几种基本功能之外，由于现有光网络对网络生存性有越来越高的要求，所以还要求控制平面具备良好的连接保护与恢复功能。

2.控制平面服务

　　控制平面的引入使得光网络在多厂商环境下可以提供传统网络难以提供的服务。这些服务包括端到端连接的提供、自动流量工程的实现、对网状网保护与恢复的实现以及对光虚拟专用网（OVPN）的提供等。

　　端到端的连接是控制平面所能提供的一项最基本的服务。引入控制平面后，能大幅度地缩短连接建立所需时间（从几个小时甚至几天到只需几秒），而且无需人工搜索哪个端口或时隙为可用，也不必再人工配置节点中的交叉连接设备，所有这些都由控制平面自动完成。现在操作人员所要做的只是确定连接所需的参数，并通过图形用户接口（GUI）方式或命令行的方式把这些参数传到输入节点中去。输入节点在接到用户传递过来的连接参数后，就能自动决定整条通路的路径并利用信令自动建立起一条端到端的通路。

　　我们不仅可以看到端到端连接的建立过程，还可以看出用户能够通过UNI接口向光网络提出建立实时性连接的请求，这就是按需带宽请求（bandwidth on demand）服务。这种按需带宽请求的能力尤其适用于具备业务突发性特点的IP网络。

　　除了上述这些服务外，OVPN也是一种给用户以极大灵活性的服务，它的出现使用户可以全权管理属于自己的那部分网络。但OVPN实质上是一个逻辑网络，它的引入一方面使用户可以管理自己的网络，另外一方面也向用户屏蔽掉了网络的实际情况。这就在大大降低运营商运营管理的复杂程度的同时又兼顾了安全性方面的需要。OVPN无疑将是未来很有前途的一种服务。

3.控制平面协议

　　为完成ASON控制平面的上述功能，我们必须使用一系列的公共协议（使用公共协议的原因在于保证不同厂商的互操作性）。在这些公共协议中，GMPLS占据了非常重要的位置。GMPLS从功能平面对MPLS进行了扩展以便能支持基于非分组交换接口的通信系统。GMPLS首先定义了几种通用标记，使用这些通用标记可以在非分组交换的LSR之间建立起LSP。这些非分组交换的LSR可以是SDH／SONET的ADM，也可以是数字交叉连接器，还可以是密集波分复用系统，或者是光交叉连接器。这些通用标记对象包括通用标记请求、通用标记、显式标记控制和保护标记。通用标记可以用来表示时隙、波长、波长频带和空分复用位置。

　　GMPLS除了定义上面的通用标记外，还为实现非分组交换的LSP定义了新的功能，包括上游建议标记、标记组以及双向LSP的建立。这些功能是MPLS所不具备的。双向LSP的建立有助于缩短连接的建立时间和在出现故障时加速保护与恢复的实现。双向LSP对于电路交换类型的网络尤其重要。

4.信令协议

　　信令协议也是ASON控制平面中的一个重要问题。当前存在两种广泛使用的信令协议，一种是基于受限路由的标记分发协议（CR－LDP：Constraint－based Routing－Label Distribution Protocol）；另一种是基于流量工程扩展的资源预留协议（RSVP－TE：Resource Reservation Protocol－Traffic Engineering Extension）。这两种协议都能承载GMPLS协议中定义的所有对象，但由于这两种协议存在多方面的差异，所以在具体实现方面还有诸多不同。现在，IETF设有两个不同的工作小组来具体进行这两个方面的工作。

　　信令协议是被用来完成连接操作任务的。具体来说，它要完成LSP的建立、删除、修改和查询等。除了上述两种主要信令协议之外，当前还正在为光网络保护与恢复制定所需的特殊协议——轻量信令协议（lightweight signal protocol）。

5.路由协议的流量工程扩展

　　经过前面的分析可知，利用GMPLS和相关信令协议就能完成连接管理功能。控制平面中不仅包含信令功能，还包括诸如路由和自动拓扑发现等功能，因此除了信令协议之外还需要其它的协议来完成ASON控制平面中的其它功能。

　　当前，在很多电路交换网络中都运行有路由协议，比如在SONET的段数据通信信道（section data communication channel）中就运行着域间系统－域间系统（IS-IS）协议。这些传统电路交换网络之所以运行路由协议是为了进行网络拓扑发现和传送操作通信数据包。网络中新增或者减少一个节点都将改变网络的拓扑，而通过路由协议就可将这种拓扑改变的信息传递到网络中每一个相关的节点。因此，路由协议在这里起着传递信令消息和拓扑资源消息的作用，但传统路由协议的一个很大不足就是它本身不支持流量工程。

　　需要指出的是，流量工程这个概念对于分组交换网络和电路交换网络具有不同的含义。一般来说，流量工程的总目标是要达到网络资源及其使用最大化的目的。对分组交换网络而言，这个目标就具体化为使丢包率和时延最小而输出最大；对电路交换网络而言，流量工程目标就具体化为使资源利用率和通道可靠性最高。

　　本文主要考虑电路交换网络的流量工程，这样其目标就转化为在用户请求的基础上对最优通道的实时性选择。这里流量工程的参数具体包括链路复用能力、最大与最小带宽能力、共享风险链路组支持能力、保护支持能力以及流量工程矩阵等。

　　具备流量工程能力的路由协议和传统路由协议之间的主要差别在于，前者在网络中会周期性地发送一种可选包，这种可选包内含有可用资源消息和流量工程参数信息。当网络中的网元接收到这种可选包后，应该能使用这种包中所携带的信息来进行最佳路由计算。

　　因此，可以得出这样的结论：那种具备流量工程能力的路由协议应该支持资源发现、拓扑发现和流量工程能力本身。与信令协议情况类似，当前也存在着两种广泛使用的经过扩展的路由协议，这就是支持流量工程的IS-IS协议和开放式最短路径优先协议（OSPF）。同样，在IETF也设有两个不同的小组来进行这方面的标准化工作。

6.链路管理协议

　　为了在网元之间能进行对表征交叉连接的GMPLS标记的正确通信，需要在网元之间标识出正确的连接端口。这种功能是通过链路管理协议（LMP）来完成的。LMP除了完成网络之间正确连接的确认之外，还具备链路绑定、资源信息发现与上报等功能。这些功能有助于网络可扩展性和规模性的实现。LMP适用于任何类型的网络，尤其是光网络。

四、结语

　　控制平面的引入使光网络产生了巨大的变化。GMPLS是实现ASON网络控制平面的核心协议，它提供了构建光网络的一种全新方法。它不仅提供一种多层次的、多厂商的控制平面的互操作，还使得新类型服务的出现成为可能。并且，由于GMPLS和ASON控制平面的出现，运营商不必再在链路管理方面花费巨大的人力和物力。ASON控制平面还支持网络的自动流量工程、网络自动拓扑发现和自动业务发现等。除此之外，ASON控制平面在GMPLS的支持下还能支持多种保护与恢复方案。总之，GMPLS和ASON控制平面的出现是光网络中划时代的革命性进展。

摘自《现代电信科技》

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