向统一网络演进

2019-11-03 19:10:30

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供稿：网友

Mark Milinkovich 著黄照祥译　　过去五年，世界上掀起了一个前所未有的光网络建设热潮。为了满足日益增长的数据和话音业务的传送需求，大量光缆被铺设在地下。这给运营商带来一个棘手的问题：如何才能充分利用这些大量的基础设施呢？特别是在最近经济萧条的环境下。

网络融合

　　问题的解决，依然得旧话重提：需要对骨干网进行整合。网络融合可以减少投资和运营成本，实现业务的灵活供给以获取更多的收入，进而有助于巩固运营商的领先优势。如此一来，这个问题也就变成了：骨干网应该整合成什么样子呢？怎样才能达到这个目标呢？

　　骨干网融合的目的是，消除业务和传送之间的分界线。运营商将会抛弃传统的分层网络，朝着业务和传送融合的对等网络发展。在对等模式下，每一个网元都能了解其它网元的情况。这就意味着，能够将智能和动态电路（或通道）配置能力平等地分配给骨干网的三种基本业务：分组、TDM和波长。

骨干网融合的第一个要求是采用通用的控制平面协议，即GMPLS协议。当然，光靠GMPLS协议是不能完全解决问题的。GMPLS本身是不能减少网元的数目或类型的，从而不能降低网络的建设及管理成本。骨干网融合的第二个要求是，支持GMPLS的高速网元，即光交换机，应能在GMPLS网络中转发和交换各种类型的业务流。

业务和传送　　传统网络在结构上是将业务从传送中分离出来。无论何种业务类型，都是可交换的，也就是说，交换机或路由器是根据分组、帧、信元和标签做出处理决定，而业务是被送到节点或网络的。

　　另一方面，传送通常是依靠复用器、数字交叉连接（DXC）、分插复用器（ADM）、中继器和放大器等来完成的。具体功能和实际设备的分离，是叠加式网络的典型特征，这里每一网络层都有独立的控制平面。由于叠加式网络采用多层复用、交换和保护，故其缺点是显而易见的，如层间不透明，资源利用效率低，服务的灵活性有限，难于扩展且复杂，建设、维护及管理成本高。通常，人们容易将数据平面和控制平面混淆起来。数据平面，也叫转发平面，是一个传递信息内容的交换层。控制平面，是由一系列机制组成的，包括信令、路由表同步和网络拓扑配置和信息转发的管理。融合要求采用统一的控制平面和设备，以及一个通用机制来处理数据平面的不同业务类型。在GMPLS和快速光交换技术出现之前，这只能是一个梦想。

三种融合方法

　　如何改善网络运行的效率和扩展性，目前有三种方法备受关注。这些方法是ip over DWDM、MPλS和带光交换的GMPLS。它们都能实现某种程度的融合。

IP over DWDM

　　IP over DWDM在DWDM网络中采用IP编址和路由机制。大多数应用都采用PoS（packet over SONET）直接送到DWDM干线上，允许IP和数据平面在波长或光纤上融合。它有许多优点：IP是流行的实用化技术；PoS已被广泛采用；IP接口的速率可达到OC-192c/STM-64；IP是统计复用的。另外IP的业务汇聚，允许使用路由器来执行交换功能，因而有可能减少设备的数量。

　　然而，IP over DWDM也有一些缺点，使其不能成为骨干网融合的一种方法。骨干路由器是一个巨大的PoS交叉连接设备，因此它只能通过牺牲速度来提高智能。当干线出现较大故障时，IP路由汇聚和网络稳定机制可能要执行数十甚至上百秒。IP over DWDM需要多种配置、监测及管理工具。目前，路由器和其它传送设备（如交叉连接设备、ADM）之间还没有可用的通信机制。此外，IP over DWDM不支持综合业务的创建、同步型业务及波长转换。显然，由于IP over DWDM对所有业务都采用昂贵的分组线路卡，网络运营商不得不为所有的转接业务，包括波长在内，付出昂贵的代价。

MPλS

　　MPλS，即多协议波长交换，在MPLS协议控制平面中引入了附加功能，即在波长业务中引入了信令和标签功能。并为长途DWDM系统提供光交叉连接设备（OXC）之间的智能互连。MPλS协议提供迂回路由（本地或节点）和流量工程等控制功能。与IP over DWDM一样，MPλS是建立在现有的网络基础上的，且已得到了许多OXC厂商的支持。

　　然而，虽然在长途传输中提供长时间连接时，MPλS具有许多优点，但是它在核心网的整合方面却显得无能为力。它定义了一个基于用户网络接口（UNI）的叠加模型，但没有将分组数据转发平面集成进去。MPλS除了提供光域连接处理功能之外基本上没有其它作用，MPλS网络仍然需要采用骨干路由器来处理分组，以及采用ADM和宽带DXC来处理TDM时隙。

　　同时，MPλS的工作依赖于OXC。而许多商用OXC采用的是MEMS技术，这本身就存在许多问题：如机械动作不灵活、对环境影响敏感、无法实现复用等。更重要的是，无论采用何种技术，许多现有的商用OXC的交换速度慢，不能有效地处理分组和时隙。因此，MPλS控制平面虽然能实现波长业务的动态配置，但只能改善非常有限的业务类型。因此要使MPλS为长途网运营商所接受，显然是不可能的。

GMPLS

　　将GMPLS协议与光交换技术组合在一起，将能为骨干网的融合带来最有希望的解决方案。GMPLS协议是OIF（光互联网论坛）、ODSI（光域业务互连联盟）和IETF（Internet工程任务组）最近开发的一系列标准之一，其目的是开发一种适用于各种业务类型的协议。它提供了一个综合性控制平面，将网元的拓扑信息和带宽管理扩展到网络各层，使业务和传送实现有效的融合。这种融合把传统的分界线向下移动，将业务和传送融合在一起，并从传输中分离出来。长途传输仍由非交换单元完成。

　　GMPLS是一个扩展的协议组，它为分组、TDM、波长和光纤业务提供通用的控制。这些协议组包括MPLS的路由和信令协议，如标签分配、流量工程、保护恢复、网络业务快速提供及管理。

　　GMPLS也适用于传统的叠加式网络结构，这里，每一业务类型都由各自的控制平面负责管理。然而，GMPLS的巨大潜能在于其能使网络向对等模式发展——所有网元均了解全局拓扑和链路状态信息。叠加模型和对等模型都适用于路由选择和信令。叠加模型保持了各种业务的独立网络层，形成了多个不同的管理域。相反，对等模型的网络设备都彼此了解各个设备和各个网络层的信息。

　　叠加模型非常适合于网络运营商之间的网络操作，因为它将各个网络的路由信息留在运营商自己的管理域内。对等模型则适用于单个业务提供商内部的网络运作，或友好的业务提供商之间的运作，因为它在最佳路由选择方面表现得很灵活。

　　GMPLS的最大优点就是，允许运营商自由设计其网络以充分满足特定需要和商业目标。GMPLS可用于叠加网或对等网，或其混合网，后者融合部分（但不是全部）业务类型。因此，GMPLS能充分满足运营商的第一个要求，即能为所选择的业务和传送类型提供一个融合的控制平面。

　　第二个要求是网元能够以光速同时处理分组、TDM时隙和波长业务。这可用快速光交换技术来实现，它采用基于GMPLS的通用控制平面，通过一个光核心矩阵交换和传送业务。考虑到效率问题，还应该加上网元和网络管理系统，以实现GMPLS控制平面下融合多层智能网络的管理。

下一个挑战

　　日本电信巨人NTT最近研制成功基于GMPLS的太比特路由器，说明顶级网络运营商对GMPLS的支持。采用GMPLS来实现骨干网融合的光域业务交换平台也已经问世。

　　无论是对于交换机制造商还是对于网络运营商来说，成功的关键在于时间。在这个充满竞争的市场中，未来属于那些能首先减少成本、创造收入的公司。那些敢于承担风险，首先对核心网进行整合和进行简化的网络运营商才有希望取胜。

译自《Lightwave》2001.8期《Redefining the boundaries: switched services for the wavelength core》

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