多協(xié)議標簽交換技術(shù)在全光互聯(lián)網(wǎng)中的應用

關(guān)鍵詞：多協(xié)議波長(cháng)標簽交換MPLmS、基于標簽光突發(fā)交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS

1、MPLS向光網(wǎng)絡(luò )的擴展

傳統的ip網(wǎng)絡(luò )是“盡力而為”的，在流量和網(wǎng)絡(luò )帶寬管理上功能很弱，往往導致網(wǎng)絡(luò )發(fā)生擁塞，很難滿(mǎn)足對時(shí)延、抖動(dòng)和傳輸質(zhì)量有特別要求的應用(如語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)等)，此時(shí)MPLS(多協(xié)議標簽交換)應運而生，實(shí)現了將第三層的包交換轉換成第二層基于標簽的包交換的“多層交換技術(shù)”，可使用各種第二層的協(xié)議，如幀中繼、ATM、PPP、以太網(wǎng)等。MPLS具有基于標簽的快速轉發(fā)和很強的流量工程管理功能，能夠提供較好的QoS方面的服務(wù)保障，IP/MPLS over ATM這種成熟的技術(shù)結合方式已經(jīng)被廣泛的應用到能滿(mǎn)足電信級QOS要求的骨干網(wǎng)絡(luò )中。

隨著(zhù)光通信技術(shù)的發(fā)展，通信距離已經(jīng)“死亡”，網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬瓶頸已經(jīng)成為過(guò)去，WDM技術(shù)在光纖中的應用給出了IP/MPLS over ATM模式的一種替代方案，即IP/MPLS over WDM，高速的ATM交換路由器從骨干網(wǎng)走到了網(wǎng)絡(luò )的邊緣。為了將MPLS應用到光網(wǎng)絡(luò )上，必須將MPLS的路由協(xié)議和信令協(xié)議與光交換機相適配構造智能型波長(cháng)路由器/光交換機，同時(shí)將對傳統MPLS協(xié)議作相應的擴展和修改。與此同時(shí)IETF提出了GMPLS的全新概念，它是MPLS向光網(wǎng)絡(luò )擴展的必然產(chǎn)物，具有對智能光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行快速實(shí)施光連接，在光層實(shí)現動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)分配和動(dòng)態(tài)的提供網(wǎng)絡(luò )資源，以及實(shí)現網(wǎng)絡(luò )端到端監控保護和恢復功能。GMPLS能支持多種交換類(lèi)型，如分組交換PSC，時(shí)分復用TDMp波長(cháng)交換LSC和光纖交換FSC,由此出現了通用標簽和LSP分級嵌套概念，即允許系統以一個(gè)轉發(fā)層來(lái)進(jìn)行縮放，那么位于頂層的標簽將是FSC接口，接下來(lái)的是LSC、TDM，最后是PSC。GMPLS 還擴展了MPLS在邏輯上把控制平面從數據平面中分離出來(lái)的概念，允許與數據平面相關(guān)的多種物理上的控制平面存在。

2、傳統電域交換技術(shù)在光域中的應用

在傳統的話(huà)音和數據業(yè)務(wù)網(wǎng)中我們已經(jīng)分別采用了電路交換和分組交換這些成熟的技術(shù)，相比之下突發(fā)交換技術(shù)就鮮為人知了，當然從交換粒度，交換模式(直通還是存儲轉發(fā))，網(wǎng)絡(luò )帶寬資源的預留方式等方面來(lái)分類(lèi)的話(huà)還有許多交換技術(shù)，應用最多的就是以上三種交換技術(shù)。根據它們的各自特點(diǎn)，在光域中出現了相應的三種光交換技術(shù)：

1)波長(cháng)路由交換(WRS)：在WDM網(wǎng)絡(luò )中使用電路交換技術(shù)時(shí)，是以波長(cháng)交換的形式來(lái)實(shí)現，在相鄰節點(diǎn)間的每條鏈路上，一個(gè)波長(cháng)就對應一個(gè)用于交換的光通道，提供端到端的“虛波長(cháng)路由”，在網(wǎng)絡(luò )的邊緣建立起光路徑。光路徑通過(guò)沿路徑的每條鏈路上預留專(zhuān)門(mén)的波長(cháng)通道而創(chuàng )建。在點(diǎn)到點(diǎn)的光通路中傳輸數據流時(shí)，中間節點(diǎn)不需要任何處理，不需要任何E/O和O/E轉換，也不需要緩沖數據。波長(cháng)路由交換網(wǎng)絡(luò )就是傳統電路交換網(wǎng)絡(luò )的一種形式，不能統計復用共享帶寬資源，所以帶寬利用率比較低;

2)光分組交換(OPS)：電域的包/分組交換在光域上表現為光分組交換OPS，是基于虛電路和光時(shí)分復用方式的，采用固定長(cháng)度短數據包格式，一般基于TDM來(lái)使用光纖中的所有帶寬，數據凈荷以光信號方式存在，信頭開(kāi)銷(xiāo)可以是光形式，也可以是電形式，通過(guò)帶外波長(cháng)或副載波復用傳送控制開(kāi)銷(xiāo)使之與業(yè)務(wù)數據分開(kāi)，控制開(kāi)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)數據之間的時(shí)延用光纖遲延線(xiàn)(光存儲器)來(lái)實(shí)現，而可變長(cháng)度的光分組，可使用串聯(lián)的光纖延遲線(xiàn)來(lái)實(shí)現，OPS主要優(yōu)點(diǎn)是能通過(guò)統計復用網(wǎng)絡(luò )帶寬資源提高帶寬利用率，而由于通過(guò)光/電轉換處理控制信息帶來(lái)的時(shí)延問(wèn)題比較嚴重;

3)光突發(fā)交換(OBS)：結合了波長(cháng)路由交換和光分組交換的優(yōu)點(diǎn)，OBS技術(shù)通過(guò)在有限的時(shí)間段預留帶寬來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )利用率?；窘粨Q實(shí)體就是突發(fā)幀，它是在入口節點(diǎn)、中間節點(diǎn)、出口節點(diǎn)之間移動(dòng)的一串數據包。突發(fā)幀主要由頭部控制突發(fā)幀(Control Burst)和數據突發(fā)幀(Data Burst)組成，它們之間各自獨立傳送?？刂仆话l(fā)幀被先于數據突發(fā)幀傳送用來(lái)沿路徑預留帶寬，接著(zhù)數據突發(fā)幀隨著(zhù)控制突發(fā)幀預留帶寬的相同路徑傳送，同時(shí)有三種突發(fā)交換協(xié)議TAG(Tell-And-Go)、IBT(In-Band-Terminator)、RFD(Reserve-a-Fixed-Duration)來(lái)協(xié)調控制突發(fā)幀和數據突發(fā)幀之間的協(xié)同工作(即它們之間的發(fā)送偏置時(shí)間);

3、基于標簽交換的全光互聯(lián)網(wǎng)解決方案

將傳統的MPLS技術(shù)和波長(cháng)路由交換,光分組交換,光突發(fā)交換相結合形成了基于標簽交換的全光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，相應的全光互聯(lián)網(wǎng)解決方案有：多協(xié)議波長(cháng)標簽交換MPLmS、基于標簽光突發(fā)交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS。

3.1 多協(xié)議波長(cháng)標簽交換(MPLmS)光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

MPLmS是傳統電MPLS在光域上的擴展，使用OXC作為L(cháng)SR，波長(cháng)作為標簽(如圖1所示)，沿用了原有的MPLS框架，不需要定義新的內容。它直接采用第一層(光波長(cháng)級)的交換來(lái)處理第三層的IP路由轉發(fā)，將標簽與WDM波長(cháng)信道關(guān)聯(lián)起來(lái)，其分立波長(cháng)或光纖信道類(lèi)似于標簽，并通過(guò)MPLmS信令來(lái)指配光信道。從而大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )的層次結構，并具有更強大的業(yè)務(wù)管理、流量工程、QoS保證的功能。MPLmS 也可以看作是一種沒(méi)有標簽?；虬窗D發(fā)的簡(jiǎn)化MPLS，利用IP選路協(xié)議來(lái)發(fā)現拓撲，利用MPLS信令協(xié)議來(lái)實(shí)現波長(cháng)通路的自動(dòng)指配，為實(shí)時(shí)配置光波長(cháng)通路提供了基本框架，選路與信令分離有利于靈活引入新特性新算法。這種方法可以使業(yè)務(wù)層上的路由器、ATM交換機或ADM動(dòng)態(tài)地要求傳送網(wǎng)提供所需的波長(cháng)，實(shí)現統一的網(wǎng)絡(luò )控制和快速業(yè)務(wù)供給，簡(jiǎn)化了IP層與光層的融合以及跨層的網(wǎng)絡(luò )管理，降低了網(wǎng)絡(luò )運行和業(yè)務(wù)拓展成本，有利于大規模網(wǎng)絡(luò )敷設。IP層與光層的融合正展現了前所未有的前景。MPLmS是構建新型網(wǎng)絡(luò )的管理控制平臺，通過(guò)它可將IP等各種業(yè)務(wù)無(wú)縫的接入到具有巨大帶寬的光纖網(wǎng)絡(luò )上來(lái)，是構建未來(lái)新型網(wǎng)絡(luò )的有效方法。

圖1 MPLmS網(wǎng)絡(luò )體系結構及標簽交換過(guò)程

MPLmS把MPLS標簽交換的基本概念應用到了光域，采用光波長(cháng)作為交換的標簽，將第三層路由轉發(fā)與第一層(光層)的光交換進(jìn)行了無(wú)縫融合，利用波長(cháng)來(lái)尋找路由，并標識所建立的光通路，為上層業(yè)務(wù)提供快速的波長(cháng)交換通道。光網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)被看作是MPLS設備，MPLmS光網(wǎng)絡(luò )的邊緣采用標簽棧，它將更小的電MPLS設備節點(diǎn)的LSP整合進(jìn)更大的波長(cháng)LSP中。MPLmS域的中間節點(diǎn)在數據傳輸過(guò)程中不再運行任何電的標簽處理，并且只有有限個(gè)標簽處理操作在光域上實(shí)現。利用這些功能，波長(cháng)標簽方案將MPLS的控制平面粘貼到光波長(cháng)路由交換機/光交叉連接設備的上層，并將它看作是具有MPLS能力的節點(diǎn)，即光波長(cháng)交換路由器(O-LSR)節點(diǎn)。