基于RSVP-TE的組播信令協(xié)議在A(yíng)SON中的實(shí)現

　　1 引言

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )電視、視頻會(huì )議、遠程教學(xué)、新聞發(fā)布等流媒體業(yè)務(wù)在應用中變得日益重要。這類(lèi)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是,數據在一個(gè)組內以一對多或者多對多的形式進(jìn)行傳輸，并對QoS提出很高的要求.包括時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等等。為了更加有效地利用網(wǎng)絡(luò )帶寬資源,組播技術(shù)被認為是承載上述業(yè)務(wù)的有效手段。在IP層,已經(jīng)有許多組播組管理協(xié)議(IGMP,MLD)和組播路由協(xié)議(PIM-SM,PIM-DM等)被實(shí)現并標準化。然而由于IP本身盡力服務(wù)的特性。使得IP組播無(wú)法提供嚴格的QoS保證.這導致IP組播在如今的Internet中并沒(méi)有得到大規模的推廣應用。近幾年來(lái)，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON：Automatic Switched Optical Network)的研究取得了非常大的進(jìn)展,并且逐漸開(kāi)始在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)領(lǐng)域得到應用?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/ASON">ASON本身光路交換的特性可減少時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等的影響，提供更好的OoS支持,L.Sahasrabuddhe等人提出了基于光樹(shù)(light-tree)的光層組播以支持大范圍內的點(diǎn)到多點(diǎn)通信[1]。擴展現有的ASON控制平面，使其除了可以支持點(diǎn)到點(diǎn)的連接之外,同時(shí)還可以支持點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，從而可以有效地利用網(wǎng)絡(luò )帶寬。

　　2 ASON控制平面和RSVP-TE

　　ASON控制平面是基于通用多協(xié)議標記交換(GMPLS：Generalized Multi-Protocol Label Switching)協(xié)議體系，并采用流量工程(TE：Traffic Engineering)策略。ASON控制平面主要具備有三種基本功能：資源發(fā)現、路由控制、連接管理。資源發(fā)現功能負責自動(dòng)發(fā)現網(wǎng)絡(luò )中各種可使用資源,在GMPLS框架中由鏈路管理協(xié)議實(shí)現。路由控制功能負責實(shí)現自動(dòng)拓撲發(fā)現并為業(yè)務(wù)請求進(jìn)行路由選擇,運營(yíng)商可以根據不同的TE策略對業(yè)務(wù)流的路徑進(jìn)行精確控制,不受基于IGP的最短路徑約束。GMPLS框架中對已有的OSPF/ISIS協(xié)議進(jìn)行了TE擴展以實(shí)現路由信息的擴散。連接管理功能負責為業(yè)務(wù)請求提供端到端的連接服務(wù),用戶(hù)可以通過(guò)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口(UNI)向ASON發(fā)送請求完成包括連接的建立、刪除、修改和查詢(xún)等各種操作。目前存在兩種主要的信令協(xié)議來(lái)實(shí)現連接管理：基于約束路由的標記分發(fā)協(xié)議(CR-LDP：Constraint-based RoutedLabel Distribution Protocol)和基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議(RSVP-TE：Resource Reservation ProtocolTraffic Engineering)[2,3]。IETF針對這兩種協(xié)議都給出了相應的RFC,但都只限于對點(diǎn)到點(diǎn)連接的支持?？紤]到目前RSVP-TE得到了更多運營(yíng)商和設備廠(chǎng)商的支持,我們也將基于RSVP-TE進(jìn)行相應的組播擴展。RSVP-TE有兩種基本消息類(lèi)型：Path消息和Resv消息。圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)標記交換通道(LSP：Label Switching Path)建立的信令過(guò)程。當入口標記交換路由器(LSR：Label Switching Router)A接收到一個(gè)業(yè)務(wù)請求后，它根據路由控制模塊計算出來(lái)的路由填寫(xiě)顯示路由對象(ERO：Explicit Route Object)：{B，D，E}，然后將此ERO寫(xiě)入到一個(gè)新建的Path消息中。這個(gè)Path消息中還會(huì )包含一個(gè)會(huì )話(huà)(SESSION)對象用來(lái)全局唯一標識這個(gè)LSP所屬的隧道(tunnel)，此對象由出口LSR的地址和隧道標識符組成。當Path消息構建完后,它將沿著(zhù)指定的路由向下游節點(diǎn)傳送一直到出口LSRE。出口LSR收到Path消息后向上游節點(diǎn)返回Resv消息。收到Resv消息的中間節點(diǎn)將負責填寫(xiě)記錄路由對象(RRO：Record Route Object)，記錄LSP的實(shí)際路由并分配標記。當入口LSR收到Resv消息后,這條點(diǎn)到點(diǎn)的LSP就建立成功了。

　　3 組播信令協(xié)議

　　為了能在現有的GMPLS框架下支持具有TE能力的點(diǎn)到多點(diǎn)連接，IETF討論了相應的信令需求[4]。與傳統的點(diǎn)到點(diǎn)LSP相比，點(diǎn)到多點(diǎn)LSP除了原有的建立和刪除操作,還增加了嫁接(grafting)和剪枝(Druning)這兩個(gè)操作。嫁接操作允許將新的葉子(即出口LSR)動(dòng)態(tài)地加入到一個(gè)已經(jīng)存在的組播樹(shù)(即點(diǎn)到多點(diǎn)LSP),而剪枝操作則是從組播樹(shù)中動(dòng)態(tài)地將已存在的某些葉子剪除,所有的操作都不能影響組播樹(shù)上正在運行的業(yè)務(wù)。與此同時(shí),擴展后的信令協(xié)議必須與GMPLS已有的特性兼容并盡可能重用已存在的協(xié)議?；谏鲜鲆?S.Yasukawa等人在RSVP-TE的基礎上做了擴展.引入了次要顯示路由對象(SERO：Secondarv Explicit Route Object)、次要記錄路由對象(SRRO：Secondary Record Route Object)和"子LSP" (S2L sub-LSP)等概念[5]。這個(gè)擴展在前不久剛剛成為RFC標準。

　　用圖2所示的6節點(diǎn)光網(wǎng)絡(luò )來(lái)闡述整個(gè)組播信令流程。與IP組播不同,點(diǎn)到多點(diǎn)LSP并不需要額外的組播組管理協(xié)議。這是因為葉子節點(diǎn)的地址直接被包括在請求中,而不像IP組播中僅僅只是使用一個(gè)D類(lèi)地址。所有的組播樹(shù)請求都將用一個(gè)三元組來(lái)表示{T，a，L}，其中T是組播樹(shù)的標識符，s是源節點(diǎn)，L是組播樹(shù)的葉子集合。當T等于O的時(shí)候意味著(zhù)這是一個(gè)組播樹(shù)建立請求。例如，源節點(diǎn)A希望建立一個(gè)到葉子E和F的組播樹(shù)，那么這個(gè)請求就被表示為{0，A，{E，F}}。當這顆樹(shù)被建立后，它將被分配一個(gè)全局唯一的標識符，比如1。請求{1，A，{C1}}和{1，A，{F}}則分別意味著(zhù)將葉子C嫁接到組播樹(shù)1和將葉子F從組播樹(shù)1中剪除。如果想刪除整棵樹(shù)，只需要將組播樹(shù)1的所有葉子都剪除即可，即{1，A，{C，E}}。

　　3.1 組播樹(shù)建立

　　當源節點(diǎn)收到一個(gè)建立請求后，它首先為這棵組播樹(shù)計算顯示路由。假設網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都具有無(wú)限制的組播能力,其組播實(shí)現可以是通過(guò)使用分光器將光信號一分為幾[6]，也可以是將光信號轉換成電信號然后進(jìn)行復制。這樣就不需要對路由擴散協(xié)議進(jìn)行額外的擴展。為一個(gè)組播組計算一棵從一個(gè)源節點(diǎn)到若干個(gè)葉子的最小代價(jià)樹(shù)的問(wèn)題被稱(chēng)之為Steiner樹(shù)問(wèn)題,眾所周知，這是一個(gè)NP-complete問(wèn)題。我們使用最近節點(diǎn)優(yōu)先啟發(fā)式算法來(lái)計算次優(yōu)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)到多點(diǎn)Steiner樹(shù)[7]。

　　當路由被計算好后,組播樹(shù)被分解成若干個(gè)"子LSP"。在一個(gè)Path消息中，除了第一個(gè)子LSP被編碼成ERO外,后續的子LSP都將被編碼成SERO。為了減小信令消息的長(cháng)度，如果某個(gè)SERO的部分路由與ERO或前面的SERO發(fā)生重疊,那么這部分冗余信息將被移除。例如，請求{0，A，{E，F}】的路由將被分解成2個(gè)子LSP,其中從源節點(diǎn)A到葉子E的子LSP的路由被編碼成ERO{B，D，E}，而從源節點(diǎn)A到F的子LSP的路由則被編碼成SERO {D，F}。所有屬于同一個(gè)組播樹(shù)的子LSP共享一個(gè)全局唯一的組播樹(shù)標識符。在實(shí)際的RSVP-TE消息中。這個(gè)標識符由點(diǎn)到多點(diǎn)標識符、隧道標識符、擴展隧道標識符、源節點(diǎn)地址和LSP標識符共同組成。當分枝(branch)節點(diǎn)D收到Path消息后,Path消息被分解成兩個(gè)并被分別傳遞給下游節點(diǎn)E和F,每一個(gè)Path消息中只包含相應子LSP的SERO。也就是說(shuō)前者為{E}，而后者為{F}。當收到返回的Resv消息時(shí),為了避免Resv消息的泛濫，分枝節點(diǎn)會(huì )等待所有下游節點(diǎn)的Resv消息都到達后再將其合并到一個(gè)消息中轉發(fā)至上游節點(diǎn)。Resv消息中RRO/SRRO對象的處理與Path消息中的ERO/SERO類(lèi)似。圖3描述了請求{0，A，{E，F}}的信令實(shí)現過(guò)程。

　　3.2 組播樹(shù)嫁接

　　組播樹(shù)的嫁接可以有兩種實(shí)現方式。第一種是將要嫁接的葉子添加到一個(gè)已經(jīng)存在的Path消息中，然后刷新整個(gè)Path消息。例如，請求{1，A，{C}}的實(shí)現可以通過(guò)類(lèi)似上一小節中處理請求{0，A，{C，E，F}}的信令過(guò)程實(shí)現。這種實(shí)現方式可能會(huì )導致ERO/SERO編碼方案的重新計算。

　　第二種方式被稱(chēng)為增量更新。源節點(diǎn)為需要嫁接的葉子生成一個(gè)新的Path消息,此Path消息和其他已經(jīng)存在并屬于同一組播樹(shù)的Path消息擁有同樣的組播樹(shù)標識符。組播樹(shù)的嫁接只涉及對新Path消息的處理,不會(huì )影響組播樹(shù)中已經(jīng)存在的其他子LSP?；谶@樣可以減少信令消息的開(kāi)銷(xiāo)以及節點(diǎn)的處理時(shí)延，我們的實(shí)現中采用的是第二種方式。請求{1，A，{C}}的信令實(shí)現過(guò)程如圖4所示。

　　3.3 組播樹(shù)剪枝

　　組播樹(shù)的剪枝同樣有兩種實(shí)現策略：隱示的和顯示的。隱示剪枝使用標準的RSVP消息處理機制，通過(guò)修改原來(lái)的Path或Resv消息實(shí)現子LSP的刪除。修改過(guò)的消息必須包含所有其他未被刪除的子LSP。當使用這種方法的時(shí)候，節點(diǎn)在刪除到達相應葉子的數據通道之前必須確保被刪除的子LSP未被包含在任何其他的Path狀態(tài)中。顯示剪枝的實(shí)現則是基于為每一個(gè)Path消息生成一個(gè)相對應的PathTear消息。當某個(gè)Path消息所對應的所有葉子都需要被剪除的時(shí)候，顯示剪枝應當被使用。此外。如果需要刪除整個(gè)組播樹(shù)時(shí),必須為每一個(gè)Path消息建立的子LSP執行顯示剪枝。

　　4 實(shí)驗

　　圖5顯示了一個(gè)用來(lái)實(shí)現組播信令協(xié)議的4節點(diǎn)ASON網(wǎng)絡(luò )演示環(huán)境。圖中OXC的核心交換矩陣是基于時(shí)分交換,交換粒度為一個(gè)SDH VC-4，同時(shí)支持單播和組播連接。其中，節點(diǎn)2擁有1.28Tb/s嚴格無(wú)阻塞交換能力。而節點(diǎn)1、3和4擁有320Gb/s的交換能力。每個(gè)節點(diǎn)上都擁有3種板卡，GbE接口和STM-16接口的業(yè)務(wù)端板卡和STM-64接口的線(xiàn)路端板卡。GbE信號首先被映射到虛級聯(lián)VC-4容器中，然后在光網(wǎng)中傳輸。

　　在演示環(huán)境中，所有的節點(diǎn)都在一個(gè)控制域中?？刂破矫娴膶?shí)現是基于GMPLS框架，路由協(xié)議是基于OSPF-TE的擴展，信令協(xié)議即為進(jìn)行了組播擴展的RSVP-TE.UNI和NNI也都進(jìn)行了擴展以支持點(diǎn)到多點(diǎn)的連接?？刂破矫嫘畔⒌膫鬟f是通過(guò)一個(gè)100M以太網(wǎng)的帶外信道。我們使用Ethereal作為協(xié)議分析儀，并對其做了部分修改以支持點(diǎn)到多點(diǎn)連接[8]。業(yè)務(wù)生成器用于生成以太網(wǎng)業(yè)務(wù)并校驗組播樹(shù)的連通性。我們還擴展了GMPLS的管理信息庫以支持組播連接。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理系統，可以觀(guān)察到組播樹(shù)的路由、帶寬使用率等情況。

　　首先,為了評估經(jīng)過(guò)擴展后的控制平面與傳統的單播連接的兼容性，分別建立了一條從OXC 1出發(fā)的組播樹(shù)和單播連接，結果如表1所列。圖6顯示了Ethereal捕獲的組播樹(shù)建立的信令消息。在解開(kāi)的Path消息中,可以發(fā)現經(jīng)過(guò)擴展的UNI組播對象。然后,對已存在的連接進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的修改。在第三個(gè)測例中,一個(gè)葉子被添加到單播連接上并使其變?yōu)橐豢媒M播樹(shù)。在嫁接和剪枝的操作中，業(yè)務(wù)生成器在已建立的連接上沒(méi)有觀(guān)察到丟包的現象。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文介紹了GMPLS架構下為了支持組播連接做出的各種信令擴展。在由4個(gè)具備組播能力的SDH交叉連接機組成的光網(wǎng)絡(luò )演示環(huán)境中，成功實(shí)現了對光組播樹(shù)的建立、嫁接、剪枝和刪除等操作，證明了基于RSVP-TE的組播信令協(xié)議的有效性和可行性。