產品 求購 供應 文章 問題

0431-81702023
光學工程
基于對等模型的新型光因特網技術介紹

      文章簡述一種新的組網技術----對等模型,它為光因特網的實現提供一種新的方式。通用多協議標簽交換(GMPLS)支持對等模型網絡,GMPLS技術和路由機制是構建對等模型光因特網的關鍵技術。 
      關鍵詞:光因特網 對等模型 控制平面 通用多協議 標簽交換路由機制
      傳統的點對點WDM光網絡不能提供承載下一代因特網業務所需的網絡擴展性、單位比特的低成本、預留速率和運營的簡易性。網絡運營商若要加入到因特網驅動的新經濟競爭中,就必須積極采用新技術和新方法,建立一個可支持因特網業務增長的光傳輸基礎網絡,以擴展和提升網絡性能。
      基于IP over WDM技術因特網是一種優化的IP光網絡,它直接在光網上運行,是由高性能WDM設備、吉比特和太比特路由交換節點組成的數據通信網絡。光因特網綜合利用IP技術和WDM技術,形成一種新型的高速寬帶光網絡技術。
1 對等模型光因特網拓撲結構
      近兩年來,經過光通信界和工業界的努力,一個通用多協議標簽交換(GMPLS)下的光控制平面,已從簡單的概念迅速攀升為一個詳細的協議標準集。在許多情況下,光控制平面是一項對傳送基礎底層具有潛在革命性的創新技術。
對等模型(peermodel)是因特網工程任務組(IETF)所支持的網絡結構,通用多協議標簽交換技術的出現是網絡技術的一項革新,極大地促進光因特網技術的發展。GMPLS統一各類控制平面的信令和路徑建立,各層面的交換設備均使用相同的信令,以完成對用戶平面的控制。要保證GMPLS的信令能夠在各種網絡拓撲結構中安全可靠地傳送,信令系統的基本操作是請求動作、與連接相關的屬性、通過網絡傳送操作命令的協議和傳送信令消息的信道。
      GMPLS的信令由信令的功能性描述(GMPLS-SIG)、擴展的資源預留協議RSVP-TE(resource reservation setup protocol-traffic engineering)和擴展的受限路由標簽分發協議CR-LDP(constraint based routing label distribution protocol)組成。GMPLS通過信令交換標簽交換通道(LSP,label switching path)的參數(如帶寬、信號類型、采用何種保護和在特殊復用中的位置等),并使用RSVP-TE和CR-LDP協議在通道上綁定標記。在GMPLS的“標簽請求消息”中增加包含非分組接口特征,標簽分配可采用請求驅動、數據/流驅動或拓撲驅動。此外,GMPLS還擴展MPLS路由協議,定義OSPF-TE和IS-IS-TE兩種擴展的內部網關協議(IGP);使其能把鏈路廣播發送到各種類型的鏈路上(分組、時隙、波長和光纖級鏈路),并支持鄰近轉發。GMPLS使用約束路由機制,分配相關的傳輸網絡拓撲信息,包括使用IGP擴展轉發相鄰節點的狀態信息。
1.2 對等模型的特點
      對等模型的特點是把光傳送層的控制智能轉移到IP層,由IP層來實施端到端的控制。可把光傳送網和IP網看作一個統一的網絡,光交換機和標簽交換路由器具有統一的選路區域,兩者之間可自由地交換所有信息,并運行同樣的選路和信令協議,以實現一體化的管理和流量工程,消除不同網絡區域間的壁壘。統一的控制平面可消除因管理混合光互聯系統而帶來的復雜性,這種網絡的控制和操作語義往往是分離的、不同的。
      對等模型突破了傳輸平臺與業務層之間的明顯界限,兩層設備彼此之間是對等關系,即IP路由器與光交叉連接(OXC)設備相互之間都是對等的實體,在光域和IP域運行同一個路由協議,一種通用的IGP協議(如OSPF-TE或IS-TE)可用于交換拓撲信息。在對等模型申,所有IP路由器和OXC設備都具有共同的編址和尋址方案,由業務提供者(而不是光核心網)控制光核心網的使用。業務提供者看得見核心光網絡的結構,因此可作出優化的路由決策。

2 鏈路狀態路由協議
2.1 OSPF路由狀態協議和分層結構
      開放最短路徑優先協議(OSPF)是內部網關協議之一,它是針對路由信息協議(RIP,routing information protocol)不適用于劇烈變化的網絡環境而產生的。同RIP相比,OSPF網絡的跳數(hop)沒有要求,其收斂速度大大快于RIP。OSPF具有三種類型度規(metric)并可組合,非常有利于實現網絡負載均衡。OSPF僅在網絡狀態發生變化時向全網廣播變化的鏈路狀態(link state)信息,可節省網絡帶寬,這對于廣域網(WAN)來說尤為重要。OSPF支持變長子網掩碼(VLSM),在一個路由器的不同端口可用不同長度的子網掩碼,使網絡IP地址空間分配更靈活。由于OSPF具有上述優點,所以在路由協議的選擇中得到廣泛應用。
       OSPF路由協議是一種典型的鏈路狀態路由協議,一般用于同一個路由域內。這里的路由域是指一個自治系統(AS,autonomous system),它是一個通過統一的路由策略(RP,routing policy)或路由協議互相交換路由信息的網絡。
       OSPF在一個AS內分層,AS可分為一個主干區域(backbone area)和若干區域,每個區域相對獨立。區域內路由器采用相同的過程和算法,鏈路狀態數據庫也相同,每個區域均有一個唯一的區域號,通過邊緣路由器(BR,border router)/區域邊緣路由器(ABR,area border router)連入主干區域。
OSPF路由器按其在網絡拓撲結構中的功能和位置,大致可劃分為以下4種:
      (1)內部路由器(IR,internal router):路由器的所有接口都在一個區域中,同一區域中的所有內部路由器都有相同的鏈路狀態數據庫。
      (2)邊緣路由器:至少有一個接口連接到主干區域0上。
      (3)區域邊緣路由器:與多個區域連接的路由器。這些路由器為所連接的每個區域維護獨立的鏈路狀態數據庫。ABR是區域的出口點,即區域中的流量必須通過ABR才能到達其他區域,ABR會對所連接區域的鏈路狀態數據庫進行總結(summary)。一個區域可有一個或多個ABR。
      (4)自治系統邊緣路由器(ASBR,autonomous system boundary router):至少有一個接口連接到外部網絡(其他AS,如非OSPF網絡)。這些路由器可溝通OSPF與網絡非OSPF網絡的信息。
      一個路由器可作為不同類型的路由器,同時兼任多種任務。
      由此可知,區域1、區域2、區域3分別通過各自的邊緣路由器接入主千區域0,主干區域0可視為一個特殊區域,區域號標識為0。其它區域必須物理連接至主干區域0。當然,如果某區域N不能直接物理連接到主干區域,則可通過虛擬鏈路,跨越另一區域,連接到主干區域0上。
      在該AS中,所有OSPF路由器都維護一個相同的信息數據庫(IDB),它描述AS結構。該數據庫中存放路由域中相應鏈路的狀態信息,OSPF路由器正是通過IDB計算出OSPF路由表。作為一種鏈路狀態的路由協議,OSPF將鏈路狀態廣播(LSA,link state advertisement)數據包傳送給某一區域內所有的路由器,這一點與距離矢量路由協議RIP不同。運行距離矢量路由協議RIP的路由器是把部分或全部路電表傳遞給與其相鄰的路由器。在OSPF的鏈路狀態廣播中包括所有接口信息、所有的度量和其他一些變量。利用OSPF的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態信息,并根據一定的算法計算出到每個節點的最短路徑,而給予距離向量的路由協議僅向其相鄰路由器發送有關路由更新信息。與RIP不同,OSPF把一個自治系統再劃分為若干區域,路由選擇方式相應有兩種類型:當源與目的地在同一區域時,采用區域內路由選擇;當源和目的地在不同區域時,則采用區域間路由選擇。這樣,大大減少了網絡開銷,增加了網絡穩定性。當一個區域內的路由器出了故障,不會影響自治系統內其他區域路由器正常工作,為網絡管理維護帶來方便。
2.2 IS-IS路由協議
      中間系統到中間系統(IS-IS)域內路由協議是路由器的OSI模型表示方法,它用于基于TCP/IP的IP網。IS-IS可很輕易地擴展,主要是IPv6。IS-IS體系劃分為兩層:骨千層(L2)和區域層(L1),一個路由器只能屬于一個區域。Ll路由器只知道它們本區域中的拓撲,去其它區域的所有流量都送往最近的L2路由器,L2路由器必須組成主干,與OSPF的主干區域0類似。

3 對等模型下的光因特網路由機制
  對等模型下的光因特網路由機制,IP/GMPLS和光層的關系是對等的,一個統一的控制平面同時運行于IP/GMPLS和光層上,因此控制平面把OXC設備看作是另一類路由器,路由器和OXC設備進行完全的拓撲信息交互。統一控制平面的管理域既包括核心光網絡設備又包括邊緣網絡設備,這樣就允許因特網業務提供商(ISP)的邊緣網絡設備了解核心網絡的拓撲結構,并參與路由計算。
       當只涉及單獨一個光網絡時,對普通IGP(如OSPF或IS-IS)加以適當擴展就可用于在整個光因特網上發布拓撲信息。對于OSPF來說,非透明的LSAs可用來廣播拓撲狀態信息。OSPF協議是通過Hello協議數據包建立和維護相鄰關系的,同時用它來保證相鄰路由器之間的雙向通信。OSPF路由器周期性地發送Hello數據包,當這個路由器看到自身被列于其他路由器的Hello數據包時,這兩個路由器之間會建立起雙向通信。在多接入的環境中,Hello數據包還用于發現指定路由器(DR),通過DR來控制與哪些路由器建立交互關系。
     兩個OSPF路由器建立雙向通信之后的第二個步驟是進行數據庫同步,數據庫同步是所有鏈路狀態路由協議的最大共性。在OSPF路由協議中,數據庫同步關系僅僅在建立交互關系的路由器之間保持。OSPF的數據庫同步是通過OSPF數據庫描述數據包(data description packets)進行的。OSPF路由器周期性地產生數據庫描述數據包(該數據包是有序的,附帶有序列號),并把這些數據句句相鄰路由器廣播。相鄰路由器可根據數據庫描述數據包的序列號與自身數據庫的數據作比較,若發現接收到的數據比數據庫內的數據序列號大,則會針對序列號較大的數據發出請求,并用請求得到的數據來更新其鏈路狀態數據庫。OSPF相鄰路由器從發送Hello數據包、建立數據庫同步到建立完全的OSPF交互關系這一過程可分成幾種不同的狀態進行。
      對于IS-IS來說,需作適當擴展,以便進行IP路由。當一個光因特網中包含多個域時,需要有域間路由和信令,但在任何一種情況下,光網絡和IP網絡中都需要有通用的尋址機制,通用的地址空間可通過在IP域和光域同時使用IP地址實現。這樣,光網絡中的網元就成為IP網絡中可尋址的實體。
      基于對等模型的路由機制為整合路由。在這種方式中,IP域和光域運行同樣的IP路由協議,如OSPF加以適當的光域擴展,這些擴展必須包含光鏈路的參數,以及光網絡的特定限制。網絡中所有節點(OXC設備和路由器)保存的拓撲和鏈路狀態信息都相同,使路由器可算出到達光網絡中另一路由器的端到端路由,這樣的標簽交換通道可用GMPLS信令建立(如RSVP-TE或CR-LDP)。當LSP在光網中路由時,需要在兩個邊緣路由器之間建立一條光通道。這條光通道本質上是光網絡中的一條隧道,它的容量比路由第一條LSP時更大,網絡中的其它路由器可在這條光通道中路由其它LSP,實現資源的充分利用。因此,這條光通道可被通告作為拓撲中的一條虛擬鏈路。
      轉發鄰接(FA,forwarding adjacency)是一個重要概念,它在向其它路由器傳播已有光通道的信息時是很重要的。FA實質上是遵循鏈路路由協議通告的一條虛擬鏈路,可用與定義常規鏈路資源相同的參數描述。雖然有必要說明FA的建立機制,但并不需要說明FA在路由機制中如何應用。一旦FA在路由狀態協議中通告,它的使用也會在路由計算和流量工程法中定義。
      對等模型可以無縫地實現IP網絡與光網絡互連,前提是光網絡特定的路由信息必須被IP路由器網絡所了解。
      對等模型是一種新型網絡技術,是IETF所支持的網絡結構,為此IETF提出通用多協議標簽交換概念。基本思路是把IP層用于MPLS通道的選路和信令。經一定的修改后,直接用于包括光傳送層在內的各個層面的連接控制。GMPLS技術的出現,使IP與WDM之間傳統的多層網絡結構趨于扁平化,為傳輸網絡從電路交換向分組交換轉變、光網絡層傳輸與交換功能結合邁出了非常關鍵的一步。
      路由協議是光因特網建設中的關鍵技術,它通常用于OSI參考模型的第3層(即網絡層)和TCP/IP的因特網。根據路徑確定方法的不同,路由協議可分為鏈路狀態路由協議、距離矢量路由協議和混合型路由協議。OSPF是為IP網設計的一種內部路由協議,適用于大型和可變網絡。OSPF的特點是收斂速度快、更新效率高、沒有跳數限制,支持可變長子網掩碼(VLSM),它根據帶寬選擇路徑。研究對等模型下的路由機制,對建立光因特網具有十分重要的意義。


版權信息:長春市金龍光電科技有限責任公司 | 聯系電話:0431-81702023 | 網站備案號:吉ICP備07002350號-1 | EMAIL:[email protected]
35选7中奖号码