摘 要：GMPLS(通用多協(xié)議標(biāo)簽交換)是MPLS 技術(shù)向光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的產(chǎn)物。描述GMPLS和MPLS控制平臺的區(qū)別，介紹引用GMPLS協(xié)議作為控制平面的OBS網(wǎng)絡(luò)。提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在OBS的突發(fā)控制包中用通用標(biāo)簽代替源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址，并使用GMPLS協(xié)議棧對路由協(xié)議、信令功能以及鏈路管理協(xié)議進(jìn)行增強(qiáng)和擴(kuò)展以便更好地支持OBS網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：通用多協(xié)議標(biāo)簽交換；光突發(fā)交換；IPoverDWDM;標(biāo)簽交換路徑

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)08-144-03

GMPLSbased OBS Network Technology

LAN Lidan1，YANG Muqing2

(1.Computer Science College，Southcentral University for Nationalities，Wuhan，430074，China;

[JZ]2.Network Technique Center，Southcentral University for Nationalities，Wuhan，430074，China)

Abstract：Generalized MultiProtocol Label Switching(GMPLS)is an inevitable result of MPLS extension to optical network.This paper describes the difference between GMPLS and MPLS control plane protocol，and introduces an Optical Burst Switching (OBS) network which uses GMPLS as a control plane.The proposed system is to replace the source and destination address with an optical label in the OBS Burst Control Packet(BCP)，and uses GMPLS upon enhancing and extending the signaling，routing and link management in order to support OBS network well.

Keywords：GMPLS;optical burst switching;IPoverDWDM;LSP

IP業(yè)務(wù)每6個月翻番對通信網(wǎng)絡(luò)造成了極大的處理壓力和性能挑戰(zhàn)，這要求IP網(wǎng)絡(luò)能提供T比特級傳輸速率、大容量、高性能和低延遲快速包傳輸。同時光交換和DWDM( Dense Wavelength Division Multiplexing) 光傳輸系統(tǒng)提供了爆炸性的容量增長。因此提出不通過ATM層或SDH層，而基于DWDM直接傳送IP包的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)。下一代光互聯(lián)網(wǎng)是一個融合的網(wǎng)絡(luò)，光突發(fā)交換（Optical Burst Switch，OBS）與通用多協(xié)議標(biāo)簽交換（Generalized Multiprotocol Label Switching，GMPLS）的結(jié)合已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也關(guān)系到OBS的應(yīng)用前景。如何能夠很好地將GMPLS和OBS有效結(jié)合起來形成光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系是目前研究的熱點(diǎn)。

1 MPLS和GMPLS控制平臺

多協(xié)議標(biāo)簽交換（Multiprotocol Label Switching，MPLS）作為一種新的Internet骨干網(wǎng)技術(shù)正倍受矚目，他能夠在IP無連接網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建連接型服務(wù)，利用定長的標(biāo)記將第2層的轉(zhuǎn)發(fā)和第3層的路由分開，利用傳統(tǒng)第2層轉(zhuǎn)發(fā)硬件，除去復(fù)雜的控制信令而采用靈活的IP路由協(xié)議。MPLS能夠解決當(dāng)前Internet中存在的許多問題，同時能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)的QoS、流量工程（Traffic Engineering，TE）等功能。

GMPLS是MPLS向光層的擴(kuò)展和延伸，并繼承了幾乎所有MPLS的特性和協(xié)議，但是兩者還是存在本質(zhì)上的很大差別。GMPLS是一個正在標(biāo)準(zhǔn)化的公共控制平臺協(xié)議，他統(tǒng)一了各層設(shè)備的控制平面，各層交換設(shè)備都使用同樣的信令來完成對用戶平面的控制。同時GMPLS擴(kuò)展了建立標(biāo)簽交換路徑（Label Switched Path，LSP）的概念，允許在通道兩端同種標(biāo)簽交換設(shè)備間建立LSP。GMPLS規(guī)定了一些MPLS所沒有的特殊功能，如雙向LSP建立，以及為光網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性引入的綁定鏈路、無編號鏈路。

GMPLS同時覆蓋了光層和電層，是一種將電層包交換技術(shù)與光層波長交換技術(shù)有機(jī)融合。下一代光互聯(lián)網(wǎng)從傳統(tǒng)電主導(dǎo)的4層網(wǎng)絡(luò)體系演進(jìn)到光主導(dǎo)的IPoverDWDM兩層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示[13]。

GMPLS采用基于約束的路由技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)流量工程和快速選路，滿足對QoS的要求，因此，GMPLS在流量工程中可以取代ATM，而快速選路可完全可以取代SONET/SDH的保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)。如圖1所示，使用IP/GMPLS控制平臺可以使傳輸網(wǎng)絡(luò)完全跨過ATM和SONET/SDH兩層，直接實(shí)現(xiàn)IPoverDWDM。

2 OBS網(wǎng)絡(luò)

DWDM技術(shù)為光傳輸系統(tǒng)提供T比特級帶寬，同時傳統(tǒng)的電交換路由器已經(jīng)不能提供飛速增長的因特網(wǎng)流量所要求的高數(shù)據(jù)傳輸率，O/E/O（光/電/光）轉(zhuǎn)換成為瓶頸問題，因此如何充分利用光網(wǎng)絡(luò)的帶寬是下一代光因特網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。OBS的粒度介于電路交換和分組交換[4]，用戶數(shù)據(jù)（例如IP包）在邊緣路由器中進(jìn)行裝配和拆分，以突發(fā)包（data burst）形式在OBS網(wǎng)絡(luò)中傳輸，而相應(yīng)的控制分組（control packet）攜帶該突發(fā)包的相關(guān)信息（如包長、偏置時間和優(yōu)先級等），以一定的偏置時間（offset time）提前發(fā)送出去，為數(shù)據(jù)包預(yù)留資源并建立傳送鏈路，在核心路由器中進(jìn)行控制信息的處理。由于突發(fā)包與控制分組分別在不同信道或波長中傳輸，因此O/E/O轉(zhuǎn)換只在控制信道上進(jìn)行，而突發(fā)包中的數(shù)據(jù)可以直接實(shí)現(xiàn)全光傳輸。

OBS中有WROBS，JET，JIT，JBT等資源預(yù)留協(xié)議，圖2為目前有關(guān)OBS網(wǎng)絡(luò)理論研究普遍采用的JET（just enough time）機(jī)制。突發(fā)包將從節(jié)點(diǎn)0傳送到節(jié)點(diǎn)n要經(jīng)過n+1個節(jié)點(diǎn)，假設(shè)控制分組在每個節(jié)點(diǎn)的處理時間為tp，相鄰的兩個節(jié)點(diǎn)的傳輸時間為tp′，則突發(fā)包與控制分組之間的偏置時間to則大于等于n×tp′＋n×tp。中間節(jié)點(diǎn)在控制分組到達(dá)時，根據(jù)該分組所攜帶的信息，估計(jì)突發(fā)包數(shù)據(jù)可能到達(dá)的時間并為其分派一個可以使用的波長信道。突發(fā)包在邊緣節(jié)點(diǎn)等待to后，沿著各個中間節(jié)點(diǎn)為其分配的波長信道傳送。在JET中采用單向預(yù)約方式，即突發(fā)包是在沒有收到確認(rèn)信號的情況下發(fā)送。由于to可以基本保證各個節(jié)點(diǎn)預(yù)先估計(jì)出突發(fā)包到達(dá)時間，所以在采用JET機(jī)制的OBS網(wǎng)絡(luò)中可以不需要光緩存器。

3 基于GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò)

利用GMPLS的OBS網(wǎng)絡(luò)保留了傳統(tǒng)的OBS技術(shù)的特點(diǎn)，控制分組與突發(fā)數(shù)據(jù)包在不同的波長上傳送，以及采用JET資源預(yù)留機(jī)制等；同時又吸收GMPLS一些擴(kuò)展的技術(shù)，在IP層與光層都加上能統(tǒng)一管理的標(biāo)簽，以及在路由、信令、鏈路管理協(xié)議上進(jìn)行一些有針對性的增強(qiáng)和擴(kuò)展。OBS和基于GMPLS網(wǎng)絡(luò)能夠得到有效結(jié)合的前提包括以下：

（1） 兩者都是由邊緣節(jié)點(diǎn)、核心節(jié)點(diǎn)和WDM鏈路組成（OBS網(wǎng)絡(luò)在邊緣節(jié)點(diǎn)將輸入分組封裝成突發(fā)包，并產(chǎn)生控制分組;GMPLS網(wǎng)絡(luò)在邊緣節(jié)點(diǎn)將輸入分組劃分成等同轉(zhuǎn)發(fā)類FEC，并分配標(biāo)記）；

（2） 兩者都采用帶外信令傳輸方式，載荷數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中都可實(shí)現(xiàn)透明傳送和交換；

（3） GMPLS網(wǎng)絡(luò)可以用標(biāo)簽交換技術(shù)在入口/出口路由器之間建立半永久的數(shù)據(jù)通道，OBS網(wǎng)絡(luò)可以通過控制分組在入口/出口邊緣節(jié)點(diǎn)間為載荷建立透明的數(shù)據(jù)通道；

（4） GMPLS采用嵌套標(biāo)記交換路徑LSP概念，支持波長信道級、波長組級和光纖級、SDH級等多粒度交換。有理由考慮通過協(xié)議擴(kuò)展和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的改善，也支持光突發(fā)分組的交換。

利用GMPLS協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)OBS網(wǎng)絡(luò)中信令的傳送和配置等功能。在OBS網(wǎng)絡(luò)中引入GMPLS技術(shù)，可為其提供統(tǒng)一的控制和管理。將控制信道和數(shù)據(jù)交換信道進(jìn)行分離，標(biāo)簽信息在控制包中，控制包應(yīng)與GMPLS的控制平面成為一體。LOBS使用單獨(dú)的標(biāo)簽波長與數(shù)據(jù)波長，具有非零的偏置時間，與光分組交換（optical packet switch）相比較，LOBS中的標(biāo)簽及相應(yīng)的突發(fā)包中的標(biāo)簽及其凈荷在時間和空間上更松散，標(biāo)簽處理和突發(fā)包之間及突發(fā)包及其標(biāo)簽之間的同步也相對不迫切。偏置時間的存在為LOBS提供了區(qū)分服務(wù)\\[5\\]。在LOBS中每一個突發(fā)數(shù)據(jù)流對應(yīng)一個標(biāo)簽，在每一個交換節(jié)點(diǎn)上都對標(biāo)簽信息、波長號、偏置時間等控制信息執(zhí)行電處理操作，因此不同LSP通路上的突發(fā)數(shù)據(jù)流無需進(jìn)行光/電/光變換就完全可以進(jìn)行業(yè)務(wù)整合\\[6\\]?；贕MPLS技術(shù)的OBS網(wǎng)絡(luò)模型(以下簡稱GLOBS網(wǎng)絡(luò))如圖3所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)

GMPLS體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、路由技術(shù)和鏈路資源管理技術(shù)等。為了支持OBS網(wǎng)絡(luò)，GMPLS 對MPLS 標(biāo)簽進(jìn)行了擴(kuò)展，使得標(biāo)簽不但可以用來標(biāo)記傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，還可以標(biāo)記TDM 時隙、光波長、光波長組、光纖等;為了充分利用光網(wǎng)絡(luò)的資源，GMPLS對原有的路由協(xié)議、信令協(xié)議做了修改和擴(kuò)展，并設(shè)計(jì)一個全新的鏈路管理協(xié)議LMP(Link Management Protocol) 。

（1）標(biāo)簽。

GMPLS設(shè)計(jì)了專用的標(biāo)簽格式，標(biāo)簽支持對時隙、波長、波帶以及光纖標(biāo)識。使用這些專用的標(biāo)簽格式可以在非分組交換的標(biāo)簽交換路由器(LSR)之間建立起標(biāo)簽交換通道(LSP)。除了定義上面的通用標(biāo)記外，還為實(shí)現(xiàn)非分組交換的LSP定義新的功能，包括上游建議標(biāo)記、標(biāo)記組以及雙向LSP的建立，這些功能是MPLS所不具備的。雙向LSP的建立有助于縮短連接的建立時間和在出現(xiàn)故障時加速保護(hù)與恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)。

（2）信令協(xié)議。

GMPLS定義了2種信令協(xié)議：一種是基于受限路由的標(biāo)記分發(fā)協(xié)議(CRLDP)；另一種是基于流量工程擴(kuò)展的資源預(yù)留協(xié)議(RSVPTE)。兩種協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但是他們實(shí)現(xiàn)的功能基本相同，都能滿足GMPLS網(wǎng)絡(luò)對信令系統(tǒng)的要求。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中，入口的LSR 使用RSVPTE和CRLDP 協(xié)議在通道上進(jìn)行標(biāo)簽的綁定，利用標(biāo)簽來代替源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址可以減少控制包的處理時間，加快轉(zhuǎn)發(fā)的速度，減少了偏置時間。GMPLS信令協(xié)議必須負(fù)責(zé)為BHP建立、修改和拆除端到端的標(biāo)簽交換路徑，而無需為DB 建立具體的傳輸路徑。另外，信令技術(shù)還支持對流量工程能力和生存性能力的增強(qiáng)。

（3）路由協(xié)議。

GMPLS在MPLS的路由協(xié)議基礎(chǔ)上又對其進(jìn)行擴(kuò)展和加強(qiáng)，從而支持鏈路狀態(tài)信息的傳送。GMPLS對路由協(xié)議的擴(kuò)展主要包括對未編號鏈路，鏈路保護(hù)類型，共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組信息，接口交換能力描述符和帶寬編碼等的支持。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中，傳送突發(fā)數(shù)據(jù)包的路徑具有不確定性，因此需對路由協(xié)議的修改決定突發(fā)包的具體路徑。由于控制包的傳送路徑可以通過信令技術(shù)創(chuàng)建，則突發(fā)包的傳送路徑可以由路由上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制包攜帶的信息來確定。

（4） 鏈路管理協(xié)議

GMPLS定義專門的鏈路管理協(xié)議(LMP)管理終端鏈路的連接，其內(nèi)容包括控制信道管理、鏈路屬性關(guān)聯(lián)、鏈路連接性驗(yàn)證和故障隔離/定位。在GLOBS網(wǎng)絡(luò)中，采用專用信道(與數(shù)據(jù)信道分離)承載控制信息，LMP對GMPLS控制信道(GCC)、控制信道組(CCG)和數(shù)據(jù)信道組(DCG)的配置來協(xié)商鏈路的屬性，并交換相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈路資源信息，使兩端節(jié)點(diǎn)有相同的鏈路參數(shù)，可以動態(tài)地改變鏈路特性，而且可以管理控制包鏈路交換通路和數(shù)據(jù)突發(fā)包的映射關(guān)系等。此外，LMP還定義兩個功能模塊：鏈路連通性查證和故障管理/定位。

5 結(jié) 語

基于GMPLS的OBS為支持IPoverDWDM的網(wǎng)絡(luò)提供了快速而有效的IP包傳送。他通過將標(biāo)簽交換作為包的傳送方式，不僅低延遲，而且能使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到T比特級的傳輸速率。盡管這一解決方案尚有很多關(guān)鍵技術(shù)需要深入研究，但方案的解決將大大滿足不斷增長的帶寬需要，對全光網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Chokesatean P，Yaemnoi T，Sukcharoenkana W，et al.Will GMPLS Replace ATM and SONET/SDH in the Next Few Years.2001.

［2］Tomsu P，Schmutzer C.Next Generation Optical Network: the Convergence of IP Intelligence and Optical Technologies ［M］.Prentice Hall，2001

［3］Fong N W，Havala P，Wank R.GMPLS: A New Way of Optical Networking［C］.Proceedings of the Conference on National Fiber Optical Engineers.Baltimore，USA，2001.

［4］ Chen Y，Qiao C，Yu X.Optical Burst Switching A New Area in OpticalNetworking Research ［J］.IEEE Network Magazine，2004，18(3):1623.

［5］Sulur，Koonen T，Monroy I T，et al.IP over DWDM Networks Supported by GMPLSBased LOBS Deploying Combined Modulation Format.Opticomm 2001，Denver，Colorado (USA)，2001.

［6］http://www.ccsa.org.cn/technic/switch/ccsadetail.php3?id=440.

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［8］Pedro Pedrosol.Integrating GMPLS in the OBS Networks Control Plane.ICTON，2007.

作者簡介 藍(lán)李丹 女，1981年出生，福建連江人，畬族，中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院研究生。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。