多協(xié)議標簽交換技術在全光互聯(lián)網(wǎng)中的應用

關鍵詞：多協(xié)議波長標簽交換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)絡的擴展

傳統(tǒng)的ip網(wǎng)絡是“盡力而為”的，在流量和網(wǎng)絡帶寬管理上功能很弱，往往導致網(wǎng)絡發(fā)生擁塞，很難滿足對時延、抖動和傳輸質(zhì)量有特別要求的應用(如語音和視頻業(yè)務等)，此時MPLS(多協(xié)議標簽交換)應運而生，實現(xiàn)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”，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方面的服務保障，IP/MPLS over ATM這種成熟的技術結合方式已經(jīng)被廣泛的應用到能滿足電信級QOS要求的骨干網(wǎng)絡中。

隨著光通信技術的發(fā)展，通信距離已經(jīng)“死亡”，網(wǎng)絡傳輸帶寬瓶頸已經(jīng)成為過去，WDM技術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)絡的邊緣。為了將MPLS應用到光網(wǎng)絡上，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路由器/光交換機，同時將對傳統(tǒng)MPLS協(xié)議作相應的擴展和修改。與此同時IETF提出了GMPLS的全新概念，它是MPLS向光網(wǎng)絡擴展的必然產(chǎn)物，具有對智能光網(wǎng)絡進行快速實施光連接，在光層實現(xiàn)動態(tài)業(yè)務分配和動態(tài)的提供網(wǎng)絡資源，以及實現(xiàn)網(wǎng)絡端到端監(jiān)控保護和恢復功能。GMPLS能支持多種交換類型，如分組交換PSC，時分復用TDMp波長交換LSC和光纖交換FSC,由此出現(xiàn)了通用標簽和LSP分級嵌套概念，即允許系統(tǒng)以一個轉發(fā)層來進行縮放，那么位于頂層的標簽將是FSC接口，接下來的是LSC、TDM，最后是PSC。GMPLS 還擴展了MPLS在邏輯上把控制平面從數(shù)據(jù)平面中分離出來的概念，允許與數(shù)據(jù)平面相關的多種物理上的控制平面存在。

2、傳統(tǒng)電域交換技術在光域中的應用

在傳統(tǒng)的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務網(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，相比之下突發(fā)交換技術就鮮為人知了，當然從交換粒度，交換模式(直通還是存儲轉發(fā))，網(wǎng)絡帶寬資源的預留方式等方面來分類的話還有許多交換技術，應用最多的就是以上三種交換技術。根據(jù)它們的各自特點，在光域中出現(xiàn)了相應的三種光交換技術：

1)波長路由交換(WRS)：在WDM網(wǎng)絡中使用電路交換技術時，是以波長交換的形式來實現(xiàn)，在相鄰節(jié)點間的每條鏈路上，一個波長就對應一個用于交換的光通道，提供端到端的“虛波長路由”，在網(wǎng)絡的邊緣建立起光路徑。光路徑通過沿路徑的每條鏈路上預留專門的波長通道而創(chuàng)建。在點到點的光通路中傳輸數(shù)據(jù)流時，中間節(jié)點不需要任何處理，不需要任何E/O和O/E轉換，也不需要緩沖數(shù)據(jù)。波長路由交換網(wǎng)絡就是傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡的一種形式，不能統(tǒng)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(xiàn)為光分組交換OPS，是基于虛電路和光時分復用方式的，采用固定長度短數(shù)據(jù)包格式，一般基于TDM來使用光纖中的所有帶寬，數(shù)據(jù)凈荷以光信號方式存在，信頭開銷可以是光形式，也可以是電形式，通過帶外波長或副載波復用傳送控制開銷使之與業(yè)務數(shù)據(jù)分開，控制開銷和業(yè)務數(shù)據(jù)之間的時延用光纖遲延線(光存儲器)來實現(xiàn)，而可變長度的光分組，可使用串聯(lián)的光纖延遲線來實現(xiàn)，OPS主要優(yōu)點是能通過統(tǒng)計復用網(wǎng)絡帶寬資源提高帶寬利用率，而由于通過光/電轉換處理控制信息帶來的時延問題比較嚴重;

3)光突發(fā)交換(OBS)：結合了波長路由交換和光分組交換的優(yōu)點，OBS技術通過在有限的時間段預留帶寬來提高網(wǎng)絡利用率?；窘粨Q實體就是突發(fā)幀，它是在入口節(jié)點、中間節(jié)點、出口節(jié)點之間移動的一串數(shù)據(jù)包。突發(fā)幀主要由頭部控制突發(fā)幀(Control Burst)和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)突發(fā)幀傳送用來沿路徑預留帶寬，接著數(shù)據(jù)突發(fā)幀隨著控制突發(fā)幀預留帶寬的相同路徑傳送，同時有三種突發(fā)交換協(xié)議TAG(Tell-And-Go)、IBT(In-Band-Terminator)、RFD(Reserve-a-Fixed-Duration)來協(xié)調(diào)控制突發(fā)幀和數(shù)據(jù)突發(fā)幀之間的協(xié)同工作(即它們之間的發(fā)送偏置時間);

3、基于標簽交換的全光互聯(lián)網(wǎng)解決方案

將傳統(tǒng)的MPLS技術和波長路由交換,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，相應的全光互聯(lián)網(wǎng)解決方案有：多協(xié)議波長標簽交換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)議波長標簽交換(MPLmS)光互聯(lián)網(wǎng)技術

MPLmS是傳統(tǒng)電MPLS在光域上的擴展，使用OXC作為LSR，波長作為標簽(如圖1所示)，沿用了原有的MPLS框架，不需要定義新的內(nèi)容。它直接采用第一層(光波長級)的交換來處理第三層的IP路由轉發(fā)，將標簽與WDM波長信道關聯(lián)起來，其分立波長或光纖信道類似于標簽，并通過MPLmS信令來指配光信道。從而大大簡化了網(wǎng)絡的層次結構，并具有更強大的業(yè)務管理、流量工程、QoS保證的功能。MPLmS 也可以看作是一種沒有標簽?；虬窗D發(fā)的簡化MPLS，利用IP選路協(xié)議來發(fā)現(xiàn)拓撲，利用MPLS信令協(xié)議來實現(xiàn)波長通路的自動指配，為實時配置光波長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)務層上的路由器、ATM交換機或ADM動態(tài)地要求傳送網(wǎng)提供所需的波長，實現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡控制和快速業(yè)務供給，簡化了IP層與光層的融合以及跨層的網(wǎng)絡管理，降低了網(wǎng)絡運行和業(yè)務拓展成本，有利于大規(guī)模網(wǎng)絡敷設。IP層與光層的融合正展現(xiàn)了前所未有的前景。MPLmS是構建新型網(wǎng)絡的管理控制平臺，通過它可將IP等各種業(yè)務無縫的接入到具有巨大帶寬的光纖網(wǎng)絡上來，是構建未來新型網(wǎng)絡的有效方法。

圖1 MPLmS網(wǎng)絡體系結構及標簽交換過程

MPLmS把MPLS標簽交換的基本概念應用到了光域，采用光波長作為交換的標簽，將第三層路由轉發(fā)與第一層(光層)的光交換進行了無縫融合，利用波長來尋找路由，并標識所建立的光通路，為上層業(yè)務提供快速的波長交換通道。光網(wǎng)絡節(jié)點被看作是MPLS設備，MPLmS光網(wǎng)絡的邊緣采用標簽棧，它將更小的電MPLS設備節(jié)點的LSP整合進更大的波長LSP中。MPLmS域的中間節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸過程中不再運行任何電的標簽處理，并且只有有限個標簽處理操作在光域上實現(xiàn)。利用這些功能，波長標簽方案將MPLS的控制平面粘貼到光波長路由交換機/光交叉連接設備的上層，并將它看作是具有MPLS能力的節(jié)點，即光波長交換路由器(O-LSR)節(jié)點。