多协议波长交换将给光网络带来深刻的变革

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考虑到光交换机能在面向数据的网络中发挥重要作用，一些主要的路由器和光设备供应商开始合作，把多协议标签交换（MPLS）控制平面和光交换机的功能结合起来，推出称为多协议波长交换（MPλS）的协议。这个协议允许业务层的设备通过现有的控制平面动态地向传输层申请带宽。



光网络


光交换将从根本上改变我们建设和使用光传输网络的方式。承载数据流的光束可以透明地进行交换，而与比特率、波长和编码方式无关。与光-电-光（OEO）交换机不同，光交换机的交换过程是在光层上完成的。光交换机可以向用户提供透明的业务，不管是SONET/SDH还是以太网，数据率是155Mb/s还是10Gb/s甚至更高都仍然保持透明。


向光网络的演进将会是逐步的。当前的网络是采用点到点的方式在一个波长上，传输数字业务中途经过一些光电转换装置。未来的光网络将完全在光域中复用和传送光波长，传输的基本元素是波长而不是时隙。


在未来的网络中，一个最好的光解决方案应当在混合的光环境中包括下一代系统和现有的设备。这些不同的网元将使用一个通用的标准控制平面进行通信。这种控制平面允许各种产品独立地开发和更新，并允许使用一套指令语法快速提供和部署点到点业务。此外，通过在传输和业务管理层使用业已广泛采用的IP管理工具和单一的控制平面将会使网络操作大为简化。



现有的多层网络


今天，SONET/SDH传输网络结构完全可以为电话拨号和专线业务提供性能和可靠性的保证。但从1995年以来，由于国际互联网的迅猛发展，我们已经看到了数据业务量的迅速增长，为了提高传输系统容量大量采用了DWDM系统。


由于当前的网络结构在可扩展性方面的局限性，利用DWDM提供的带宽来满足吉比特级业务的需求已被证明是一个很大的挑战。目前的数据网络一般都有四个功能层：IP层承载应用程序，ATM层处理流量控制，SONET/SDH层管传输，DWDM层提供大容量的带宽。多层结构所面临的典型问题就是最小公分母效应，也就是说，任何一个功能层都可能限制整个网络的扩展能力。



双层网络的诞生


现有的网络结构的局限性妨碍了业务传送市场的发展，因此需要一个全新的网络结构，它应当能够方便地支持快速的业务增长和变化以及高质量的业务传送。答案是采用一个智能化、动态全光传输层来支持业务层。


一般说来，光网络模型将网络划分成了两个组成部分：业务部分和光传输部分（见图1）。这个结构结合了光交换和DWDM的优点。它能提供吉比特级的带宽，并能向业务平台提供波长级的可进行流量控制的网络接口。业务平台包括路由器、ATM交换机和SONET/SDH分插复用器（ADM）。这些设备从传送层到业务层都使用。业务层完全靠光传送层来获得连接各节点和网元时所需的带宽。在这种模型中，带宽按波长而不是TDM时隙分配。这种新结构能快速地分配带宽以满足指数增长的需求。


将光交换机的带宽分配能力和MPLS的流量控制能力结合起来，路由器、ATM交换机和SONET/SDH ADM就可以随时随地按需申请带宽。MPλS结合了MPLS的控制平面技术和光交换技术的优点以提供光通道实时分配的框架结构。这种技术允许在包括光交换机、标签交换路由器（LSR）、ATM交换机和SONET/SDH ADM的混合网络中的网络管理操作使用一套统一的语义。这种新的结构不仅特别适合于以数据为中心的光互联系统，它还能方便地支持基本的传输业务。在设计可动态提供的光网络时，MPλS支持两种基本的网络结构：叠加式和对等式。


在叠加网的模式中，有两个分离的控制平面：一个在核心光网络中，另一个在网络边缘的设备中，通常称为用户网络接口（UNI）（见图2a）。两个控制平面之间几乎没有联系。边缘设备只能看到通过核心光网络的光路径而看不到网络的内部拓扑。


叠加式的缺陷在于：网络中点到点的连接必须由边缘设备来建立。不幸的是，这些点到点连接需要使用路由协议，这就产生了大量的控制信息，从而限制了网络边缘设备的数量。


在对等模式中，核心光网络和网络边缘设备共用一个控制平面（见图2b），边缘设备可以看到核心网络的拓扑。虽然仍然需要点到点连接边缘设备，但这只是在进行数据传输时才需要。对于路由协议而言，每一个边缘设备只需与相邻的光交换机而不是其它的边缘设备相关联。这样就可以使路由协议扩展到更大的网络。



光网络协议


快速地分配带宽、路由、监控和有效的恢复对于光网络来说都十分重要。


虽然许多供应商开发出了各自的链路状态和信令协议来自动地分配带宽，但在多厂商的环境中是行不通的。一个最好的光解决方案可能需要在使用现有的或下一代设备的光网络中部署光交换机。这样，必须采用一个通用的标准控制平面来实现不同网元之间的通信。在过去几年里，IP业界已经将IP控制平面推广到面向连接的技术，并开发了一套基于MPLS的标准路由和信令协议。


通过MPLS建立的连接称为标签交换路径（LSP）。MPLS在计算LSP时利用诸如优先开放最短路由（OSPF）和中间系统到中间系统（IS-IS）的扩展路由协议来交换链路状态、可用资源信息和策略信息。此外，MPLS还使用资源预留协议（RSVP）和标签分配协议（LDP）来为LSP指定通过网络的显路径和保留资源。



新的协议和协议扩展


目前还需要对MPLS路由和信令协议进行一些修改和补充以适应光交换的特性。增加和修改的主要内容如下：



* 新的链路管理协议（LMP）：解决使用光交换机的光网络中的链路管理问题。



* 修正的OSPF2/IS-IS3协议：提供有关交换网络中的可用光资源的信息（例如：波长的数量、波长的带宽）。



* 修正的RSVP协议：用来指明穿过光核心的LSP。


光交换机的一个独有的特点是数据承载通道一旦被分配就成为透明的，不像传统的OEO交换机那样，控制通道与数据通道是分开的。


   LMP的设计目标是解决光网络中的链路管理问题。


尽管LMP规定控制信息用IP编码，但并不规定控制通道采用什么传输机制。控制通道的两端必须分别接到数据通道跨越的两个节点上。因此，这种协议可以在任何光交叉连接设备上实现而不用考虑内部的交换结构。


   LMP包括四种功能：握手信息交换用于证实和保持相邻光交换机之间的控制通道和链路连接。链路证实用于证实数据通道连接和交换标签映射。链路状态交换用于协商控制通道信息、协调链路特性和同步标签的匹配。差错控制技术用于发现链路和通道故障并启动保护和恢复功能。


   MPλS结合了现有的控制平面技术和光交换机的点击分配功能来建立光通道路径和分发光传输网络拓扑状态信息。MPλS控制平面支持多种流量控制功能，并具备多种保护和恢复能力，同时还简化了光交换机和标签交换路由器的集成。MPλS主要优点如下：



* 利用一套语义快速地部署点到点业务；



* 利用双层网络功能取代多余的网络层；



* 使用现有的IP管理工具，节省网络运作成本；



* 在全光层和业务管理层使用通用的控制平面，节省人员培训费；



* 数据与光部件的统一管理简化了业务创建过程；



* 开放的底层协议，促进业务层的技术创新；



* 帮助业务提供商选择最好的产品；



* 采用公认的协议，使每一类产品能独立地发展创新；



* 解决多家厂商设备之间的互通问题。



加入智能


  构建光网络所需的基本部件已经具备，下一步就是要考虑智能化以解决所有的网元（路由器、ATM交换机、DWDM传输系统和光交换机等等）之间的互连互通问题。我们可以设想一下未来的水平网络，所有的网元都处于平等的位置，能够动态地在网络中建立光路径。


  这种全新的光互联网能在数秒钟之内分配宽带资源、提供新的增值业务和为业务提供商节约大量的费用。