通用多协议标签交换技术

北京邮电大学 徐荣 龚倩

　　通用MPLS（GMPLS）是MPLS向光网络扩展的必然产物，它为了适应对智能光网络进行动态控制和传送信令的要求而对传统的MPLS进行了扩展、更新。使用GMPLS可以为用户动态地提供网络资源，以及实现网络的保护和恢复功能。与传统的MPLS相比，GMPLS在以下几个方面得到了改进。

多种形式的交换和转发层次

　　向光网络进行了扩展的GMPLS不同于传统的MPLS，主要在于它支持多种类型的交换单元，即GMPLS除了支持分组交换，还支持TDM、波长和光纤交换等。相应的定义了以下几种类型的接口：

　　数据分组交换接口（PSC）：该接口能识别数据包或信元的边界符，根据数据包或者信元中携带的信息作出转发决定。如路由器接口或ATM的VPI/VCI接口。

　　时分复用接口(TDM)：基于时隙作出转发决定。如SONET/SDH接口。

　　波长交换接口（LSC）：基于接收到的波长数据作出转发决定。光交叉连接设备可以基于波长作出转发决定。

　　光纤交换接口(FSC)：转发数据基于物理空间的光纤。如光子交叉连接器（PXC）。

　　因此，新型的基于GMPLS的交换设备可以提供多种不同速率的交换接口，适用于在网络边缘对多种不同业务的接入。边缘节点通过缓存处理，可以将业务进行整合。应用嵌套LSP概念，将较小粒度的业务整合成较大粒度的业务。

　　这时一个交换电路只能建立在两个相同类型的接口之间，按每个接口所使用的技术，可以命名不同的电路，如SDH的时隙交换电路、光踪迹交换、光通路交换等。在GMPLS中，所有这些交换电路都使用相同的名字，即标签交换通路（LSP）。嵌套的LSP（LSP中包含LSP）在此用于划分转发等级，即LSP的等级。这种LSP等级可以存在于相同的接口上或不同的接口之间。

　　如果某个接口能够从相同的技术（层）复用多个LSP则可以存在于相同的接口上，如一个低级SDH/SONET LSP（VC-12）嵌入一个等级高的SDH/SONET LSP（VC-4）中。多等级的信息LSP嵌套定义于SDH/SONET的复用等级中。

　　嵌套同样可以存在于接口之间，FSC接口等级最高，依次为LSC接口、TDM接口、PSC接口。这样，一个开始和结束于PSC接口的LSP可以嵌入（与其它LSP一起）一个开始和结束于TDM接口的LSP中。

GMPLS对传统MPLS

协议的扩展和更新

　　为了支持这种新型的光交叉连接，GMPLS不仅拓展了传统的MPLS的信令和路由协议，而且还增加了新的功能。这些变化影响了标签请求、标签分配、带宽分配的方式，以及LSR的双向特性和当网络发生故障时的通信机制等。GMPLS在以下几方面拓展和更新了传统的MPLS机制：

　　对内部网关协议（IGP）的拓展：GMPLS对内部网关协议或中间系统到中间系统（IS-IS）、开放最短路径优先（OSPF）等协议进行扩展，使它能够将各种类型的链路广播发送到由常规链路状态数据库所给定的常规链路（面向包的链路）上或非包/分组链路（TDM时隙、波长或光纤级链路）上，并支持邻近转发（adjacent forwarding）。如果一个LSR既能够建立一条标签交换通道（LSP），又能维护该标签交换通道，那么该LSP在IGP中就支持邻近转发功能。

　　LSP分级：GMPLS定义了LSP等级来完成LSP的嵌套。从而支持业务量干线隧道（traffic Trunks）的建立。最低等级的LSP是开始和终结于分组交换的节点上，比它高一级的LSP是开始和终结在TDM交换节点上，更高一级的LSP是开始和终结在波长交换节点上，最高等级的LSP是开始和终结在光纤交换节点上。

　　信令的拓展：计算完LSP的通道之后，入口的LSR使用RSVP-TE和CR-LDP协议在通道上进行标签的绑定。这里定义了通用的标签请求对象从而允许信令协议支持基于分组、TDM时隙、波长和光纤的LSP建立。

　　链路管理协议（LMP）：LMP运行在相邻的节点之间，以简化链路的管理。它负责建立和维护控制信道的连接能力；检验负荷信道的物理连续性，并快速识别链路、光纤和信道的故障。

　　链路绑定（Link bundling）：在有些情况下，一对LSR可能是由一组平行的链路或波长连接起来的。为了提高流量工程的可扩展性，GMPLS允许把一套平行的链路归并到同一个IGP中作为单个链路使用。

　　约束路由（Constraint-based routing）：GMPLS使用约束路由机制来分配相关的传输网络拓扑信息，包括使用IGP拓展转发相邻节点的状态信息。接着基于约束路由机制的选路系统就可以使用这些信息来计算通过光传送网的点到点的通路。通路计算完后，GMPLS就依靠RSVP-TE和CR-LDP协议在特定的通路上建立标签绑定。

GMPLS对传统MPLS

控制平面的扩展

　　只跨越PSC接口的LSP的建立在原有的MPLS或MPLS-TE控制平面中已有明确定义，GMPLS扩展这些控制平面以支持以上介绍的四种等级的交换接口（即层次）。GMPLS非常适合于完全独立的对每一层次进行控制。这种巧妙的方法将有利于将来其它组网模型的开发。GMPLS控制平面由多个构建模块组成，这些构建模块是真正的对IETF的MPLS经扩展和修改后的信令和路由协议，它们可以使用IPv4和/或IPv6地址。支持GMPLS的操作，相对于以往的MPLS只需要增加一个新的特定协议，即链路管理信令协议（LMP）。

　　GMPLS是真正的基于MPLS的流量工程（TE）扩展，这是因为大部分能够使用于底层PSC的技术都要求一些流量工程，这些层次LSP的配置一般需要考虑一些约束（如带宽、保护能力等）并旁路最短路径优先算法（SPF）。这一点并非强制性的，某些情况下可以使用SPF路由。

　　扩展传统的路由协议和算法需要统一的编码和传递TE链路信息，而光网络的信令要求使用显式路由（如源路由）。另外，针对光网络的信令要求能够传输所需要的LSP参数，如带宽、信号的类型、所希望的保护、特定复用的位置等，许多协议扩展已经为PSC(IP)定义了MPLS流量工程。GMPLS主要是增加了额外的对于TDM、LSC和FSC流量工程支持的功能扩展。只有很少的部件是与特定技术相关的，这样，GMPLS扩展了两个定义于MPLS-TE信令中的信令协议，即RSVP-TE和CR-LDP。但是，GMPLS并不规定必须使用哪一个信令协议，而由厂商和运营商根据其自身的条件决定。

　　因为GMPLS是基于RSVP-TE和CR-LDP的，所以规定下游请求标签分配和分发模式，由入口节点发起命令控制。标签分配策略没有限制，可以为请求驱动（为了电路交换技术）、业务/数据驱动或为拓扑驱动。在路由选择中，显式路由在使用上没有限制，正常采用显式路由（严格或松散），但逐跳路由也同样可以使用。GMPLS进一步扩展两个传统的已为TE扩展的域内路由协议，即OSPF-TE和IS-IS-TE。但是如果使用显式路由，这些协议所使用的路由算法则不再需要进行标准化，因为它们此时只是用于显式路由的计算，从而不再使用逐跳路由。对域间路由，如BGP的扩展还有待进一步研究。

　　DWDM等技术的使用意味着我们现在能够在两个直接相邻的节点间拥有大数目的平行链路（上百的波长数，如果使用多条光纤甚至上千的波长数）。如果希望重用GMPLS则需要对这种控制平面作一些轻微的修改。

　　如果对如此众多的链路进行手工配置和控制，即使它们是很有限的也是完全不可行的。为了解决这个问题，在GMPLS中引入了链路捆绑的概念。链路管理协议（LMP）就是针对这个问题提出的。LMP运行于相邻节点之间的数据平面上，用于链路提供和故障隔离。LMP能够重用其它的内容，同时还可以使用于非GMPLS的信令协议中。

　　LMP的一个独有的特性是它可以隔离透明和非透明网络的故障，独立于数据所使用的编码方案。LMP可用于验证节点间的连接，并隔离网络中的链路、光纤或信道故障。MPLS信令和路由协议要求至少具有一个双向控制信道以进行通信，甚至在两个相邻节点以单向链路相连时也如此，可以使用多个控制信道。LMP可用于建立、维护和管理这些控制信道。

　　GMPLS不规定这些控制信道必须如何实现，但GMPLS要求在IP上传输这些信令和路由协议。控制信道可以是带内的或带外的，承载IP有多个方案可选。有一种LMP信息使用数据平面的带内信道，它可以不在IP上进行传输，但这只是一种特殊情况，需要在数据平面上验证连接性。

　　目前IETF正致力于使GMPLS不仅可支持叠加模型也可以支持对等模型方面的工作，建议为MPLS流量工程构造基于IGP 扩展的光网络控制平面，用附加功能的扩展来发布相关的光传送网状态信息。在对等模型情况下，光层内部的拓扑信息要发布给电层。基于约束的路由系统使用这些状态信息来计算端到端光通道的路径。GMPLS建议的光网络控制平面也用扩展MPLS信令协议建立端到端的光通道。注意，在GMPLS方法的对等模型下，不需要专门的UNI信令，而在动态重叠模型情况下，要求有UNI信令。当前已经有人建议把RSVP和LDP扩展为UNI信令。

GMPLS与传统的MPLS-TE的差别

　　为了提高MPLS网络的流量工程水平，以往也对MPLS协议进行了大量的针对流量工程的扩展，那么这些协议扩展与GMPLS有何不同呢？

　　1.在MPLS-TE中，LSP上的链路可以包括混合的具有不同标签编码的链路（如路由器之间的链路，路由器和ATM-LSR之间的链路，ATM-LSR之间的链路）。GMPLS对它进行了扩展，包括了标签编码为时隙或波长或光纤的链路。

　　2.在MPLS-TE中，传递IP的LSP必须开始和结束于路由器；GMPLS则要求LSP开始和结束于类型相似的LSR

　　3. GMPLS中LSP可以承载的负荷类型扩展为这样的负荷，如SONET/SDH，1或10G以太网帧等。

　　4. 对于非PSC接口，实行LSP的带宽分配可以是离散的单位。

　　5. 非PSC链路比PSC链路具有更少的标签。

　　6. 转发相邻FA的使用，当只能以离散的单位进行带宽分配时，提供了一种提高带宽利用率的机制，同时也是集成转发状态的一种机制，这样使得请求的标签数量得以减少。

　　7. GMPLS允许上游节点建议一个标签以减少建立时延。这种建议可以被下游节点所重写，但在某些情况下是以增加LSP的建立时间为代价的。

　　8. GMPLS扩展了限制下游节点所能选取的标签范围的观念，GMPLS中，一个入口或其它上游节点可以限制一个LSP在一个单跳或整条LSP路径上所能够使用的标签。

　　9.当传统基于TE（甚至基于LDP）的LSP为单向时，GMPLS支持建立双向的LSP。

　　10. GMPLS支持一条LSP终结于特定的出口端口，即由目的端进行端口的选取。

　　11. GMPLS和RSVP-TE支持特定快速故障通知的RSVP机制。

GMPLS的技术优势

　　GMPLS为新的IP构架提供了强大的和灵活的信令、路由解决方案。主要优点：

　　1. GMPLS对开放标准的支持允许运营商和业务供应商来选择最佳的设备以满足持续增长的网络性能需求。
　　

　　2.对等模型允许传输网络的拓扑向IP路由器全面开放，从而使IP路由器在为LSP计算通路时可以充分利用光层的资源。

　　3.消除了叠加模型中使用n2个光信道的全链路来交换路由信息的需要，对等模型使得IP路由网络具有拓展性。

　　4. GMPLS可以使现有的运营商和服务供应商能充分利用传统的MPLS流量工程。

　　5. GMPLS消除了重新开发、测试和量化新型控制协议的必要性。

　　6.开放式的标准使得UNI和NNI标准能够并行发展，因此能不断地满足运营商和服务供应商的需求。

　　7. GMPLS与OIF UNI并行工作从而使服务供应商能够灵活地根据实际需要来选择合适的方法配置网络。

　　8. GMPLS实现了快速的配置并能够实现按需分配。这种全新的光互联网能在数秒钟内分配带宽资源、提供新的增值业务和为业务提供商节约大量的运营费用。

摘自《通讯世界》