多協議標簽交換技術在全光互聯網中的應用

摘要：本文首先介紹了MPLS向光網絡的擴展，其次闡述了傳統電域交換技術在光域中的應用，最后分析了基于標簽交換的全光互聯網解決方案：多協議波長標簽交換MPLmS、基于標簽光突發交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS。

關鍵詞：多協議波長標簽交換MPLmS、基于標簽光突發交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS

1、MPLS向光網絡的擴展

傳統的ip網絡是“盡力而為”的，在流量和網絡帶寬管理上功能很弱，往往導致網絡發生擁塞，很難滿足對時延、抖動和傳輸質量有特別要求的應用(如語音和視頻業務等)，此時MPLS(多協議標簽交換)應運而生，實現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議，如幀中繼、ATM、PPP、以太網等。MPLS具有基于標簽的快速轉發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被廣泛的應用到能滿足電信級QOS要求的骨干網絡中。

隨著光通信技術的發展，通信距離已經“死亡”，網絡傳輸帶寬瓶頸已經成為過去，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走到了網絡的邊緣。為了將MPLS應用到光網絡上，必須將MPLS的路由協議和信令協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MPLS協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向光網絡擴展的必然產物，具有對智能光網絡進行快速實施光連接，在光層實現動態業務分配和動態的提供網絡資源，以及實現網絡端到端監控保護和恢復功能。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,由此出現了通用標簽和LSP分級嵌套概念，即允許系統以一個轉發層來進行縮放，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據平面中分離出來的概念，允許與數據平面相關的多種物理上的控制平面存在。

2、傳統電域交換技術在光域中的應用

在傳統的話音和數據業務網中我們已經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)，網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。根據它們的各自特點，在光域中出現了相應的三種光交換技術：

1)波長路由交換(WRS)：在WDM網絡中使用電路交換技術時，是以波長交換的形式來實現，在相鄰節點間的每條鏈路上，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建。在點到點的光通路中傳輸數據流時，中間節點不需要任何處理，不需要任何E/O和O/E轉換，也不需要緩沖數據。波長路由交換網絡就是傳統電路交換網絡的一種形式，不能統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，采用固定長度短數據包格式，一般基于TDM來使用光纖中的所有帶寬，數據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務數據分開，控制開銷和業務數據之間的時延用光纖遲延線(光存儲器)來實現，而可變長度的光分組，可使用串聯的光纖延遲線來實現，OPS主要優點是能通過統計復用網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)光突發交換(OBS)：結合了波長路由交換和光分組交換的優點，OBS技術通過在有限的時間段預留帶寬來提高網絡利用率?；窘粨Q實體就是突發幀，它是在入口節點、中間節點、出口節點之間移動的一串數據包。突發幀主要由頭部控制突發幀(Control Burst)和數據突發幀(Data Burst)組成，它們之間各自獨立傳送。控制突發幀被先于數據突發幀傳送用來沿路徑預留帶寬，接著數據突發幀隨著控制突發幀預留帶寬的相同路徑傳送，同時有三種突發交換協議TAG(Tell-And-Go)、IBT(In-Band-Terminator)、RFD(Reserve-a-Fixed-Duration)來協調控制突發幀和數據突發幀之間的協同工作(即它們之間的發送偏置時間);

3、基于標簽交換的全光互聯網解決方案

將傳統的MPLS技術和波長路由交換,光分組交換,光突發交換相結合形成了基于標簽交換的全光互聯網技術，相應的全光互聯網解決方案有：多協議波長標簽交換MPLmS、基于標簽光突發交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS。

3.1 多協議波長標簽交換(MPLmS)光互聯網技術

MPLmS是傳統電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，將標簽與WDM波長信道關聯起來，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。從而大大簡化了網絡的層次結構，并具有更強大的業務管理、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發的簡化MPLS，利用IP選路協議來發現拓撲，利用MPLS信令協議來實現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。這種方法可以使業務層上的路由器、ATM交換機或ADM動態地要求傳送網提供所需的波長，實現統一的網絡控制和快速業務供給，簡化了IP層與光層的融合以及跨層的網絡管理，降低了網絡運行和業務拓展成本，有利于大規模網絡敷設。IP層與光層的融合正展現了前所未有的前景。MPLmS是構建新型網絡的管理控制平臺，通過它可將IP等各種業務無縫的接入到具有巨大帶寬的光纖網絡上來，是構建未來新型網絡的有效方法。

摘要：本文首先介紹了MPLS向光網絡的擴展，其次闡述了傳統電域交換技術在光域中的應用，最后分析了基于標簽交換的全光互聯網解決方案：多協議波長標簽交換MPLmS、基于標簽光突發交換LOBS、全光標簽分組交換OLPS。