实现IP over WDM光网络的解决方案

　1  引言

　　随着互联网技术的迅速发展，因特网协议（IP）已经成为数据通信的主流协议，这样必然需要架构适合IP业务的承载网络来解决传统数据网络所面临的问题。

　　由于波分复用（WDM）传输技术日趋成熟，并且与其它传输技术相比具有很大的优势。因此，IPoverWDM光网络成为一种必然的选择。然而，现阶段IPoverWDM光网络的建设技术上还不成熟，因此GMPLS、T-MPLS和ASON技术的结合成为IPoverWDM光网络的研究热点。

　　2  IPoverWDM光网络的协议规范

　　IPoverWDM光网络就是直接在光上运行的因特网，其网络结构有3种基本模型：

　　①重叠模型，对已有光网络设备的改动较少，近期能够实现。

　　②对等模型，仅能工作在IP层与光传送层具有同一操作管理实体的情况下。

　　③扩展模型，是前面两种模型优点的融合。

　　IPoverWDM的分层模型主要有光网络层、数据网络层及适配和管理功能组成，如图1所示。光网络层负责提供通道；数据网络层提供数据的处理和传送；层间适配和管理用于适配数据网络和光网络，包括保护和恢复、配置管理、性能管理、连接管理和会话管理等。在连接过程中，数据网络单元和光网络单元通过相应的协议进行协商，以提供连接所需要的带宽。连接管理过程如图2。

　　常用的保护和恢复功能是：光网络层具有保护功能；光网络层没有保护功能，而IP业务层有保护功能；光网络层和IP业务层都具有保护和恢复功能。

　　IPoverWDM的协议模型包括IP层协议、IP适配层协议、光通路层协议、WDM光复用段协议和WDM光传输段协议。客户层协议包括IPv4和IPv6等；IP适配层协议用于进行IP多协议封装、差错检测、分组定界以及服务质量控制等；光复用段功能包括线路故障分段、带宽复用、保护切换及其它传送网维护；光传输段功能包括高速传输和光放大器故障分段等。IPoverWDM的帧结构有两种形式：以太网帧格式和SDH帧格式。

　　⑴ 以太网帧格式

　　目前局域网中主要采用以太网帧结构，此种格式下报头包含的网络状态信息不多，但由于没有使用造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是"异步"协议，故对抖动和定时不如SDH帧敏感。由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上需对帧拆装分割、使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。

　　⑵ SDH帧格式

　　目前网络再生设备大多采用SDH帧格式。此种格式下报头载有信令和足够的网络管理信息，便于网络管理。但在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割处理耗时，且采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。现正在制定一种新的帧结构标准，称作"SlimSDH"。它提供SDH帧的许多功能是在报头位置、帧大小和分组大小匹配方面使用了更新的技术。

　　3  IPoverWDM光网络技术

　　分组光交换技术是一种IPoverWDM光网络技术，由于其目前还不成熟，因此现有的分组交换单元是由电信号来控制，即电控光交换。其中，光的电路交换技术（OCS）已发展得较成熟，进入实用化阶段。但是，OCS光网络没有摆脱电路交换的局限性，且无法承载IP数据业务，所以光交换技术的最终发展趋势是光控光交换。分组光交换系统的关键技术包括：光分组交换技术（OPS）、光突发交换技术（OBS）和光多协议标记交换技术（OMPLS）。

　　⑴ OPS

　　交换原理如图3所示，交换系统在输入接口完成光分组读取和同步功能，并将小部分光功率送入控制单元，来完成如光分组头的识别和净荷定位等功能；光交换矩阵为经过同步的光分组选择路由，最后输出接口完成光分组头的重写和光分组再生。OPS有着很强的适应突发数据和承载IP数据业务的能力，但其存在交换节点处难以实现精确同步和光缓存器技术还不成熟的问题。因此，OPS在短时间内难以实现。

　　⑵ OBS

　　作为电路交换到分组交换的过渡，OBS克服了OPS的缺点，并且比OCS提高了资源利用率和资源分配的灵活性。光突发分组为可变长度，其突发数据包含2种分组：承载路由信息的控制分组和承载业务的数据分组。OBS网络的边缘处抵达的IP包将被封装成突发，首先在控制波长上发送控制分组，而在另一个不同波长上发送数据分组，如图4所示。控制分组中的控制信息要通过路由器的电子处理，数据分组则直接在端到端的透明传输信道中传输。这样就实现数据信道的带宽资源的动态分配。

　　⑶ OMPLS

　　主要应用在IP包的全光标记交换。IP包在核心光网络的接入处，边缘路由器通过标记对IP包重新包封；在核心光网络内部，全光核心路由器通过波长转换和标记交换，对新的IP包选路和传递；IP包在核心光网络输出处，边缘路由器移去副载波复用标记，并进行一次波长转换。IP包标记交换简化了IP包的传输，并支持其他协议。

　　4  IPoverWDM光网络的实现方案

　　为了适应IPoverWDM的需要，IETF推出了侧重控制的GMPLS技术；为了解决IP网络是无连接的，不满足网络高可靠性要求的问题，ITU-T提出了面向连接并侧重传输的T-MPLS技术。因此，将两种技术结合是IPoverWDM光网络的一种解决方案。同时，智能光网络（ASON）是ITU-T提出的实现向全光网过渡的、能够提供动态连接建立的，具有相当智能的下一代光网络。将ASON和GMPLS结合，让它们发挥各自的优势，是IPvoerWDM光网络发展的趋势。

　　4.1 GMPLS+T-MPLS实现方案

　　标准化组织IETF推出了可用于光层的通用多协议标记交换（GMPLS）技术，GMPLS正是多协议标记交换（MPLS）向光网络扩展的产物，使其可以对分组、TDM时隙、波长组和光纤等用标记进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持分组和ATM信元，而且可支持WDM光网络。GMPLS对标记交换路径进行了修补和补充，并且设计了一个全新的链路管理协议，用以充分利用WDM光网络的资源和解决光网络中的各种链路的管理问题。未来的传送网将会有许多不同的网元构成，存在多种交换层面，而GMPLS能为这些交换层面提供统一的控制平面，对传输网进行控制管理。

　　ITU-T提出的传送MPLS（T-MPLS）技术（2006年ITU-T日内瓦会议上对T-MPLS达成了广泛的共识）是为了满足IP业务可靠性的要求。同时，它也是为了适应传送网架构的需要，简化MPLS的、一种面向连接的分组传送体系，其结构如图5所示。T-MPLS控制面的功能包括业务接纳、信令控制、路由控制、保护恢复等；传送面负责将客户数据及信令数据的适配和转发；管理平面提供对传送平面、控制平面和系统整体的管理功能。T-MPLS作为中间适配层，既能够针对3层的IP数据包，又能针对2层的数据业务，其面向连接的特性能够充分保证上层业务所提出的质量要求，能够独立于相应的业务层进行操作。采用T-MPLS技术后，未来的核心网络可以简化为一个纯光层面和一个电层面：光层面主要是波长的交换；电层面则是固定速率业务在ODU数据单元交换和分组业务在T-MPLS上的交换。

　　T-MPLS侧重传输，它增强了传输功能，删掉了不必要的功能，进一步发展了OAM和智能控制面技术；GMPLS侧重控制，它只需发起一个GMPLS信令，分组交换节点可以在需要时建立一条通向其它分组交换节点的波道。有了T-MPLS针对分组传送网的新技术，再加上GMPLS强大的控制功能，必将适应传送网的发展方向。因此，GMPLS和T-MPLS技术共同作用成为IPoverWDM光网络的一种解决方案。

　　4.2 ASON+GMPLS实现方案

　　IPoverWDM应用技术的不断深入和发展，对光网络智能化的需求也将越来越受到业界的重视，而TMPLS传输网络只是一条预先配置好的物理线路，分组交换节点不能按照资源需求动态地配置传输网络内部的物理线路资源。为了能适应未来IPoverWDM光网络能够动态地配置网络资源和传送信令的要求，智能光网络（ASON）技术被引入IPoverWDM光网络。

　　考虑到全光网在目前难以实现，ITU-T转向实现全光网的一种过渡型网络———ASON,其结构如图6所示。ASON通过定义UNI以及网络到网络接口，可以支持多种厂商的设备，支持多种不同的技术。ASON管理平面采用分布式的域间网络管理来对这些接口进行管理，实现了综合的网络管理。

　　ASON技术的出现是光传送网络向智能化方向的发展，通过在传统传输网络中引人智能化的控制平面，以网络信令方式将数据网和传送网结合在一起，进而实现了实时动态网络管理。ASON能提供比目前的光网络快速的光通道建立，并且提供多种粒度的信道服务和灵活的管理功能。

　　ASON管理平面通过对接口的管理，综合了IP和WDM的网络管理的功能；采用分布式的域间网络管理，实现了综合网络管理的新理念。ASON控制面使光网络产生了很大的变化，而GMPLS（侧重控制）就是实现ASON网络控制面的最佳协议，它提供了一种多层次的控制平面的互操作。因此，GMPLS和ASON技术相结合，发挥它们各自的优势，使IPvoerWDM光网络具有智能化，这是IPvoerWDM光网络发展的趋势。

　　5  结语

　　IPoverWDM光网络具有诸多优势，它是光网络的发展的必然方向。IP技术与WDM技术的结合，使IP数据流直接进入光通道，有利于充分利用WDM的大容量与IP统计复用的优势，真正达到IP优化的目的。虽然现在IPoverWDM网络实现起来还有些困难，但GMPLS、T-MPLS和ASON技术的完善，为目标的实现提供了较好的选择方案，这对于IPoverWDM光网络的发展有重要的影响。