霸王角蛙为什么那么贵:下一代互联网技术—GMPLS

任何一种技术之所以存在，都有存在的理由。就网络技术而言，互联网的动态路由技术使网络具有非常灵活的管理能力和非常强的自生存能力，而其完善的域名解析体系更使人们轻而易举地记住了成千上万的网站地址；电信网全部采用静态管理模式，所有管理信息需要静态预配置，这限制了很多服务的开展(所以出现了智能网)，也延长了服务提供时间，但电信网却具有非常好的稳定性和可靠性。
自互联网问世以来，电信网与互联网之争就从未停止。以ITU-T为代表的传统电信专家与以IETF为代表的互联网专家从水火不容的相互对立、相互攻击，到近年的相互协作、相互借鉴，历经了风风雨雨。这个历程既是对互联网技术生命力的考验和证明，也是电信网包容性和学习能力的充分体现。
随着计算机技术的飞速发展，设备智能化的成本越来越低，而服务智能化的要求却越来越高。越来越多的厂商和运营商开始构想以全新的方式进入传统电信的最后一个领域—广域传输网(包括SDH、DWDM，甚至全光交换网)。
新一代智能光交换网络
随着光交换技术的出现，人们终于发现了改造传输网络的契机，ITU-T、OIF、ODSI等组织纷纷推出智能光交换的体系结构和相应的接口标准。他们的基本思想是将光传送网智能化，并保证对上层交换网络良好的承载能力，与OSI的传统模型保持一致，业界将其统称为Overlay Model。与之相对应，IETF推出了一个称为Peer Model的网络模型，这就是GMPLS(通用多协议标记交换)。
所有网络设备的共同语言——GMPLS
在OSI的网络模型中，传输层、链路层、网络层相互独立，各自用自己的语言在本层内的设备间沟通，形成了各自的标准体系。在GMPLS的体系结构中，没有语言的差异，只有分工的不同，GMPLS就是各层设备的共同语言。如果从设备结构角度来看，我们知道网络设备通常由三个平面组成：管理平面、控制平面和用户平面。管理平面为网络管理者提供对设备的管理能力；控制平面则是通过信令的交互完成对用户平面的控制；用户平面用于转发和传递用户数据。GMPLS统一了各层设备的控制平面，如图1所示，各个层面的交换设备都将使用同样的信令完成其对用户平面的控制。
GMPLS虽然统一了信令，但并没有抹杀网络设备的功能差异，也就是说，GMPLS承认并接受网络设备用户平面的差异。GMPLS将交换划分为4种类型：PSC(分组交换)、TDM(时分复用)、LSC(波长交换)、FSC(光纤交换)。一个网络节点可以仅完成其中一种或几种交换功能，因此人们仍然习惯地将GMPLS的网络简单划分为两层结构(如图1所示)：路由网络和光网络，但这两个网络间不再是重叠的，而是对等的，它们平等地用相同的信令进行沟通。
GMPLS与MPLS比较
GMPLS是从MPLS演进而来，它继承了几乎所有MPLS的特性和协议。但两者又具有非常本质的差异。
MPLS是一个网络层的网络协议，MPLS的网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络被浓缩并等同为一个预先配置好的物理线路，这就是标准的重叠网络架构。分组交换节点没有能力按照自己的意愿、按照资源的需求情况调节其物理线路资源，这些工作全部需要管理人员进行人工调整。

图1　二层结构的GMPLS网络
GMPLS则彻底改变了这种状态，或者说正在努力改变这种状态。在GMPLS的网络中，不仅有PSC(分组交换)节点，还有TDM节点，还有LSC(波长交换)节点，甚至FSC(光纤交换)节点。分组交换节点可以在任何需要的时候为自己建立一条通达其他分组交换节点的电路、波道甚至光纤，而只需要发起一个GMPLS的信令过程。
GMPLS的基本概念
GMPLS是MPLS的扩展和延伸，更准确地说，是MPLS-TE的扩展。由于GMPLS主要是扩展了对于传输网络的管理，而传输网络的主要业务为点到点业务，这与MPLS-TE的业务模型非常相似，因此GMPLS主要借助MPLS-TE的协议栈，将其加以扩展而形成。
与MPLS-TE相同，GMPLS网络由两个主要元素组成：节点(同样被称为LSR)和路径(同样被称为LSP)。但GMPLS的LSR包括所有类型的节点，可以是PSC，也可以是TDM、LSC或FSC；LSP则既可以是一条传递IP包的虚通路，也可以是一条TDM专线，或是一条DWDM的波道。
1. 信令
信令用来完成LSP的建立过程。GMPLS的信令由三部分组成：
● 信令的功能性描述 [GMPLS-SIG]
● 扩展的RSVP-TE [GMPLS-RSVP-SIG]
● 扩展的CR-LDP [GMPLS-CR-LDP]
GMPLS-RSVP-TE和GMPLS-CR-LDP是功能相同的两个协议，MPLS没有对它们进行选择，GMPLS也不对它们做明确要求，完全交由运营商选择(当然运营商必须选择，因为两个协议是无法互通的)。
与MPLS-TE的信令过程相同，GMPLS的LSP建立过程也是由上游节点向目的端发出“标记请求消息”、目的端返回“标记影射消息”。所不同的是，“标记请求消息”中需要增加对所要建立的LSP的说明，包括LSP类型(PSC/TDM/LSC/FSC)、载荷类型和链路保护方式等。另外，由于传输网络的路径通常都是双向的，因此GMPLS特别定义了建立双向LSP的方法。同时，既然是双向LSP，自然没有上游和下游的区别，LSP的两个端点都有权发起LSP的建立过程。那么，如何处理这中间的冲突呢？GMPLS建议采用比较双方Node ID大小的方式，这就意味着所有交换节点(包括PSC、TDM、LSC、FSC)都必须配置一个公用的Node ID。
2. 路由与寻址
控制平面的一体化并不等同于没有层次结构。控制平面的层次结构体现在路由域的划分上。
从图2可以看出，如果路由器将ADM或光交换机视为路由上的邻居(neighbor，路由中的一个基本概念)，就会形成R1-ADM-ADM-R2-光交换机-光交换机-R3这样一条PSC-LSP。这就意味着，路由器在分组头上打的标记需要由ADM或光交换机完成交换。很显然，ADM和光交换机不能完成分组头的标记交换过程，它们有其固有的交换方式(电路交换和光交换)。因此，路由的结构必须是层次化的。
GMPLS将网络划分为两个层次：分组交换层(PSC)和非分组交换层(non-PSC)。非分组交换层当然还可以细分，特别是当TDM与光交换由不同设备完成时，进一步细分是非常必要的。每一个非分组交换层可以自成为一个AS(自制系统)，即自成一个单独的路由域。每个域内可以运行不同的内部路由协议(GMPLS仅定义了两种扩展的IGP协议：OSPF-TE和ISIS-TE)，域间则运行扩展的BGP4(目前尚未定义)。
既然R1与R2之间的TDM网络不能再被简单地视为一条Link，而是一个TDM AS，而连接R1和R2的是一条TDM-LSP，R1与R2间的路由关系就会变得非常复杂。众所周知，在传统的路由网络中，两个IGP的Neighbor之间必须用物理链路直连，否则二者不能成为neighbor。因此，GMPLS重新定义了链路的概念，规定网络有权将部分LSP作为链路并在路由域内进行通告。为此，GMPLS还设计了一个复杂的链路管理协议(LMP)，这是GMPLS体系中一个非常重要的组成。
GMPLS是由MPLS-TE演进而来，信令和寻址是两个重要体现。MPLS-TE规定了两种寻址方式：显式路由(Explicit Route)和逐跳路由(hop by hop)。Explicit Route类似于源路由技术，在入口处指定路径中的每个节点；而hop by hop则是由中间的每个节点自行决定下一个出口节点。很显然，hop by hop模式要求中间的每个节点拥有全路由，这对于设备路由处理能力的要求是非常高的。所以为了降低对传输网络设备的要求，GMPLS指定显式路由(包括宽松型和严格型)作为设备必须具备的能力，将逐跳路由作为可选能力。
3. GMPLS中的标记
GMPLS网络包含了各种交换方式：分组交换、电路交换甚至光交换，所以标记也不能仅仅用于加载在分组头上用以标识每个分组的交换方式。GMPLS分别为电路交换(主要是SDH)和光交换(包括LSC和FSC)设计了专用的标记格式，以满足这些业务的需求。在非分组交换的网络中，标记仅用于控制平面，而不用于用户平面。一条TDM电路(TDM-LSP)的建立过程与一条分组交换的连接(PSC-LSP)的建立过程完全相同，源端发送“标记请求消息”后目的端返回“标记影射消息”。所不同的是，标记影射消息中所分配的标记与时隙或光波一一对应。
4. 链路管理协议(LMP)
链路管理协议包括控制信道管理、链路所有权关联、链路连接性验证和故障隔离/定位。其中后两项为可选项。
(1) 控制信道管理
控制信道用于在两个邻接节点间承载信令、路由和网络管理信息。GMPLS采用专用信道(与数据信道分离)承载控制信息，这是因为在传输网络中必须采用这一方式，而且采用专用信道可以提高网络的可靠性和可管理性。
GMPLS对控制信道的可用性要求极高，与数据信道的分离也为此提供了可能。GMPLS通常要求为控制信道预配置备份通道。控制信道与数据信道分离会给IP网络带来一些困惑，因为传统IP网络是通过控制/路由信令来判定数据通路的状态，在出现故障后通过路由的重新计算为数据寻找新的路由。所以，在数据信道与控制信道分离后，GMPLS必须为数据信道设计新的协议(见链路连通性验证)以完成数据信道的检测。

(2) 链路所有权关联
交换链路所有权可以动态改变链路的特性，可以增加链路、改变链路保护机制、改变端口标识符等。
(3) 链路连通性验证
链路连通性验证是一个可选的规程，在链路交换配置阶段会协商是否启用此规程。
链路连通性验证规程主要用于验证数据链路的连通性，它通过发送Ping类的测试消息逐一验证所有数据链路(包括捆绑链路中的每一个组件(component link))。
(4) 故障定位/隔离
故障定位对于网络运营非常重要。快速的故障定位是实现快速自愈和快速人为响应的前提。
故障定位分为两个阶段：故障检测和故障通告。在各种传输协议并存的GMPLS网络中，光信号丢失是最通用的检测手段。但在复杂的纯光网络中，光信号经历了众多器件环节，准确的定位仍然是一件非常困难的工程，带外的管理系统可能是一个良好的辅助手段。GMPLS还没有能够制定出完善的规程来完成这一功能，它只是提出希望系统能够综合各个采集点所提供的信息进行更智能的分析，快速定位故障点。
GMPLS体系中还有很多待完善的内容，所有协议还都仅仅是讨论稿，还有很多不成熟的方面。GMPLS是否能够按照预想的目标统一传输网络和交换网络，也还是一个未知数，但网络智能化的方向不容置疑，未来的网络必将是灵活、智能管理的网络。
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