内容
智能光网络
Intelligent Optical Network
光网络技术发展历史 智能光网络体系结构 智能光网络关键技术 智能光网络运营应用
张 杰
lgr24@bupt.edu.cn www.ionw.org 2006.03
-2-
WDM点亮了光网络层
1 光网络技术发展历史
单信道系统
代表技术：SDH
多信道系统
代表技术：WDM
可重构网络
代表技术：OTN
1980S
1990S
当前 -4-
1
光交换的发展催生出各种光网体系
光电路交换
面向IP的扁平化网络结构大势所趋
Services Routing
UNI
Optical Connection
技术
光电路交换
粒度
波长/波带/光纤
特点
静态配置或者端到端信令 预留带宽交换，无需缓存 存储转发交换，需要缓存
光突发交换 1µs-100µs突发包 光分组交换 10ns-10µs光分组
IP
UNI
OTN
UNI
Client
Client
光突发交换
NNI
Client
NNI
OTN2
NNI
UNI
Transmission
Switching
NNI
UNI
NNI
光分组交换
Client
NNI
OTN1
NNI
NNI
Client
Optical Transport
-5-
IP
-6-
智能控制的引入丰富了光网络内涵
信令处理 路由控制 资源管理 保护恢复
未来光网络发展的技术取向
传送网技术 光交换技术 数据光网络技术 智能光网络技术
拓扑发现
传送平面
控制平面
-7-
-8-
2
X 传送网技术
电路层
货物
x1 STM-256
光同步数字传送网：SDH
x1 AUG-256 x4 x1 STM-64 AUG-64 x4 x1 x1 AUG-16 x4 x1 STM-4 AUG-4 x4 x1 AU-4 x3 AU-3 VC-3 x7 TUG-2 x1 TU-2 x3 TU-12 x4 TU-11 VC-11 C-11 VC-12 C-12 VC-2 C-2 VC-4 x3 TUG-3 x7 x1 TU-3 VC-3 C-3 C-4 x1 AU-4-4c VC-4-4c C-4-4c AU-4-16c VC-4-16c C-4-16c x1 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c AU-4-256c VC-4-256c C-4-256c
通道层 传 输 媒 质 层
集装箱
STM-16
x1
段层
火车
STM-1
AUG-1
x1 STM-0
指针处理
物理层
铁路
复用 定位校准 映射
-9-
- 10 -
波分复用系统：WDM
客户 普 通 接 口 OTU λ1 λ1 OTU 普 通 接 口 客户
光传送网：OTN
SDH分层结构
通道层(PATH) 复用段层(MS) 再生段层(RS)
光传送网分层结构
光信道层(OCH) 光复用段层(OMS) 光传输段层(OTS) 物理层(FIBER)
Mux
...
OBA
OLA
OLA
...
OPA
Demux
Mux
客户
彩 色 接 口
Demux
客户
普 通 接 口
.
多波长传输信号 OTU λk
OSC
λk
OTU
普 通 接 口 彩 色 接 口
客户
λk+1
OPA
OLA
OLA
OBA
λk+1
客户
.
客户
彩 色 接 口 OSC
λN
OSC
OSC λN OSC
彩 色 接 口
.
客户
OBA：光功率放大器 OLA：光线路放大器 OPA：光前置放大器
OTU：光转发单元 OSC：光监控信道 Mux/Demux：复用器/解复用器 - 11 -
- 12 -
3
Y 光交换技术
光电路交换
光电路交换网络
技术 粒度
波长/波带/光纤
特点
静态配置或者端到端信令 预留带宽交换，无需缓存 存储转发交换，需要缓存
光电路交换
控制平面
端到端信令 GMPLS 控制器 波长光通路
光突发交换 1µs-100µs突发包 光分组交换 10ns-10µs光分组
光突发交换
交换平面
光分组交换
λ-routing
光交叉连接节点
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- 14 -
光突发交换网络
控制平面
突发数据包 OBS 控制器 时间偏差 控制分组
光分组交换网络
控制平面
OPS 控制器 控制头
数据分组
交换平面
交换平面
光突发交换节点
光分组交换节点
- 15 -
- 16 -
4
Z 数据光网络技术
接入层
网络体系结构
IP ATM SDH IP SDH 适配层 WDM 物理层 IP路由器 IP/MPLS 适配层 IP/MPLS 成帧
IP/WDM 网络协议
IP层
适配层
ATM层
SDH层
光层
光交叉连接器 - 17 - 18 -
层间适配技术
城域光网方案
带宽需求 解决方案：
通用成帧规程（GFP）
IP/PPP Fibre Channel FICON ESCON other client signals
连接成本
1990s 2000s
MSTP RPR Metro Ethernet Metro WDM ……
Ethernet
GFP - Client Specific Aspects (payload dependent) GFP - Common Aspects (payload independent) SDH/SONET path other CBR path OTN path
带宽爆炸式增长 ( PSTN → xDSL)
长途网
都市网
应用技术的发展促 进对带宽的需求
网络的主要成本转向城域
接入网 接入网
城域网 城域网
长途网 长途网
- 19 -
- 20 -
5
[ 智能光网络技术
数据存储
MPLS 标记
MPλS
IP分组头 IP净荷
A 7
5
C
B
D
智能光网络
无线环境 智能
PDA
IN IF IN LABEL OUT IF OUT LABEL A 2 D 3 B 5 C 7 B 9 D 7
计算资源
OXC
λOUT
T
路由资源
λIN
λ IN
-->
λ OU
- 21 -
- 22 -
GMPLS
ASON
LN1 LN2 LN3
PSC Cloud
TDM Cloud
LSC Cloud
FSC Cloud
Fiber 1 Fiber n
LSC Cloud
TDM Cloud
PSC Cloud
控制平面 (CP)
CCI
LN1 LN2 LN3
NMI-A
CP 管理 TP 层网络管理 资源 管理
Bundle
NMI-T
管理平面 (MP)
FA-PSC FA-TDM
Explicit Label LSPs
Time-slot LSPs
λ LSPs
FA-LSC
λ LSPs
传送平面 (TP)
Time-slot LSPs Explicit Label LSPs
管理信息传送 信令信息传送
Fiber LSPs
CCI： 连接控制接口 NMI：网络管理接口
数据通信网 (DCN)
(Multiplex Low-order LSPs)
(Demultiplex Low-order LSPs)
- 23 -
- 24 -
6
智能光网络研究的必要性（1）
IP业务特征：
流量不确定性 突发性 自相似性 对网络带宽的动态分
2 智能光网络体系结构
配提出了迫切的要求， 为了改变传统的带宽提 供方式，需要智能光网 络的支持。
Interent业务 传统语音业务
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智能光网络研究的必要性（2）
★ 在过去几年，运营商们都努力减少固定资产的投资（CAPEX） ★ 尽管如此，问题依然存在： ▼ 运营成本居高不下 ▼ 业务量每年30-40%的增长 ▼ 业务模式每年20%的转变
智能光网络研究的必要性（3）
网络结构复杂化和网络服务多样化
运营商们希望：
（1）将功能尽可能集中到少数设备中来，以减轻成本和复杂度 （2）产品模块化的设计 （3）减轻操作的负担
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多终端、高带宽 环形网－> 格形网 QoS保证 区分生存性业务 快速业务提供 ……
- 28 -
7
智能光网络的 2 种模型
重叠模型
网络 路由器网络 光网络 光子网
智能光网络的 2 种模型
对等模型
路由器网络 路由器网络
光交叉连接： 路由器的一种类型 路由器网络 端到端路由： （标记交换路由） UNI
路由器网络 光子网 端到端路由
NNI：网络到网络接口 OXC：光交叉连接 UNI：用户到网络接口
光通路
光子网
光层具有智能，能够控制光通路，网络由良好规范接口的子网组成。
- 29 -
IP路由器控制所有的端到端通路，包括光通路。
- 30 -
两种模型的比较举例
1 B
智能光网络标准制定
侧重于体系框架和功能要求
ITU-T
侧重于可执行协议和互连操作接口
A
2
OIF
假设1处光纤断裂，在重叠模型下，路由器A 和 B对 此事件不知道。但在对等模型的情况下，会有相关的信息 送达A和B。
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IETF
侧重于具体信令和路由协议- GMPLS
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8
自动交换光网络（ASON）定义
G.807 ASTN ITU-T ASTN G.7714 Discovery G.7715 Routing G.7716 Link Mgmt OIF G.7717 CAC G.7714.1 Disc.
UNI 1.0 UNI 2.0 E-NNI Signaling E-NNI Routing
G.8080 ASON
Discovery Techniques G.7712 DCN
ATM Forum
PNNI signaling and routing extensions
Data & Signaling (G.7712/Y.1703)
G.7713 DCM
G.7713.X O-PNNI, RSVP-TE, CD-LDP
G.7715.1 Link State Routing IETF GMPLS GMPLS-Singling GMPLS-TE Routing RSVP-TE/CR-LDP OSPF-TE IS-IS SDH/SONET G.709 SDH/SONET G.709 Link Management SDH/SONET G.709
通过能提供自动发现和动态连接建立功能的分 布式（或部分分布式）控制平面，在 OTN 或 SDH网络之上，可实现动态的、基于信令和策 略驱动控制的一种网络。
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- 34 -
ASON新特点
ASON中的三个平面
控制平面的独立 提供实时分布式智能 呼叫和连接过程的分离 ASON 中连接的建立是通过信令的交互自动完成的，先后 经过两个过程：呼叫和连接呼叫过程主要进行用户接入权 限的认证；连接过程主要实现资源的预留和分配 自动发现 网络能够通过信令协议实现网络资源（包括拓扑资源和服 务资源）的自动识别 生存性技术的新特征 多种粒度的、多种类型的网络保护/恢复的功能 控制平面自身的生存性 多层网络的保护/恢复机制
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9
ASON中的三个平面
ASON中的三个接口
传送平面提供用户信息从一个地方到另一个地方的双向 或者单向传送功能。同时,它也能传送一些控制和管理面 信息； 控制平面完成呼叫控制和连接控制功能。通过信令，它 能完成建立和释放连接的功能，还能在连接出现故障时 对其进行恢复； 管理平面完成对传送面、控制面和整个系统的管理。它 负责所有平面之间的协调工作，并完成五大管理功能； 数据通信网（DCN）是用于承载控制信息和管理信息的 信令网。
接口是一个逻辑的概念，代表信息交互的参考点 CCI，控制平面和传送平面的接口 传送连接控制消息，建立光交换机端口之间的连接 多用私有接口实现 NMI-A，控制平面和管理平面的接口 管理系统实现对控制平面的配置、监视等 可用现有管理接口如SNMP、Q3、CORBA实现 NMI-T，管理平面和传送平面的接口 管理系统对传送网资源的配置、监视等 为传统网管在ASON中的延续
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- 38 -
ASON中的三种连接
ASON中的三种连接
永久连接(PC): 一种由网管系统指配的连接类型.
Management Plane
Provisioning request Provisioning request Provisioning request
交换连接(SC): 一种由源端用户发起呼叫请求，通过控制平 面内信令实体间信令交互建立起来的连接类型。
Control Plane
Connection request UNI setup request setup request setup request UNI Connection request
Connection end point A
NE
NE Transport Plane
Provisioned Connection
NE
Connection end point B
Connection end point A
NE
NE Transport Plane
NE
Connection end point B
Switched Connection
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- 40 -
10
ASON中的三种连接
IP/MPLS-TMN
连接请求 A1→F1
Management Plane
Connection request
B1
Control Plane
Connection end point A setup request setup request setup request Connection end point
B
F1
C A1 A
F G1
NE
NE Transport Plane
NE
B
ASON域 指配连接
D1
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G 连接请求 E1→B1 E1
D E
Permanent Connection
Switched Connection Soft Permanent Connection
Permanent Connection
软永久连接
IP/MPLS域
交换连接
ASON控制平面的接口类型
ASON控制平面的接口类型
UNI，用户终端（包括路由器、SDH交换机等）和光层设备之间的接口。 动态地请求获取、撤销、修改具有一定特性的光带宽连接资源 支持自动业务发现、自动邻居发现 接口中的信息流包括终端点的名称和地址、认证和连接接纳控制以及 连接服务消息 NNI，光网络子网之间的接口，又分为内部网络网络接口I-NNI和外部网 络网络接口E-NNI。 I-NNI，在一个自治域内部或者在有信任关系的多个自治域中的控制实体 间接口 支持资源发现、连接控制、连接选择和连接路由寻径 接口中信息流包括拓扑/路由信息、连接服务信息和控制网络资源信息 E-NNI，在不同自治域或者提供商网络中控制实体之间的接口。 支持呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择和连接路由寻径 接口中信息流包括可达网络地址信息、认证和连接接纳信息以及连接 服务信息
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- 43 -
连接请求 G1→D1
软永久连接(SPC): 连接中用户到网络的部分由管理平面完 成，网络部分的连接由管理面发起请求,由控制平面完成。
OTN-TMN
交叉连接 交叉连接 交叉连接 连接请求 G1→D1
11
ASON控制平面的功能组件
连接控制器（CC）
控制平面由独立的或者分布于网元设备中的多个控制节 点组成，它们通过信令通道连接起来的。而控制节点又 由路由、信令和资源管理等一系列逻辑功能模块组成。 连接控制器（CC） 路由控制器（RC） 链路资源管理器（LRM） 流量策略（TP） 呼叫控制器（CallC） 协议控制器（PC） 发现代理（DA） 终端适配器（TAP）
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连接控制器(CC)的作用: 负责协调链路资源管理器(LRM)、路由控制器(RC)以及对等的或者 下层的连接控制器(CC)的工作,以便达到管理和监测连接的建立、释 放和修改已建立连接参数的目的。 CC组件还提供了一个CCI接口。这个接口位于传送平面和控制平面 之间，通过它可以使控制面组件直接建立、修改和删除传送平面中的 连接 .
- 46 -
路由控制器（RC）
链路资源管理器（LRM）
路由控制器(RC)的作用: 为连接控制器 (CC)提供所负责域内的通路信息，指示连接的路 由。路由信息可以是端到端，也可以是下一跳。
链路资源管理器(LRM)的作用: 负责对传送平面链路进行管理，包括对链路连接进行分配和撤 消，提供拓扑和状态信息。
相邻节点的RC之间通过路由协议发送和接收路由更新信息，更 新路由表的内容
两种类型的LRM: LRMA 和 LRMZ 一条SNPP链路被一对LRM管理（LRMA和LRMZ），每一个 分别管理一端。而分配SNP链路连接的请求只由LRMA负责。
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- 48 -
12
流量策略组件（TP）
呼叫控制器（CallC)
流量策略组件（TP）是策略端口的一个子类 它的作用是检查进入的用户连接是不是根据前 面达成的参数来传输业务。 当一个连接违背了已达成的参数后，流量策略 元件就调用措施来更正这种情况
呼叫是由呼叫控制器来控制的 有两种不同类型的呼叫控制器组件
主叫/被叫方呼叫控制器
表现为终端的代理 分别支持主叫和被叫功能
网络呼叫控制器
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- 50 -
呼叫控制器（CallC)
呼叫控制器的相互作用
主叫/被叫方呼叫控制器 它们的作用是产生、处理 和终止呼叫请求，同时对 呼叫状态进行管理
网络呼叫控制器 处理输入呼叫请求、产生 删除呼叫请求、产生呼叫 终止请求、进行呼叫状态 管理以及呼叫允许控制
交换连接情况下
主叫方呼叫控制器同网络呼叫控制器相互作用以形成输入呼叫 网络呼叫控制器同被叫方呼叫控制器相互作用以形成输出呼叫 网络呼叫控制器还同连接控制器相互作用来完成这个呼叫
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13
协议控制器 （PC）
协议控制器 （PC）
协议控制器(PC)的作用 提供把控制组件的抽象接口参数映射到消息中的功 能，然后通过由协议承载的消息来解决不同节点的 接口之间互操作问题 各个控制组件通过协议控制器完成与外部信息交换
对应不同的组件有不 同的PC，但不同PC可 以复用 通过路由交换协议 控制器可以传递路 由表更新消息 ； 通过链路资源管理 协议控制器可以传 递链路资源管理协 调消息 ； 通过连接控制器协 议控制器可以传递 连接控制协调信息
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发现代理组件（DA）
终端适配器组件（TAP）
发现代理
进行传送平面的发现处理，存有CP-CP的对应链 路连接关系
终端适配器 负责将控制平面的端点与传送平面的端点绑定
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- 56 -
14
各个结构组件间的关系
连接建立中的组件与接口相互作用
功能组件分工合作，共同 完成控制平面负责的连接 操作、自动发现和网络的 保护/恢复等多种功能
参考网络配置 软永久连接 不考虑呼叫过程 源路由模式
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节点A处的处理
节点B的操作
1.网管通过NMI向CC发出 连接建立请求 2. CC向RC发出连接路由 查询请求，获得连接路由 3. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 4. CC通过NNI向下一节 点B发出连接请求
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1.A发出的请求经过NNI 发往CC 2. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 3. CC通过NNI向下一节 点C发出请求
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15
节点C的操作
连接建立过程中的三种路由模式
三种路由模式 层次路由模式 (Hierarchical Routing ) 源路由模式 (Source Routing ) 逐跳路由模式 (Step-By-Step Routing ) 不同的模式导致了节点之间控制功能模块的不同分布和 连接控制器之间不同的关系
1.B发出的请求到达CC 2. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 3. 因为是终点，CC通过 CCI配置传送设备 4. 通过NNI，CC向源方 向发出连接请求确认 5. 通过NMI，上报网管本 地新的配置情况
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- 62 -
层次路由模式
层次路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
- 63 -
- 64 -
16
源路由模式
A 1 33
源路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
连接请求
D
RC
2
RC
14
G
C
B E A
L1
L2
L3
D
L6 L4
E
L5
CC
3 32 B C 13 29 16
CC
17 28 E F G
F
RC1
4
RC
7 31 10 30
RC
RC
15 18 21 27 19
RC
24 26 22
RC
连接请求消息 建立连接
设备节点 子网
路由域
6
CC1
5
CC
9 8 12
CC
11 20
CC
CC
23
CC
25
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
- 65 -
- 66 -
逐跳路由模式
逐条路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
连接请求
类似IP选路方式 相比源跳路由方式下，路由的选择是以节点为单位逐跳选 择的，而源路由模式是以经过的路由域为单位逐段选择路 由的 节点进一步减少了路由寻径的信息量
1 35
A
D
RC
2
RC
15
CC
3 34 B C 14 31 17 11 32 9 13
CC
18 30 E F G
RC1
4 7 33
RC
8
RC
RC
16 19 22 29 20
RC
23 26 28 24
RC
CC1
6 5
CC
10
CC
12 21
CC
CC
25
CC
27
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
- 67 -
- 68 -
17
控制平面的工作过程（1）
控制平面的工作过程（2）
链路管理 链路状态更新 (ospf-te)
链路管理(lmp)
- 69 -
- 70 -
控制平面的工作过程（3）
链路管理 链路状态更新 源节点路由
控制平面的工作过程（4）
链路管理 链路状态更新 源节点路由 逐跳信令
A
Z
A
Z
- 71 -
- 72 -
18
传送平面技术
SDH
3 智能光网络关键技术
虚级联 链路容量调整计划 通用成帧规程
OTN
光分插复用 光交叉连接
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SONET/SDH的级联
虚级联的优点
级联是一种联合过程，用来创建容量更大的传 送实体来承载业务净荷；逻辑的传送实体保持 原有比特序列的完整性。 SONET/SDH的级联方式有两种：相邻级联和 虚级联。 两种级联方式可以相互转换。虚级联与相邻级 联VC-4间的转换已由ITU-T G.783给出定义。
- 75 -
能实现SONET/SDH网络中容量“适当大小” 的信道的 灵活指配 最大化SONET/SDH净荷带宽的利用率 提供通道容量无损伤调整的方法，实现业务在线指配 每个STS-1均有自己的通道开销，H4字节用于VC序列 和复帧标识 虚级联组中各组元不受限于相同的路由和传送信道， 有利于实现网络负载均衡 仅需通道终端设备具有级联功能，可与相邻级联方式 实现相互间的转换
- 76 -
19
差分时延：不同的路由
差分时延：通道保护倒换
STS-1-Yv (Y
on Working STS-1-(X-Y)v on Protection
Work
Ring
Protection
End to end traffic
STS-1-Xv
Transport network
STS-1-Yv
(Y
End-to-end traffic: STS-1-Xv
STS-1-Yv
- 77 -
- 78 -
链路容量调整方案（LCAS）
NMS
LCAS是一种容量控制机制，允许加入或删除VC带 宽容器而不影响业务，即支持在线调整业务大小 LCAS需要同虚级联配合工作，实现链路容量动态调 整，在虚级联的基础上进一步加强了SDH的带宽管 理能力 LCAS是一种利用H4字节实现源与目的节点的双向通 信的握手协议，交换状态控制信息
t ues req #1
f
nd Cm #2
#3 ADD
ROUTER
New Vc-4 SDH NETWORK old Vc-4
ROUTER
User a
Net node b
Net node c
User d
Former bandwidth 155Mb/s Present bandwidth 300Mb/s
155Mb/s
#4 ok
155Mb/s 300Mb/s
300Mb/s
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- 80 -
20
VCat+LCAS的优点
通用成帧规程（GFP）
为SONET/SDH和OTN网络提供有效的传送机 制，提高带宽资源的利用率 简单低廉的实现，只需对相关网络终端节点进 行配置，无需改造网络或部署新设备 延长运营商既有网络的使用寿命，使运营商获 得更多的增值利润 能与GFP等新规范的协议互操作，逐步演进到 下一代网络NGN
- 81 -
从传输层面来看 SONET/SDH技术已被广为接受作为公共传输结构，封 装各种数据业务在SONET/SDH上传输是大势所趋。
从业务层面来看 存在语音、数据、存储和视频数据等业务，迫切需要 一种简单的数据封装机制，能够综合现有的各种物理 层和数据链路层的数据格式，把它们映射到公共的传 输网络结构上。现有的一些数据封装机制都有它们的 局限性。
- 82 -
通用成帧规程（GFP）
光传送网典型设备
通用成帧规程是一种简单而且灵活的数据装配机制，专 为在字节同步的通信通道上传输块编码或包格式的数据 流而设计。
光分插复用设备（OADM）
GFP利用对字节块的处理，简化了数据链路映射/解映 射的处理要求，使得GFP特别适合在SONET/SDH, OTN甚至裸光纤上进行高速数据传输。 GFP提供了两种业务信号的装配模式：一种是面向数据 包的装配模式，也叫帧映射GFP（GFP-F）；另一种是 面向块编码装配模式，也叫透明GFP（GFP-T）。
- 83 - 84 -
21
控制平面技术
光交叉连接设备（OXC）
路由技术 信令技术 链路资源管理
- 85 -
- 86 -
ASON中的路由
ASON光网络对路由的要求 ASON中路由运行框架 使用扩展OSPF协议来作为路由消息传递机制
（1）路由技术
从OSPF到OSPF-TE的扩展 从OSPF-TE到从OSPF-GMPLS的扩展
- 88 -
22
ASON光网络对路由的要求
ASON光网络对路由的要求就是能够快速、有效、高效进行路由建 立和恢复动作。为此，光网络路由应具备以下三方面的功能：
光通路计算功能：实际上是光网络路由中的最为复杂的一个过 程。这种复杂性是由于光网络同传统IP在本质结构上的不同带来 的。在光网络中，路由需要考虑波长限制性的问题，需要考虑物 理层的限制性问题（诸如PMD，ASE），需要考虑SRLG（共享 风险链路组）问题，需要考虑光网络中多域限制的问题，另外还 需考虑由于必须输出显式路由带来的限制问题。
资源 /拓扑发现功能：资源/拓扑发现过程是生成光网络路由拓扑 信息的过程，它是完成光网络路由的基础。它包括三个部分：首 先是邻居发现过程，其次是链路可用性测试过程，再次是路由拓 扑信息分发过程。具体言之：在资源/拓扑发现过程发现本地链路 资源信息后，光网络利用扩展的域内网关协议（OSPF ）或者是 （ISIS）来把这些资源信息传递到整个光网络。
光通路维护功能：光通路维护功能是指在光路建立起来之后，光 网络必须具备实时检测光通路的性能好坏的能力。
- 89 -
- 90 -
ASON光网络路由的解决方法
ASON中的路由运行框架
路由模块部分 是根据信令以 及自身数据库 来选择一条满 足要求的适当 光通路。同时 也有赖于链路 资源管理模块 部分的作用。 它也可以由多 种路由协议来 实现。
对于光网络路由对拓扑信息分发的要求， ASON 网络中采用了 GMPLS 协议组，这里 GMPLS 协议组对原 IP 网络中域内网关协议 （诸如 OSPF 或 ISIS ）做出符合流量工程及 GMPLS 要求的扩展。 这样就可以让原来只为传递标准路由信息而设计的协议也能同时 传递光网络拓扑信息、资源信息甚至协议策略信息。 针对光网络路由中光通路计算要求，GMPLS协议组规定可采用多 种RWA（Routing and Wavelength Assignment）算法，同时再结 合网络中的资源拓扑信息（可涵盖物理层面信息，SRLG信息，保 护恢复信息等）来计算出满足要求的显式光通路。 针对光网络对光通路维护的要求，GMPLS协议组规定了一整套同 信息协议、链路资源协议相结合的路由策略，让信息、路由和链 路资源三大模块一起来共同完成光通路的维护。
- 91 -
信令部 分是系 统的核 心激励 及指示 部分， 可由多 种协议 实现。
波长信 道建立和拆除 保护倒换信令
RWA算法 及流量工程
拓扑/资源 信息分发
CR-LDP
通路选择器
OSPF-TE
路由信息
拓扑 信息
RSVP-TE
LSA/TE database
资源更新信息
ISIS-TE
LRM负责资源管理
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23
路由模块的组件结构
使用扩展OSPF来作为路由消息传递机制
为什么要扩展现有的域内网关协议？
路由数据库 （RDB）
LRM 完成 资源发现 的功能。
具体 协议流
链路资源管理 （LRM）
路由控制器 （RC）
RC 和 RDB 结合起来 完成光通 路计算的 功能。
简而言之，扩展现有域内网关协议的目的在于要传递网络中附加路 由拓扑信息。只有具备了这些路由拓扑信息才能计算出满足要求的 光通路。 具体而言，因为对现有的光通路的计算不仅仅要求其满足网络流量 工程的要求，而且还要求其满足ASON 网络中新引入的其它特性要 求，因此需要对现有域内网关协议做出多次扩展。首先是让其满足 流量工程的扩展要求，其次是让其满足ASON网络的要求。
协议控制器 （PC）
具体 协议流
通过具体域内网 关协议来传递资 源拓扑消息。
PC 屏蔽不同的域内 网关协议。
通过具体域内网 关协议来传递资 源拓扑消息。
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因 OSPF 在传统数据网络中的广泛应用以及相对而言较高的熟悉程 度，因此后面将主要以OSPF为例来说明对域内网关协议的扩展。
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OSPF概述
OSPF概述
基本原理 各路由器存有相同的链路状态数据库 每个路由器使用最短路径算法，计算出自己 到其它路由器的路径 工作过程 自动发现邻居资源，记录各种度量 生成携带上述信息的报文（LSA）并通过泛 洪机制发出 节点收到报文后，更新数据库，实现同步并 计算出最短路径
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链路状态广告（LSA）
每个LSA描述局部路由信息，合起来构成全 网数据库，头信息包括LSA Age，Link State ID，Adv Router，LS Sequence Number等，体信息包括Link Id，Link Data，LinkType，Matric等 描述了整个网络的拓扑结构和各条链路的度 量
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链路状态数据库
24
OSPF的运行
OSPF的运行
三个子协议
五种消息
Hello：定时广播，监测链路可用性，并选 出指派路由器 Exchange：完成邻接关系建立，获得邻居数 据库内容 Flooding：完成消息扩散
HELLO消息：用来维护连接的存活性。 数据库描述消息：描述路由数据库结构。 链路状态请求消息：用来向别的节点请求链路 更新。 链路状态更新消息：通告链路状态的改变。 链路状态确认消息：对链路状态更新的确认
链路状态更新消息里包含一条或多条LSA
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OSPF为扩展所做的预留－Opaque LSA
从OSPF到OSPF-TE
提供了一种扩展OSPF协议的通用机制 Opaque LSA中的信息可以被OSPF直接 使用也可以被其它想发布该信息的应用 间接使用 包括一个标准LSA头,后面跟含Opaque LSA项的可选项 利用链路状态库分发机制在整个拓朴内 传播信息。不同类型的Opaque LSA分发 范围不同
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原因：现代光网络中需要建立满足流量 工程要求的光路由 通过引入TE-LSA,构建扩展的链路状态 数据库（流量工程数据库），拥有附加 路由属性，实现
对扩展链路属性的监测 本地约束路由 全局流量工程
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25
TE-LSA及其TLV
从OSPF-TE到OSPF-GMPLS
TE-LSA，类型值为10的opaque LSA
原因：支持GMPLS网络的新要求
标准LSA头部，LSA ID＝1 在区域（Area）范围内传播 包含一个或多个嵌套TLV，传播TE属性 路由器地址TLV,指定了该通告路由器的稳定IP地 址，如果存在连接，它总是可达的。 链路TLV,描述单个链路，由一系列Sub-TLV构成 ,可 指定流量工程、带宽、保留带宽等属性
包含一个顶级TLV，有两种
链路和节点巨大的差异性，支持多种链路保 护类型，支持多种接口交换能力等 数据平面和控制平面的分离，二者可采用不 同的拓扑，需要机制协调 网络中可能存在大量的链路，需要标识和识 别这些链路
解决方法：丰富链路属性，增强网络扩 展性
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OSPF-GMPLS
对于OSPF扩展过程的小结
OSPF 的产生是传统数据网络对域内网关协议的需要，而在 OSPF设计时就为未来预留出来的Opaque LSA功能则称为后续 扩展的基础所在；OSPF对流量工程的扩展是在控制平面和传送 平面分离后让传送平面理由满足流量工程的需要；而OSPF-TE 针对 GMPLS 光网络的扩展是为了满足 GMPLS 光网络的特定要 求。我们可以用下面这张图来具体表示。
GMPLS网络对路 由的附加要求 OSPF -TE 对OSPF-TE 的再次扩展 OSPF -GMPLS
在OSPF-TE基础上扩展，增加链路TLV 的sub-TLV
链路本地标识 链路远端标识 链路保护方式 共享风险链路组 接口交换能力描述
传送面对流量 工程的要求 OSPF OSPF本身具 备的扩展能力
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26
ASON信令
信令的功能
（2）信令技术
主要完成呼叫和连接的创建、拆除、修改和 查询 RSVP-TE CR-LDP PNNI
主要的信令协议
GMPLS应用于ASON的研究是最活跃的
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信令流程
信令流程
对于一条新建的业务请求，首先发起呼叫建立 过程，然后再发起连接建立过程。一个呼叫可 以包括若干个连接。 典型的呼叫流程
A端用户请求代理 CallC 呼叫方呼叫控制器 CallC 被呼叫方呼叫控制器 CallC Z端用户请求代理 CallC 呼叫请求 合法性检查 呼叫请求
连接请求是在呼叫请求被验证之后由CallC向 CC发送的，其建立过程由
合法性检查 呼叫请求
合法性检查
呼叫指示 呼叫指示 发出连接请求 呼叫指示
A端用户请求代理(ARA) 域1-A端子网连接控制器(ASC-1) 域1-中间子网连接控制器（ISC-1） 域1-Z端子网连接控制器（ZSC-1） 域n-A端子网连接控制器(ASC-n) 域1-中间子网连接控制器（ISC-n） 域1-Z端子网连接控制器（ZSC-n） Z端用户请求代理(ZRA)负责的。
呼叫建立确认
呼叫建立确认
呼叫建立确认
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27
信令消息
典型的连接处理流程
ARA ASC-1 ISC-1 ZSC-1 ASC-n ISN-n ZSC-n ZRA
抽象的信令消息将映射进各种信令协议中。 实际中使用最广泛的是RSVP-TE
消息类型 UNI 消息 CallSetupRequest 消息类型 I-NNI/E-NNI Messages ConnectionSetupRequest 连接建立消息 ConnectionSetupIndication ConnectionSetupConfirm 连接释放消息 ConnectionReleaseRequest ConnectionReleaseIndication ConnectionQueryRequest 连接查询消息 ConnectionQueryIndication 连接通知消息 ConnectionNotify
建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 略去中间步骤 成功指示 成功确认 建立链路连接
呼叫建立消息
CallSetupIndication CallSetupConfirm
呼叫释放消息
CallReleaseRequest CallReleaseIndication CallQueryRequest CallQueryIndication CallNotify
呼叫查询消息 呼叫通知消息
成功指示 成功确认
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- 110 -
RSVP的发展历程
1991: The birth of RSVP Jan 2000: GMPLS work starts At IETF Oct. 2001: OIF UNI 1.0 approved Jan. 2003: GMPLS SignalingRSVP-TE becames an RFC（3473）
RSVP概述
将QoS需求动态的通知各网络节点，以 便预留适当的资源 RSVP运行动作
RSVP协议包沿数据流方向，向路径上所有 节点（路由器）提出QoS请求，节点根据请 求建立并维护路径状态从而保证服务质量
Sept. 1997: RSVP becomes an RFC (2205) at IETF
Dec. 2001: RSVP-TE becomes an RFC (3209) at IETF
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28
RSVP要点
RSVP-TE
可为单播和多播作资源预留 预留是单向的 面向接收者，由数据流的接收者做初始 化并维护流的资源预留 在路由器和主机里维护一个软状态
引入MPLS
将RSVP与MPLS结合，入口节点用某种方 式进行包分类，并将这一分类的包对应到特 定的标签上； 一旦包与标签进行了这样的映射，这类包经 过的路径就可以看成隧道，在路由和过滤机 制中都可以用到这个隧道,我们称这样的路径 为LSP 。
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示例：LSP建立过程
扩展的内容
增加hello消息，用于快速节点失效检测 支持显式路由
API
LER Resv
Path
Path LSR
LSR Resv
Path Resv LER
API
使用显式路由LSP，在入口节点处控制流结 果的整个路径 优化网络资源利用
LSR
LSR
新增部分对象，对RSVP消息进行扩展 修改部分消息的对象来支持LSP隧道
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29
GMPLS RSVP-TE对ASON的支持
扩展消息和对象支持呼叫概念以及软永久连接 GMPLS RSVP-TE到ASON消息的映射
Request from MP I-NNI E-NNI
（3）链路资源管理
Path Ack Resv
ResvConf
User
A Interface/ Label identified by MP Z Interface/ Label identified by MP
User
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主要功能
控制通道管理
控制通道管理 管理控制通道功能用于建立和维持相邻节点之间控制通道的连 接，LMP要求相邻节点之间至少有一条可用的双向控制通道。 链路属性关联 关联链路属性功能用于把多个端口连接合并成流量工程链路，并 且在节点之间同步流量工程链路的属性，包括本地和远端的流量 工程编号、包含的端口/组口连接表、对应的各种属性等等。 链路连接性验证 验证物理连接功能通过交换物理接口编号来验证物理通道的连接 性。具体过程是在物理通道中传递一个测试消息，在控制通道中 传递测试结果消息。为了检查测试结果，要求每个节点都能够终 结测试消息，并且该测试结果能够传递给控制平面。 链路故障管理 管理链路故障功能的管理对象是物理通道，通过传递相应的故障 状态消息，维持或改变LMP的运行流程。
- 119 -
控制通道用来传递GMPLS控制平面的信息， 包括链路管理和故障隔离、资源管理和标签发 布（RSVP-TE或CR-LDP）和动态路由 （OSPF-TE或ISIS-TE），控制通道首先必须 被建立，然后必须被维持。
参数协商 HELLO协议 控制通道的可用性
- 120 -
30
参数协商是控制通道的建立过程，通过传递 Config、ConfigAck、ConfigNack三条消息来 运行。
保持控制通道的连接，并且检测控制通道的故 障。
Config:节点发送该消息启动控制通道的建立过程, Config消息的周期性发送机制、超时重发机制。 ConfigAck：如果接受Config消息的节点同意所有的 配置参数（包括可协商的和不可协商的），发送 ConfigAck消息。 ConfigNack：如果接受Config消息的节点不同意某 些配置参数（包括可协商的和不可协商的），发送 ConfigNack消息，ConfigNack消息中指明不同意的 参数，并且给出推荐的参数值。
- 121 -
HelloConfig：两个参数，HelloInterval和 HelloDeadInterval。 Hello：接收到ConfigAck消息后周期发送，两个序 列号：
TxSeqNum是本节点发送的Hello消息的序列号，启动或重 启动时为1，随后每次收到Hello消息加1，达到最大值后返 回到2； RcvSeqNum是本节点收到的Hello消息的序列号，启动或 重启动时为0，随后每次收到Hello消息加1，达到最大值后 返回到2。
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链路属性关联
LMP要求至少有一条可用的控制通道，但 是由于故障或管理的原因，可能需要在 不同的控制通道之间进行切换，切换期 间物理通道的连接性应该不受影响。如 果是管理上的原因，必须存在其它可用 的控制通道时，才允许把当前的控制通 道撤销。如果是故障的原因，并且没有 其它可用的控制通道时，物理通道处于 DEGRADED状态。
- 123 -
关联链路属性功能用于把多个端口/组口连接合并成流量 工程链路，并且在节点之间交换、关联和改变流量工程链 路的属性和接口映射关系。
LinkSummary：当链路进入UP状态，开始周期性的发送 LinkSummary消息。收到LinkSummaryAck或LinkSummaryNack消 息；或者没有收到Ack或者Nack的时间超时。相关的时间配置“发 送间隔”和“死亡时间间隔”由Config完成。 LinkSummaryAck：如果接受LinkSummary消息的节点同意所有的 属性（包括可协商的和不可协商的）和接口映射，发送 LinkSummaryAck消息。并且进入链路的验证过程。 LinkSummaryNack：如果接受LinkSummary消息的节点不同意某 些属性（包括可协商的和不可协商的）和接口映射，发送 LinkSummaryNack消息，需要指明不同意那些属性和接口映射。
- 124 -
31
链路物理连接性验证
本地节点
远端节点
本地节点发送BeginVerify消息（控制通道） 返回BeginVerifyAck消息确认（控制通道）
物理通道和控制通道相分离，控制通道的连接验证机制 （Hello消息）不同于物理通道的连接验证，物理通道验证需 要控制通道和物理通道协同进行，增加了一定的复杂性。 特别是对于PXC等全光透明设备，由于不终结业务信号，给 物理连接的验证带来困难。为此LMP规定，在物理通道被验 证之前，链路必须是不透明的；在承载业务之后，链路可以 是透明的。当然不同设备对于物理连接验证之前的不透明度 也是不同的，有的只检查开销，有的终结净荷等等。 如前所述，连接验证需要控制通道和物理通道协同进行，大 部分消息在控制通道中传递，只有Test消息通过物理通道传 递，并且不同设备的具体传送机制也不相同。
发送Test消息，携带物理通道号和本地端口号（某一条物理通道） 返回TestStatusSuccess消息，携带远端节点端口号（控制） 返回TestStatusAck消息确认（控制）
……
本地节点发送EndVerify消息（控制通道） 返回EndVerifyAck消息确认，程序中止（控制通道）
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- 126 -
链路故障管理
对链路故障的处理主要涉及故障检测、故障定 位和保护倒换几个过程。 故障检测与链路的物理属性相关，不同的物理 通道有不同的检测机制，与连接验证同样的问 题是对于全光透明的设备，不能提供与业务相 关的故障信息，只能提供有光或无光（LOL） 的信息。 保护倒换需要对实时性的要求，可能需要有类 似于APS的专用协议来实现， 因此，LMP的链路故障管理功能只涉及对故障 的定位。
- 127 -
A
B
向上游节点发送ChannelFail消息， 包含了发生故障的链路编号。 返回ChannelFailAck消息，C节点进 入待命（STANDBY）状态 向上游节点发送ChannelFail消息， 包含了发生故障的链路编号。
C
返回ChannelFailNack消息。收到此 消息后说明故障定位成功，启动相 应的保护程序。
- 128 -
32
电信业面临的机遇和挑战
运营商整体投资收益比例下降：带宽价格年下降率 20%－30％ 基础网络资源使用率不足：10％－40％不等 新业务应用急需开拓：传统业务应用很难实现盈利 技术进步对行业发展提供有力支持：ASON、MSTP、 NGN 电信行业发展的内在动力依然强劲：个性化服务和宽 带业务需求越来越多 运营模式发生变化，新的电信价值链逐步形成。 收入的主要来源依然是话音业务(>90%)
- 130 -
4 智能光网络运营应用
ASON网络的应用优势
良好的QoS保障
通过标准信令在控制层(OIF UNI，GMPLS/ASON NNI) 实现端到端业务自动提供、快速的电路配置 使用MESH网络拓扑结构，更有效地利用带宽 提供丰富快速保护和恢复能力，增强网络生存性，并提 供SLA网络以区分业务等级 更好的适配数据业务，实现传送层和业务层的协同工作 引入新兴智能业务（能够提供按需带宽业务BOND， OVPN 、带宽批发等新业务） 降低（不再需要）统一网管方面的压力 可扩展性好
- 131 - 132 -
33
高效率的网络生存性
代价 服务 层次
优化数据网络
A A C E
故障 中间节点
低效的光网络资源利用
中间节点
B D FF
数据服务层
区分机制
保护 单一机制 专用-共享 平面 非线性 线性 单层
多层
控制平面
链路-通道 传送平面 容量 单波长 静态 粒度
多点故障 单节点 单链路 格状 环型 点对点 单区域 APS 多区域
传统点到点 DWDM传送
拓扑
减少中间路由器转接，节约路由器接口资源 将原有的转接路由变为直达路由，减少路由表的压力 采用ASON网络保护与恢复，快速恢复失效数据链路 。。。
QoS
时延
区域
A C
多粒度
粒度
集中 链路-通道 预计算实时计算 分布
B D E
数据服务层
动态
GMPLS 信令
F
业务 恢复
控制
基于网格网的 多种路由选择
ASON网络
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- 134 -
引进新的光网业务
智能化光服务
服务类型：
服务特点：
光拨号 带宽贸易（波长出租/批发） 智能专线 光虚拟专网（OVPN）
快速带宽交付 区分服务质量 端到端的管理与控制 动态的光传送服务：任 意时间、任意容量、任 意优先级 个性化、定制化服务 按需带宽分配（BoD）
- 136 -
BoD OVPN
O-SLA
/
- 135 -
34
智能光服务示例：SLA
Carrier Carrier OSS OSS
Customer Platinum” Platinum”: Customer bought bought “ “Platinum”: Ring-Protected 2.5G Ring Ring-Protected 2.5G link link from from City City A A to to City City B B
智能光服务示例：SLA
Carrier Carrier OSS OSS
ISP Economy” -Protected Economy”: MeshMesh ISP bought bought “ “Economy”: Mesh-Protected 2.5G extra traffic” ” traffic 2.5G link. link. Use Use “ “extra traffic” bandwidth bandwidth where where available. available.
1
输入
1 2 3
输出 输入
2
3
输出
Computing Computing best best route route which which is is Ring Ring Protected… …making cross-connects. Protected cross Protected…making cross-connects.
- 137 -
Computing . Protection Computing best best route route with with available available Mesh Mesh Protection. Protection. Using Using Protect Protect Bandwidth Bandwidth on on Rings Rings where where possible. possible.
- 138 -
智能光服务示例：BoD
BOD－call by call
网络管理系统 网络管理系统
VC-12-3v LCAS +VC-12
城域应用中的典型实现技术： Vcat + LCAS + ASON
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客户LAN
传送网
ISP
- 140 -
35
BOD－on schedule
BoD－Automatic Bandwidth Allocation
100M
100M
100M
900M
900M
1112 1 2 10 3 9 4 8 7 6 5
900M
客户LAN
传送网
ISP
- 141 -
- 142 -
智能光服务示例：OVPN
智能光服务示例：OVPN
全局视图 客户视图
二者关系
实现实例
- 143 -
- 144 -
36
ASON的现网应用情况
ASON网络的引入方式
AT&T：应用CIENA的CoreDirector组建了150个节点 的覆盖全国的骨干传输网 Bell South、Vodafone：采用Sycamore SN16000组建 ASON网络（60台） 美国360度网络使用Lucent的60台，江苏电信26台 西班牙电信：利用Alcatel的1674LG组成了16个节点的 骨干传输网，德国电信。 北京通信－奥运网络－ Alcatel
利用ASON节点新建一个新的MESH骨干网 总体为MESH＋RING网
在业务量大、方向数多的核心节点上首先引入 ASON，这些节点组成一个MESH网，用作大颗粒度 的调度和保护。 按投资回报率来分析引入这些节点的时机 在此基础上，分阶段逐步在其他需要的节点上引入 ASON设备，实现原有骨干网的合理、平滑转型
实施方式 节点建设采用分布实施的方式 充分利用交叉连接设备的功能 逐步在网络中部署网孔型网络
- 146 -
- 145 -
ASON网络的应用，机遇与挑战并存
信息网络的新特征
ASON网络的应用定位，例如新业务、保护、业务配 置，网络层次位置。 ASON与IP数据网一体化网络保护恢复机制的研究 ASON目标网络结构，网络的分级和分域等 ASON的引入对传送网的影响： 维护管理、组网（省际、省内统一组网）、业务提 供，分省际、省内、城域三个层面描述 ASON网络的引入策略
数据主导
突发性，非对称性，灵活性，……
无处不在
无线传感网，家庭网，网格，RFID，……
体系复杂
人-机、人-人、机-机间互动，网络融合与重叠，异构 互连，多终端，高带宽，边缘自组织 ……
与现有网络的兼容关系
- 147 -
- 148 -
37
光网络中的新矛盾
亟待解决的新问题
随着光纤传输潜能快速巨量释放，过去存在的带宽供 需矛盾，被大尺度、静态化、管道式的光路连接供应 与细颗粒、突发性、分组型的数据业务需求之间的带 宽匹配矛盾所取代
可扩性 可控性 可信性 异构性 通用性 播送性
- 150 -
随着光网络服务功能的增强，传统光网络有限的 QoS 和 CoS 水平，造成服务同质化与需求多样化之间日益 突出的矛盾
随着光网络服务角色的转变，从重视 “带宽运营 ”到重 视“带宽经营”，市场竞争意识发生了很大变化
- 149 -
下一代光网络发展趋势
下一代光网络 = 降低成本 下一代光网络 = 提高效率 下一代光网络 = 动态灵活 下一代光网络 = 简单可靠
- 151 -
- 152 -
38
内容
智能光网络
Intelligent Optical Network
光网络技术发展历史 智能光网络体系结构 智能光网络关键技术 智能光网络运营应用
张 杰
lgr24@bupt.edu.cn www.ionw.org 2006.03
-2-
WDM点亮了光网络层
1 光网络技术发展历史
单信道系统
代表技术：SDH
多信道系统
代表技术：WDM
可重构网络
代表技术：OTN
1980S
1990S
当前 -4-
1
光交换的发展催生出各种光网体系
光电路交换
面向IP的扁平化网络结构大势所趋
Services Routing
UNI
Optical Connection
技术
光电路交换
粒度
波长/波带/光纤
特点
静态配置或者端到端信令 预留带宽交换，无需缓存 存储转发交换，需要缓存
光突发交换 1µs-100µs突发包 光分组交换 10ns-10µs光分组
IP
UNI
OTN
UNI
Client
Client
光突发交换
NNI
Client
NNI
OTN2
NNI
UNI
Transmission
Switching
NNI
UNI
NNI
光分组交换
Client
NNI
OTN1
NNI
NNI
Client
Optical Transport
-5-
IP
-6-
智能控制的引入丰富了光网络内涵
信令处理 路由控制 资源管理 保护恢复
未来光网络发展的技术取向
传送网技术 光交换技术 数据光网络技术 智能光网络技术
拓扑发现
传送平面
控制平面
-7-
-8-
2
X 传送网技术
电路层
货物
x1 STM-256
光同步数字传送网：SDH
x1 AUG-256 x4 x1 STM-64 AUG-64 x4 x1 x1 AUG-16 x4 x1 STM-4 AUG-4 x4 x1 AU-4 x3 AU-3 VC-3 x7 TUG-2 x1 TU-2 x3 TU-12 x4 TU-11 VC-11 C-11 VC-12 C-12 VC-2 C-2 VC-4 x3 TUG-3 x7 x1 TU-3 VC-3 C-3 C-4 x1 AU-4-4c VC-4-4c C-4-4c AU-4-16c VC-4-16c C-4-16c x1 AU-4-64c VC-4-64c C-4-64c AU-4-256c VC-4-256c C-4-256c
通道层 传 输 媒 质 层
集装箱
STM-16
x1
段层
火车
STM-1
AUG-1
x1 STM-0
指针处理
物理层
铁路
复用 定位校准 映射
-9-
- 10 -
波分复用系统：WDM
客户 普 通 接 口 OTU λ1 λ1 OTU 普 通 接 口 客户
光传送网：OTN
SDH分层结构
通道层(PATH) 复用段层(MS) 再生段层(RS)
光传送网分层结构
光信道层(OCH) 光复用段层(OMS) 光传输段层(OTS) 物理层(FIBER)
Mux
...
OBA
OLA
OLA
...
OPA
Demux
Mux
客户
彩 色 接 口
Demux
客户
普 通 接 口
.
多波长传输信号 OTU λk
OSC
λk
OTU
普 通 接 口 彩 色 接 口
客户
λk+1
OPA
OLA
OLA
OBA
λk+1
客户
.
客户
彩 色 接 口 OSC
λN
OSC
OSC λN OSC
彩 色 接 口
.
客户
OBA：光功率放大器 OLA：光线路放大器 OPA：光前置放大器
OTU：光转发单元 OSC：光监控信道 Mux/Demux：复用器/解复用器 - 11 -
- 12 -
3
Y 光交换技术
光电路交换
光电路交换网络
技术 粒度
波长/波带/光纤
特点
静态配置或者端到端信令 预留带宽交换，无需缓存 存储转发交换，需要缓存
光电路交换
控制平面
端到端信令 GMPLS 控制器 波长光通路
光突发交换 1µs-100µs突发包 光分组交换 10ns-10µs光分组
光突发交换
交换平面
光分组交换
λ-routing
光交叉连接节点
- 13 -
- 14 -
光突发交换网络
控制平面
突发数据包 OBS 控制器 时间偏差 控制分组
光分组交换网络
控制平面
OPS 控制器 控制头
数据分组
交换平面
交换平面
光突发交换节点
光分组交换节点
- 15 -
- 16 -
4
Z 数据光网络技术
接入层
网络体系结构
IP ATM SDH IP SDH 适配层 WDM 物理层 IP路由器 IP/MPLS 适配层 IP/MPLS 成帧
IP/WDM 网络协议
IP层
适配层
ATM层
SDH层
光层
光交叉连接器 - 17 - 18 -
层间适配技术
城域光网方案
带宽需求 解决方案：
通用成帧规程（GFP）
IP/PPP Fibre Channel FICON ESCON other client signals
连接成本
1990s 2000s
MSTP RPR Metro Ethernet Metro WDM ……
Ethernet
GFP - Client Specific Aspects (payload dependent) GFP - Common Aspects (payload independent) SDH/SONET path other CBR path OTN path
带宽爆炸式增长 ( PSTN → xDSL)
长途网
都市网
应用技术的发展促 进对带宽的需求
网络的主要成本转向城域
接入网 接入网
城域网 城域网
长途网 长途网
- 19 -
- 20 -
5
[ 智能光网络技术
数据存储
MPLS 标记
MPλS
IP分组头 IP净荷
A 7
5
C
B
D
智能光网络
无线环境 智能
PDA
IN IF IN LABEL OUT IF OUT LABEL A 2 D 3 B 5 C 7 B 9 D 7
计算资源
OXC
λOUT
T
路由资源
λIN
λ IN
-->
λ OU
- 21 -
- 22 -
GMPLS
ASON
LN1 LN2 LN3
PSC Cloud
TDM Cloud
LSC Cloud
FSC Cloud
Fiber 1 Fiber n
LSC Cloud
TDM Cloud
PSC Cloud
控制平面 (CP)
CCI
LN1 LN2 LN3
NMI-A
CP 管理 TP 层网络管理 资源 管理
Bundle
NMI-T
管理平面 (MP)
FA-PSC FA-TDM
Explicit Label LSPs
Time-slot LSPs
λ LSPs
FA-LSC
λ LSPs
传送平面 (TP)
Time-slot LSPs Explicit Label LSPs
管理信息传送 信令信息传送
Fiber LSPs
CCI： 连接控制接口 NMI：网络管理接口
数据通信网 (DCN)
(Multiplex Low-order LSPs)
(Demultiplex Low-order LSPs)
- 23 -
- 24 -
6
智能光网络研究的必要性（1）
IP业务特征：
流量不确定性 突发性 自相似性 对网络带宽的动态分
2 智能光网络体系结构
配提出了迫切的要求， 为了改变传统的带宽提 供方式，需要智能光网 络的支持。
Interent业务 传统语音业务
- 26 -
智能光网络研究的必要性（2）
★ 在过去几年，运营商们都努力减少固定资产的投资（CAPEX） ★ 尽管如此，问题依然存在： ▼ 运营成本居高不下 ▼ 业务量每年30-40%的增长 ▼ 业务模式每年20%的转变
智能光网络研究的必要性（3）
网络结构复杂化和网络服务多样化
运营商们希望：
（1）将功能尽可能集中到少数设备中来，以减轻成本和复杂度 （2）产品模块化的设计 （3）减轻操作的负担
- 27 -
多终端、高带宽 环形网－> 格形网 QoS保证 区分生存性业务 快速业务提供 ……
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7
智能光网络的 2 种模型
重叠模型
网络 路由器网络 光网络 光子网
智能光网络的 2 种模型
对等模型
路由器网络 路由器网络
光交叉连接： 路由器的一种类型 路由器网络 端到端路由： （标记交换路由） UNI
路由器网络 光子网 端到端路由
NNI：网络到网络接口 OXC：光交叉连接 UNI：用户到网络接口
光通路
光子网
光层具有智能，能够控制光通路，网络由良好规范接口的子网组成。
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IP路由器控制所有的端到端通路，包括光通路。
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两种模型的比较举例
1 B
智能光网络标准制定
侧重于体系框架和功能要求
ITU-T
侧重于可执行协议和互连操作接口
A
2
OIF
假设1处光纤断裂，在重叠模型下，路由器A 和 B对 此事件不知道。但在对等模型的情况下，会有相关的信息 送达A和B。
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IETF
侧重于具体信令和路由协议- GMPLS
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8
自动交换光网络（ASON）定义
G.807 ASTN ITU-T ASTN G.7714 Discovery G.7715 Routing G.7716 Link Mgmt OIF G.7717 CAC G.7714.1 Disc.
UNI 1.0 UNI 2.0 E-NNI Signaling E-NNI Routing
G.8080 ASON
Discovery Techniques G.7712 DCN
ATM Forum
PNNI signaling and routing extensions
Data & Signaling (G.7712/Y.1703)
G.7713 DCM
G.7713.X O-PNNI, RSVP-TE, CD-LDP
G.7715.1 Link State Routing IETF GMPLS GMPLS-Singling GMPLS-TE Routing RSVP-TE/CR-LDP OSPF-TE IS-IS SDH/SONET G.709 SDH/SONET G.709 Link Management SDH/SONET G.709
通过能提供自动发现和动态连接建立功能的分 布式（或部分分布式）控制平面，在 OTN 或 SDH网络之上，可实现动态的、基于信令和策 略驱动控制的一种网络。
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- 34 -
ASON新特点
ASON中的三个平面
控制平面的独立 提供实时分布式智能 呼叫和连接过程的分离 ASON 中连接的建立是通过信令的交互自动完成的，先后 经过两个过程：呼叫和连接呼叫过程主要进行用户接入权 限的认证；连接过程主要实现资源的预留和分配 自动发现 网络能够通过信令协议实现网络资源（包括拓扑资源和服 务资源）的自动识别 生存性技术的新特征 多种粒度的、多种类型的网络保护/恢复的功能 控制平面自身的生存性 多层网络的保护/恢复机制
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9
ASON中的三个平面
ASON中的三个接口
传送平面提供用户信息从一个地方到另一个地方的双向 或者单向传送功能。同时,它也能传送一些控制和管理面 信息； 控制平面完成呼叫控制和连接控制功能。通过信令，它 能完成建立和释放连接的功能，还能在连接出现故障时 对其进行恢复； 管理平面完成对传送面、控制面和整个系统的管理。它 负责所有平面之间的协调工作，并完成五大管理功能； 数据通信网（DCN）是用于承载控制信息和管理信息的 信令网。
接口是一个逻辑的概念，代表信息交互的参考点 CCI，控制平面和传送平面的接口 传送连接控制消息，建立光交换机端口之间的连接 多用私有接口实现 NMI-A，控制平面和管理平面的接口 管理系统实现对控制平面的配置、监视等 可用现有管理接口如SNMP、Q3、CORBA实现 NMI-T，管理平面和传送平面的接口 管理系统对传送网资源的配置、监视等 为传统网管在ASON中的延续
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ASON中的三种连接
ASON中的三种连接
永久连接(PC): 一种由网管系统指配的连接类型.
Management Plane
Provisioning request Provisioning request Provisioning request
交换连接(SC): 一种由源端用户发起呼叫请求，通过控制平 面内信令实体间信令交互建立起来的连接类型。
Control Plane
Connection request UNI setup request setup request setup request UNI Connection request
Connection end point A
NE
NE Transport Plane
Provisioned Connection
NE
Connection end point B
Connection end point A
NE
NE Transport Plane
NE
Connection end point B
Switched Connection
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- 40 -
10
ASON中的三种连接
IP/MPLS-TMN
连接请求 A1→F1
Management Plane
Connection request
B1
Control Plane
Connection end point A setup request setup request setup request Connection end point
B
F1
C A1 A
F G1
NE
NE Transport Plane
NE
B
ASON域 指配连接
D1
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G 连接请求 E1→B1 E1
D E
Permanent Connection
Switched Connection Soft Permanent Connection
Permanent Connection
软永久连接
IP/MPLS域
交换连接
ASON控制平面的接口类型
ASON控制平面的接口类型
UNI，用户终端（包括路由器、SDH交换机等）和光层设备之间的接口。 动态地请求获取、撤销、修改具有一定特性的光带宽连接资源 支持自动业务发现、自动邻居发现 接口中的信息流包括终端点的名称和地址、认证和连接接纳控制以及 连接服务消息 NNI，光网络子网之间的接口，又分为内部网络网络接口I-NNI和外部网 络网络接口E-NNI。 I-NNI，在一个自治域内部或者在有信任关系的多个自治域中的控制实体 间接口 支持资源发现、连接控制、连接选择和连接路由寻径 接口中信息流包括拓扑/路由信息、连接服务信息和控制网络资源信息 E-NNI，在不同自治域或者提供商网络中控制实体之间的接口。 支持呼叫控制、资源发现、连接控制、连接选择和连接路由寻径 接口中信息流包括可达网络地址信息、认证和连接接纳信息以及连接 服务信息
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- 43 -
连接请求 G1→D1
软永久连接(SPC): 连接中用户到网络的部分由管理平面完 成，网络部分的连接由管理面发起请求,由控制平面完成。
OTN-TMN
交叉连接 交叉连接 交叉连接 连接请求 G1→D1
11
ASON控制平面的功能组件
连接控制器（CC）
控制平面由独立的或者分布于网元设备中的多个控制节 点组成，它们通过信令通道连接起来的。而控制节点又 由路由、信令和资源管理等一系列逻辑功能模块组成。 连接控制器（CC） 路由控制器（RC） 链路资源管理器（LRM） 流量策略（TP） 呼叫控制器（CallC） 协议控制器（PC） 发现代理（DA） 终端适配器（TAP）
- 45 -
连接控制器(CC)的作用: 负责协调链路资源管理器(LRM)、路由控制器(RC)以及对等的或者 下层的连接控制器(CC)的工作,以便达到管理和监测连接的建立、释 放和修改已建立连接参数的目的。 CC组件还提供了一个CCI接口。这个接口位于传送平面和控制平面 之间，通过它可以使控制面组件直接建立、修改和删除传送平面中的 连接 .
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路由控制器（RC）
链路资源管理器（LRM）
路由控制器(RC)的作用: 为连接控制器 (CC)提供所负责域内的通路信息，指示连接的路 由。路由信息可以是端到端，也可以是下一跳。
链路资源管理器(LRM)的作用: 负责对传送平面链路进行管理，包括对链路连接进行分配和撤 消，提供拓扑和状态信息。
相邻节点的RC之间通过路由协议发送和接收路由更新信息，更 新路由表的内容
两种类型的LRM: LRMA 和 LRMZ 一条SNPP链路被一对LRM管理（LRMA和LRMZ），每一个 分别管理一端。而分配SNP链路连接的请求只由LRMA负责。
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- 48 -
12
流量策略组件（TP）
呼叫控制器（CallC)
流量策略组件（TP）是策略端口的一个子类 它的作用是检查进入的用户连接是不是根据前 面达成的参数来传输业务。 当一个连接违背了已达成的参数后，流量策略 元件就调用措施来更正这种情况
呼叫是由呼叫控制器来控制的 有两种不同类型的呼叫控制器组件
主叫/被叫方呼叫控制器
表现为终端的代理 分别支持主叫和被叫功能
网络呼叫控制器
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呼叫控制器（CallC)
呼叫控制器的相互作用
主叫/被叫方呼叫控制器 它们的作用是产生、处理 和终止呼叫请求，同时对 呼叫状态进行管理
网络呼叫控制器 处理输入呼叫请求、产生 删除呼叫请求、产生呼叫 终止请求、进行呼叫状态 管理以及呼叫允许控制
交换连接情况下
主叫方呼叫控制器同网络呼叫控制器相互作用以形成输入呼叫 网络呼叫控制器同被叫方呼叫控制器相互作用以形成输出呼叫 网络呼叫控制器还同连接控制器相互作用来完成这个呼叫
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- 52 -
13
协议控制器 （PC）
协议控制器 （PC）
协议控制器(PC)的作用 提供把控制组件的抽象接口参数映射到消息中的功 能，然后通过由协议承载的消息来解决不同节点的 接口之间互操作问题 各个控制组件通过协议控制器完成与外部信息交换
对应不同的组件有不 同的PC，但不同PC可 以复用 通过路由交换协议 控制器可以传递路 由表更新消息 ； 通过链路资源管理 协议控制器可以传 递链路资源管理协 调消息 ； 通过连接控制器协 议控制器可以传递 连接控制协调信息
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发现代理组件（DA）
终端适配器组件（TAP）
发现代理
进行传送平面的发现处理，存有CP-CP的对应链 路连接关系
终端适配器 负责将控制平面的端点与传送平面的端点绑定
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14
各个结构组件间的关系
连接建立中的组件与接口相互作用
功能组件分工合作，共同 完成控制平面负责的连接 操作、自动发现和网络的 保护/恢复等多种功能
参考网络配置 软永久连接 不考虑呼叫过程 源路由模式
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- 58 -
节点A处的处理
节点B的操作
1.网管通过NMI向CC发出 连接建立请求 2. CC向RC发出连接路由 查询请求，获得连接路由 3. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 4. CC通过NNI向下一节 点B发出连接请求
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1.A发出的请求经过NNI 发往CC 2. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 3. CC通过NNI向下一节 点C发出请求
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15
节点C的操作
连接建立过程中的三种路由模式
三种路由模式 层次路由模式 (Hierarchical Routing ) 源路由模式 (Source Routing ) 逐跳路由模式 (Step-By-Step Routing ) 不同的模式导致了节点之间控制功能模块的不同分布和 连接控制器之间不同的关系
1.B发出的请求到达CC 2. CC向LRM查询链路资 源占用情况，获得允许 3. 因为是终点，CC通过 CCI配置传送设备 4. 通过NNI，CC向源方 向发出连接请求确认 5. 通过NMI，上报网管本 地新的配置情况
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- 62 -
层次路由模式
层次路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
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- 64 -
16
源路由模式
A 1 33
源路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
连接请求
D
RC
2
RC
14
G
C
B E A
L1
L2
L3
D
L6 L4
E
L5
CC
3 32 B C 13 29 16
CC
17 28 E F G
F
RC1
4
RC
7 31 10 30
RC
RC
15 18 21 27 19
RC
24 26 22
RC
连接请求消息 建立连接
设备节点 子网
路由域
6
CC1
5
CC
9 8 12
CC
11 20
CC
CC
23
CC
25
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
- 65 -
- 66 -
逐跳路由模式
逐条路由模式下连接建立过程中各组件相互作用
连接请求
类似IP选路方式 相比源跳路由方式下，路由的选择是以节点为单位逐跳选 择的，而源路由模式是以经过的路由域为单位逐段选择路 由的 节点进一步减少了路由寻径的信息量
1 35
A
D
RC
2
RC
15
CC
3 34 B C 14 31 17 11 32 9 13
CC
18 30 E F G
RC1
4 7 33
RC
8
RC
RC
16 19 22 29 20
RC
23 26 28 24
RC
CC1
6 5
CC
10
CC
12 21
CC
CC
25
CC
27
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
LRM
- 67 -
- 68 -
17
控制平面的工作过程（1）
控制平面的工作过程（2）
链路管理 链路状态更新 (ospf-te)
链路管理(lmp)
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- 70 -
控制平面的工作过程（3）
链路管理 链路状态更新 源节点路由
控制平面的工作过程（4）
链路管理 链路状态更新 源节点路由 逐跳信令
A
Z
A
Z
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- 72 -
18
传送平面技术
SDH
3 智能光网络关键技术
虚级联 链路容量调整计划 通用成帧规程
OTN
光分插复用 光交叉连接
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SONET/SDH的级联
虚级联的优点
级联是一种联合过程，用来创建容量更大的传 送实体来承载业务净荷；逻辑的传送实体保持 原有比特序列的完整性。 SONET/SDH的级联方式有两种：相邻级联和 虚级联。 两种级联方式可以相互转换。虚级联与相邻级 联VC-4间的转换已由ITU-T G.783给出定义。
- 75 -
能实现SONET/SDH网络中容量“适当大小” 的信道的 灵活指配 最大化SONET/SDH净荷带宽的利用率 提供通道容量无损伤调整的方法，实现业务在线指配 每个STS-1均有自己的通道开销，H4字节用于VC序列 和复帧标识 虚级联组中各组元不受限于相同的路由和传送信道， 有利于实现网络负载均衡 仅需通道终端设备具有级联功能，可与相邻级联方式 实现相互间的转换
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19
差分时延：不同的路由
差分时延：通道保护倒换
STS-1-Yv (Y
on Working STS-1-(X-Y)v on Protection
Work
Ring
Protection
End to end traffic
STS-1-Xv
Transport network
STS-1-Yv
(Y
End-to-end traffic: STS-1-Xv
STS-1-Yv
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- 78 -
链路容量调整方案（LCAS）
NMS
LCAS是一种容量控制机制，允许加入或删除VC带 宽容器而不影响业务，即支持在线调整业务大小 LCAS需要同虚级联配合工作，实现链路容量动态调 整，在虚级联的基础上进一步加强了SDH的带宽管 理能力 LCAS是一种利用H4字节实现源与目的节点的双向通 信的握手协议，交换状态控制信息
t ues req #1
f
nd Cm #2
#3 ADD
ROUTER
New Vc-4 SDH NETWORK old Vc-4
ROUTER
User a
Net node b
Net node c
User d
Former bandwidth 155Mb/s Present bandwidth 300Mb/s
155Mb/s
#4 ok
155Mb/s 300Mb/s
300Mb/s
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- 80 -
20
VCat+LCAS的优点
通用成帧规程（GFP）
为SONET/SDH和OTN网络提供有效的传送机 制，提高带宽资源的利用率 简单低廉的实现，只需对相关网络终端节点进 行配置，无需改造网络或部署新设备 延长运营商既有网络的使用寿命，使运营商获 得更多的增值利润 能与GFP等新规范的协议互操作，逐步演进到 下一代网络NGN
- 81 -
从传输层面来看 SONET/SDH技术已被广为接受作为公共传输结构，封 装各种数据业务在SONET/SDH上传输是大势所趋。
从业务层面来看 存在语音、数据、存储和视频数据等业务，迫切需要 一种简单的数据封装机制，能够综合现有的各种物理 层和数据链路层的数据格式，把它们映射到公共的传 输网络结构上。现有的一些数据封装机制都有它们的 局限性。
- 82 -
通用成帧规程（GFP）
光传送网典型设备
通用成帧规程是一种简单而且灵活的数据装配机制，专 为在字节同步的通信通道上传输块编码或包格式的数据 流而设计。
光分插复用设备（OADM）
GFP利用对字节块的处理，简化了数据链路映射/解映 射的处理要求，使得GFP特别适合在SONET/SDH, OTN甚至裸光纤上进行高速数据传输。 GFP提供了两种业务信号的装配模式：一种是面向数据 包的装配模式，也叫帧映射GFP（GFP-F）；另一种是 面向块编码装配模式，也叫透明GFP（GFP-T）。
- 83 - 84 -
21
控制平面技术
光交叉连接设备（OXC）
路由技术 信令技术 链路资源管理
- 85 -
- 86 -
ASON中的路由
ASON光网络对路由的要求 ASON中路由运行框架 使用扩展OSPF协议来作为路由消息传递机制
（1）路由技术
从OSPF到OSPF-TE的扩展 从OSPF-TE到从OSPF-GMPLS的扩展
- 88 -
22
ASON光网络对路由的要求
ASON光网络对路由的要求就是能够快速、有效、高效进行路由建 立和恢复动作。为此，光网络路由应具备以下三方面的功能：
光通路计算功能：实际上是光网络路由中的最为复杂的一个过 程。这种复杂性是由于光网络同传统IP在本质结构上的不同带来 的。在光网络中，路由需要考虑波长限制性的问题，需要考虑物 理层的限制性问题（诸如PMD，ASE），需要考虑SRLG（共享 风险链路组）问题，需要考虑光网络中多域限制的问题，另外还 需考虑由于必须输出显式路由带来的限制问题。
资源 /拓扑发现功能：资源/拓扑发现过程是生成光网络路由拓扑 信息的过程，它是完成光网络路由的基础。它包括三个部分：首 先是邻居发现过程，其次是链路可用性测试过程，再次是路由拓 扑信息分发过程。具体言之：在资源/拓扑发现过程发现本地链路 资源信息后，光网络利用扩展的域内网关协议（OSPF ）或者是 （ISIS）来把这些资源信息传递到整个光网络。
光通路维护功能：光通路维护功能是指在光路建立起来之后，光 网络必须具备实时检测光通路的性能好坏的能力。
- 89 -
- 90 -
ASON光网络路由的解决方法
ASON中的路由运行框架
路由模块部分 是根据信令以 及自身数据库 来选择一条满 足要求的适当 光通路。同时 也有赖于链路 资源管理模块 部分的作用。 它也可以由多 种路由协议来 实现。
对于光网络路由对拓扑信息分发的要求， ASON 网络中采用了 GMPLS 协议组，这里 GMPLS 协议组对原 IP 网络中域内网关协议 （诸如 OSPF 或 ISIS ）做出符合流量工程及 GMPLS 要求的扩展。 这样就可以让原来只为传递标准路由信息而设计的协议也能同时 传递光网络拓扑信息、资源信息甚至协议策略信息。 针对光网络路由中光通路计算要求，GMPLS协议组规定可采用多 种RWA（Routing and Wavelength Assignment）算法，同时再结 合网络中的资源拓扑信息（可涵盖物理层面信息，SRLG信息，保 护恢复信息等）来计算出满足要求的显式光通路。 针对光网络对光通路维护的要求，GMPLS协议组规定了一整套同 信息协议、链路资源协议相结合的路由策略，让信息、路由和链 路资源三大模块一起来共同完成光通路的维护。
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信令部 分是系 统的核 心激励 及指示 部分， 可由多 种协议 实现。
波长信 道建立和拆除 保护倒换信令
RWA算法 及流量工程
拓扑/资源 信息分发
CR-LDP
通路选择器
OSPF-TE
路由信息
拓扑 信息
RSVP-TE
LSA/TE database
资源更新信息
ISIS-TE
LRM负责资源管理
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23
路由模块的组件结构
使用扩展OSPF来作为路由消息传递机制
为什么要扩展现有的域内网关协议？
路由数据库 （RDB）
LRM 完成 资源发现 的功能。
具体 协议流
链路资源管理 （LRM）
路由控制器 （RC）
RC 和 RDB 结合起来 完成光通 路计算的 功能。
简而言之，扩展现有域内网关协议的目的在于要传递网络中附加路 由拓扑信息。只有具备了这些路由拓扑信息才能计算出满足要求的 光通路。 具体而言，因为对现有的光通路的计算不仅仅要求其满足网络流量 工程的要求，而且还要求其满足ASON 网络中新引入的其它特性要 求，因此需要对现有域内网关协议做出多次扩展。首先是让其满足 流量工程的扩展要求，其次是让其满足ASON网络的要求。
协议控制器 （PC）
具体 协议流
通过具体域内网 关协议来传递资 源拓扑消息。
PC 屏蔽不同的域内 网关协议。
通过具体域内网 关协议来传递资 源拓扑消息。
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因 OSPF 在传统数据网络中的广泛应用以及相对而言较高的熟悉程 度，因此后面将主要以OSPF为例来说明对域内网关协议的扩展。
- 94 -
OSPF概述
OSPF概述
基本原理 各路由器存有相同的链路状态数据库 每个路由器使用最短路径算法，计算出自己 到其它路由器的路径 工作过程 自动发现邻居资源，记录各种度量 生成携带上述信息的报文（LSA）并通过泛 洪机制发出 节点收到报文后，更新数据库，实现同步并 计算出最短路径
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链路状态广告（LSA）
每个LSA描述局部路由信息，合起来构成全 网数据库，头信息包括LSA Age，Link State ID，Adv Router，LS Sequence Number等，体信息包括Link Id，Link Data，LinkType，Matric等 描述了整个网络的拓扑结构和各条链路的度 量
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链路状态数据库
24
OSPF的运行
OSPF的运行
三个子协议
五种消息
Hello：定时广播，监测链路可用性，并选 出指派路由器 Exchange：完成邻接关系建立，获得邻居数 据库内容 Flooding：完成消息扩散
HELLO消息：用来维护连接的存活性。 数据库描述消息：描述路由数据库结构。 链路状态请求消息：用来向别的节点请求链路 更新。 链路状态更新消息：通告链路状态的改变。 链路状态确认消息：对链路状态更新的确认
链路状态更新消息里包含一条或多条LSA
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OSPF为扩展所做的预留－Opaque LSA
从OSPF到OSPF-TE
提供了一种扩展OSPF协议的通用机制 Opaque LSA中的信息可以被OSPF直接 使用也可以被其它想发布该信息的应用 间接使用 包括一个标准LSA头,后面跟含Opaque LSA项的可选项 利用链路状态库分发机制在整个拓朴内 传播信息。不同类型的Opaque LSA分发 范围不同
- 99 -
原因：现代光网络中需要建立满足流量 工程要求的光路由 通过引入TE-LSA,构建扩展的链路状态 数据库（流量工程数据库），拥有附加 路由属性，实现
对扩展链路属性的监测 本地约束路由 全局流量工程
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25
TE-LSA及其TLV
从OSPF-TE到OSPF-GMPLS
TE-LSA，类型值为10的opaque LSA
原因：支持GMPLS网络的新要求
标准LSA头部，LSA ID＝1 在区域（Area）范围内传播 包含一个或多个嵌套TLV，传播TE属性 路由器地址TLV,指定了该通告路由器的稳定IP地 址，如果存在连接，它总是可达的。 链路TLV,描述单个链路，由一系列Sub-TLV构成 ,可 指定流量工程、带宽、保留带宽等属性
包含一个顶级TLV，有两种
链路和节点巨大的差异性，支持多种链路保 护类型，支持多种接口交换能力等 数据平面和控制平面的分离，二者可采用不 同的拓扑，需要机制协调 网络中可能存在大量的链路，需要标识和识 别这些链路
解决方法：丰富链路属性，增强网络扩 展性
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OSPF-GMPLS
对于OSPF扩展过程的小结
OSPF 的产生是传统数据网络对域内网关协议的需要，而在 OSPF设计时就为未来预留出来的Opaque LSA功能则称为后续 扩展的基础所在；OSPF对流量工程的扩展是在控制平面和传送 平面分离后让传送平面理由满足流量工程的需要；而OSPF-TE 针对 GMPLS 光网络的扩展是为了满足 GMPLS 光网络的特定要 求。我们可以用下面这张图来具体表示。
GMPLS网络对路 由的附加要求 OSPF -TE 对OSPF-TE 的再次扩展 OSPF -GMPLS
在OSPF-TE基础上扩展，增加链路TLV 的sub-TLV
链路本地标识 链路远端标识 链路保护方式 共享风险链路组 接口交换能力描述
传送面对流量 工程的要求 OSPF OSPF本身具 备的扩展能力
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26
ASON信令
信令的功能
（2）信令技术
主要完成呼叫和连接的创建、拆除、修改和 查询 RSVP-TE CR-LDP PNNI
主要的信令协议
GMPLS应用于ASON的研究是最活跃的
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信令流程
信令流程
对于一条新建的业务请求，首先发起呼叫建立 过程，然后再发起连接建立过程。一个呼叫可 以包括若干个连接。 典型的呼叫流程
A端用户请求代理 CallC 呼叫方呼叫控制器 CallC 被呼叫方呼叫控制器 CallC Z端用户请求代理 CallC 呼叫请求 合法性检查 呼叫请求
连接请求是在呼叫请求被验证之后由CallC向 CC发送的，其建立过程由
合法性检查 呼叫请求
合法性检查
呼叫指示 呼叫指示 发出连接请求 呼叫指示
A端用户请求代理(ARA) 域1-A端子网连接控制器(ASC-1) 域1-中间子网连接控制器（ISC-1） 域1-Z端子网连接控制器（ZSC-1） 域n-A端子网连接控制器(ASC-n) 域1-中间子网连接控制器（ISC-n） 域1-Z端子网连接控制器（ZSC-n） Z端用户请求代理(ZRA)负责的。
呼叫建立确认
呼叫建立确认
呼叫建立确认
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27
信令消息
典型的连接处理流程
ARA ASC-1 ISC-1 ZSC-1 ASC-n ISN-n ZSC-n ZRA
抽象的信令消息将映射进各种信令协议中。 实际中使用最广泛的是RSVP-TE
消息类型 UNI 消息 CallSetupRequest 消息类型 I-NNI/E-NNI Messages ConnectionSetupRequest 连接建立消息 ConnectionSetupIndication ConnectionSetupConfirm 连接释放消息 ConnectionReleaseRequest ConnectionReleaseIndication ConnectionQueryRequest 连接查询消息 ConnectionQueryIndication 连接通知消息 ConnectionNotify
建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 建立子网连接 建立链路连接 略去中间步骤 成功指示 成功确认 建立链路连接
呼叫建立消息
CallSetupIndication CallSetupConfirm
呼叫释放消息
CallReleaseRequest CallReleaseIndication CallQueryRequest CallQueryIndication CallNotify
呼叫查询消息 呼叫通知消息
成功指示 成功确认
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RSVP的发展历程
1991: The birth of RSVP Jan 2000: GMPLS work starts At IETF Oct. 2001: OIF UNI 1.0 approved Jan. 2003: GMPLS SignalingRSVP-TE becames an RFC（3473）
RSVP概述
将QoS需求动态的通知各网络节点，以 便预留适当的资源 RSVP运行动作
RSVP协议包沿数据流方向，向路径上所有 节点（路由器）提出QoS请求，节点根据请 求建立并维护路径状态从而保证服务质量
Sept. 1997: RSVP becomes an RFC (2205) at IETF
Dec. 2001: RSVP-TE becomes an RFC (3209) at IETF
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28
RSVP要点
RSVP-TE
可为单播和多播作资源预留 预留是单向的 面向接收者，由数据流的接收者做初始 化并维护流的资源预留 在路由器和主机里维护一个软状态
引入MPLS
将RSVP与MPLS结合，入口节点用某种方 式进行包分类，并将这一分类的包对应到特 定的标签上； 一旦包与标签进行了这样的映射，这类包经 过的路径就可以看成隧道，在路由和过滤机 制中都可以用到这个隧道,我们称这样的路径 为LSP 。
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- 114 -
示例：LSP建立过程
扩展的内容
增加hello消息，用于快速节点失效检测 支持显式路由
API
LER Resv
Path
Path LSR
LSR Resv
Path Resv LER
API
使用显式路由LSP，在入口节点处控制流结 果的整个路径 优化网络资源利用
LSR
LSR
新增部分对象，对RSVP消息进行扩展 修改部分消息的对象来支持LSP隧道
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GMPLS RSVP-TE对ASON的支持
扩展消息和对象支持呼叫概念以及软永久连接 GMPLS RSVP-TE到ASON消息的映射
Request from MP I-NNI E-NNI
（3）链路资源管理
Path Ack Resv
ResvConf
User
A Interface/ Label identified by MP Z Interface/ Label identified by MP
User
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主要功能
控制通道管理
控制通道管理 管理控制通道功能用于建立和维持相邻节点之间控制通道的连 接，LMP要求相邻节点之间至少有一条可用的双向控制通道。 链路属性关联 关联链路属性功能用于把多个端口连接合并成流量工程链路，并 且在节点之间同步流量工程链路的属性，包括本地和远端的流量 工程编号、包含的端口/组口连接表、对应的各种属性等等。 链路连接性验证 验证物理连接功能通过交换物理接口编号来验证物理通道的连接 性。具体过程是在物理通道中传递一个测试消息，在控制通道中 传递测试结果消息。为了检查测试结果，要求每个节点都能够终 结测试消息，并且该测试结果能够传递给控制平面。 链路故障管理 管理链路故障功能的管理对象是物理通道，通过传递相应的故障 状态消息，维持或改变LMP的运行流程。
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控制通道用来传递GMPLS控制平面的信息， 包括链路管理和故障隔离、资源管理和标签发 布（RSVP-TE或CR-LDP）和动态路由 （OSPF-TE或ISIS-TE），控制通道首先必须 被建立，然后必须被维持。
参数协商 HELLO协议 控制通道的可用性
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参数协商是控制通道的建立过程，通过传递 Config、ConfigAck、ConfigNack三条消息来 运行。
保持控制通道的连接，并且检测控制通道的故 障。
Config:节点发送该消息启动控制通道的建立过程, Config消息的周期性发送机制、超时重发机制。 ConfigAck：如果接受Config消息的节点同意所有的 配置参数（包括可协商的和不可协商的），发送 ConfigAck消息。 ConfigNack：如果接受Config消息的节点不同意某 些配置参数（包括可协商的和不可协商的），发送 ConfigNack消息，ConfigNack消息中指明不同意的 参数，并且给出推荐的参数值。
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HelloConfig：两个参数，HelloInterval和 HelloDeadInterval。 Hello：接收到ConfigAck消息后周期发送，两个序 列号：
TxSeqNum是本节点发送的Hello消息的序列号，启动或重 启动时为1，随后每次收到Hello消息加1，达到最大值后返 回到2； RcvSeqNum是本节点收到的Hello消息的序列号，启动或 重启动时为0，随后每次收到Hello消息加1，达到最大值后 返回到2。
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链路属性关联
LMP要求至少有一条可用的控制通道，但 是由于故障或管理的原因，可能需要在 不同的控制通道之间进行切换，切换期 间物理通道的连接性应该不受影响。如 果是管理上的原因，必须存在其它可用 的控制通道时，才允许把当前的控制通 道撤销。如果是故障的原因，并且没有 其它可用的控制通道时，物理通道处于 DEGRADED状态。
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关联链路属性功能用于把多个端口/组口连接合并成流量 工程链路，并且在节点之间交换、关联和改变流量工程链 路的属性和接口映射关系。
LinkSummary：当链路进入UP状态，开始周期性的发送 LinkSummary消息。收到LinkSummaryAck或LinkSummaryNack消 息；或者没有收到Ack或者Nack的时间超时。相关的时间配置“发 送间隔”和“死亡时间间隔”由Config完成。 LinkSummaryAck：如果接受LinkSummary消息的节点同意所有的 属性（包括可协商的和不可协商的）和接口映射，发送 LinkSummaryAck消息。并且进入链路的验证过程。 LinkSummaryNack：如果接受LinkSummary消息的节点不同意某 些属性（包括可协商的和不可协商的）和接口映射，发送 LinkSummaryNack消息，需要指明不同意那些属性和接口映射。
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链路物理连接性验证
本地节点
远端节点
本地节点发送BeginVerify消息（控制通道） 返回BeginVerifyAck消息确认（控制通道）
物理通道和控制通道相分离，控制通道的连接验证机制 （Hello消息）不同于物理通道的连接验证，物理通道验证需 要控制通道和物理通道协同进行，增加了一定的复杂性。 特别是对于PXC等全光透明设备，由于不终结业务信号，给 物理连接的验证带来困难。为此LMP规定，在物理通道被验 证之前，链路必须是不透明的；在承载业务之后，链路可以 是透明的。当然不同设备对于物理连接验证之前的不透明度 也是不同的，有的只检查开销，有的终结净荷等等。 如前所述，连接验证需要控制通道和物理通道协同进行，大 部分消息在控制通道中传递，只有Test消息通过物理通道传 递，并且不同设备的具体传送机制也不相同。
发送Test消息，携带物理通道号和本地端口号（某一条物理通道） 返回TestStatusSuccess消息，携带远端节点端口号（控制） 返回TestStatusAck消息确认（控制）
……
本地节点发送EndVerify消息（控制通道） 返回EndVerifyAck消息确认，程序中止（控制通道）
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链路故障管理
对链路故障的处理主要涉及故障检测、故障定 位和保护倒换几个过程。 故障检测与链路的物理属性相关，不同的物理 通道有不同的检测机制，与连接验证同样的问 题是对于全光透明的设备，不能提供与业务相 关的故障信息，只能提供有光或无光（LOL） 的信息。 保护倒换需要对实时性的要求，可能需要有类 似于APS的专用协议来实现， 因此，LMP的链路故障管理功能只涉及对故障 的定位。
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A
B
向上游节点发送ChannelFail消息， 包含了发生故障的链路编号。 返回ChannelFailAck消息，C节点进 入待命（STANDBY）状态 向上游节点发送ChannelFail消息， 包含了发生故障的链路编号。
C
返回ChannelFailNack消息。收到此 消息后说明故障定位成功，启动相 应的保护程序。
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电信业面临的机遇和挑战
运营商整体投资收益比例下降：带宽价格年下降率 20%－30％ 基础网络资源使用率不足：10％－40％不等 新业务应用急需开拓：传统业务应用很难实现盈利 技术进步对行业发展提供有力支持：ASON、MSTP、 NGN 电信行业发展的内在动力依然强劲：个性化服务和宽 带业务需求越来越多 运营模式发生变化，新的电信价值链逐步形成。 收入的主要来源依然是话音业务(>90%)
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4 智能光网络运营应用
ASON网络的应用优势
良好的QoS保障
通过标准信令在控制层(OIF UNI，GMPLS/ASON NNI) 实现端到端业务自动提供、快速的电路配置 使用MESH网络拓扑结构，更有效地利用带宽 提供丰富快速保护和恢复能力，增强网络生存性，并提 供SLA网络以区分业务等级 更好的适配数据业务，实现传送层和业务层的协同工作 引入新兴智能业务（能够提供按需带宽业务BOND， OVPN 、带宽批发等新业务） 降低（不再需要）统一网管方面的压力 可扩展性好
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高效率的网络生存性
代价 服务 层次
优化数据网络
A A C E
故障 中间节点
低效的光网络资源利用
中间节点
B D FF
数据服务层
区分机制
保护 单一机制 专用-共享 平面 非线性 线性 单层
多层
控制平面
链路-通道 传送平面 容量 单波长 静态 粒度
多点故障 单节点 单链路 格状 环型 点对点 单区域 APS 多区域
传统点到点 DWDM传送
拓扑
减少中间路由器转接，节约路由器接口资源 将原有的转接路由变为直达路由，减少路由表的压力 采用ASON网络保护与恢复，快速恢复失效数据链路 。。。
QoS
时延
区域
A C
多粒度
粒度
集中 链路-通道 预计算实时计算 分布
B D E
数据服务层
动态
GMPLS 信令
F
业务 恢复
控制
基于网格网的 多种路由选择
ASON网络
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引进新的光网业务
智能化光服务
服务类型：
服务特点：
光拨号 带宽贸易（波长出租/批发） 智能专线 光虚拟专网（OVPN）
快速带宽交付 区分服务质量 端到端的管理与控制 动态的光传送服务：任 意时间、任意容量、任 意优先级 个性化、定制化服务 按需带宽分配（BoD）
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BoD OVPN
O-SLA
/
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智能光服务示例：SLA
Carrier Carrier OSS OSS
Customer Platinum” Platinum”: Customer bought bought “ “Platinum”: Ring-Protected 2.5G Ring Ring-Protected 2.5G link link from from City City A A to to City City B B
智能光服务示例：SLA
Carrier Carrier OSS OSS
ISP Economy” -Protected Economy”: MeshMesh ISP bought bought “ “Economy”: Mesh-Protected 2.5G extra traffic” ” traffic 2.5G link. link. Use Use “ “extra traffic” bandwidth bandwidth where where available. available.
1
输入
1 2 3
输出 输入
2
3
输出
Computing Computing best best route route which which is is Ring Ring Protected… …making cross-connects. Protected cross Protected…making cross-connects.
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Computing . Protection Computing best best route route with with available available Mesh Mesh Protection. Protection. Using Using Protect Protect Bandwidth Bandwidth on on Rings Rings where where possible. possible.
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智能光服务示例：BoD
BOD－call by call
网络管理系统 网络管理系统
VC-12-3v LCAS +VC-12
城域应用中的典型实现技术： Vcat + LCAS + ASON
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客户LAN
传送网
ISP
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BOD－on schedule
BoD－Automatic Bandwidth Allocation
100M
100M
100M
900M
900M
1112 1 2 10 3 9 4 8 7 6 5
900M
客户LAN
传送网
ISP
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智能光服务示例：OVPN
智能光服务示例：OVPN
全局视图 客户视图
二者关系
实现实例
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ASON的现网应用情况
ASON网络的引入方式
AT&T：应用CIENA的CoreDirector组建了150个节点 的覆盖全国的骨干传输网 Bell South、Vodafone：采用Sycamore SN16000组建 ASON网络（60台） 美国360度网络使用Lucent的60台，江苏电信26台 西班牙电信：利用Alcatel的1674LG组成了16个节点的 骨干传输网，德国电信。 北京通信－奥运网络－ Alcatel
利用ASON节点新建一个新的MESH骨干网 总体为MESH＋RING网
在业务量大、方向数多的核心节点上首先引入 ASON，这些节点组成一个MESH网，用作大颗粒度 的调度和保护。 按投资回报率来分析引入这些节点的时机 在此基础上，分阶段逐步在其他需要的节点上引入 ASON设备，实现原有骨干网的合理、平滑转型
实施方式 节点建设采用分布实施的方式 充分利用交叉连接设备的功能 逐步在网络中部署网孔型网络
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ASON网络的应用，机遇与挑战并存
信息网络的新特征
ASON网络的应用定位，例如新业务、保护、业务配 置，网络层次位置。 ASON与IP数据网一体化网络保护恢复机制的研究 ASON目标网络结构，网络的分级和分域等 ASON的引入对传送网的影响： 维护管理、组网（省际、省内统一组网）、业务提 供，分省际、省内、城域三个层面描述 ASON网络的引入策略
数据主导
突发性，非对称性，灵活性，……
无处不在
无线传感网，家庭网，网格，RFID，……
体系复杂
人-机、人-人、机-机间互动，网络融合与重叠，异构 互连，多终端，高带宽，边缘自组织 ……
与现有网络的兼容关系
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光网络中的新矛盾
亟待解决的新问题
随着光纤传输潜能快速巨量释放，过去存在的带宽供 需矛盾，被大尺度、静态化、管道式的光路连接供应 与细颗粒、突发性、分组型的数据业务需求之间的带 宽匹配矛盾所取代
可扩性 可控性 可信性 异构性 通用性 播送性
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随着光网络服务功能的增强，传统光网络有限的 QoS 和 CoS 水平，造成服务同质化与需求多样化之间日益 突出的矛盾
随着光网络服务角色的转变，从重视 “带宽运营 ”到重 视“带宽经营”，市场竞争意识发生了很大变化
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下一代光网络发展趋势
下一代光网络 = 降低成本 下一代光网络 = 提高效率 下一代光网络 = 动态灵活 下一代光网络 = 简单可靠
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