ASON路由技术体系结构

本文主要讨论自动交换光网络（ASON）中的路由技术。首先介绍了ITU-T关于ASON路由技术体系结构和对ASON路由的技术要求。然后讨论了ASON路由技术与IP网络路由的不同之处。接着分析了IETF GMPLS对IP路由协议的扩展，包括OSPF-TE和IS-IS-TE。最后介绍了OIF在NNI路由协议的方面的进展情况。

关键词：ASON，GMPLS，NNI, 路由

1．  前言
自动交换光网络（ASON）的出现是传送网发展的历史性突破。ASON也称为智能光网络，是一种利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理的网络。ASON体系结构的核心技术包括信令协议，路由协议和链路资源管理等。其中信令协议用于分布式连接的建立、维护和拆除等管理；路由协议为连接的建立提供选路服务；链路资源管理用于链路管理，包括控制信道和传送链路的验证和维护。
本文主要讨论ASON路由技术，首先介绍ASON路由技术体系结构，包括ASON路由的技术要求和路由信息分发拓扑。然后讨论了ASON路由技术与IP网络路由的不同之处。接下来介绍了IETF GMPLS对IP路由协议的扩展。最后介绍了OIF在NNI路由协议的方面的进展情况。

2．ASON路由体系结构
 ITU-T G.7715定义了在ASON 网络中建立SC和SPC 连接选路功能的结构和要求。主要内容包括ASON选路结构、路径选择、路由属性、抽象信息和状态图转移等功能组成单元。G.7715的目的是提供一种与协议无关的方法，用来描述用于ASON的路由技术。路由消息是通过数据通信网络（DCN）进行传送，G.7712规范了DCN的一种可能的实现方式。为了提供路由服务，需要事先了解网络资源的情况。这些资源可以通过人工配置，也可以是自动发现。
ASON路由体系结构支持G.8080定义的不同的路由方式，如分级路由，逐跳路由和源路由。这种结构也对路由信息表达方式的不同进行了抽象，如链路状态，距离向量等。ASON路由体系结构在网络被分割为多个路由域，并对网络资源进行了分配后使用。
(1)基本概念
  运营商可以基于特定的策略对网络进行分割，分割的依据可以是地理，管理范围，技术等。运营商可以将细分后的网络看作是由不同的路由域组成，以便提供路由服务。路由域提供路由信息的抽象，从而使得路由信息的表示具有可扩展性。路由域是通过路由执行器（RP）来提供服务的（如通道计算），路由执行器是路由控制器（RC）的联盟，每个RP负责控制一个路由域。RP在其提供路由服务的路由域中支持通道计算功能，并与G.8080定义的路由范例一致（源路由、分级路由和逐跳路由）。RP所能支持的通道计算功能是基于路由信息数据库为其提供的信息类型。
  路由域可以分级包含，在路由等级中每个路由域与一个独立的RP相关联。路由等级中的每一层面可以使用支持不同路由模式的RP。RP的实现可以是基于分布式的路由控制器。RC提供路由服务接口，即为RP定义的服务接入点。RC同时负责路由信息的协调和分发。RC服务接口在一个给定层面的NNI参考点提供路由服务。不同的RC实例由于其提供服务的组织不同，从而可能受到不同的策略限制。策略的执行可以通过不同的机制，如使用不同的协议。
RC的实现可以是一组分布式的实体，这一组实体称为一个路由控制域（RCD）。RCD是一个抽象的实体，它隐藏了路由控制域的内部细节，而提供与RC分发接口相同特征的接口。RCD之间交换的路由信息属性包含了RC分发接口之间交换的路由信息的共同语义，并允许每个域内使用不同的表达方式。RCD的实现依赖于具体的实施方式。
RA, RP, RC, 和 RCD之间的关系在图1中给出。
 
图1  RA, RP, RC, 和 RCD之间的关系
如图1所示，路由域包含路由域，递归的定义了连续的分层路由等级。一个独立的RP与一个路由域相关联。依此类推，RP自身是由分布式的RC来实现的，RC1由RPRA 而来，RC2由RPRA.1 和RPRA.2 而来。可以发现RCD分发接口与RC分发接口的特征是一致的。
(2)路由体系结构和功能部件
路由体系结构包括与协议无关的部件如链路资源管理器（LRM）和RC，以及与协议相关的部件如协议控制器（PC）。RC处理用于路由的抽象信息。PC依据信息经过的参考点（如E-NNI，I-NNI）处理与协议相关的消息，并将路由原语传递给RC。图2给出路由功能部件的一个示例。
 
图2 路由功能部件示例
         路由控制器（RC）：RC的功能包括与对端RC交换路由信息，并通过对路由信息数据包的操作回复路由查询（路径选择）。RC是与协议无关的。
         路由信息数据库（RDB）：RDB存储本地拓扑，网络拓扑，可达性和其它通过路由信息交换获得的信息，以及配置信息。RDB可以包含多个路由域的路由信息。RC可以接入RDB的一个视图（关系数据库的专用名词。视图是一个虚表，它自己没有存储空间，而是从实际存放在数据库中的表中导出的。视图用法与物理表相同，并可使不同用户看到同样数据的不同格式，以及利用授权模式控制用户对敏感数据的存取）。图2 的虚线框表示了这种关系。RDB是协议无关的。由于RDB可以包含多个路由域的路由信息（即可能是多层网络），因此接入RDB的RC可能共享路由信息。如图3 所示。
         链路资源管理器（LRM）：LRM向RC提供所有SNPP链路信息，并将其控制的链路资源的任何状态改变告知RC。
         协议控制器（PC）：PC将路由原语转换成特定路由协议的协议消息，因此是与协议相关的。PC还处理用于路由信息交换的与协议相关的控制信息。
 
图3 RDB与多RC/路由域的关系
(3)路由域分级
图4给出路由域的一个示例，高层路由域（父）RA包含低层路由域（子）RA.1, RA.2和 RA.3。同样，RA.1和RA.2进一步包含路由域RA.1.x和RA.2.x。
 
图4 路由域分级示例
3．ASON路由与IP网络路由的不同
在IP网络中，数据转发是逐跳进行的，不需要事先建立连接。而在基于电路交换的光网络中，数据的交换是基于端到端的，需要事先建立连接。另外，在IP网络中，每个路由器根据IP数据包中的目的地址进行独立的路由选择。因此，为了防止错误路由或路由循环，每个节点必须使用相同的网络拓扑数据库和路由算法。与之相反，在光网络中，请求建立连接时就给出路由选择，并且在传送连接建立请求时不会影响已有的业务。
由于光网络中的路由协议并不直接参与数据平面的交换，因此可以认为其是不影响业务的。例如，拓扑和资源状态的不准确可能影响新的连接（或恢复连接）的建立，但是不会拆除已有的连接。这就使得光网络的路由协议可以非常灵活地包含各种新的信息。事实上任何有助于路由计算或业务区分的信息都可以包含在路由协议中，这些信息可以是标准的，也可以是厂家专用的。由于光网络中的连接是显示路由的，并且对于某一特定的连接，路由计算是由单一网元完成的，因此不同的网元不需要使用相同的路由算法。事实上，对于相同的信息，不同的路由算法可以采用不同的处理方式。
光网络中的带宽统计也要比IP网络简单，从而使得带宽资源的管理更加容易。这将影响保护和恢复带宽如何分配。在IP网络中，可以事先配置好保护通道，而在失效发生以前并不占用网络资源。在电路交换网络中，建立保护通道通常需要占用相应的资源。这一基本的不同限制了直接将IP网络中的一些流量工程机制应用于光网络之中。
邻居发现过程是许多域内IP路由协议的基本功能。光网络中的邻居发现则是由其它的自动发现机制来实现的。在光网络中，这一过程除了基本的邻居发现，还包括链路相关属性的发现。尽管大部分控制平面信息的传送可以是带内或带外方式，部分自动发现的信息必须在带内传送。ITU-T G.7714定义了自动发现过程的基本模型，IETF的LMP协议定义了一种通用的实现方式。
4．GMPLS对路由协议的扩展
MPLS对传统的路由协议进行了扩展（ISIS－TE和OSPF－TE），用来支持流量工程。GMPLS在此基础上又对其进行了扩展和加强，从而支持链路状态信息的传送。GMPLS对路由协议的扩展主要包括对未编号链路的支持，以及对链路保护类型（LPT），共享风险链路组信息（SRLG），接口交换能力描述符，带宽编码等的支持。GMPLS－OSPF和GMPLS－ISIS则分别描述了OSPF-TE和ISIS－TE对扩展功能的具体实现方式。GMPLS路由协议主要用于I-NNI接口的路由。
（1）对未编号链路的支持
MPLS网络中的所有链路通常都有IP地址。当在网络中计算出一条路径后，组成该路径的链路用其IP地址来标识。并将该信息传送给信令协议，然后由信令协议建立该路径。因此，似乎每条链路都必须有IP地址。但是要为每个光纤、波长和TDM通道都分配IP地址却值得考虑，一个因素是IP地址的匮乏，另一个因素是管理的困难性。未编号链路可以用来解决这个问题。
一条未编号链路必须是点到点的链路。链路两端的LSR分别为该链路分配一个标识符。这个标识符是一个非零的32比特数字，并且在分配该标识符的LSR范围内是唯一的。
对未编号链路的支持包括传送链路的标识符信息。当一个LSR 广播一条未编号TE链路时，广播包括链路的本地和远端标识符。如果该LSR不知道链路的远端标识符，则使用0作为远端标识符。
（2） 链路保护类型
链路保护类型（LPT）表示链路所具有的保护能力。利用这个信息，路径计算算法可以建立具有合适保护特性的LSP。LPT按等级组织，在建立通道时指定最少可接受的保护方式，然后利用路径选择算法寻找能够满足条件的路径。保护方案从低到高排列。
         额外业务（Extra Traffic）：如果链路的保护类型是额外业务，表示该链路是用来保护其它链路。如果该链路保护的任一链路失效，该链路承载的LSP将丢失。
         未保护（Unprotected）：如果链路的保护类型是未保护，表示没有其它链路保护该链路。如果链路失效，其承载的LSP将丢失。
         共享（Shared）：如果链路的保护类型是共享，表示有一条或多条不相交的额外业务型链路保护该链路。这些额外业务型链路由一条或多条链路共享。
         专用1:1（Dedicated 1:1）：如果链路的保护类型是专用1:1，表示有一条专用且不相交的额外业务型链路保护该链路。
         专用1+1（Dedicated 1+1）：如果链路的保护类型是专用1+1，表示有一条专用且不相交的链路保护该链路。然而，链路状态数据库并不广播用于保护的链路，因此该链路不能用于LSP的选路。
         增强型（Enhanced）：如果链路的保护类型是增强型，表示该链路使用比专用1+1更可靠的保护方案，如4纤MS-SPRING。
    链路保护类型是可选的，如果链路状态广播没有携带该信息，则LPT未知。
（3）共享风险链路组信息
如果一组链路共享某一种资源，而这种资源的失效可能会影响到所有这些链路，则称这一组链路为“共享风险链路组”（SRLG：Shared Risk Link Group）。例如，在同一个管道中的两条光纤属于同一SRLG。一条链路可以属于多个SRLG。因此SRLG信息是链路所属的所有SRLG的一个列表。一个SRLG用一个32 bit的数字来标识，这个标识在一个IGP域内是唯一的。SRLG信息是链路所属的所有SRLG的一个无序列表。
一条LSP的SRLG是组成该LSP的所有链路的SRLG的组合。一条捆绑链路的SRLG是所有成员链路SRLG的组合。如果要求在两个LSR之间建立多条不同路由的LSP，计算得到的路径不应该包含相同的链路，即路径的SRLG是不相交的。
SRLG信息可以设置一个初始值，并且不随时间变化（除非重新配置）。SRLG信息是可选的，如果LSA不包含SRLG信息，则表示该链路的SRLG未知。
（4）接口交换能力描述符
GMPLS接口可以具有不同的交换能力。一条链路两端的接口也可以具有不同的交换能力，同一节点的接口也可以有不同的交换能力。接口交换能力描述符描述接口的交换能力。对于双向链路，一个接口的两个方向具有相同的交换能力。
链路的LSA只携带近端的接口交换能力描述符。LSR使用链路状态数据库（LSD）确定一条链路是单向还是双向。对于双向链路，LSR使用LSD确定远端的接口交换能力描述符。对于单向链路，则认为链路两端具有相同的接口交换能力描述符。
GMPLS定义了以下的接口交换能力：
    PSC：分组交换
    L2SC：L2交换
    TDM：时分交换
    LSC：波长交换
FSC：光纤交换
可以使用一个包含接口交换能力的二维数组来描述一条TE链路，下面给出一些例子：
[PSC, PSC]:两个数据LSR之间的一条链路
[TDM, TDM]:两个DXC之间的一条链路
[PSC, LSC]:LSR和OXC之间的一条链路
[TDM, LSC]:DXC和OXC之间的一条链路
（5）带宽编码
GMPLS采用IEEE浮点格式表示离散带宽值，包括剩余带宽，最大/最小LSP带宽等。

5. NNI路由协议
目前，OIF正在进行域间路由协议的制定工作。OIF接受了ITU－T G.7715关于ASTN路由的技术要求，以及结构和术语的定义，并将其作为制定NNI路由的基础。G.7715定义了路由分级的概念，而在某一层内，可以将网络划分为多个路由域，每个路由域又可以包含更小的路由域。这就产生了路由分级的概念。OIF NNI要求路由协议至少支持4级路由等级，在同一路由层面的不同路由域可以运行不同的路由协议。路径计算只在某一特定的层面进行，可以是分级路由，逐跳路由和源路由。OIF还要求E-NNI和I-NNI路由协议的选择相互独立。GMPLS的路由协议不能满足G.7715的要求，因为OSPF或IS-IS定义的域不同与G.7715定义的域。
根据ITU-T G.8080和G.7715，OIF E-NNI的参考模型如图5所示。在这个参考模型中需要在三个层面运行路由协议，即运营商间的E-NNI，运营商内的E-NNI和I-NNI。EBGP是运营商间的E-NNI的主要候选路由协议。在I-NNI可以使用任何私有的路由协议，因此不需要标准化。所以OIF的主要工作是制定运营商内的E-NNI路由协议。
 
图5  OIF E-NNI参考模型
OIF正在考虑的NNI候选路由协议包括DDRP，BGP和GMPLS OSPF-TE等，而DDRP又有基于OSPF和IS-IS两种。DDRP（Domain to Domain Routing Protocol）是分级链路状态路由协议，满足G.7715的路由体系结构。DDRP并不是一个全新的路由协议，而是分别基于OSPF和IS-IS两种路由协议而来。DDRP可以用于NNI路由协议，实现不同厂商的互通。表1给出了这些协议的比较。
表1 NNI 路由协议比较

 
6．结束语
ASON路由技术是整个自动交换光网络的核心技术之一，目前还在进一步的研究之中。ITU-T的G.7715定义了一个与协议无关的ASON路由体系结构，下一步的工作就是制定具体的路由协议实施规范。IETF主要是对已有的域内路由协议进行了扩展，以便支持传送网路由的需要。而OIF则主要关注E-NNI接口的路由协议的制定。为了制定完善的ASON路由技术体系结构，我们需要综合考虑这几个标准化组织的研究成果。
参考文献：
1.       Yong Xue, et al. ”Architecture and Requirements for Routing in the Automatically Switched Optical Network”, ITU-T G.7715 v0.6.4, May,2002.
2.       K. Kompella , et al.” Routing Extensions in Support of Generalized MPLS” draft-ietf-ccamp-gmpls-routing-04.txt (work in progress).
3.       OIF2002.087.4,”NNI Routing using OSPF-TE”，OIF，July 22,2002.