1 引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，因特網(wǎng)協(xié)議（IP）已經(jīng)成為數(shù)據(jù)通信的主流協(xié)議，這樣必然需要架構(gòu)適合IP業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)來解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題。
由于波分復(fù)用（WDM）傳輸技術(shù)日趨成熟，并且與其它傳輸技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢。因此，IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)成為一種必然的選擇。然而，現(xiàn)階段IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)技術(shù)上還不成熟，因此GMPLS、T-MPLS和ASON技術(shù)的結(jié)合成為IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的研究熱點。
2 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范
IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)就是直接在光上運行的因特網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有3種基本模型：
①重疊模型，對已有光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的改動較少，近期能夠?qū)崿F(xiàn)。
②對等模型，僅能工作在IP層與光傳送層具有同一操作管理實體的情況下。
③擴(kuò)展模型，是前面兩種模型優(yōu)點的融合。
IPoverWDM的分層模型主要有光網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層及適配和管理功能組成，如圖1所示。光網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)提供通道；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)的處理和傳送；層間適配和管理用于適配數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)，包括保護(hù)和恢復(fù)、配置管理、性能管理、連接管理和會話管理等。在連接過程中，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)單元和光網(wǎng)絡(luò)單元通過相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行協(xié)商，以提供連接所需要的帶寬。連接管理過程如圖2。
常用的保護(hù)和恢復(fù)功能是：光網(wǎng)絡(luò)層具有保護(hù)功能；光網(wǎng)絡(luò)層沒有保護(hù)功能，而IP業(yè)務(wù)層有保護(hù)功能；光網(wǎng)絡(luò)層和IP業(yè)務(wù)層都具有保護(hù)和恢復(fù)功能。
IPoverWDM的協(xié)議模型包括IP層協(xié)議、IP適配層協(xié)議、光通路層協(xié)議、WDM光復(fù)用段協(xié)議和WDM光傳輸段協(xié)議。客戶層協(xié)議包括IPv4和IPv6等；IP適配層協(xié)議用于進(jìn)行IP多協(xié)議封裝、差錯檢測、分組定界以及服務(wù)質(zhì)量控制等；光復(fù)用段功能包括線路故障分段、帶寬復(fù)用、保護(hù)切換及其它傳送網(wǎng)維護(hù)；光傳輸段功能包括高速傳輸和光放大器故障分段等。IPoverWDM的幀結(jié)構(gòu)有兩種形式：以太網(wǎng)幀格式和SDH幀格式。
⑴ 以太網(wǎng)幀格式
目前局域網(wǎng)中主要采用以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，此種格式下報頭包含的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不多，但由于沒有使用造價昂貴的再生設(shè)備，因而成本相對較低。由于使用的是"異步"協(xié)議，故對抖動和定時不如SDH幀敏感。由于與主機(jī)的幀結(jié)構(gòu)相同，因而在路由器接口上需對幀拆裝分割、使數(shù)據(jù)幀和傳輸幀同步的比特塞入操作。
⑵ SDH幀格式
目前網(wǎng)絡(luò)再生設(shè)備大多采用SDH幀格式。此種格式下報頭載有信令和足夠的網(wǎng)絡(luò)管理信息，便于網(wǎng)絡(luò)管理。但在路由器接口上針對SDH幀的拆裝分割處理耗時，且采用SDH幀格式的轉(zhuǎn)發(fā)器和再生器造價昂貴。現(xiàn)正在制定一種新的幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，稱作"SlimSDH"。它提供SDH幀的許多功能是在報頭位置、幀大小和分組大小匹配方面使用了更新的技術(shù)。
3 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
分組光交換技術(shù)是一種IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由于其目前還不成熟，因此現(xiàn)有的分組交換單元是由電信號來控制，即電控光交換。其中，光的電路交換技術(shù)（OCS）已發(fā)展得較成熟，進(jìn)入實用化階段。但是，OCS光網(wǎng)絡(luò)沒有擺脫電路交換的局限性，且無法承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢是光控光交換。分組光交換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：光分組交換技術(shù)（OPS）、光突發(fā)交換技術(shù)（OBS）和光多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)（OMPLS）。
⑴ OPS
交換原理如圖3所示，交換系統(tǒng)在輸入接口完成光分組讀取和同步功能，并將小部分光功率送入控制單元，來完成如光分組頭的識別和凈荷定位等功能；光交換矩陣為經(jīng)過同步的光分組選擇路由，最后輸出接口完成光分組頭的重寫和光分組再生。OPS有著很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)和承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力，但其存在交換節(jié)點處難以實現(xiàn)精確同步和光緩存器技術(shù)還不成熟的問題。因此，OPS在短時間內(nèi)難以實現(xiàn)。
⑵ OBS
作為電路交換到分組交換的過渡，OBS克服了OPS的缺點，并且比OCS提高了資源利用率和資源分配的靈活性。光突發(fā)分組為可變長度，其突發(fā)數(shù)據(jù)包含2種分組：承載路由信息的控制分組和承載業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組。OBS網(wǎng)絡(luò)的邊緣處抵達(dá)的IP包將被封裝成突發(fā)，首先在控制波長上發(fā)送控制分組，而在另一個不同波長上發(fā)送數(shù)據(jù)分組，如圖4所示。控制分組中的控制信息要通過路由器的電子處理，數(shù)據(jù)分組則直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。這樣就實現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源的動態(tài)分配。
⑶ OMPLS
主要應(yīng)用在IP包的全光標(biāo)記交換。IP包在核心光網(wǎng)絡(luò)的接入處，邊緣路由器通過標(biāo)記對IP包重新包封；在核心光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，全光核心路由器通過波長轉(zhuǎn)換和標(biāo)記交換，對新的IP包選路和傳遞；IP包在核心光網(wǎng)絡(luò)輸出處，邊緣路由器移去副載波復(fù)用標(biāo)記，并進(jìn)行一次波長轉(zhuǎn)換。IP包標(biāo)記交換簡化了IP包的傳輸，并支持其他協(xié)議。
4 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方案
為了適應(yīng)IPoverWDM的需要，IETF推出了側(cè)重控制的GMPLS技術(shù)；為了解決IP網(wǎng)絡(luò)是無連接的，不滿足網(wǎng)絡(luò)高可靠性要求的問題，ITU-T提出了面向連接并側(cè)重傳輸?shù)腡-MPLS技術(shù)。因此，將兩種技術(shù)結(jié)合是IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的一種解決方案。同時，智能光網(wǎng)絡(luò)（ASON）是ITU-T提出的實現(xiàn)向全光網(wǎng)過渡的、能夠提供動態(tài)連接建立的，具有相當(dāng)智能的下一代光網(wǎng)絡(luò)。將ASON和GMPLS結(jié)合，讓它們發(fā)揮各自的優(yōu)勢，是IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。
4.1 GMPLS+T-MPLS實現(xiàn)方案
標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）技術(shù)，GMPLS正是多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）向光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的產(chǎn)物，使其可以對分組、TDM時隙、波長組和光纖等用標(biāo)記進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持分組和ATM信元，而且可支持WDM光網(wǎng)絡(luò)。GMPLS對標(biāo)記交換路徑進(jìn)行了修補和補充，并且設(shè)計了一個全新的鏈路管理協(xié)議，用以充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源和解決光網(wǎng)絡(luò)中的各種鏈路的管理問題。未來的傳送網(wǎng)將會有許多不同的網(wǎng)元構(gòu)成，存在多種交換層面，而GMPLS能為這些交換層面提供統(tǒng)一的控制平面，對傳輸網(wǎng)進(jìn)行控制管理。
ITU-T提出的傳送MPLS（T-MPLS）技術(shù)（2006年ITU-T日內(nèi)瓦會議上對T-MPLS達(dá)成了廣泛的共識）是為了滿足IP業(yè)務(wù)可靠性的要求。同時，它也是為了適應(yīng)傳送網(wǎng)架構(gòu)的需要，簡化MPLS的、一種面向連接的分組傳送體系，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。T-MPLS控制面的功能包括業(yè)務(wù)接納、信令控制、路由控制、保護(hù)恢復(fù)等；傳送面負(fù)責(zé)將客戶數(shù)據(jù)及信令數(shù)據(jù)的適配和轉(zhuǎn)發(fā)；管理平面提供對傳送平面、控制平面和系統(tǒng)整體的管理功能。T-MPLS作為中間適配層，既能夠針對3層的IP數(shù)據(jù)包，又能針對2層的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其面向連接的特性能夠充分保證上層業(yè)務(wù)所提出的質(zhì)量要求，能夠獨立于相應(yīng)的業(yè)務(wù)層進(jìn)行操作。采用T-MPLS技術(shù)后，未來的核心網(wǎng)絡(luò)可以簡化為一個純光層面和一個電層面：光層面主要是波長的交換；電層面則是固定速率業(yè)務(wù)在ODU數(shù)據(jù)單元交換和分組業(yè)務(wù)在T-MPLS上的交換。
T-MPLS側(cè)重傳輸，它增強(qiáng)了傳輸功能，刪掉了不必要的功能，進(jìn)一步發(fā)展了OAM和智能控制面技術(shù)；GMPLS側(cè)重控制，它只需發(fā)起一個GMPLS信令，分組交換節(jié)點可以在需要時建立一條通向其它分組交換節(jié)點的波道。有了T-MPLS針對分組傳送網(wǎng)的新技術(shù)，再加上GMPLS強(qiáng)大的控制功能，必將適應(yīng)傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。因此，GMPLS和T-MPLS技術(shù)共同作用成為IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的一種解決方案。
4.2 ASON+GMPLS實現(xiàn)方案
IPoverWDM應(yīng)用技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，對光網(wǎng)絡(luò)智能化的需求也將越來越受到業(yè)界的重視，而TMPLS傳輸網(wǎng)絡(luò)只是一條預(yù)先配置好的物理線路，分組交換節(jié)點不能按照資源需求動態(tài)地配置傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的物理線路資源。為了能適應(yīng)未來IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)能夠動態(tài)地配置網(wǎng)絡(luò)資源和傳送信令的要求，智能光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)被引入IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)。
考慮到全光網(wǎng)在目前難以實現(xiàn)，ITU-T轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)全光網(wǎng)的一種過渡型網(wǎng)絡(luò)——ASON,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。ASON通過定義UNI以及網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)接口，可以支持多種廠商的設(shè)備，支持多種不同的技術(shù)。ASON管理平面采用分布式的域間網(wǎng)絡(luò)管理來對這些接口進(jìn)行管理，實現(xiàn)了綜合的網(wǎng)絡(luò)管理。
ASON技術(shù)的出現(xiàn)是光傳送網(wǎng)絡(luò)向智能化方向的發(fā)展，通過在傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中引人智能化的控制平面，以網(wǎng)絡(luò)信令方式將數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳送網(wǎng)結(jié)合在一起，進(jìn)而實現(xiàn)了實時動態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理。ASON能提供比目前的光網(wǎng)絡(luò)快速的光通道建立，并且提供多種粒度的信道服務(wù)和靈活的管理功能。
ASON管理平面通過對接口的管理，綜合了IP和WDM的網(wǎng)絡(luò)管理的功能；采用分布式的域間網(wǎng)絡(luò)管理，實現(xiàn)了綜合網(wǎng)絡(luò)管理的新理念。ASON控制面使光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了很大的變化，而GMPLS（側(cè)重控制）就是實現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)控制面的最佳協(xié)議，它提供了一種多層次的控制平面的互操作。因此，GMPLS和ASON技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，使IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)具有智能化，這是IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。
5 結(jié)語
IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)勢，它是光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的必然方向。IP技術(shù)與WDM技術(shù)的結(jié)合，使IP數(shù)據(jù)流直接進(jìn)入光通道，有利于充分利用WDM的大容量與IP統(tǒng)計復(fù)用的優(yōu)勢，真正達(dá)到IP優(yōu)化的目的。雖然現(xiàn)在IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)起來還有些困難，但GMPLS、T-MPLS和ASON技術(shù)的完善，為目標(biāo)的實現(xiàn)提供了較好的選擇方案，這對于IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有重要的影響。
