自动交换光网络中的用户网络接口技术

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为了在用户端（如IP、ATM和SONET设备）与光传送网络之间建立动态连接，必须研发可以互操作的产品。为此，国际光互联网论坛（OIF）、光域服务互联（Optica1 Domain Service Interconnect，ODST）组织、国际电联（ITU-T）和互联网工程任务组（IETF）正联手致力于智能光网络UNI信令接口的标准化研究工作。1、OIF UNI
　　UNI是传送网和客户设备之间的服务控制接口，传送网通过UNI来实现按照用户的需求建立和删除等基本的服务。OIF的主要目标是促进光网络的互联互通，并进行ASON UNI和E-NNI的互通性测试和演示。OIF在智能光网络方面的主要工作是制定UNI和E-NNI接口技术规范，目前已经完成了UNI1.0 R2和E-NNI1.0（信令部分），UNI2.0正在测试过程中。OIF UNI1.0定义了一系列服务，如用来请求服务的信令协议、传送信令信息机制和辅助信令自动发现过程等。目前，UNI1.0主要集中在SONET/SDH的连接服务上，将来的UNI版本可能会涉及更多。
　　OIF和ITU等国际标准组织所提倡的网络模型是重叠模型，如图1所示。IP业务层和光层是完全独立的两层。这两个层面各自拥有独立的控制面，它们之间通过一个公共的UNI协议来实现互联，而边缘客户层设备和核心网络层设备之间不交换网络内部信息（如光网络拓扑信息等），实施独立选路。这个模型典型的特点是在业务层和传输层之间不交换拓扑和资源信息。这种结构使分层的物理网络管理成本十分高昂，同时还会导致带宽利用率降低。

图1　OIF UNI结构模型

　　公共网络的以太网业务正在稳步地增长。为使网络的发展能够支持当前和将来的以太网业务，在很多层面（如传送层、控制层和管理层）都需要互联互通；同时，运营商拥有异构的核心光传送网络，实现这些网络元件的互操作将有很大的挑战。OIF长期致力于与运营商、设备制造商、电信业务终端用户广泛、多样的合作，其长期的努力已经使系列的实现协议日益增多，更加广泛的网络环境被演示。在SUPPERCOMM05，OIF主要通过使用支持以太网业务的控制平面技术，演示了通过多厂商设备互操作的全球光传送网络动态建立和删除以太网业务。除了动态控制以太网专有线路业务外，SUPPERCOMM05还包括通过光传送网实现以太网虚拟业务的传送。客户端网络能通过UNI2.0信令接口控制一个吉比特每秒以太接入链路从运营商网络动态地请求连接。
2、IETF GMPLS UNI
　　由于安装了大量基于SCNET/SDH的网络结构，因此运营商不得不采用广泛的、专门的技术来管理和发展基于TDM网络的商业模型。尽管实际的增长速率是很难预测的，但大家一致认为IP流量在现在和将来仍将会持续增长，并且IP流量将占据整个网络流量的大部分。而大量的遗留下来的SONET/SDH设备，明显需要在传统的、面向电路的网络和IP/MPLS网络之间能够有效地互联。
　　最有希望的技术就是能够满足IETF定义的通用多协议标记交换（GMPLS）协议组的迫切需求。GMPLS扩展了在MPLS中的标记交换，是一系列协议的扩展。它最终可以对分组交换、TDM和波长交换进行统一控制。协议扩展的结果使标签分配、流量控制、保护以及恢复等功能所涉及到的路由和信令协议发生了变化。GMPLS结构根据信令、路由和链路管理指定了所有协议能力。
　　IETF最初提出的网络结构是对等模型。在这个模型中，IP业务层和光网络层是对等的，即在两个层面上运行同一个路由协议，采用统一集成的控制面。为此，IETF提出的GMPLS技术的基本思路是将IP层用于MPLS通道的选路和信令略作修改后直接应用于光传送层的连接控制。例如，在一个IP over WDM网络中，IP层和光层被看成是一个网络，有统一的管理和流量控制。OXC和路由器被控制平面视为对等实体，所以UNI（在路由器和OXC之间）和网络—网络接口（NNI，在OXC之间）是没有差别的。但由于目前的网络大都是基于重叠模型的，因此对等模型网络离商用还有一定的距离。
　　IETF最近完成了一组GMPLS协议以满足一个重叠的控制平面相互连接的模型。GMPLS UNI模型关注UNI参考点，并且对GMPLS UNI性能的需求充分地兼容了所有的（G）MPLS相关的标准。
　　图2显示了GMPLS UNI重叠参考模型，核心网络由5个核心节点（CN）组成，它外面由4个相互独立的重叠网络构成。这个网络节点由流量工程链路（如图中红线）连接到核心网络上，这些节点称为边缘节点（EN）。只有这些边缘节点才能够通过核心网络发送建立链路的信令到达其他边缘节点。核心网络是业务提供网络，而边缘节点属于用户端设备，在EN和CN之间的接口即为UNI参考点，为了支持ASON模型，RFC 4208草案定义了通过UNI的信令，该信令完全兼容GMPLS信令（RFC 3471、RFC 3473）。这个UNI信令机制符合RSVP模型，并且对于用户的连接信令是端到端RSVP会话。RSVP会话承载了用户端到端的参数。

图2　GMPLS UNI重叠参考模型

3、UNI性能分析和比较
　　重叠模型被设计为光骨干运营商可灵活地租借其网络给ISPs的商业模型。因此在这个模型下，所包含的实体间将有很好定义的接口的客户服务器关系。在重叠模型下，要求IP/MPLS和SONET/SDH网络的控制平面分离，只有严格限制的和一定数量受约束的信令消息可以交换。因此，IP/MPLS路由和信令协议实例与运行在传送网中路由和信令协议实例是相互独立的。根据IP/MPLS和SONET/SDH网络中定义的C/S关系，这两个独立的控制平面通过UNI相互作用。
　　一个特殊的基于重叠模型的UNI的实现是基于由OIF制定的UNII 1.0协议，它是为安置大量SONET/SDH设备的运营商所面临的IP数据流量爆炸式增长问题而提出的。OIF UNI假设运行在带内或带外的传送网的协议是严格独立的。由于管理和安全的原因，该协议不容许在客户端和服务端的网络中交换任何拓扑信息。信息的交换仅局限于请求和响应建立或删除连接，其他容许的消息仅仅是状态请求和状态响应。OIF UNI施行严格的控制平面分离，从而减少了在网络边缘交换控制信息的数量。但是这个优点却被这种严格的分离的局限性给掩盖了，因为客户端（如IP/MPLS）视服务端（如传送网）为“黑盒子”，两个控制平面协商的可能性是非常有限的。这些限制致使每层的流量工程成为必要，因而需要额外的协调。使用这种模型很难保证整个网络的最优化，尤其当客户端流量动态变化或网络故障需要频繁地重新配置的时候。
　　OIF UNI是基于RSVP-TE信令的，但为了实现用户网络接口的功能，OIF UNI合并了一组特定的OIF扩展（和GMPLS并不兼容）。这些扩展中最主要的就是GENERALIZED_UNI对象。但是在OIF UNI中，RSVP-TE会话端点不是与连接相关的端点，选择连接的端点是不可能的。为了解决这个问题，引入了GENERALIZED_UNI对象，从而使在IP/MPLS和传送网间具有严格的地址类型和空间分离，但这种地址类型分离的有效性（如IPv4/IPv6与NSAP）还有待于进一步验证。同样，当这些地址由网络所拥有时，地址空间分离的要求不仅不能满足，还增加了OIF UNI实现的复杂度。在OIF UNI下，为了确保IP/MPLS和传送网间的独立性，三个单独的RSVP会话必须存在：一个在客户端和邻接核心节点，另一个在入和出核心节点间，第三个在出核心节点和邻接客户端节点。由于要求它们之间要相互协调，因此这些独立的会话又增加了复杂性。
　　随着发展，基于C/S的OIF UNI方法的局限性和额外的复杂性变得愈加明显，尤其是它受限的弹性和可扩展性使提高它性能更加困难。尽管OIF目前定义了新的版本——UNI2.0，但由于它向后兼容了1.0版本，它的问题并不能从根本上得到解决。此外，由于OIF UNI1.0并没有大规模进行部署，因此减少或缓和OIF UNI1.0引入的约束是有益的。
　　实现OIF UNI的这些功能可以采用一个惟一的端到端的RSVP会话来获得，为此，IETF发展了GMPLS UNI。它具有如下特点：完全兼容GMPLS；比OIF UNI更加灵活和可扩展；在SONET/SDH和IP/MPLS控制平面间通过依赖于端到端的信令模式能够提供一个简单的措施来达到更佳的综合。
　　OIF UNI局部信令和GMPLS UNI端到端信令的主要区别可以概括如下：
　　●GMPLS UNI将网络可达端点的标识映射到已编号（IPv4/IPv6）或未编号的接口上，而不需要任何分离的地址空间。在建立端到端的连接时，它不需要任何专用的地址空间。因而，它与在连接建立时网络边缘的端点转换需要附加维护、映射、查询的OIF UNI相比，提供了OIF UNI不能实现的灵活性。
　　●除了潜在的网络会话外，在边缘LSR上为建立一个端到端的SONET/SDH连接，仅需要维护一个单独的端到端RSVP会话，而不需要在源和目的UNI上维护两个分离的RSVP会话。由于在网络的边缘不需要附加的会话维护，因而通过保留端到端原则，GMPLS UNI比OIF UNI提供了一个更容易升级的方法。
　　●允许客户端驱动的显式路由，提供了内在的显式标记控制能力。因而，GMPLS UNI有效地使用了已提交的RFC3209和RFC 3472的信令功能，从而在IP/MPLS向SONET/SDH环境互相连接时不需要对专门的信令接口进行附加的扩展。
　　●GMPLS UNI具有强大的监测能力，客户端LSR通过路由器的记录能够诊断它所发起的LSP。此外，因为GMPLS UNI遵循端到端原理，当错误发生在目的UNI时，能够在不丢失相关受影响的LSP信息能力的前提下报告这些错误；而且，通过这个功能处理汇聚多个LSP失效的通知消息，GMPLS UNI能够及时地触发任何恢复动作来恢复对应的业务。因而，GMPLS UNI具有OIF UNI没有的且关键的LSP监测的能力。
　　GMPLS UNI尤其适合运营商内部接口，即交换信令消息的实体可属于相同的或不同的管理域，不管属于哪个管理域，它都属于同一个操作者。直接选择GMPLS UNI能够加强协调、优化整个网络资源的利用。GMPLS UNI提供的功能集同时扩展了OIF UNI，因而GMPLS UNI将更加有效。尤其是GMPLS UNI在网络内部不需要采用GMPLS RSVP-TE信令，即UNI和NNI依然可以是相互独立的，它满足了ITU-T ASON的结构要求。GMPLS UNI可被配置为与OIF UNI相同的操作，即它可用来加强在基于重叠的网络上不同控制平面的分离，因为它可升级为更好的统一控制平面，未来的可靠性将更强。因此，GMPLS UNI将不仅仅是一个端点接口，它是GMPLS统一模型的连续演变的一个重要阶段。
4、结束语
　　以上主要介绍了OIF的UNI的基本功能和最新进展，并讨论了其复杂度、受限的性能、有限的扩展能力，通过引入IETF的GMPLS UNI来解决OIF UNI的局限性。笔者相信，随着ASON的发展，介于用户端设备和传输网元间的UNI，将会引起更多运营商和通信设备厂商的关注。