常新杰
导读--MPLS的提出为IP骨干网络中数据的高效传输与流量控制提供了一种有效的技术手段。
摘要 分析了GMPLS(通用多协议标签交换)协议的技术特点、技术优势、应用前景及其在发展中存在的问题，对我国如何发展宽带骨干网提出了几点建议。
关键词 宽带骨干网 GMPLS MPLS
一、GMPLS协议的提出
MPLS(多协议标签交换)的提出为IP骨干网络中数据的高效传输与流量控制提供了一种有效的技术手段。其技术优越性逐渐显现。首先，通过在数据包中插入所谓的标签，MPLS可通过边界路由以骨干交换的方式实现数据流的高速传送。其次，通过在数据流的起始点与目的点之间建立标签交换路径，原本无连接的IP网即可提供类似于具有面向连接特性的传输机制，从而有效地保证流量工程与服务质量的控制。通过对传统的IP路由协议，如OSPF，IS-IS，BGP等进行扩展，网络节点之间不仅可以传递路由和寻址信息，还可以传递相关带宽资源的实时信息，从而大大提高了网络运营商合理调度网络资源的能力。
有关MPLS技术的研究在过去几年得到了大力发展，其技术方案业已成熟，目前正处于应用推广阶段。但是，MPLS体系中有关控制平面的技术主要是针对IP骨干网络中的数据包交换的，其适用范围包括以太网和ATM及帧中继(FR)等。对于当前存在的其它传输方式，如时分复用、波分复用以及基于光波长交换(Lamda)的光纤传输模式还缺乏支持。这在一定程度上限制了其应用范围。对网络运营商而言，当前的大型广域网中往往存在多种传输媒介并存的局面，网络结构经常是多种技术重叠，管理相当复杂。因此，将MPLS技术体系进一步推广，以实现包融多种传输媒介的单一控制平面，将大大简化网络的运营管理，并可提供端到端自动化连接的建立、资源分配与服务质量保证。这对网络运营商降低运营成本，通过提供多样化的新业务来开发新的利润来源，是极为必要和有利的。通用MPLS(GMPLS)技术就是在这一思路的指导下提出的。
二、MPLS向GMPLS的演进
尽管MPLS具有优异的技术性能，但其应用目前仍仅限于以IP数据包交换为基础的网络。作为MPLS技术标准化制定的主要组织，IETF为MPLS协议体系向时分交换、光波交换(如DWDM)以及空间交换(如OXC)等的扩展也作出了极大努力，这就是GMPLS协议体系。GMPLS(通用多协议标签交换)技术框架为在多种交换技术中实现统一的控制策略奠定了基础。
终端用户的数据流在从源主机到目的主机的传输过程中，可能会由多种不同的传输媒介联合承担。比如，企业总部的用户通过以太局域网连接到服务供应商的城域网入口，在城域网内则可通过SONET技术汇聚来自多个局域网用户的数据。在广域网内，可通过IP或ATM骨干网进行跨地域传输，也可通过DWDM进行地域间的骨干连接。在另一端的城域网，可通过TDM将数据流拆分后发送到不同的目的局域网。在传统的网络中，由于缺乏统一的控制机制，各个网络各自为政，难于实现端到端的有效管理。GMPLS框架的出现为数据平面的高速、高效传输定义了一致的控制平面策略。它可有效地屏蔽底层传输媒介的差异，提供一致的传输连接的建立及维护与流量工程控制方法。这不仅适用于拥有异构网络模型的运营商内部，同时亦适用于运用不同技术的多个网络运营商之间的互联互通，从而可有力地保证端到端的服务质量与SLA的控制。尤其值得注意的是，GMPLS框架为最终简化网络结构，剔除不必要的协议层面提供了技术保障。
三、GMPLS的技术特点
大型异构网络中，多种媒介、多种数据形式以及多种传输控制技术并存，带来了几个方面的问题。首先，多种数据形式使信息的转发不再仅仅依靠简单的包交换就可以完成。网络传输控制应在容纳各种数据形式的同时，仍保持数据传递的简单性和对终端用户的透明性。其次，不同的传输技术有不同的控制方法。例如，在包交换网络中，路由器可通过对缓存数据包的报头内容进行分析来决定其转发路径与流量控制。而对于光交换网络而言，由于信息是以光波信号加以承载的，网络设备无法存储光信号，因而也就谈不到对数据报头进行分析了。另外，在光交换网络中，带宽分配的精确度只能达到OC-3，OC-12，OC-48等几个设定的级别。而在以太网络中，带宽分配可在1M到1000M之间任意整数值。显然，在这两种技术共存的网络中，带宽的浪费是非常严重的。
四、GMPLS的技术优势及应用前景
GMPLS技术可大大提高网络运营的效率和灵活性。在采用了GMPLS技术的网络中，运营商可根据每一网络层各自的特点进行管理，并利用各个层次之间的不同来实现网络资源的优化利用。具体来说，有以下几方面：
1.业务的提供
GMPLS技术可使网络业务更为快捷准确地生成和提供。GMPLS网络中的边界设备可以和网络核心设备形成端对端的对等关系，从而实现动态业务提供。即使边界设备不支持GMPLS协议体系，网络核心仍然可用GMPLS技术以近似于ATM网络中交换PVC(Switched PVCs)的方式来简化业务的提供过程。
2.流量工程
高效流量工程控制是提高网络基础设施的投资回报率，改善新业务生成的关键之一，也是优化网络性能和实现服务等级协议(Service Level Agreements，SLAs)的必要前提。GMPLS技术体系中，流量工程的实施及对传统路由与信令协议的扩展非常有助于提高网络运营效率。其中包括增强的网络信息流通，智能化的传输路径计算以及对数据包，TDM，波长等不同数据形式的统一信令过程。
3.网络资源的优化利用
GMPLS技术体系还可通过网络资源的合理分配来为运营商节省运营成本。在传统的重叠模式的层次化网络中，即使各个网络层可有效地为特定的数据流提供传输服务，但各层次间仍需要重复的故障保护机制。例如，信息的隔离将造成业务网络无法获得有关低层次传输网络的信息，因此需要具有专门针对传输网络的故障保护措施，而这往往会导致资源的浪费。在一个采用GMPLS技术的网络中，各层次之间的信息流通是畅行无阻的，业务层可利用最少的资源来建立对传输层的保护。节省下来的资源可派其它用途，从而可降低运营成本。GMPLS技术体系简化了新业务的生成与提供，对于最终用户而言，意味着将以更低的价格享用更为先进的业务。对运营商而言，则意味着新的利润源泉。基于GMPLS技术的一些典型的新业务包括：
(1)按需带宽(Bandwidth on Demand)
在传统的多层网络模型中，具有QoS限制的业务和实时带宽递增的实现一直是非常棘手的问题。GMPLS技术体系所提供的网络结构层次的简化，使得运营商可方便地提供从细化的数据包LSP到粗化的0C-192 LSP之间的任意组合。在此基础上，GMPLS可帮助业务供应商动态提供带宽和容量，改善网络恢复能力，降低运营开支。例如，运营商可在上午向一个跨国公司提供从纽约到伦敦的0C-12连接，而在下午提供从纽约到旧金山的0C-192连接，并优化网络资源的使用效率。
(2)差分业务模型
GMPLS技术体系可使运营商在各层之间协调数据流的传输管理。运营商可获得所有网络层次的实时视图，并在最为合适的层次有效地管理网络资源，从而可根据用户的不同需求来适当协调差分业务的提供。
(3)全面而灵活的SLAs
GMPLS技术体系可使运营商向用户提供更为全面而灵活的SLA，达到吸引新用户，提高利润率的目的。由于网络资源的分配不再受限于一个特定的网络层次，运营商可灵活地制定和增强SLAs，从而获得更多的利润。
总起来说，GMPLS可帮助运营商从现有的复杂且成本高昂的多层次结构演进到一个简化的，更为高效的结构。这直接反映在运营成本的降低，网络运营效率的提高，高端业务的生成以及运营商利润的增加等几个方面。像光纤VPN这种具备新的利润增长点的业务也可能由GMPLS产生。
五、GMPLS发展中存在的问题
经过几年的发展，GMPLS协议体系已逐渐趋于成熟，为有效地将数据传输与光纤交换相结合，增强网络的互联互通性与可扩展性提供了核心技术框架。同时，GMPLS协议体系也大大简化了网络运营管理的复杂性，为运营商的业务创新提供了技术基础。不过，笔者认为，GMPLS在以下几方面还有待改进。
1.网络安全
在数据交换网络中，网络设备可以访问和修改数据包的报头内容，并以此为基础进行相应的网络安全控制。这虽然在传输时间上有所牺牲，但建立于这一基础上的诸如防火墙、数据加密/解密设备等可有效地保证数据传输的安全可靠。然而，GMPLS的标签主要是为了加速数据的转发而并未包含安全性方面的支持，如果在每一个节点上都要去访问数据包的报头内容，一方面在光波交换设备上难以实现，另一方面，这样做也增加了包处理时间，有违GMPLS的设计初衷。这一问题目前还没有完善的解决办法。笔者认为，由于GMPLS目前主要应用于骨干网络，安全性可从网络连接的接入控制入手。
2.GMPLS与ATM的互联互通
当前，ATM骨干网在许多运营商的网络构成中仍占有相当重要的地位，基于ATM的企业网在近期内也仍将是主要的利润来源。因此，GMPLS的成功应用离不开与ATM网络的互联互通。目前，网络层面的互联互通(例如ATM网用户访问GMPLS网络的用户)已可通过在两个网络的边缘进行适当转换而实现。但对于业务层面的互联互通，例如通过GMPLS网络连接两个ATM网络，则仍有一些问题有待解决，其中包括路由协议，如OSPF-TE与PNNI的互联，对用户业务的端到端QoS保证等。为此，业界的相关组织，如MPLS论坛，ATM论坛对此也已展开合作，拟共同努力来为运营商提供全面的解决方案。
3.网络的动态平衡
网络的动态平衡是指在网络状态发生变化时，通过路由协议与信令机制在全网范围内传达这一变化，并相应协调数据传输过程。对于网络运营商而言，这是衡量网络能否提供稳定可靠服务的一项重要指标。在传统的IP网络中，由于数据形式与传输方式的相对单一，网络的动态平衡可以简单地依赖路由协议完成。而在GMPLS网络中，则存在着数据交换、时分复用交换、光交换等多种方式的混合，有效地协调多个协议层面，并提供一致的控制策略是一个相当复杂的问题，有关这一方面的研究还在进行之中。
4.网络管理系统
经过多年的发展与完善，IP或ATM网络的管理系统都已成熟，可以对网络整体的管理以及全局的资源规划提供直观方便的用户界面。然而，在GMPLS网络中，一方面由于存在着多种异构网络系统。另一方面，所需管理的节点、连接、标签，LSP等数目庞大，因此网络管理系统的复杂性也大为提高。许多开发商已在这方面展开工作，以期能够开发出既能满足复杂的异构网络系统管理需要而又便于使用的网络系统管理软件。
六、对我国发展宽带骨干网络的几点建议
1.积极开展有关GMPLS协议体系及其应用的研究
近年来，我国光纤骨干网的建设一直保持着一个快速发展的势头，在光缆铺设的长度以及城市覆盖率等方面与发达国家相比差距已经不是很大。然而，就目前的发展状况来看，仍存在着地区发展不平衡，网络资源利用效率低等缺陷。因此，笔者认为，为了适应国内数据通信业务高速增长的需要，支持西部大开发等建设项目的进展，缓解国内各地区间电信发展不均衡的现状，应该积极开展有关GMPLS协议体系及其应用的研究，为进一步改善我国的光纤骨干传输网络的资源利用效率和智能化业务支持能力做好技术准备工作。
2.关注并参与国际上的标准制定工作
在加入WTO之后，我国的电信市场将逐步对外资开放，国际通信设备厂商和运营商都将积极进入我国电信市场，市场竞争将更为激烈。为了提高自身的竞争力，国内相关企业和机构应该在跟踪国外技术发展的基础上主动出击。由于GMPLS协议体系从一开始就是在IETF和OIF等行业标准化组织的领导下提出的，并得到了国际通信设备厂商和电信运营商的大力支持，其协议体系的标准化工作已逐步完善并趋于成熟，故国内的设备厂商应该积极关注并参与国际上的标准制定工作，以保证自行开发的产品可与国际厂商的设备互通互联。而国内的电信运营商也可以在技术上积极跟进先进技术，并提前考虑进行必要的网络规划和调整。
摘自 泰尔网
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