多协议标签交换技术在全光互联网中的应用

实际上最初MPLS的标签交换的目的是运行第二层的快速转发来处理第三层的数据流，人们延伸了这种想法，波长标签在本质上是运行第一层(如光层)转发来处理第三层的数据流。尤其是在MPLmS标签和WDM波长通道之间，允许使用MPLmS信令来建立光路径通道。例如，一个在对等MPLS O-LSR之间的端到端的光路径等价于一个粗粒度的LSP，称为波长LSP等。下面我们看看MPLmS的网络模型：

MPLmS应用的网络模型图2所示。支持标签交换的IP路由器(LSR)连接光核心网络，光网络由若干OXC通过光链路相互连接而成。OXC由光层面的交叉连接设备和控制平面组成，具有数据流交换功能，交换由可配置的交叉连接表控制。目前，OXC节点交换需要进行光电转换，在电域进行。随着光开关和可调谐激光器等技术的进步，将来它可以实现全光交换。控制平面使用基于IP的协议和信令进行节点的可达性检测、控制建立和维护端到端的光通路。

图2 MPLmS的网络模型

在MPLmS中，波长标签可以由上游节点提出，由下游节点认可后使用，用于在某些特定的光网络设备区域中建立LSP。传统意义的LSP是单向的，为了适应光网络的需要，MPLmS支持双向的LSP，以简化倒换过程、减少建立LSP的延时和维护开销。 该标签请求支持建立LSP需要的通信参数，包括链路保护、链路编码、LSP净荷等。通过标签请求可提出链路保护类型要求(1+1或1：N)。链路的保护能力通过路由协议发布，以供路由选择时使用。标签请求消息还携带LSP链路编码参数，称为LSP编码类型(SDH/SONET/Gage)。图3是标签请求(通用标签请求)TLV(类型/长度/值)结构(以CR-LDP为例)。

LPT：链路保护类型，8比特，0表示没有链路保护要求。

LSP-ENC：LSP编码类型，16比特，定义了OC-n(SONET)、STS-n(SDH)、GigE、10GigE、DS1～DS4、E1～E4、J3、J4、VT以及光波长、波带等类型。

G-PID：通用净荷标识，表示LSP运载的净荷类型，使用标准的以太网净荷类型，由入节点设置，供出节点使用，中间节点仅进行透明传送。

图3 标签请求(通用标签请求)TLV结构

为了支持光网络的传输环境，MPLmS标签应该支持对光纤、波带、波长甚至时隙的标识。不同的应用环境下标签格式不同，以CR-LDP为例的TLV格式图4所示。

图4 以CR-LDP为例的TLV格式

链路标识符标识收到标签请求的链路，仅在邻接的节点间具有本地效力。标签的长度和格式根据不同的应用环境而不同。比如在波长标签交换应用中，端口/波长标签为32比特，表示使用的光纤或端口或波长，与传统标签不同的是没有实验比特、标签栈底标签和TTL等域，但它与传统标签一样，仅在邻接节点间具有本地效力。标签值可以通过人工指配或由协议动态决定。MPLmS概念的提出是MPLS技术发展的重要里程碑。通过光波分复用以及波长交换技术不仅提高了光传输网的容量，而且可以很好地利用标签交换及其相关协议的应用经验，以MPLS技术提高光网络的灵活性、生存能力并实现流量工程。

3.2 基于全光标签分组交换(OLPS)的光互联网技术

所谓全光标签分组交换技术就是在光分组信息上利用光技术附加可有效改变光分组交换性能的光标签技术。目前关于光标签头和光分组的复用技术主要是利用副载波复用SCM技术实现。如图5所示它将副载波复用光头粘在每个分组上，即标签头采用与分组净荷传输所用的波长相同的波长的带内方式，但是为了有效利用带宽，使用带外调制来转发分组数据。这种方法中数据头和净荷信息被复用在同一个波长上，但数据是调制在基带上，而包头信息承载于一个合适的副载波上。这样克服了传统分组交换需要承受的光缓存(消除了迟延线的使用)和比特同步的限制。

图5 光标签的随路和共路复用方式-副载波复用SCM

OLPS光标签分组交换技术将目前普遍接纳的IP寻址、标签交换与光波长交换技术有机结合起来。采用标签交换技术，可发挥其支持组播(Multicast)、合并(Merge)和约束选路(constraint-based routing)等特点。通过优化设计分组交换字节结构避免了同期到达的去往同一目的地的数据包对资源的竞争问题，改善了端对端的时延特性，简化了路由器入口处处理包头信息和转发等价类(FEC)分配的过程，改善了选路的性能和成本，从而实现了快速有效地分组转发。

OLPS网由光标签边缘路由交换机OLER和光标签核心路由交换机OLSR组成。在MPLS原理中我们提到，的三层地址(IP)地址被映射成第二层地址(即就是标签，当在OLPS网络中时时光虚道路标识OVPI)。这种对等的多层映射(MLM)方法将第三层的路由和第二层的交换有机的结合在一起。路由信息被第三层IP选路协议分发到相邻路由交换机，以便使分组转发只按照第二层信息来执行。按照激发本地映射的方式的不同，可将MLM分为流驱动和控制驱动两种：1)流驱动MLM遵循“次选路，全部交换”的方针。只分析数据流中开始的一些数据包，将持续期长的数据流映射到本地直通连接上，而将持续期短的数据流一个包一个包地进行逐包处理。基于这种方法的著名的方案就是Toshiba的“元交换路由”方案和由Ipsilon开发的“P Switch”方案;2)控制驱动MLM是由路由更新激发地址映射。控制驱动意味着每一次映射要么是诸如IP包的路由信息报文驱动的，要么就是由路由器或IP RSVP包控制报文来驱动的。相关的一些公司如Cisco(Tag Switching)、Asend(IP Navigator)和IBM(ARIS)均开发了此类技术以满足骨干网络的要求。在网络设计中必须遵循现在已经被工人是未来发展方向的一种优选网络设计原则，即“高网络边缘的智能化，以换取骨干网络性能的提高”的设计原则。