關鍵詞：鏈路資源管理器LRM,路由控制器RC,路由執行器RP,路由信息數據庫RDB,路由域RA
1、智能光網絡路由技術簡介
路由技術是智能光網絡的核心技術之一，目前ITU-T、IETF和OIF三大國際組織都提出了相關的草案。ITU-T G.7715定義了一個與協議無關的基于ASON的分級路由體系結構，路由消息通過數據通信網絡（DCN）進行傳送，G.7712規范了DCN的一種可能的實現方式；IETF GMPLS在MPLS對傳統的路由協議（ISIS和OSPF）進行流量工程擴展的基礎上又對其進行了擴展（GMPLS－OSPF－TE和GMPLS－ISIS－TE分別對應OSPF-TE和ISIS－TE的擴展），GMPLS的路由協議主要用于I-NNI；而OIF正在進行NNI的制定工作，并要求E-NNI和I-NNI路由協議的選擇相互獨立，DDRP（Domain to Domain Routing Protocol）被考慮作為NNI候選路由協議，是分別基于OSPF和IS-IS而來的分級鏈路狀態路由協議。本文主要分析了ITU-T G.7715/Y.1706關于ASON的路由體系結構的定義和對ASON路由的技術要求。
2、ASON路由體系結構
ITU-T G.7715/Y.1706草案定義了在ASON中建立交換連接SC（Switch Connection）和軟永久連接SPC（Soft Permanent Connection）路徑選路功能的結構和要求以及ASON路由結構，路徑選擇、路由屬性、抽象信息和狀態轉移圖等功能組件。其中ASON路由結構支持G.8080中定義的不同的路由方式，如分級路由（Hierarchical Routing），逐跳路由（step-by-step Routing）和源路由（source-based Routing）。并且也對路由信息表達方式的不同進行了抽象，如鏈路狀態，距離矢量等。ASON路由體系結構在網絡中被分割為多個路由域，為了提供路由服務，需要事先了解網絡資源的情況，并對網絡資源進行分配后再使用。這些網絡資源可以通過人工配置，也可以是基于ITU-T G.7714/Y.1705草案中定義的自動發現機制來配置。
2.1 ASON路由體系結構的基本概念
運營商對網絡進行分割是基于特定的策略，如地理因素，管理范圍，技術特點等。運營商將細分后的網絡看作是提供路由服務的不同路由域RA（Routing Area）。路由域提供路由信息的抽象，從而使得路由信息的表達具有可擴展性。這些單個路由域的服務是通過路由執行器RP（Routing Performer）來提供的，而RP可以看作是路由控制器RC（Routing Controller）的聯合體，RP能支持多種路由方式（ITU-T G.8080草案中規定的路由方式：源路由、分級路由和逐跳路由）的路徑計算。所支持的路徑計算功能是基于路由信息數據庫有效的信息類型來實現的。
路由域可以分級包含，在分級路由中每個路由域與一個獨立的RP相關聯，而服務接入點扮演RP的角色。路由等級中的每一層面可以使用支持不同路由方式的RP，RP的實現是基于實例化的分布式RC。RC提供在一個給定層面的NNI參考點提供路由服務的接口，同時負責路由信息的協調和分布。不同的RC實例由于不同的運營策略受到影響，而這些策略取決于其服務提供商所屬的組織，策略的執行可以通過不同的協議機制來完成。
RC的實現可以是一組分布式的實體，這組實體被稱為一個路由控制域RCD（Routing Control Domain）。RCD是一個抽象的實體，它隱藏了路由控制域的內部細節，而提供與RC分布式接口相同特征的接口。RCD之間交換的路由信息的本質是捕獲RC分布式接口之間交換路由信息的語義，并允許每個路由控制域內可以使用不同的表達方式。RCD的實現依賴于具體的實施方式。
RA, RP, RC和RCD之間的關系如圖1所示，RA包含RA，遞歸的定義了連續的分級路由等級。一個獨立的RP與一個路由域相關聯。這樣RPRA和路由域RA關聯，而RPRA.1和RPRA.2各自與路由域RA.1和RA.2關聯。依此類推，RP自身是由分布式的RC來實現的，RC1由RPRA而來，RC2由RPRA.1 和RPRA.2而來。可見RCD分布式接口與RC分布式接口的特征是一致的。
2.2 路由體系結構和功能組件
路由體系結構包括與協議無關的組件如鏈路資源管理器LRM（Link Resource Manager）和RC，以及與協議相關的組件如協議控制器PC（Protocol Controller）。RC處理用于路由的抽象信息。PC依據信息經過的參考點（如E-NNI，I-NNI）處理與協議相關的消息，并將路由原語傳遞給RC。圖2給出了ASON體系結構中的邊緣光/波長/標簽交換路由器中路由功能組件的一個示例。
● 路由控制器RC：與對端RC交換路由信息，并通過對路由信息數據包的操作回復路由查詢（路徑選擇）；對從連接控制器發出的為建立連接所需的通道信息做出回應，這種信息可以是端到端的，也可以是基于下一跳的；為達到網絡管理目的，對拓撲信息請求做出相應回應。RC是與協議無關的，從路由控制器中得到的信息使得它能提供它所負責域內的路由。這些信息包括給定層中相應終端網絡地址的拓撲（SNPP(Sub-network Point Pool)和SNP(Sub-network Point)鏈路連接）和SNP地址（網絡地址）信息。
● 路由信息數據庫RDB（Routing Information Database）：存儲本地拓撲，網絡拓撲，可達性，路由策略配置和其它通過路由信息交換獲得的信息。RDB可以包含多個路由域的路由信息。RDB提供給RC一個可接入的視圖。圖2 的虛線框表示了這種關系。由于RDB可以包含多個路由域的路由信息（即可能是多層網絡），因此接入RDB的RC可能共享路由信息。圖3 的虛線框表示了這種關系。RDB是與協議無關的。
● 鏈路資源管理器（LRM）：LRM向RC提供所有SNPP鏈路信息，并將其控制的鏈路資源的任何狀態改變告知RC。
● 協議控制器（PC）：PC將路由原語轉換成特定路由協議的消息，因此是與協議相關的。PC還處理和路由協議相關的控制信息，這些控制信息用于路由信息交換的管理和維護。
2.3 對路由策略的支持
策略控制是指在掌握整個網絡中單個業務和整個網絡設備的運行狀態的基礎上 ,通過一定的策略自動地對整個網絡系統的帶寬和訪問進行管理。策略這個概念最早運用于網絡安全。網絡系統管理員根據本部門的安全管理特點，制定一些安全策略，如設置防火墻的過濾規則等來對網絡的安全訪問進行控制。但近年來，策略也開始應用于QOS，運營管理，路由和信令方面的控制。其中ASON路由體系結構中對路由策略的實施是通過RC組件中策略代理模塊和配置接口實現的，為了解決流量工程的問題，要適當地配置QOS策略和路徑選擇策略必須應用到RC的端口中。
2.4 對不同路由協議的支持
在某個路由域中可能會有幾種路由協議支持路由信息的交換。ASON路由體系結構允許支持多種路由協議，這主要通過實例化不同的協議控制器完成。而路由控制器和協議控制器之間并不是一一對應的關系如圖4所示。
2.5 對多VPN的支持
PPVPN是指由運營商參與管理和實施的VPN。IETF新近成立的PPVPN工作組就是負責定義和規范少數幾組用于支持運營商實施VPN的方案。VPN層次結構從下到上包括OVPN、第2層VPN（基于MPLS的VPN）和第3層的VPN（基于GRE、IPSec等隧道技術的IP VPN）。可見虛擬專用網VPN是一種基于某個層面上的網絡結構，可以通過以下模型方式創建：1）顯式劃分網絡資源給VPN的模型；2）在多VPN中共享共同網絡資源的模型。
ASON路由體系結構支持所有的上述VPN模型，顯式劃分模型通過定義VPN中RC的RDB視圖和在本視圖內傳播資源實現的。如圖5中VPN3例子所示。共享共同網絡資源的模型是通過不同的VPN共享RDB實現的。如5圖中VPN1和VPN2例子所示。
2.6 路由域分級機制
G.7715/Y.1706定義了路由分級的概念，在某一層內，可以將網絡劃分為多個路由域，每個路由域又可以包含更小的路由域。這就產生了路由分級的概念。要求路由協議至少支持4級路由等級，在同一路由層面的不同路由域可以運行不同的路由協議。路徑計算只在某一特定的層面進行，可以是分級路由，逐跳路由和源路由。圖6給出路由域分級的示例，上級路由域（父）RA包含下級路由域（子）RA.1, RA.2和 RA.3。同樣，RA.1和RA.2進一步包含路由域RA.1.x和RA.2.x。
每個路由域有相應的RP來提供特定層面上路由域的服務。路由域分級結構中RP的實現是通過RC實例完成的。正如ITU-T G.8080/Y.1304建議那樣，一個RC封裝了某個路由域的路由信息，并且提供域中特定路由級別對應層面上的路由查詢服務。在分級路由結構中，分級的RP實現是通過RC實例堆棧來完成的。堆棧中的每一層都對應分級路由結構中的每一層級別，圖7描述了基于RC堆棧的分級RP的實現。圖中虛線框代表物理元件的位置。并且多個RC可以位于同一個物理元件中。在給定的層面上，主要依靠兩種分布式選擇案：1）每個分布式的RC 能封裝整個路由信息數據庫的一部分；
2）每個分布式的RC通過同步輪詢機制能封裝完整的路由信息數據庫。
分布式結構提供了路由域多業務接入點的能力，而在不同層面的RC和相應的RP之間需要交互信息。在不同層面的RC之間的交互環境中，注意到從上級RC接受到的信息不應該再被環回到上級RC 中。路徑選擇能力取決于路由層面間信息和子網鏈路地址不同程度的信息的傳遞，例如路徑選擇不需要返回路徑的SNP，只要有SNPP層的地址就夠了。很可能目的地被上級路由域和下級路由域同時知道，但能通過不同的路徑到達終點。下級RC比上級RC更適合決定是否能夠直接路由到目的地，因為下級RC總是知道本路由域中的所有終端地址，這些終端是本路由域中的一部分，或者是本路由域包含的下級路由域中的一部分。
如圖8所示分級路由域中LRM和RC間的對應關系不是簡單的一對多關系，我們用“外部鏈路”和“內部鏈路”來區分跨路由域的鏈路和完全被封裝在路由域中的鏈路。某個層面的路由域中的“外部鏈路”可能是上級路由域中的“內部鏈路”。LRM提供鏈路狀態信息給包含在路由域中的RC。到下級路由域的“內部鏈路”功能被上級路由域隱藏。
3、路由消息及其分布拓撲結構分析
通過路由協議傳播的路由消息中主要攜帶：節點屬性信息、鏈路屬性信息和用于表示由于連接的建立和刪除而帶來資源變化的信息（如路由域拓撲信息），同時策略控制和安全方面的屬性信息應該被考慮。節點屬性主要包括：可達性和相關多樣性。可達性屬性提供了通過特定節點可到達的節點集合。典型的就是顯式地址摘要列表，可到達的地址前綴作為屬性用于路徑信息。地址必須和SNPP、子網關聯。相關多樣性屬性：代表節點用于限制路徑選擇的所有權。可能是個別節點共享風險鏈路組（SRG）ID的列表。而鏈路屬性的最小集合是鏈路狀態和相關多樣性。鏈路狀態是由<生存性，鏈路權值，能力/容量>三元組表示。鏈路相關多樣性屬性與節點相關多樣性屬性相似。
根據路由功能，路由消息分為：鄰近維護消息和攜帶網絡路由信息的消息以及網絡路由異常和錯誤消息。如圖9所示鄰近維護消息在協議控制器PC間交換，PC包含邏輯鄰近關系表，通過自動建立或者手工配置。而事件（見表1）機制被RC用于控制鄰近RC之間路由信息的傳輸。當鄰居關系建立以后，PC來維護這種鄰近關系。路由信息是網絡相關信息（節點和鏈路屬性）抽象代表。UNI不存在路由信息交換，主要在NNI間進行，但受到策略的約束。路由信息消息（見表2）在鄰近路由控制器RC間交換，被路徑選擇算法利用在網絡中計算和路由連接請求，其邊界就是路由域。這些消息的傳播是通過本地逐跳交換或者網絡洪泛機制實現的。當錯誤情況影響路由進程時，通用的通知信息被定義產生來在路由域中報告錯誤和異常情況。同時為了在路由域中管理路由消息的發送和接收，RC中存在3種不同的有限狀態機的轉移圖。
當路由域中的路由執行器作為一組分布式的RC被實現時，關于網絡拓撲和可達性信息必須被傳播和用于與其他RC協商。對等RC間路由信息傳遞的方法與源端位置和信息的使用者無關。不同的拓撲用于傳遞路由信息：（注：圖10中節點Node代表一個路由域或一個子網）
1） 一致拓撲：圖10中A）所示RC和節點拓撲結構全等。由于傳送網采用完全的網格連接，所以大量冗余信息周期性增長。
2） 星狀拓撲：圖10中B）所示在路由域中基于一個或多個路由消息服務器為中心的星狀拓撲，網絡中每個RC維護著與路由消息服務器的關聯。消息服務器反過來又將從一個RC接收到的路由消息傳遞給路由域中其他與自己關聯的RC。當在路由域中增加一個RC時，路由消息服務器關聯RC的數量線性增加。由于所有RC發出的路由消息都要經過路由消息服務器，所以在路由消息服務器上設置路由信息分布策略加以控制。但此方法可能導致在相同數據通信網DCN（因為兩個不同的RC可能通過相同的DCN鏈路到達）鏈路上傳送多次相同路由消息，一種解決方法就是部署迂回路由消息服務器以增加路由消息傳輸彈性。
3） 受管理拓撲：圖10中C）所示指路由域包含的網絡中RC轉發路由消息是根據預先定義或實施的分布式拓撲來實現的。因為是網絡管理員定義分布式拓撲，就可以考慮DCN拓撲的特點，并且將冗余路由消息的傳遞減小到最低程度。這種拓撲將覆蓋整個路由域中的RC。
4、ASON路由技術的需求
ITU-T G.7715/Y.1706草案關于ASON路由技術的需求主要表現在以下三個方面：
1） 框架結構的要求：在RC間交換的信息受到強加于參考點上的策略限制的影響；任何層面上的RP操作都不應該依靠其他層面上的路由協議；RCD間的路由信息的交換與域內協議的選擇無關，與域內控制器的分布策略（集中式/完全分布式）無關；路由拓撲和傳輸拓撲不應該完全等同；每個路由域應該獨一無二的標志網絡承載類型；路由信息應該支持單個域的抽象視圖，被抽象的層面受到運營商策略的影響；RP應該具有恢復系統錯誤（如內存耗盡等）的能力。
2） 協議上的要求：路由信息要支持多個層面上路由和分級路由信息的分布（包括概要路由 信息），允許節點間多鏈路特性以及節點和鏈路的多樣性；能夠支持網絡體系結構的演變和擴展（如路由分層數量的增加、域分段和匯聚的復雜程度提高、鏈路和節點數量的變化）。
3） 路徑選擇上的要求：ASON體系結構中的連接控制器CC（Connection Controller）用于信令建立光路徑的時候，需要將路徑選擇算法得到的路徑作為參數來建立光路徑。路徑選擇可以通過智能光網絡管理平面“脫機”方式實現，也可以通過控制平面“聯機”實時在線提供。選擇哪種方式取決于計算的復雜性、可靠的拓撲信息、特定的網絡上下文環境。當然“脫機”和“聯機”路徑選擇方式可以同時提供，相互彌補對方的缺陷，例如網絡操作員可以用“聯機在線”方式計算處理路徑選擇的決定，并且通過“脫機”方式計算考慮復雜的流量工程、按需分配的運營策略、服務的定制、價值模型、全局優化等方面的需求；路徑選擇應支持分層路由、源路由、逐跳路由等路由方式；也要支持受限路由。
5、一種基于GMPLS的ASON路由模型
目前IP路由協議如BGP、OSPF、RIP等，基本上是基于“最短路徑”算法，即路由在單個尺度（如鏈路的傳播時延或源、目的之間的跳數等度量標準）下優化。為了支持更大范圍的QoS需求，路由協議需要一個更復雜的模型，在該模型中用多個特征值（如帶寬、延遲、丟失率等）來描述網絡特性。這種根據網絡上可利用的資源和流的QoS需求等知識來決定一個數據流的路由的機制稱為QoS約束的路由，即在源和目的地之間，如何找到一條能夠同時滿足多個約束條件的路徑，而傳輸網絡的路由程序典型的方式是采用顯式路由，在這里路徑選擇是通過手工或管理系統中軟件預定工具完成的。在交換式光網絡中，端到端的光通道連接是信令強制請求建立的。針對一個連接請求的路徑選擇應該采用基于強制路由的算法，以平衡多重目標。由于光平面中沒有傳統路由器轉發的概念，而是事先確定通過網絡信令配置的路徑。因此，智能光網絡的路由解決方案就是：采用受限的最短路徑優先的選路，將MPLS流量工程所定義的兩個信令協議擴展為RSVP—TE和CR-LDP，并同時擴展了兩個域內流量工程的路由協議，即最短路由優先（OSPF-TE）和中間系統到中間系統（IS-IS-TE）的流量工程；同時引入了鏈路綁定的概念，以減少維護路由和信令協議中龐大的鏈路狀態信息；并將LSP攜帶的通用標簽信息和凈荷類型擴展至SDH、lGbit／s或10Gbit／s以太網幀等信號，包括引入單個連接的路由計算、拓撲信息發現和分發、資源狀況信息發現和可達性信息等概念。由于ASON就其本質上而言是一個同協議無關的分級路由網絡，所以可以存在多種不同的路由解決方案來實現ASON的路由功能。考慮到GMPLS在路由協議以及智能光網絡整體結構上所作出的擴展，在ASON的控制平面中使用GMPLS建議的路由協議將成為智能光網絡路由系統的主要解決方案。我們使用GMPLS的約束路由模型作為ASON路由解決方案的基礎，其具體模塊框圖如圖11所示。
其中LMP負責實現資源發現功能，資源發現功能主要包括鄰近節點發現、以及網絡連通性驗證、所有權關聯、故障檢測/定位、鏈路容量以及其它網絡狀態信息探測等操作。由于在ASON中，控制信道和業務信道是相互獨立的，因此LMP既要對控制信道也要對業務信道執行鄰居發現和鏈路可用性檢測。LMP得到的相鄰接點與鏈狀態信息將被提交到鏈路狀態廣播/流量工程(LSA/TE)數據庫，然后調用內部網關協議對這些狀態信息向其它節點進行分發。標準的內部網關協議，例如OSPF-TE和ISIS-TE，主要適用于數據網絡的信息傳遞，為了在ASON中傳遞光網絡的拓撲、資源、鏈路狀態甚至是策略信息，我們必須對這些協議進行擴展。我們的方案是在OSPF中利用其OpaqueLSA功能實現對光網絡特有信息的支持。因為在OSPF中，每一個OpaqueLSA都包括有標準的LSA頭部和與具體應用相關的特定信息，這種應用相關的特定信息可以直接被OSPF調用，也可以被其它的一些應用程序調用。而在具體的LSA傳遞過程中，我們可以使用標準的LSA擴散過程來支持OpaqueLSA的傳遞。因此，經過擴展的OSPF將有能力在支持ASON鏈路資源與狀態信息分發與刷新。通過路由信息的交互，每個ASON節點都可以維護實時的全網拓撲與鏈路狀態表，然后通過選擇合適的波長路由算法，在每個請求到達時為用戶動態選擇一條特定的光路。一旦選定光路，系統就通過CR-LDP或RSVP-TE等信令協議執行光路的建立操作。
6、結束語
從ITU-T提出的ASON網絡結構看，采用了可劃分為多個域的概念性結構。用戶同ASON網絡之間的接口是UNI，ASON網絡中不同管理域之間的參考點是E-NNI，而同一個管理域之間不同路由尋徑域或不同控制元件之間的參考點是I-NNI。從運營商提供的網絡服務角度看，路由協議可以運行在三個層面上，即運營商間的E-NNI，運營商內的E-NNI和I-NNI。EBGP是運營商間的E-NNI的主要候選路由協議，在I-NNI可以使用任何私有的路由協議，如OSPF/IS-IS/BGP/RIP等等。為了制定完善的智能光網絡路由技術體系結構，我們需要綜合考慮ITU-T、IETF和OIF標準化組織在路由技術方面的研究成果。其中基于ASON的下一代光傳送網絡將成為一個更為靈活、可靠、可擴展的智能化光傳送網絡，因此對于ASON路由技術的研究顯得更加重要。
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