基于OSPF的ASON路由协议研究

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1 引言
　　随着信息领域相关技术的发展，特别是Internet对数据业务增长的强大推动，要求光网络能够实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，实现资源的最佳利用，能够快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，并且具有更加完善的保护和恢复功能，更强的互操作性和扩展性等。ASON（自动交换光网络）是从IP、SONET/SDH、DWDM的环境中升华出来的，将IP的灵活和效率、SONET/SDH的保护能力以及DWDM的容量通过创新的分布式网络管理系统有机地结合在一起，赋予现有光网络更多智能，提高了网络资源的利用率，使其发展成一个能够完成自动交换功能的智能光网络，代表智能光网络的主流方向。路由技术是ASON的核心技术之一，在实现连接的动态选路方面发挥了重要作用。传统的IP网络采用的路由协议是开放最短路径优先（OSPF）协议，能够实现路由的动态选路。ASON的路由需要更多的特性和更高的灵活性，一般采用基于GMPLS扩展的OSPF-TE路由协议。
　　
　　2 ASON路由的新特点
　　ASON路由与传统的IP路由相比，有很多新特点。
　　
　　IP网络中数据转发是逐跳进行的，不需先建立连接。而基于电路交换的光网络数据的交换是基于端到端的，需先建立连接。
　　
　　IP网络中每个路由器根据IP数据包中的目的地址进行独立的路由选择。每个节点须使用相同网络拓扑数据库和路由算法。而在光网络中，请求建立连接时就给出路由选择，并且在传送连接建立请求时不会影响已有的业务。光网络的路由协议灵活地包含各种新信息。
　　
　　光网络中带宽统计也比IP网络简单，使得带宽资源的管理更容易。
　　
　　邻居发现过程是许多域内IP路由协议的基本功能。光网络中的邻居发现则是自动发现机制实现的，还包括链路相关属性的发现。
　　
　　3 ASON的路由结构
　　为了适应ASON路由体系的发展，国际电信联盟ITU-T建议G.8080/Y.1304给出了ASON路由域层次与子网点组（SNPP）的关系；G.7715/Y.1706定义了一种与协议无关的描述ASON路由技术的方法，包括ASON的选路结构、路径选择、路由属性、抽象信息和状态图转移的功能组成单元。
　　
　　ASON的路由一般是利用显式路由，即通道选择是由网络中的运营者或软件调度工具来选择的，在交换式的光网络中，请求的端到端的光信道连接是有一定限制的，对一个连接请求的通道选择将采用约束路由算法。
　　
　　ASON的路由结构组件包括路由控制器（RC）、路由信息数据库（RDB）、链路资源管理器（LRM）和协议控制器（PC）。
　　
　　路由控制器（RC）：负责响应连接控制器为了建立连接而对通道或路由信息的请求，包括与对等的RC交换路由信息，并在查询路由信息数据库以后对路由查询（通道选择）作出回答，同时也负责回送管理网络所需要的拓扑信息（SNP和它们的属性）。
　　
　　路由信息数据库（RDB, Routing Information Database）：存储本地拓扑、网络拓扑、可达性、路由策略配置和其他通过路由信息交换获得的信息。RDB可以包含多个路由域的路由信息。RDB提供给RC一个可接入的视图。
　　
　　链路资源管理器（LRM）：LRM向RC提供所有SNPP链路信息，并将其控制的链路资源的任何状态改变告知RC。
　　
　　协议控制器（PC）：PC将路由原语转换成特定路由协议的消息，因此是与协议相关的。PC还处理和路由协议相关的控制信息，这些控制信息用于路由信息交换的管理和维护。原始信令在连接控制器和PC之间传送，这对原始信息是语义透明的，被当作外部协议信息等。信令信息能在两个PC之间传送。
　　
　　其中，LRM、RDB和RC是与协议无关的，PC是与协议相关的。RC处理用于路由的抽象信息。PC依据信息经过的参考点（如E-NNI，I-NNI）处理与协议相关的消息，并将路由原语传递给RC。
　　
　　4 ASON路由方式及接口
　　ASON中有3种路由方式：分层路由、源端路由和逐跳路由。
　　
　　路由部分的主要功能是要为连接控制器提供路由信息以及路由信息的分发，主要由路由控制器完成。路由控制器的作用是负责该路由域内的路由，对从连接控制器发出的建立连接所需的路由信息作出响应，这种信息可以是端到端的（如源路由），也可以是下一跳的；为达到网络管理目的，对拓扑信息（子网节点SNP和它们的抽象）请求作出响应。
　　
　　在ASON中，路由控制器的输入输出接口其中，路由表请求接口：这个接口接受一个未解析的路由元素并且路由控制器所负责的域内返回一组链路。回答的格式包含（但不限于）逐跳转发（下一个链路）和源路由（全路由）。本地拓扑接口：这个接口常用本地拓扑信息和本地拓扑更新信息来配置路由表。这是路由控制器负责的域内的拓扑信息。网络拓扑接口：这个接口常用网络拓扑信息和网络拓扑更新信息来配置路由表。这是路由控制器所负责域的外部简化的拓扑信息（例如总体拓扑）。
　　
　　ASON的域间路由协议主要由OIF规范，主要采用基于OSPF的域间路由——DDRP。DDRP的目的是提供一个应用于电路交换光网络的域间路由。
　　
　　5 ASON路由协议
　　5.1 OSPF——开放最短路径优先协议
　　
　　OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）协议是一种内部网关，它通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表。OSPF是Internet路由选择协议的一种，也是目前构建大型网络最常用的路由选择协议，并且不容易受到有害路由信息的影响。
　　
　　OSPF是一个链路状态路由协议，被设计为运行在一个单独的自治系统（AS）内部，每个OSPF路由器维持一个相同的数据库描述这个AS的拓扑。通过这个数据库，一个路由表通过创建一个最短路径树来计算出来。OSPF在拓扑变化时会利用路由协议流量的最小值很快地重新计算路径。OSPF对等代价多路径提供支持，提供域内选路能力，能提供附加层的路由保护和减少路由协议流量，还可以鉴别所有的路由协议交换。
　　
　　OSPF是一个动态协议。它能迅速探测到在AS中拓扑的变化（例如路由接口失败）和经过一段时间的会聚之后计算新的自循环路径。OSPF的基本要素包括：LSA（链路状态通告）、链路状态数据库、OSPF路由器之间的通信、邻居路由器的发现与保持、数据库同步以及路由选择计算等。
　　
　　OSPF能快速收敛，可支持更大型的互联网络，因此国内外各大路由器厂家都提供支持OSPF路由协议的路由器，使得OSPF成为最为广泛应用的路由协议之一。
　　
　　5.2 OSPF-TE——带流量工程的OSPF
　　
　　OSPF虽然具有强大的功能，但是IP路由器采用的OSPF是为传统路由器设计的，其链路属性只包括了对应的端口、路由器ID以及权值等仅有限几种，这对于将OSPF扩展以用于更广范围带来了限制。不透明（Opaque）LSA提供了一种通用的机制用于扩展OSPF功能，也即在OSPF已有的几种LSA基础上提供一种增加新LSA的方法。
　　
　　OSPF-TE对OSPF的流量工程的扩展实质是扩展链路属性，即在OSPF通告中增加链路参数。这种扩展提供一种描述流量工程拓扑（包括带宽和管理限制）和在一个给定OSPF域内分发信息的方法。这个拓扑不需与常规选路的拓扑匹配，但是在描述多接入链路时需依靠网络LSA。OSPF-TE中的泛洪与OSPF中的一样。特别地，如果非TE节点10（本域范围内）的不透明LSA来泛洪。TE LSA只能携带一个顶层的TLV（Type/Length/Value），该TLV可能是路由器地址TLV或链路TLV，并可以包含一组扩展的sub-TLV。
　　
　　OSPF-TE流量工程数据库包括：监视扩展的链路属性、本地基于约束的源路由以及全部的流量工程。共用3种不透明的LSA，每一种的泛洪范围都不同。OSPF-TE中只用到类型10 LSA，它在域内泛洪。OSPF-TE还定义了一种新的LSA——流量工程LSA，这个LSA可以描述路由器、点到点链路，并且可以连接多接入链路（与一个路由器LSA类似）。为了能实现流量工程的目的，存在足够的网络LSA来描述多接入链路。
　　
　　5.3 ASON路由协议——基于GMPLS的OSPF-TE
　　
　　ASON中的路由信息分发协议采用基于GMPLS的开放式最短路径优先—流量工程（OSPF-TE）的扩展。流量工程通过对资源的合理配置，对路由过程的有效控制，使得网络资源得到最优的利用，在网络的运行中，能够自动地避开网络故障、网络拥塞和网络瓶颈，从而提供可靠的不同的QoS的区分业务。
　　
　　基于GMPLS的OPPF-TE协议中OSPF不再作为一个独立的路由协议出现，而是和GMPLS协议体系下的其他协议（如链路管理协议、标记分发协议等）协调工作，其承担的主要任务是链路状态信息的分发和链路状态数据库的构造，而不是传统路由器强调的路由计算。GMPLS控制平面的路由模块包括路由表管理、路径计算、OSPF-TE协议分发路由信息以及LSA数据库等。整个路由模块是在IP网络层上作用的，而与上层的联系是通过路由表管理来和GUI/CLI（图形用户界面/命令行接口）代理或者GMPLS适配器作用的。
　　
　　6 结束语
　　ASON能提高资源配置的灵活性，减小交换粒度，提高网络的效率，能满足各种各样的业务服务要求，是较完善的信息传输网络。目前国内外研究机构都在投入研究，ITU-T及IETF也有相应的部分标准和草案提出，ASON有了长足的发展，但是ASON中还有一些问题尚未解决，ASON的路由技术就是其中之一。本文对ASON的路由的要求以及基本框架和ASON的一种路由协议——基于GMPLS的OSPF-TE进行了描述研究，还需进一步地努力来研究如何使OSPF-TE路由协议更适合于ASON的动态路由，以减少业务的阻塞率，提高网络的性能，节约网络资源和交换设备的投资。