ASON多播的信令技術(shù)研究

1、引言

　　ASON(自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò))是一種在信令網(wǎng)的控制下能夠智能化地自動(dòng)完成光網(wǎng)絡(luò)交換式連接和配置功能的新一代光傳送網(wǎng)。ASON的智能性來(lái)源于它的控制平面(CP)，具有一個(gè)分離的控制平面是其與傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)的重要區(qū)別，可以說(shuō)控制平面技術(shù)是實(shí)現(xiàn)ASON的動(dòng)態(tài)性和智能性的關(guān)鍵。ASON以其光路交換的特性和良好的生存性可以減少延時(shí)和丟包的影響，保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)。

　　與此同時(shí)，近幾年來(lái)基于點(diǎn)到多點(diǎn)(P2MP)的視頻會(huì)議、實(shí)況轉(zhuǎn)播、VoD、IPTV、現(xiàn)場(chǎng)直播等流媒體實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)得到了迅速發(fā)展。它們要求較高的QoS保證(包括丟包率、延時(shí)抖動(dòng)、帶寬等)。ASON網(wǎng)絡(luò)的特性極其符合這些要求，因此有條件作為流媒體業(yè)務(wù)良好的承載網(wǎng)平臺(tái)。

　　2、ASON控制平面關(guān)鍵技術(shù)

　　MPLS(多協(xié)議標(biāo)簽交換)實(shí)質(zhì)上是一種特殊的包分類轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，在MPLS中引入了轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(FEC)和標(biāo)簽(Label)的概念。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器(LSR)和邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器(LER)組成，后者負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加標(biāo)簽和去標(biāo)簽操作。舊的標(biāo)簽被路由表中的新標(biāo)簽替代，包被轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳，在出口LER處標(biāo)簽被去掉，又重新使用IP路由機(jī)制。由源LSR與目的LSR之間的一系列LSR以及它們之間的鏈路構(gòu)成的路徑稱為標(biāo)簽交換路徑(LSP)。

　　GMPLS(通用多協(xié)議標(biāo)簽交換)作為ASON控制平面的關(guān)鍵技術(shù)，是在MPLS的基礎(chǔ)上進(jìn)行的適用于光網(wǎng)的擴(kuò)充，它可以提供路由和信令的完全分離。GMPLS對(duì)MPLS中的標(biāo)簽進(jìn)行了擴(kuò)展，將TDM時(shí)隙、光波長(zhǎng)和光纖等也用標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記。

　　MPLS網(wǎng)絡(luò)多采用資源預(yù)留帶流量工程擴(kuò)展協(xié)議(RSVP-TE)作為信令協(xié)議之一，可以很好的實(shí)現(xiàn)流量工程(TE)，支持基于限制的路由(包括呼叫許可控制CAC和顯式路由標(biāo)記交換路徑ER-LSP的建立)，可以提供資源的有效利用、快速的故障恢復(fù)和嚴(yán)格的QoS保證。GMPLSRSVP-TE在MPLSRSVP-TE的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的擴(kuò)展，以滿足光網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)連接的建立、刪除和修改等功能。

　　3、ASON多播的信令技術(shù)

　　現(xiàn)存的有關(guān)ASON控制面技術(shù)的研究基本都是基于P2P的，可以利用點(diǎn)到點(diǎn)標(biāo)簽交換路徑實(shí)現(xiàn)ASON多播，只要在入口標(biāo)簽交換路由器處進(jìn)行數(shù)據(jù)包的簡(jiǎn)單復(fù)制就可以實(shí)現(xiàn)。但是這會(huì)引入一個(gè)問(wèn)題：使網(wǎng)絡(luò)中充斥著大量無(wú)用的重復(fù)的數(shù)據(jù)包，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。因此必須引入新的機(jī)制或者對(duì)現(xiàn)存的GMPLSRSVP-TE信令協(xié)議進(jìn)行多播擴(kuò)展。一般傾向選擇后者，因?yàn)楸M管可以將IP網(wǎng)中的IGMP引入以實(shí)現(xiàn)ASON多播，但因?yàn)镮P和ASON是完全不同的兩種網(wǎng)絡(luò)，這樣做工作量將會(huì)很大;而如果對(duì)現(xiàn)存的P2P協(xié)議進(jìn)行P2MP擴(kuò)展，使ASON在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)分支節(jié)點(diǎn)處能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)包復(fù)制則可以有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。所謂分支節(jié)點(diǎn)就是可以將進(jìn)入的數(shù)據(jù)復(fù)制到兩個(gè)或多個(gè)外出接口，并且不同的接口可以采用不同的標(biāo)簽。ASON控制面基于RSVP-TE的GMPLSP2MP擴(kuò)展涉及到業(yè)務(wù)和會(huì)話標(biāo)志、顯式路由、接枝和剪枝及RSVP消息的處理等幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要討論。

　　3.1業(yè)務(wù)及會(huì)話標(biāo)志問(wèn)題

　　標(biāo)簽交換隧道(LSPTunnel)由一個(gè)或多個(gè)P2MPLSP組成，可以引入點(diǎn)到多點(diǎn)會(huì)話對(duì)象(P2MPSES-SION)進(jìn)行標(biāo)志。P2MPSESSION對(duì)象是對(duì)P2PRSVP-TE中的SESSION對(duì)象進(jìn)行擴(kuò)展得到的，由組合進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其中TunnelID標(biāo)識(shí)一個(gè)業(yè)務(wù)隧道，P2MPID標(biāo)識(shí)該業(yè)務(wù)的多個(gè)客戶連接的集合，與RSVP-TE中SESSION對(duì)象的不同之處在于其的隧道終點(diǎn)地址(TunnelEndpointAddress)字段被P2MPSESSION對(duì)象的P2MPID字段取代。

　　P2MPLSP是一個(gè)具有一個(gè)入口LSR和多個(gè)出口LSR的LSP，此路徑是單向的。通過(guò)組合進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其中TunnelSenderAddress代表業(yè)務(wù)發(fā)送方地址，P2MPLSP包含在點(diǎn)到多點(diǎn)發(fā)送者模板(P2MPSENDER_TEMPLATE)對(duì)象中。

　　一條P2MPLSP又由多個(gè)子標(biāo)簽交換路徑(sub-LSP)組成，它們是入口LSR和出口LSR之間的連接。一條sub-LSP可以通過(guò)組合進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其中sub-LSPdestinationaddress(子標(biāo)簽交換路徑目標(biāo)地址)位于S2L_SUB_LSP對(duì)象中。

　　在P2PRSVP-TE中通過(guò)RSVP消息對(duì)LSP的狀態(tài)進(jìn)行管理和維護(hù)，同樣可以通過(guò)RSVP消息對(duì)P2MPLSP的狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)，然而兩者是有區(qū)別的，由于在一條P2MPLSP中包含多條sub-LSP，因此如果采用一條RSVP消息對(duì)一條P2MPLSP的狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)，可能出現(xiàn)消息長(zhǎng)度不夠?qū)е码y以表示全部sub-LSP狀態(tài)的問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)該支持采用多個(gè)RSVP消息;另外，由于一條P2MPLSP具有多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)接枝和剪枝的情況，因此信令機(jī)制必須能夠有效的從一個(gè)P2MPLSP中移除或增加終端節(jié)點(diǎn);同時(shí)P2MPLSP必須要處理狀態(tài)合并的問(wèn)題。這些可以通過(guò)在RSVP-TE的SENDER_TEMPLATE和FILTER_SPEC對(duì)象中增加Sub_GroupID和Sub-GroupOriginatorID來(lái)解決，Sub-GroupID和Sub-GroupOriginatorID字段合起來(lái)稱為Sub-Group字段。

　　3.2顯式路由

　　ASON是采用顯式路由方式建立業(yè)務(wù)路徑的，顯式路由技術(shù)是一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　ASON多播可以在單播顯式路由對(duì)象(ERO)的基礎(chǔ)上，增加二級(jí)顯式路由對(duì)象(SERO)以對(duì)一個(gè)sub-LSP進(jìn)行顯式路由，SERO和ERO對(duì)象的格式相同。

　　當(dāng)一個(gè)PATH消息只對(duì)單個(gè)sub-LSP進(jìn)行信令時(shí)，ERO對(duì)從入口LSR到出口LSR的LSP進(jìn)行編碼。PATH消息中還包括S2L_SUB_LSP對(duì)象以對(duì)sub-LSP進(jìn)行信令。組合作為一個(gè)標(biāo)識(shí)符來(lái)唯一的標(biāo)志該sub-LSP。

　　當(dāng)一個(gè)PATH消息對(duì)多個(gè)sub-LSP進(jìn)行信令時(shí)，則從入口LSR到出口LSR的第一條sub-LSP被編碼放在ERO中。第一條sub-LSP對(duì)應(yīng)于PATH消息中的第一個(gè)S2L_SUB_LSP對(duì)象。后續(xù)的sub-LSP與接下來(lái)的S2L_SUB_LSP對(duì)象依次對(duì)應(yīng)，并且被編碼放在SERO中，因此每條后續(xù)的sub-LSP用組合唯一的標(biāo)志。如果某條sub-LSP的路徑與某個(gè)分支LSR相交，則這個(gè)SERO對(duì)象中只包含從該分支ISR到出口LSR的路徑。

　　為了避免具有某些相同跳步(hop)的sub-LSP存在潛在的重復(fù)路徑信息，可以在SERO中使用顯式路由壓縮技術(shù)，這樣不僅可以減小PATH消息的大小，也大大的降低了額外的處理負(fù)擔(dān)。所有的LSR都必須處理與第一個(gè)sub-LSP相對(duì)應(yīng)的ERO，但是對(duì)后續(xù)的sub-LSP的處理順序不作任何規(guī)定。如某個(gè)LSR是相應(yīng)的SERO中的第一跳，則這個(gè)分支LSR必須處理后續(xù)的sub-LSP描述符，并且將相應(yīng)的sub-LSP信息傳送到下游節(jié)點(diǎn)。

　　3.3接枝和剪枝

　　向一個(gè)現(xiàn)存的P2MPLSP中增加出口LSR的操作稱為接枝(Grafting)。接枝操作使其它出口節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)地加入到一個(gè)多播樹(shù)中。主要有兩種接枝方法：

　　(1)通過(guò)向現(xiàn)存的PATH消息中增加sub-LSP，并且刷新整個(gè)PATH消息，PATH消息處理后就會(huì)將此sub-LSP加入到P2MPLSP中，同時(shí)由于PATH消息中的sub-LSP發(fā)生了變化，所以導(dǎo)致ERO壓縮編碼需要重新計(jì)算。

　　(2)通過(guò)增加狀態(tài)更新，即增加一個(gè)新的PATH消息對(duì)新增sub-LSP進(jìn)行信令，這樣其他sub-LSP由于不受影響，所以不用重新進(jìn)行信令。

　　從一個(gè)現(xiàn)存的P2MPLSP中移除出口LSR的操作稱為剪枝(Pruning)。剪枝操作使其它出口節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)地從一棵多播樹(shù)中移除。有兩種剪枝方法：

　　(1)隱式拆除法。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)的RSVP消息處理。按照標(biāo)準(zhǔn)的RSVP消息處理規(guī)則，可以通過(guò)發(fā)送修改的PATH或RESV消息將一條sub-LSP從一個(gè)P2MPTE中刪除。在修改的PATH或RESV消息中必須確保與此次會(huì)話相關(guān)的其它PATH狀態(tài)中不包含將要被拆除的sub-LSP。這種方式下，中間LSR節(jié)點(diǎn)可能必須要產(chǎn)生路徑拆除消息(PathTear)并發(fā)往下游節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)移除一條或多條sub-LSP。

　　(2)顯式拆除法。這種方式需要產(chǎn)生PathTear消息以拆除相關(guān)的Sub-LSP。此PathTear消息會(huì)攜帶與P2MPLSP相應(yīng)的SESSION和發(fā)送者模版(SENDER_TEMPLATE)對(duì)象及相應(yīng)的PATH消息中的標(biāo)志組。當(dāng)采用一條PATH消息進(jìn)行信令的所有出口節(jié)點(diǎn)都要移除時(shí)應(yīng)該采用這種方式，采用其它PATH消息進(jìn)行信令的其它sub-group中的sub-LSP將不受任何影響。此種方式下，向下游節(jié)點(diǎn)傳播PathTear消息的中間LSR必須確保它在PathTear消息中設(shè)置的組的值與被刪除的sub-LSP相對(duì)應(yīng)的PATH消息中的值保持一致。

　　3.4RESV消息的處理

　　出口LSR在產(chǎn)生預(yù)留(RESV)消息時(shí)必須遵循正常的RSVP過(guò)程。RESV消息中攜帶著出口LSR分配的標(biāo)簽，后續(xù)節(jié)點(diǎn)在收到RESV消息后必須從自己的標(biāo)簽庫(kù)中選擇分配標(biāo)簽并且發(fā)往上游。一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在至少收到來(lái)自于下游節(jié)點(diǎn)的一條RESV消息的情況下才能向上游發(fā)送RESV消息，并且如果LSP_ATTRIBUTE對(duì)象中的完整性標(biāo)志位(IntegrityBit)被置1，則只有來(lái)自于所有下游鄰居節(jié)點(diǎn)的RESV消息全部收到后，該節(jié)點(diǎn)才能向上游發(fā)送RESV消息。

　　每個(gè)分支節(jié)點(diǎn)可以為下游節(jié)點(diǎn)向上游發(fā)送一個(gè)RESV消息，但是這樣可能RESV消息太多導(dǎo)致溢出，尤其是當(dāng)分支節(jié)點(diǎn)越靠近入口LSR，RESV消息越多，溢出的可能性越大。為了緩和這個(gè)問(wèn)題，分支節(jié)點(diǎn)可以限制RESV消息的傳送，在此次會(huì)話的上一個(gè)RESV消息傳送完之后的一段時(shí)間才將期間收到的RESV消息進(jìn)行合并，然后發(fā)往上游節(jié)點(diǎn)。

　　4、總結(jié)

　　以ASON和P2MP技術(shù)的結(jié)合為切入點(diǎn)，本文在討論ASON控制面的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)P2MP業(yè)務(wù)的特點(diǎn)和ASON網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)著重探討了基于GMPLSRSVP-TE的ASON多播中信令技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。在ASON這個(gè)熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上開(kāi)展P2MP熱點(diǎn)業(yè)務(wù)，相信這又將會(huì)成為運(yùn)營(yíng)商下一輪的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。