《光分组交换网络》ppt课件

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1、第5章 光分组交换网络,5.1 概述 1. 光交换技术分类 2. 光突发交换概念出现背景 3. 什么是光突发交换 4. 三种交换方式的对比 5. 交换网络的研究与发展趋势,5.2 OBS的网络结构与实现原理 1. OBS的体系结构 2. OBS节点结构 3. OBS工作原理 4. 偏置时间 5. 突发交换的特点 5.3 突发交换网络的关键技术 1. 组装算法 2. 突发交换网络的资源调度机制 3. 突发交换网络的竞争解决机制,5.4 光突发交换网络的控制协议 1. 控制协议的分类 2. JIT(Just In Time)协议 3. JET(Just Enough Time)协议 5.5 光标记

2、交换网络 1. MPLS概述 2. MPLS发展简史 3. MPLS中的新概念,4. MPLS的意义 5. MPLS的基本原理 6. LSR设备的体系结构 7. 标签结构 8.标签的分配和分发 9. MPLS路由选择 10. 标记分发协议 11. MPLS应用领域 12. MPLS发展前景,5.1 概述 随着DWDM技术的成熟，通信网络的容量越来越大。传输系统容量的增长带来的是对交换系统发展的压力和动力。传输带宽的增加导致信息传输成本的迅速下降，信息交换所花费的成本相对来说占据的比例越来越高，通信网络的交换系统的规模越来越大，运行速率也越来越高，未来的大型交换系统将需要处理总量达几百、上千太比

3、特每秒的信息。为了解决电子瓶颈限制，降低交换成本，研究人员开始在交换系统中引入光子技术，实现光交换。,1. 光交换技术分类 光交换技术是指不经过任何光/电转换，在光域上直接将输入信号交 换到不同的输出端。 （1）按照复用方式的不同，光交换技术可以分为以下几种：,光时分交换技术：在时间轴上将复用光信号的位置（也就是时隙）转换到另一个时间位置（时隙）。 光波分交换技术：波长级的交换，光信号在网络节点上不经过光/电转换，直接将所携带的信息从一个波长转换到另一个波长。 光空分交换技术：是光信息在空间位置上的交换，根据需要在两个或多个点之间建立物理通道。 光码分交换技术：不同用户用一个唯一的正交码标识，

4、接收时只要用与发送方向相同的码序列进行相关接收，就可以恢复源用户信息。,（2）未来的光网络要求支持多粒度的业务，业务的多样性使用户对带宽有不同的需求。按照这一要求，光交换技术又可以分为： 光路交换(OCS：Optical Packet Swithing)技术：在光子层面的最小交换单元是一个波长通道上的业务流量。这种交换是以波长为量级的。 光分组交换(OBS：Optical Burst Switching)技术：以光分组（包）作为最小交换颗粒的交换方式。 光突发交换（OBS：Optical Burst Switching）技术：数据分组和控制分组都是分开传送，采用单向资源预留机制，以光突发包作为

5、最小交换单元。 光标记交换(OMPLS：Optical Multi-Protocol Label Switching)技术：多协议标签交换(MPLS）技术与光网络技术相结合。,2. 光突发交换概念出现背景 光突发交换的概念来源于电域的突发交换。突发交换早在1980年代初期就已出现，主要用来传递话音业务，它实际上是具有可变长度的快速分组交换。 近年来随着光纤通信技术的突飞猛进和Internet业务的爆炸式增长，一个深刻的变化是信息传送速率的增长大大超过处理能力的增长，如果依然按照旧式的分组方法来处理，网络处理设备会长期处于过载状态，无法满足用户的业务需求。 1990年代后期，光突发交换的概念出现

6、，并引起越来越多的关注。相对于分组交换，光突发交换提高了处理粒度，同时免去分组交换中逐一处理分组头的麻烦。从而有效提高网络的交换处理能力。,3. 什么是光突发交换 在OBS网络中，基本交换单位是突发(burst)。突发是由相同的出口边缘路由器地址，以及相同的服务质量(QoS)要求的IP分组组成。突发是光突发交换网中的基本交换单元，突发有两种类型，分别是： 控制分组包(BCP，Burst Control Packet)，又称为突发控制包，作用相当于分组交换中的分组头； 突发数据包(BDP，Burst Data Packet)，也称为突发数据包，简称突发包，相当于分组交换中的净荷。 在OBS网络中

7、，突发数据和控制分组在物理信道上是分离的，每个控制分组对应于一个突发数据，这也是光突发交换的核心设计思想。,将控制分组和突发数据分离的意义在于控制分组可以先于突发数据传输，以弥补控制分组在交换节点的处理过程中O/E/O变换及电处理造成的时延。控制分组的作用是通知沿途经过的节点，随后将会有一个突发数据到达，需要这些节点预留资源对突发数据进行转发。 而随后发出的突发数据包，通过预先由控制分组配置好的链路，进行全光交换透明传输，途径的中间节点不需要进行任何的识别或者其他相关处理，只需要按照预先配置好的方案进行波长变换或者延迟。这样就降低了对光缓存器的需求。虽然控制分组需要O/E/O转换，但是因为控制

8、分组的大小远小于突发包大小，需要O/E/O变换和电处理的数据大为减小，缩短了处理时延，显著提高了交换速度。,4. 三种交换方式的对比 研究得最多最成熟的是光路交换，也是目前光网络普遍采用的交换机制。这种机制相对简单，技术成熟，易于实现。但是建立和拆除一条通道需要一定的时间，当连接保持时间比较短时，将导致信道的利用率变差。因此，它不适合于持续增长且变化无常的因特网流量。 光分组交换技术是一种不面向连接的交换方式，目的是直接在光层上实现分组交换，能实现统计复用，带宽利用率较高，适合于传输类似IP的突发数据，因此，OPS是一种未来发展前景良好的先进技术。 但是也存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光

9、缓存器技术还不成熟；二是在OPS交换节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。,OBS结合了光电路交换和光分组交换的优势，同时避免了它们的缺点。具有延时小(单向预留)，带宽利用率(统计复用)高，交换灵活、数据透明、交换容量大(电控光交换)等特点，可以达到Tb/s级的交换容量，甚至Pb/s量级。因此，OBS网络主要应用于不断发展的大型城域网和广域网，它可以支持传统业务，也可以支持未来具有较高突发性和多样性的业务，如数据文件传输、网页浏览、视频点播、视频会议等业务。,5. 交换网络的研究与发展趋势 IP将承载包括语音、图像、数据在内的多种多种业务，构成未来信息网络的基础。因此，如何构建能够有效支持I

10、P业务的下一代光网络已经成为人们广泛关注的热点问题。 与传统的业务类型相比，IP业务具有明显的自相似性、收发数据不对称性和服务器拥塞等特点，因此对承载IP业务的光网络来讲，面临的主要问题不仅仅是要求大容量和宽带接入，还需要光层能够提供更高的智能性和在光节点上实现面向业务的光交换。通过光层和IP层的适配和融合，建立一个经济高效、扩展灵活和支持业务QoS的光网络，满足IP业务对信息传输和交换的要求。 随着IP业务需求的刺激和技术的发展，光突发交换和光分组交换技术逐步得到发展，最终将会建成分组交换的全光通信网。,光交换网络演变与发展趋势,5.2 OBS的网络结构与实现原理 1. OBS的体系结构 O

11、BS网络由处于网络边缘的边缘节点、位于网络中心的核心节点以及WDM链路等组成。入口处的边缘节点按照数据包的目的地址和服务等级（CoS）等信息，对数据包进行分类、缓存和封装，组成若干个突发包，并为每一个突发包产生一个突发控制包BCP，然后发送给与其最相邻的OBS核心节点。核心节点根据BCP的路由信息，对随后到达的突发数据包进行交换处理。 在网络的出口处，边缘节点将突发包拆卸，把封装到突发包里面的的各个IP数据包恢复出来，再根据每个IP包的分组头信息，将其发送到相应的子网或者终端用户。 从这个过程可以看出来，OBS技术给中间的核心网络减轻了负担。,光突发交换网络结构,每个突发包都有一个对应的突发控

12、制包，突发控制包的传送使用的与突发包不同的光信道，突发控制包先出发，突发包随后出发，两种包出发的间隔时间之差称为偏置时间。源节点需要设置偏置时间的大小，偏置时间对交换性能有重要影响，通过设置恰当的时间间隔，可以保证一定的QoS并且不需要光存储和光同步。,BDP与BCP传输示意图,突发控制包中包含突发包传输交换所需要的控制信息，比如突发包的长度、偏置时间等等。BCP在中间节点需要进行光电转换，在电域内进行路由判断，保证突发包在偏置时间内完全在光域内完成传输和交换。,突发包控制包(BCP)的结构,2. OBS节点结构 OBS节点分为两种： 边缘节点； 核心节点。 边缘节点负责BDP的分类、组装和拆

13、卸，可提供各类业务接口，核心节点的任务是完成BDP的转发与交换。边缘节点的功能又分为两种： 入口边缘节点功能； 出口边缘节点功能。 （1）边缘节点 在入口边缘节点，边缘节点根据输入IP流的特性来决定突发包的大小和偏置时间。 在出口边缘节点，对突发包进行拆卸，BDP被拆分成多个IP包。如果需要，在出口边缘节点还要进行重排序和出错重传处理。,在IP层和WDM光层之间是媒介接入控制(MAC)层。入口边缘节点MAC层完成IP分组的组装，形成BDP，计算BDP和对应BCP之间的偏置时间，并将含此偏置时间的BCP发送到光层控制信道，然后在偏置时间后送出相应的BDP。,OBS边缘节点功能结构,（2）核心节点

14、 OBS核心节点的功能结构：入口、出口光纤数均为n，每根光纤支持的波长数为k+1，其中一个波长用于传输BCP，另外k个波长用于传输BDP。用于传输BCP的波长在网络中间节点需要进行O/E/O转换，在电域内进行路由表查找、对光交换矩阵进行控制等操作。而对于传输BDP的波长信道来说，不需要O/E/O转换，整个交换和传输在光域内完成，保证了数据传输的透明性。 中间节点只需要对少量波长进行O/E/O转换，可以有效消除电子瓶颈限制。光交换矩阵前的光纤延迟线（FDL）是可选的，用于对BDP进行适当延迟，起到光缓存的作用。通过设置适当的偏置时间，可以减少甚至取消对光纤延长线的需求。不过。使用FDL可以减少冲

15、突。,OBS核心节点功能结构,3. OBS工作原理 在一般的突发交换网络中，一个波长则用作控制包的传输，而其他所有波长用于突发包传输。网络中的基本交换单位是突发数据包，其长度是可变的。突发数据包由多个IP分组、ATM信元或者HDTV帧组成，这些分组、信元或者数据帧都指向相同的出口边缘节点，并且具有相同的QoS要求。 传送突发数据包之前，需要在控制信道提前发送相应的突发控制包，BCP中携带了对应的突发包的相关信息，包括偏置时间的大小、突发包的长度、优先级、目的节点等等。BCP的目的是通知到目的节点和沿途的中间节点：在一定时间(偏置时间)后，即将有一个突发包到达，并请预留资源。这样，中间节点和目的

16、节点就会根据BCP中的控制信息，进行路由判决、交换结构配置等操作，并在突发包持续的时间内，将突发包传送到相应的端口和波长。,BCP中的控制信息一般通过电域处理(为了减少处理时间，也可以在光域处理)，而突发包不需经过光/电、电/光转换和电路由器转发，直接在端到端的透明数据信道中传输。 在突发交换中，源节点不需要等待目的节点的确认，不管中间节点和目的节点有没有留出合适的资源，源节点在发送BCP一段时间后，立即发送突发包。这一段时间间隔称为偏置时间，它是指BCP的第1比特时间与突发包的第1比特时间之差。 数据信道与控制信道的隔离简化了对突发包交换的处理，并且BCP长度很短，能够实现高速处理。同时，由于BCP和突发包是通过BCP中含有的时延信息相联系的，传输过程中可以根据链路的实际状况，对BCP进行光/电变换后，对其中的控制信息作相应的调整。BCP和BDP都不需要光同步。 突发交换网络充分发挥了现行的光子技术和电子技术的特长，吸收了光路交换和分组交换的优点，并且实现成本相对较低。,4. 偏置时间 偏置时间的设置目前主要有3种方案： （1）无预留： 在发送BCP后，立即发送突发包。偏置时间就等