PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)機制研究

劉 樸，丁明吉,鞠 濤，李和璋，羅青松，覃 波

（中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林541004）

PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)機制研究

劉 樸，丁明吉,鞠 濤，李和璋，羅青松，覃 波

（中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林541004）

針對現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)特殊地理環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)受損后恢復(fù)時間久、無法快速恢復(fù)數(shù)據(jù)面業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力的特點，提出基于網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)實現(xiàn)機制。

快速恢復(fù)；業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)；標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表；標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議

0 引言

在通信網(wǎng)業(yè)務(wù)逐漸IP化的發(fā)展趨勢下，以數(shù)據(jù)包為基本單元進行數(shù)據(jù)傳輸和交換的方式將占據(jù)統(tǒng)治地位。隨著IP、MPLS網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)TDM技術(shù)的結(jié)合，分組傳送網(wǎng)（PTN）應(yīng)運而生。PTN技術(shù)是光傳送網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域近幾年研究和應(yīng)用的熱點，它集成了靈活性、可擴展性、統(tǒng)計復(fù)用等分組特性和網(wǎng)絡(luò)端到端OAM及保護、面向連接、QoS和定時同步等傳送特性[1]。目前PTN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模地投入實際運營，在一般情況下如果網(wǎng)絡(luò)受損，其設(shè)計的恢復(fù)反應(yīng)時間可以滿足正常條件下應(yīng)用需要，通常是利用控制面或者管理面，以及相關(guān)協(xié)議逐步重建其標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成轉(zhuǎn)發(fā)能力。然而在特殊地理環(huán)境下，例如PTN網(wǎng)絡(luò)嚴重受損或者地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，原有節(jié)點設(shè)備嚴重損壞時，替換設(shè)備按現(xiàn)有技術(shù)需要逐步重新建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成轉(zhuǎn)發(fā)能力的時間過長，導(dǎo)致時間上的延誤，在緊急情況下可能導(dǎo)致信息無法及時傳遞，造成嚴重后果。因此，網(wǎng)絡(luò)受損發(fā)生后，替換節(jié)點能快速建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，及時且最大限度地恢復(fù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而使其數(shù)據(jù)面上的基本傳送功能快速恢復(fù)有著現(xiàn)實的技術(shù)需求。

1 網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表技術(shù)原理

PTN傳送業(yè)務(wù)是以成幀的形式進行的，PTN傳送的幀有數(shù)據(jù)幀和OAM幀。光群路口為網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口(NNI)，光纖里傳送的是標(biāo)準的以太網(wǎng)幀，在不同節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)幀時要進行標(biāo)簽更改，對應(yīng)TMP和TMC標(biāo)簽域數(shù)據(jù)取值的更換，實現(xiàn)業(yè)務(wù)交叉連接和分組交換。PTN業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表1所示，目的地址(DA)是下一跳接口地址或廣播地址，源地址(SA)是本地接口地址，CRC是循環(huán)冗余校驗，凈荷字節(jié)數(shù)N由用戶根據(jù)所處理業(yè)務(wù)類型的不同自定義確定。

表1 PTN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

表1中數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的TMP標(biāo)簽域和TMC標(biāo)簽域結(jié)構(gòu)，分別如表2、表3所示。表2中的TMP label為TMP層轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記標(biāo)簽,表示端到端的邏輯連接特性，等效于MPLS的隧道層；EXP是優(yōu)先級標(biāo)記字段，映射客戶信號優(yōu)先級，保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量等級（QoS）；S比特是標(biāo)簽的棧底標(biāo)識，取值為1時標(biāo)記標(biāo)簽棧底部；TTL表示生存時間，其取值為1或管理實體組的終端節(jié)點(MEP)到指定管理實體組的中間節(jié)點(MIP)跳數(shù)加1。同理，表3中的TMC label是TMC層轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記標(biāo)簽，表示業(yè)務(wù)的特性，比如連接類型、拓撲類型（點到點、點到多點、多點到多點）及業(yè)務(wù)類型等，等效于PWE3偽線層（或虛電路層），EXP、S比特以及TTL等其它部分的含義與表2一致。對于數(shù)據(jù)幀，TMP label和TMC label表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的指針，占20比特，其中0～15的取值是保留的，不同設(shè)備廠家可自行配置從16開始的取值。因此，收到PTN數(shù)據(jù)后，先判定TMP label和TMC label的取值，若取值大于15，則能夠認定其為數(shù)據(jù)幀。

表2 TMP標(biāo)簽域結(jié)構(gòu)

表3 TMC標(biāo)簽域結(jié)構(gòu)

在PTN網(wǎng)絡(luò)正常工作時，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都會建立起各自的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，該轉(zhuǎn)發(fā)表信息主要包含目的地址(DA)分別與不同取值的TMP標(biāo)簽域、TMC標(biāo)簽域?qū)?yīng)關(guān)系，通過查詢該表能夠明確網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過本節(jié)點不同業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑。

網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表是指PTN網(wǎng)絡(luò)正常工作時在控制面或者管理面的作用下，將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點形成的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息備份到與其相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)所在環(huán)境發(fā)生劇烈變化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點嚴重損毀時，其標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息并不會丟失，而是留存在相鄰節(jié)點中，替換節(jié)點可以向相鄰節(jié)點請求存儲的來自被替換損毀節(jié)點的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，從而快速建立起自己的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表。同時，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中設(shè)置定時器，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定期與相鄰節(jié)點交換標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，保證與該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相鄰的節(jié)點中備份了該節(jié)點最新的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息。

圖1給出了一個7個節(jié)點PTN網(wǎng)絡(luò)的連接拓撲圖，以節(jié)點G為例介紹在PTN網(wǎng)絡(luò)中存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的大致流程。網(wǎng)絡(luò)正常工作情況下，在控制平面以及相關(guān)協(xié)議的作用下，每一個節(jié)點都會逐步產(chǎn)生自己的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息。如節(jié)點G，會按照目前PTN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準，與上下游節(jié)點協(xié)商，形成自身的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表。節(jié)點G在形成標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表后，通過擴展的LDP[2]協(xié)議與其相鄰的節(jié)點A、節(jié)點E、節(jié)點F進行信令交互，協(xié)商必要的參數(shù)信息，為在這3個相鄰節(jié)點中存儲備份節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息做準備。

圖1 PTN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表存儲網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

PTN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點采用擴展的LDP協(xié)議進行信令交互，其流程如圖2所示，具體步驟如下：

圖2 標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息網(wǎng)絡(luò)存儲實現(xiàn)流程圖

①通過發(fā)送Discovery[3]（發(fā)現(xiàn)）消息，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點G確認相鄰節(jié)點F是其直連鄰居對等節(jié)點，節(jié)點G與節(jié)點F進行常規(guī)參數(shù)協(xié)商，如標(biāo)簽分發(fā)方式的協(xié)商等。

②節(jié)點G向節(jié)點F詢問其設(shè)備中用于存儲備份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息的剩余存儲空間的大小λF。

③節(jié)點F響應(yīng)節(jié)點G的請求，返回參數(shù)值λF。

④節(jié)點G收到λF，將λF與相應(yīng)的條件進行比較判斷。這里相應(yīng)的條件是指，由于節(jié)點G也會與其它兩個鄰居節(jié)點A、節(jié)點E進行同樣的信令過程，經(jīng)過上述步驟①、②、③后，節(jié)點G得到參數(shù)值λA和λE。節(jié)點G將以上所得的三個參數(shù)值與存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表相關(guān)信息所需的存儲空間的大小進行比較，選擇大于存儲需求的那些參數(shù)值。假定λA和λF符合大于存儲需求的條件，那么節(jié)點G就會與節(jié)點A和節(jié)點F接著執(zhí)行⑤～⑦的流程，而節(jié)點G與節(jié)點E的信令過程則會直接跳轉(zhuǎn)到⑦結(jié)束流程。

⑤在第4步判斷的基礎(chǔ)上，節(jié)點G向節(jié)點F請求預(yù)留存儲自身標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息所需的存儲資源，并分配發(fā)送這些信息所要使用的標(biāo)簽值。

⑥節(jié)點F響應(yīng)請求，為節(jié)點G預(yù)留出所需的存儲空間，并為節(jié)點G分配標(biāo)簽LF（同樣的，節(jié)點A響應(yīng)節(jié)點G的請求，為節(jié)點G預(yù)留出所需的存儲空間，分配標(biāo)簽LA）。

⑦節(jié)點A和節(jié)點F備份存儲節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，會話結(jié)束，連接拆除。

2 基于網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)實現(xiàn)方案

在特殊情況下，比如自然災(zāi)害發(fā)生后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點G嚴重損毀，新的替換節(jié)點設(shè)備R接入網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)必要的初始化之后，替換節(jié)點R通過擴展的LDP協(xié)議與其相鄰的節(jié)點A、節(jié)點F以及節(jié)點E進行信令交互。圖3描述了快速重建節(jié)點標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表階段，替換節(jié)點R與相鄰節(jié)點F通過擴展的LDP協(xié)議進行信令交互的過程。同樣地，信令交互在節(jié)點R與節(jié)點A、節(jié)點R與節(jié)點E之間也在同時進行。以節(jié)點F為例，這一擴展的LDP協(xié)議過程包括以下步驟：

圖3 替換節(jié)點獲取標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表實現(xiàn)流程圖

①通過發(fā)送Discovery（發(fā)現(xiàn)）消息，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點R確認相鄰節(jié)點F是其直連鄰居對等節(jié)點；進行常規(guī)參數(shù)的協(xié)商，如標(biāo)簽分發(fā)方式的協(xié)商等。

②節(jié)點R詢問節(jié)點F是否備份了被替換的損毀節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息。

③節(jié)點F通告節(jié)點R當(dāng)前節(jié)點F存儲空間中的備份情況。

④根據(jù)步驟③，節(jié)點R做出判斷，從而知道節(jié)點F存儲了原節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，于是接著執(zhí)行⑤～⑦的流程；類似地，節(jié)點R通過與節(jié)點A、節(jié)點E進行信令交互，知道節(jié)點A存儲了原節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，接著執(zhí)行⑤～⑦的流程；節(jié)點E沒有備份原節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，直接跳轉(zhuǎn)到⑦結(jié)束流程。

⑤節(jié)點R向節(jié)點F請求備份的被替換損毀節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，并申請轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽。

⑥節(jié)點F接受請求并分配轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽。

⑦節(jié)點R接收從節(jié)點F轉(zhuǎn)發(fā)的原節(jié)點G存儲的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，同時節(jié)點R接收從節(jié)點A轉(zhuǎn)發(fā)的原節(jié)點G存儲的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，會話結(jié)束，連接拆除。

在圖3所示流程的第7個步驟中，節(jié)點A、節(jié)點F分別將節(jié)點R請求的被替換損毀節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息以及這些信息存儲備份的時間封裝成數(shù)據(jù)包，打上節(jié)點A、節(jié)點F為這些數(shù)據(jù)包分配的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽，發(fā)送到替換節(jié)點R，如圖4所示。節(jié)點R收到這些數(shù)據(jù)包后進行數(shù)據(jù)解封裝，payload中包含的數(shù)據(jù)即為節(jié)點A和節(jié)點F備份的被替換損毀節(jié)點G的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，然后比較兩份數(shù)據(jù)的備份時間（time），選擇存儲備份時間離當(dāng)前時刻最近的那份標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表來重構(gòu)節(jié)點R自己的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表信息，從而到達快速重建標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表，形成業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力的目的。

圖4 PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表快速恢復(fù)實現(xiàn)圖

3 結(jié)束語

與現(xiàn)有的PTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點受損恢復(fù)實現(xiàn)機制相比，本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力快速恢復(fù)實現(xiàn)方案具有業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能力恢復(fù)時間短、對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改動小、技術(shù)實現(xiàn)難度低的優(yōu)點，能提高PTN網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境條件適應(yīng)性，滿足特殊地理環(huán)境下的通信服務(wù)需求。在PTN網(wǎng)絡(luò)中推廣使用該技術(shù)將極大提高全網(wǎng)在各種地理環(huán)境下的服務(wù)水平，充分發(fā)揮PTN產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的助推作用。

[1]丁明吉，張明宇.基于PTN的多路徑傳輸連接建立機制研究[J].光通信技術(shù)，2013，37(9):28-31.

[2]AWDUCHE D,BERGER L,GAN D,et al.RSVP-TE：Extensions to RSVP for LSP tunnels[S].RFC3209,2001.

[3]BERGER L.Generalized multi-protocol label switching(GMPLS)signaling resource reservation protocol-traffic engineering（RSVP-TE)extensions[S].RFC3473,2003.

Research on fast recovery mechanism of traffic forwarding ability based on PTN network

LIU Pu,DING Ming-ji,JU Tao,LI He-zhang,LUO Qing-song,QIN Bo
(No.34th Research Institute of CETC,Guilin Guangxi 541004,China)

For damage to the special geographical environment of the existing PTN network leads to long network recovery time,and can not quickly recover data plane forwarding ability,the paper proposes fast recovery implementation mechanism for traffic forwarding capability based on network storage label forwarding table.

fast recovery,traffic forwarding,label forwarding tables,label distribution protocol

TN929.11

A

1002-5561（2016）03-0009-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.03.003

2015-11-26。

劉樸（1963-），男，工程師，主要從事通信工程、光通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)等方面的工作。