新一代互联网技术 第四章第四章 光网络光网络主要内容主要内容n概述概述n网络与控制模型网络与控制模型n路由和波长分配路由和波长分配n虚拓扑设计和业务量疏导虚拓扑设计和业务量疏导n网络容错与生存性机制网络容错与生存性机制 4.1 基本概念基本概念4.1 基本概念n针对通信网传输能力不足针对通信网传输能力不足铺设更多光纤铺设更多光纤波分复用波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）nWDM在发送端通过复用器将两种或多种不同频率在发送端通过复用器将两种或多种不同频率（波长）的光载波信号复合在一起并耦合到同（波长）的光载波信号复合在一起并耦合到同一根光纤中进行传输一根光纤中进行传输接收端通过解复用器将各种不同频率的光载波接收端通过解复用器将各种不同频率的光载波信号分离，然后再由光接收机作进一步处理以信号分离，然后再由光接收机作进一步处理以恢复原始信号恢复原始信号WDM工作原理示意图4.1 基本概念n密集波分复用密集波分复用DWDM（Dense WDM）信道间隔较小信道间隔较小可以实现波长间隔为纳米级甚至零点几个纳米级的复用可以实现波长间隔为纳米级甚至零点几个纳米级的复用大容量超大容量主干网大容量超大容量主干网4.1 基本概念n稀疏波分复用稀疏波分复用CWDM（Coarse WDM）载波通道间距较宽载波通道间距较宽一根光纤上通常复用一根光纤上通常复用2到到16个波长个波长 CWDM系统在提供一定数量的波长和系统在提供一定数量的波长和100公里以内的传公里以内的传输距离时，系统成本低（只有输距离时，系统成本低（只有DWDM系统的系统的30%），），非常适合城域网非常适合城域网nWDM在单纤波长信道数、单波长传输速率、全光在单纤波长信道数、单波长传输速率、全光传输距离均取得巨大突破，已经成为最佳的网络传输距离均取得巨大突破，已经成为最佳的网络扩容方式之一，得到广泛应用扩容方式之一，得到广泛应用4.1 基本概念n发展趋势发展趋势从点到点从点到点WDM传输链路向光传送网（传输链路向光传送网（Optical Transport Network, OTN）发展）发展n多波长光交换网络多波长光交换网络n波长路由光网络波长路由光网络n全光网（全光网（all optical network）信号只在进出网络时才进行电光和光电转换，信号只在进出网络时才进行电光和光电转换，而在网络中传输和交换的过程中信号始终以而在网络中传输和交换的过程中信号始终以光的形式存在光的形式存在4.1 基本概念n发展趋势发展趋势从点到点从点到点WDM传输链路向光传送网（传输链路向光传送网（Optical Transport Network, OTN）发展）发展n不同颗粒度的交换技术不同颗粒度的交换技术光分组交换（光分组交换（Optical Packet Switching，OPS）以光分组作为最小的交换颗粒，数据包由固定长度以光分组作为最小的交换颗粒，数据包由固定长度分组头部、有效载荷和保护时间等部分组成分组头部、有效载荷和保护时间等部分组成光缓冲区如何实现？光纤延迟线？光缓冲区如何实现？光纤延迟线？光突发交换光突发交换（Optical Burst Switching，OBS）突发可以看成是由一些具有相同出口边缘节点地址突发可以看成是由一些具有相同出口边缘节点地址和相同和相同QoS要求的数据分组组成的超长数据分组要求的数据分组组成的超长数据分组 4.1 基本概念n发展趋势发展趋势从点到点从点到点WDM传输链路向光传送网（传输链路向光传送网（Optical Transport Network, OTN）发展）发展n不同颗粒度的交换技术不同颗粒度的交换技术波长交换波长交换波带交换（波带交换（waveband switching）把多个波长组成波带进行交换，每个波带只占用把多个波长组成波带进行交换，每个波带只占用一个端口一个端口 光纤交换光纤交换光缆交换光缆交换4.1 基本概念n发展趋势发展趋势从环网（从环网（Ring）向网状（）向网状（Mesh）网演进）网演进从静态联网向智能动态联网发展从静态联网向智能动态联网发展n自动交换传送网（自动交换传送网（Automatic Switched Transport Networks, ASTN）n自动交换光网络（自动交换光网络（Automatic Switched Optical Network, ASON）按需建立、使用和拆除光路光树按需建立、使用和拆除光路光树管理并按需分配带宽管理并按需分配带宽支持支持QoS自动保护与恢复自动保护与恢复4.2 网络与控制模型4.2 网络与控制模型n网络模型网络模型叠加模型叠加模型n客户服务器模型客户服务器模型n两个独立的控制平面，分别两个独立的控制平面，分别在客户层和光层在客户层和光层n客户层和光层控制分离，独客户层和光层控制分离，独立运行，彼此之间不交换路立运行，彼此之间不交换路由信息由信息n客户层只能看到光层提供的客户层只能看到光层提供的光通道，看不到光网络内部光通道，看不到光网络内部拓扑结构，通过拓扑结构，通过UNI（User Network Interface）向光层）向光层申请光通道申请光通道n光层控制智能在本层独立实光层控制智能在本层独立实施，向客户层提供通用传送施，向客户层提供通用传送平台平台4.2 网络与控制模型n网络模型网络模型对等模型对等模型n客户层和光层看作一客户层和光层看作一个整体，控制面跨两个整体，控制面跨两层，客户层可以看到层，客户层可以看到光层内部结构光层内部结构n两层节点作为对等互两层节点作为对等互通的路由器，运行同通的路由器，运行同样的路由和信令协议样的路由和信令协议n可以实施集成的网络可以实施集成的网络管理和流量工程管理和流量工程4.2 网络与控制模型n网络模型网络模型增强模型增强模型n客户层和光层控制平面分离，运行各自的路由和信令协议客户层和光层控制平面分离，运行各自的路由和信令协议n通过标准协议在通过标准协议在UNI上交换路由信息上交换路由信息三种模型的比较三种模型的比较n叠加模型的路由等功能重叠，效率低，开销大，但各层独叠加模型的路由等功能重叠，效率低，开销大，但各层独立运行，互不影响，适合当前网络建设与运维实际立运行，互不影响，适合当前网络建设与运维实际n对等模型的功能集成，效率高，开销小，但需要集客户层对等模型的功能集成，效率高，开销小，但需要集客户层和光层于一体，通常需要跨越不同管理域，在实际中推广和光层于一体，通常需要跨越不同管理域，在实际中推广阻力大阻力大n增强模型试图在叠加模型和对等模型之间折中增强模型试图在叠加模型和对等模型之间折中4.2 网络与控制模型n网元网元光纤光纤n多模光纤多模光纤n单模光纤单模光纤4.2 网络与控制模型网元网元n光纤耦合器光纤耦合器使分支光纤合成主光纤（合路）或使光从主光纤进入分支使分支光纤合成主光纤（合路）或使光从主光纤进入分支光纤（分路）的器件光纤（分路）的器件无源光纤耦合器在重新分配光信号功率时不使用光电转换无源光纤耦合器在重新分配光信号功率时不使用光电转换有源光纤耦合器是具有合路或分路功能的电设备，需在主有源光纤耦合器是具有合路或分路功能的电设备，需在主光纤的两端配备光纤探测器和光源光纤的两端配备光纤探测器和光源分路器将主光纤上的光信号进行光功率分配（分光），在分路器将主光纤上的光信号进行光功率分配（分光），在主光纤的输出端分出两条或者更多条分支光纤主光纤的输出端分出两条或者更多条分支光纤4.2 网络与控制模型网元网元光放大器光放大器掺掺X光纤放大器光纤放大器掺入能够放大光信号的稀有元素掺入能够放大光信号的稀有元素掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器n半导体光放大器半导体光放大器法布里珀罗谐振腔结构法布里珀罗谐振腔结构行波放大器结构行波放大器结构 4.2 网络与控制模型n网元网元波长路由器波长路由器n固定波长路由器固定波长路由器由解复用单元和复用单元组成由解复用单元和复用单元组成4.2 网络与控制模型n网元网元波长路由器波长路由器n可重配置波长路由器可重配置波长路由器在解复用单元和复用单元之间加入了交换单元在解复用单元和复用单元之间加入了交换单元4.2 网络与控制模型网元网元n波长变换器波长变换器光电光波长变换器光电光波长变换器全光波长变换器（全光波长变换器（All Optical Wavelength Converter, AOWC）光光/ /电电/ /光波长变换器光波长变换器4.2 网络与控制模型交叉增益调制（交叉增益调制（XGM）模式的半导体光放大器全光波长变换器（）模式的半导体光放大器全光波长变换器（SOA-AOWC） 网元网元n波长变换器波长变换器光电光波长变换器光电光波长变换器全光波长变换器（全光波长变换器（All Optical Wavelength Converter, AOWC）4.2 网络与控制模型网元网元n光分插复用器（光分插复用器（Optical Add-Drop Multiplexer，OADM）选定有本地业务的波长上下路，其它波长无阻塞选定有本地业务的波长上下路，其它波长无阻塞通过通过固定固定OADM可重配置可重配置OADM部分可重配置部分可重配置全可重配置全可重配置4.2 网络与控制模型波长选择型波长选择型结构的可重配置结构的可重配置OADM4.2 网络与控制模型广播型广播型可重配置可重配置OADM4.2 网络与控制模型网元网元n光交叉连接器（光交叉连接器（Optical-cross Connect, OXC）光电光型光电光型全光型全光型波长（波带）交叉连接或光子交换波长（波带）交叉连接或光子交换光电混合型光电混合型4.2 网络与控制模型光电光型光电光型4.2 网络与控制模型全光型全光型4.2 网络与控制模型混合型混合型4.2 网络与控制模型n控制模型控制模型通用多协议标签交换（通用多协议标签交换（Generalized MPLS, GMPLS）ASON4.2 网络与控制模型nGMPLSIP网和光网络的无缝融合是未来网络发展趋势网和光网络的无缝融合是未来网络发展趋势GMPLS是是MPLS向光网络的扩展，用统一的控向光网络的扩展，用统一的控制平面管理多种基于不同技术组建的网络制平面管理多种基于不同技术组建的网络GMPLS标签除了能够标记传统的数据分组外，标签除了能够标记传统的数据分组外，还可以标记还可以标记TDM时隙、波长、波带、光纤等，时隙、波长、波带、光纤等，即可以标记多粒度的数据即可以标记多粒度的数据4.2 网络与控制模型nGMPLS层次化交换接口层次化交换接口n分组（分组（ IP ）n时隙时隙n波长波带波长波带n光纤光纤4.2 网络与控制模型nGMPLS层次化层次化LSP即即LSP分级分级n在在MPLS网络中，网络中，LSP是电通道，可以进行是电通道，可以进行连续颗粒度带宽分配，资源利用率高连续颗粒度带宽分配，资源利用率高n在光网络中，在光网络中，LSP是光通道，波长带宽颗粒是光通道，波长带宽颗粒度粗，导致资源利用率低度粗，导致资源利用率低n把多条低带宽把多条低带宽LSP映射到一条高带宽光通道映射到一条高带宽光通道疏导疏导4.2 网络与控制模型nGMPLS层次化层次化LSP即即LSP分级分级nLSP隧道隧道允许具有相同入口节点的一批允许具有相同入口节点的一批LSP在隧在隧道口处汇集，透明穿过高层隧道，到隧道道口处汇集，透明穿过高层隧道，到隧道出口处分离，再按照原来路径转发出口处分离，再按照原来路径转发要求每条要求每条LSP的起始点和结束点都必须的起始点和结束点都必须在相同接口类型设备上且在每一方向上都在相同接口类型设备上且在每一方向上都必须共享公共属性必须共享公共属性4.2 网络与控制模型层次化层次化LSPLSP4.2 网络与控制模型nGMPLS双向双向LSPn在在MPLS中，双向中，双向LSP的建立是通过分别建立两个单的建立是通过分别建立两个单向的向的LSP实现的实现的nGMPLS定义了双向定义了双向LSP在上行和下行数据通路中采用同