光分组交换与路由技术

9.3.1 光突发交换的概念和特点


2、特点
粒度适中：OBS的粒度介于OCS和OPS之间。将粒 度小的IP包组装成一个大的突发分组送到网络中传 送。 对光器件的要求降低；在交换节点不一定使用光缓 存。 光子技术和电子技术相结合：发挥了光子技术高速 和电子技术灵活的特点。


9.3.1 光突发交换的概念和特点


光分组交换对光子技术要求很高，现今的技 术很难实现，因此光突发交换（OBS）和光 标签交换（OLS）是目前技术水平下实现光 分组交换的可行策略。
9.3
光突变交换技术
9.3.1 光突发交换的概念和特点



1、概念 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，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。
9.1.1 IP over DWDM光网络的演变


2、 IP over OTN
第二代IP over DWDM 系统， OTN 可看做可重构DWDM。由于 OXC节点设备的引入，可实现直通光路，减轻路由负担。通 过适当配置OXC的交叉连接状态，任何一个路由均可与网内 任何其他路由器的任何端口相连，实现路由器间的连接的任 意配置。 根据IP层与OTN层之间的相互关系，这类系统分为三种模型。 即重叠模型、扩张模型、对等模型。
3、突发封装技术
通过有效算法，利用突发长度特性和定时器来共同决定突发长度。
4、QoS支持：
两种方案：1）将OBS突发优先级同IP包优先级对应封装，竞争时高 优先级的通过；2）混合封装，即一个突发中封装多个不同优先级的 IP包，高优先级在前，竞争时丢弃突发尾部。
5、偏置时间的选择 ：
要合理设置偏置缓冲的光纤延迟线。

9.4 光标签交换技术
9.4.1 光标签交换的提出


1、MPLS技术概述 集合IP路由器和ATM交换机的优点，提供第三层的路由控制和第二层交 换转发能力。 即在IP数据包上再加入光标记包头构成光包，通过标准信令和标记分配 协议转发和控制光包，通过各种路由协议建立和保持路由表；当光包到 达节点时，通过识别、分析其包头标记信息，查询路由表，确定其交换 路由、并通过交换路由器将光包传送到需要到达的输出端口。 特点：1）简化转发过程，提高效率。 2）平衡负载。 3）满足QoS。 4）被用来模拟面向连接的操。

光电混合型节点的结构
三部分：输入接口、交换核、输 出接口。输入接口完成光分组读 取和同步功能，同时用光纤分束 器将一小部分光功率分出送入控 制单元，用于完成如光分组头识 别、恢复和净荷定位等功能。光 交换矩阵为经过同步的光分组选 择路由，并解决输出端口竞争。 最后输出接口通过输出同步和再 生模块，降低光分组的相位抖动， 同时完成光分组头的重写和光分 组再生。
与OPS比，核心节点结构不同，传输突发数据的波长不需要光电转换， 节点不一定用光缓存。
9.3.2 光突发交换相关技术 2、OBS网资源预约方式
单向预约方式TAG：无需等待应答。 双向预约方式TAW：所经过的节点全部满足所发请求后应答才能将 突发接入。 JET方式：以上两者之间，可根据优先级决定时延。
9.1.2 光分组交换的现状

1、网络层次的简化
从网络层次来说，目前与光网络的接 口仍主要是面向SDH帧结构，IP等业 务都要经过处理后在进入光网络，目 前一个典型的Internet网络可能会包 括三至四层不同的电子复用和交换层。 如图给出一个典型的多层次网络简化， IP分组包封在FR帧中，有时映射与 ATM信元中，通过SONET网络传输， 众多的层次降低了带宽利用率，增加 时延。此外由于各层间的独立性，一 些业务的复用无法实现。简化后，主 导的IP业务和ATM业务通过光网络业 务节点提供的接口界面直接进入光网 络。


9.2.3 光分组交换网

1、组成
光分组交换网络组成
核心路由由光传 送网互连，边缘 路由 位于两层 边界，IP业务通 过标准的电分组 网络注入到边缘 路由。边缘路由 将IP包装成光包， 由核心路由将光 包发送出去。
9.2.3 光分组交换网
2、光分组交换网的管理 光层和IP电子层的网络管理的有效结合将降 低成本，因此研究和完善光层网络管理，建 立光层和电子层的一体化网络管理系统是必 须要解决的问题。
9.3.3 光突发交换的现状和应用前景 Nhomakorabea
1、现状 从应用角度，突发封装、突发偏置时延的管理、数 据与控制信道的分配、QoS的支持、交换节点光缓 存的配置等问题需要进一步研究。 2、应用前景 对电子技术和光子技术取长避短，很有希望取代当 前的ATM/SDH架构和电子路由的IP骨干网，成为下 一代光子化的Internet骨干网。
采用带外信令方式：数据包和控制包在物理上分离 每个突发包都有一个对应的突发控制包，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。

9.1.1 IP over DWDM光网络的演变

IP over OTN 示意图
9.1.1 IP over DWDM光网络的演变

3、光分组交换 第三代的IP over DWDM系统。光分组交换对数据 速率、数据格式透明，可动态共享、统计复用带宽 资源，极大提高带宽资源利用率，并使网络具有良 好的灵活性。采用高速净荷、低速分组头，解决电 子瓶颈问题，使用MPLS协议，实现流量工程以及 QoS保证，所以光分组交换将是IP over DWDM网 络的最终理想方案。
突发包与控制包传输示意图
9.3.2 光突发交换相关技术

1、网络节点
光突发交换网络结构
OBS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。
光分组交换与 路由技术
9.1 光分组交换的发展与演变
IP技术的发展，不仅对通信网容量提出更高的要求，也使得原有的网络概念发 生改变。当前组网技术正从具有上下光路复用(OADM)和光交叉连接(OXC)功 能的光联网向由光交换技术构成的全光网络发展。
9.1.1 IP over DWDM光网络的演变
随着DWDM(密集波分复用)技术的成熟，将IP业务直接承载于DWDM系统的IP over DWDM 光网络成为理 想选择，基于IP的DWDM光通信网络格局的形成是全球信息化发展的必然结果。 IP over DWDM 光网 络的发展分为三个阶段， IP over 点到点 DWDM 、 IP over OTN、光分组交换。 1、 IP over 点到点 DWDM 被称为BFR模型，此模型中DWDM 系统仅仅作为相邻路由器之间的带宽管道，具有极少的智能功能。缺点： 光网络没有配置能力，不能提供直通光路，路由器必须对到达该节点的所有业务进行电子处理，路由器 的处理速度限制此类系统的发展。这种方式已应用于商用系统中。
9.2.2 光分组交换的关键技术

光分组交换的关键技术有光分组的产生、同步、缓存、再生，光分组头重写及分组交 换网的管理等。 光分组的产生：即在用户信息中加入分组头和保护时间，由边缘交换机完成。分组头 中包含路由信息和控制信息，保护时间指预留的光器件调谐时间，次此时间越长，分 组对准要求越低。 光分组的同步：用固定的关键字与信头字节相比，从而识别信头信息。根据信头信息 选择路由，将分组送至相应的交换输出端。 光分组的缓存：发生竞争时，一个分组被传输，另一个被送入一圈光纤、延迟。 光分组再生： 由于色散、非线性、串扰、噪声积累等使信号劣化限制网络规模，因 此需要对光分组信号进行再生。 光分组头重写：阻塞旧分组头、插入新的分组头，是为了新分组头与载荷具有相同的 波长。 IP层与光层的适配：1）DWDM的极大带宽与现有IP路由的处理能力不匹配；2）信 息拥塞问题。

3、光分组交换控制技术
9.1.3 光分组交换的发展趋势

优点：可升级 灵活 缺点: 成本 缺乏标准 光技术的不成熟 光分组交换技术仍处于不成熟的阶段。但将是交换技术不断 演化道路上的最后一步。 发展趋势： 1、能以更细的粒度快速分配光信道，将成为重要的通信技 术。 2、能极大拓展带宽，提高线路利用率，很有希望的技术， 必将实用化。 3、发展依赖于光电子器件的创新。 4、光突发交换和多协议波长交换（MPLmS）是目前技术水 平下实现光分组交换的可行策略。
9.1.2 光分组交换的现状

2、多种IP分组交换技术共存 虽然光分组交换有着广阔的前景，但由于光子技术 的局限性，短期内光分组交换还无法取代原有的电 分组交换技术，在IP业务暴增的情况下，IP over ATM、 IP over SDH、IP overDWDM都将飞速发展， 下一代的Internet或基于IP的多媒体通信骨干网将是 这三种IP技术的混合体，是一个多协议光互连，不 同协议族可综合应用 ，提供不同规模的带宽和不同 级别的业务。