基于RSVP-TE組播信令協議在ASON中的實現
隨著網絡技術的不斷發展，網絡電視、視頻會議、遠程教學、新聞發布等流媒體業務在應用中變得日益重要。這類業務的特點是,數據在一個組內以一對多或者多對多的形式進行傳輸，并對QoS提出很高的要求.包括時延、抖動、丟包等等。為了更加有效地利用網絡帶寬資源,組播技術被認為是承載上述業務的有效手段。在IP層,已經有許多組播組管理協議(IGMP,MLD)和組播路由協議(PIM-SM,PIM-DM等)被實現并標準化。然而由于IP本身盡力服務的特性。使得IP組播無法提供嚴格的QoS保證.這導致IP組播在如今的Internet中并沒有得到大規模的推廣應用。近幾年來，自動交換光網絡(ASON：Automatic Switched Optical Network)的研究取得了非常大的進展,并且逐漸開始在廣域網和城域網領域得到應用。基于ASON本身光路交換的特性可減少時延、抖動、丟包等的影響，提供更好的OoS支持,L.Sahasrabuddhe等人提出了基于光樹(light-tree)的光層組播以支持大范圍內的點到多點通信[1]。擴展現有的ASON控制平面，使其除了可以支持點到點的連接之外,同時還可以支持點到多點的連接，從而可以有效地利用網絡帶寬。
2 ASON控制平面和RSVP-TE
ASON控制平面是基于通用多協議標記交換(GMPLS：Generalized Multi-Protocol Label Switching)協議體系，并采用流量工程(TE：Traffic Engineering)策略。ASON控制平面主要具備有三種基本功能：資源發現、路由控制、連接管理。資源發現功能負責自動發現網絡中各種可使用資源,在GMPLS框架中由鏈路管理協議實現。路由控制功能負責實現自動拓撲發現并為業務請求進行路由選擇,運營商可以根據不同的TE策略對業務流的路徑進行精確控制,不受基于IGP的最短路徑約束。GMPLS框架中對已有的OSPF/ISIS協議進行了TE擴展以實現路由信息的擴散。連接管理功能負責為業務請求提供端到端的連接服務,用戶可以通過用戶網絡接口(UNI)向ASON發送請求完成包括連接的建立、刪除、修改和查詢等各種操作。目前存在兩種主要的信令協議來實現連接管理：基于約束路由的標記分發協議(CR-LDP：Constraint-based RoutedLabel Distribution Protocol)和基于流量工程擴展的資源預留協議(RSVP-TE：Resource Reservation ProtocolTraffic Engineering)[2,3]。IETF針對這兩種協議都給出了相應的RFC,但都只限于對點到點連接的支持。考慮到目前RSVP-TE得到了更多運營商和設備廠商的支持,我們也將基于RSVP-TE進行相應的組播擴展。RSVP-TE有兩種基本消息類型：Path消息和Resv消息。圖1顯示了一個簡單的點到點標記交換通道(LSP：Label Switching Path)建立的信令過程。當入口標記交換路由器(LSR：Label Switching Router)A接收到一個業務請求后，它根據路由控制模塊計算出來的路由填寫顯示路由對象(ERO：Explicit Route Object)：{B，D，E}，然后將此ERO寫入到一個新建的Path消息中。這個Path消息中還會包含一個會話(SESSION)對象用來全局唯一標識這個LSP所屬的隧道(tunnel)，此對象由出口LSR的地址和隧道標識符組成。當Path消息構建完后,它將沿著指定的路由向下游節點傳送一直到出口LSRE。出口LSR收到Path消息后向上游節點返回Resv消息。收到Resv消息的中間節點將負責填寫記錄路由對象(RRO：Record Route Object)，記錄LSP的實際路由并分配標記。當入口LSR收到Resv消息后,這條點到點的LSP就建立成功了。#p#
3 組播信令協議
為了能在現有的GMPLS框架下支持具有TE能力的點到多點連接，IETF討論了相應的信令需求[4]。與傳統的點到點LSP相比，點到多點LSP除了原有的建立和刪除操作,還增加了嫁接(grafting)和剪枝(Druning)這兩個操作。嫁接操作允許將新的葉子(即出口LSR)動態地加入到一個已經存在的組播樹(即點到多點LSP),而剪枝操作則是從組播樹中動態地將已存在的某些葉子剪除,所有的操作都不能影響組播樹上正在運行的業務。與此同時,擴展后的信令協議必須與GMPLS已有的特性兼容并盡可能重用已存在的協議。基于上述要求.S.Yasukawa等人在RSVP-TE的基礎上做了擴展.引入了次要顯示路由對象(SERO：Secondarv Explicit Route Object)、次要記錄路由對象(SRRO：Secondary Record Route Object)和"子LSP" (S2L sub-LSP)等概念[5]。這個擴展在前不久剛剛成為RFC標準。
用圖2所示的6節點光網絡來闡述整個組播信令流程。與IP組播不同,點到多點LSP并不需要額外的組播組管理協議。這是因為葉子節點的地址直接被包括在請求中,而不像IP組播中僅僅只是使用一個D類地址。所有的組播樹請求都將用一個三元組來表示{T，a，L}，其中T是組播樹的標識符，s是源節點，L是組播樹的葉子集合。當T等于O的時候意味著這是一個組播樹建立請求。例如，源節點A希望建立一個到葉子E和F的組播樹，那么這個請求就被表示為{0，A，{E，F}}。當這顆樹被建立后，它將被分配一個全局唯一的標識符，比如1。請求{1，A，{C1}}和{1，A，{F}}則分別意味著將葉子C嫁接到組播樹1和將葉子F從組播樹1中剪除。如果想刪除整棵樹，只需要將組播樹1的所有葉子都剪除即可，即{1，A，{C，E}}。
3.1 組播樹建立
當源節點收到一個建立請求后，它首先為這棵組播樹計算顯示路由。假設網絡中的每個節點都具有無限制的組播能力,其組播實現可以是通過使用分光器將光信號一分為幾[6]，也可以是將光信號轉換成電信號然后進行復制。這樣就不需要對路由擴散協議進行額外的擴展。為一個組播組計算一棵從一個源節點到若干個葉子的最小代價樹的問題被稱之為Steiner樹問題,眾所周知，這是一個NP-complete問題。我們使用最近節點優先啟發式算法來計算次優的動態點到多點Steiner樹[7]。
當路由被計算好后,組播樹被分解成若干個"子LSP"。在一個Path消息中，除了第一個子LSP被編碼成ERO外,后續的子LSP都將被編碼成SERO。為了減小信令消息的長度，如果某個SERO的部分路由與ERO或前面的SERO發生重疊,那么這部分冗余信息將被移除。例如，請求{0，A，{E，F}】的路由將被分解成2個子LSP,其中從源節點A到葉子E的子LSP的路由被編碼成ERO{B，D，E}，而從源節點A到F的子LSP的路由則被編碼成SERO {D，F}。所有屬于同一個組播樹的子LSP共享一個全局唯一的組播樹標識符。在實際的RSVP-TE消息中。這個標識符由點到多點標識符、隧道標識符、擴展隧道標識符、源節點地址和LSP標識符共同組成。當分枝(branch)節點D收到Path消息后,Path消息被分解成兩個并被分別傳遞給下游節點E和F,每一個Path消息中只包含相應子LSP的SERO。也就是說前者為{E}，而后者為{F}。當收到返回的Resv消息時,為了避免Resv消息的泛濫，分枝節點會等待所有下游節點的Resv消息都到達后再將其合并到一個消息中轉發至上游節點。Resv消息中RRO/SRRO對象的處理與Path消息中的ERO/SERO類似。圖3描述了請求{0，A，{E，F}}的信令實現過程。
3.2 組播樹嫁接
組播樹的嫁接可以有兩種實現方式。第一種是將要嫁接的葉子添加到一個已經存在的Path消息中，然后刷新整個Path消息。例如，請求{1，A，{C}}的實現可以通過類似上一小節中處理請求{0，A，{C，E，F}}的信令過程實現。這種實現方式可能會導致ERO/SERO編碼方案的重新計算。
第二種方式被稱為增量更新。源節點為需要嫁接的葉子生成一個新的Path消息,此Path消息和其他已經存在并屬于同一組播樹的Path消息擁有同樣的組播樹標識符。組播樹的嫁接只涉及對新Path消息的處理,不會影響組播樹中已經存在的其他子LSP。基于這樣可以減少信令消息的開銷以及節點的處理時延，我們的實現中采用的是第二種方式。請求{1，A，{C}}的信令實現過程如圖4所示。
3.3 組播樹剪枝
組播樹的剪枝同樣有兩種實現策略：隱示的和顯示的。隱示剪枝使用標準的RSVP消息處理機制，通過修改原來的Path或Resv消息實現子LSP的刪除。修改過的消息必須包含所有其他未被刪除的子LSP。當使用這種方法的時候，節點在刪除到達相應葉子的數據通道之前必須確保被刪除的子LSP未被包含在任何其他的Path狀態中。顯示剪枝的實現則是基于為每一個Path消息生成一個相對應的PathTear消息。當某個Path消息所對應的所有葉子都需要被剪除的時候，顯示剪枝應當被使用。此外。如果需要刪除整個組播樹時,必須為每一個Path消息建立的子LSP執行顯示剪枝。#p#
4 實驗
圖5顯示了一個用來實現組播信令協議的4節點ASON網絡演示環境。圖中OXC的核心交換矩陣是基于時分交換,交換粒度為一個SDH VC-4，同時支持單播和組播連接。其中，節點2擁有1.28Tb/s嚴格無阻塞交換能力。而節點1、3和4擁有320Gb/s的交換能力。每個節點上都擁有3種板卡，GbE接口和STM-16接口的業務端板卡和STM-64接口的線路端板卡。GbE信號首先被映射到虛級聯VC-4容器中，然后在光網中傳輸。
在演示環境中，所有的節點都在一個控制域中。控制平面的實現是基于GMPLS框架，路由協議是基于OSPF-TE的擴展，信令協議即為進行了組播擴展的RSVP-TE.UNI和NNI也都進行了擴展以支持點到多點的連接。控制平面信息的傳遞是通過一個100M以太網的帶外信道。我們使用Ethereal作為協議分析儀，并對其做了部分修改以支持點到多點連接[8]。業務生成器用于生成以太網業務并校驗組播樹的連通性。我們還擴展了GMPLS的管理信息庫以支持組播連接。通過網絡管理系統，可以觀察到組播樹的路由、帶寬使用率等情況。
首先,為了評估經過擴展后的控制平面與傳統的單播連接的兼容性，分別建立了一條從OXC 1出發的組播樹和單播連接，結果如表1所列。圖6顯示了Ethereal捕獲的組播樹建立的信令消息。在解開的Path消息中,可以發現經過擴展的UNI組播對象。然后,對已存在的連接進行了動態的修改。在第三個測例中,一個葉子被添加到單播連接上并使其變為一棵組播樹。在嫁接和剪枝的操作中，業務生成器在已建立的連接上沒有觀察到丟包的現象。
5 結束語
本文介紹了GMPLS架構下為了支持組播連接做出的各種信令擴展。在由4個具備組播能力的SDH交叉連接機組成的光網絡演示環境中，成功實現了對光組播樹的建立、嫁接、剪枝和刪除等操作，證明了基于RSVP-TE的組播信令協議的有效性和可行性。
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