（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）obs路由協(xié)議的研究及應(yīng)用.pdf

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 o b s 路由協(xié)議研究及應(yīng)用 摘要 隨著密集波分復(fù)用( d w d m ：d e n s ew 打e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技術(shù)的成熟與 廣泛應(yīng)用，通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量已經(jīng)能夠滿足各種業(yè)務(wù)的需求。光交換網(wǎng)絡(luò)以其高速高帶 寬的優(yōu)勢(shì)成為未來電信網(wǎng)絡(luò)的主流，光突發(fā)交換( 0 b s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c l l i n g ) 網(wǎng)正是 在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。0 b s 結(jié)合了光路交換和光分組交換的優(yōu)點(diǎn)，避免了它們的缺 點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。本文主要研究o b s 路由協(xié)議，分為以下4 部分： 1 、介紹了光突發(fā)交換技術(shù)的相關(guān)知識(shí)和現(xiàn)有的一些典型路由協(xié)議。 2 、根據(jù)光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)一種典型的o b s 路由協(xié)議幀格式 進(jìn)行修改，用v e r i l o gh d l 語言編程實(shí)現(xiàn)了4 類幀結(jié)構(gòu)，并且在q u a r l u si i 軟件中，通 過模擬o b s 節(jié)點(diǎn)之間的通信，對(duì)這4 類幀的通信流程進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分 析和討論。 3 、以c y c l o n ei i 系列的f p g a 芯片e p 2 c 2 0 q 2 4 0 c 8 為基礎(chǔ)，在硬件層面上實(shí)現(xiàn)了上述 4 類o b s 路由協(xié)議幀，仿真了o b s 節(jié)點(diǎn)之間的交互通信情況，用示波器觀察結(jié)果，并且 對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行分析。 4 、對(duì)一項(xiàng)比較新的技術(shù)雙向檢測(cè)( b f d ：b i d i r e c t i o n a lf o n a r d i n gd e t e c t i o n ) 技 術(shù)進(jìn)行了研究，該技術(shù)提供了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)化的介質(zhì)無關(guān)和協(xié)議無關(guān)的快速故障檢測(cè)機(jī) 制，提供小于1 秒的檢測(cè)時(shí)間，可以考慮用其替代現(xiàn)在常用的慢h e l l o 機(jī)制。 關(guān)鍵詞：光突發(fā)交換，路由協(xié)議，f p g a ，b f d 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fo b sr o u t i n g p r o t o c o l s a b s t r a c t w 慫d w d m t e c l 輪l o g ym a t u r ea n d 謝d e l yu s e d ，c o m m u z l i c a t i o nn e 柳o r k 搬m s m i s s i o n c 印a c i t yh a sb e e na b l et om e e tav a r i e t yo fb u s i n e s sn e e d s o p t i c a ls w i t c h1 1 e 鉚o r k 、i ub e c o m e t h em a i n s t r e 鋤o ft e l e c o mn 湘r kb e c a u s eo fi t s1 1 i g hs p e e da n dk g hb a n d w i ( 1 t 1 1i nt h ef b t u r e o p t i c a lb u r s ts w i t c he m e r g e sa st h et i m e sr e q u i r ei nm i sb a c k g r o u n d o b sc o m b i n e st h e a d v a 】【1 t a g e s o fo p t i c a lc i r c u i t s w i t c l l i n g a n do p t i c a lp a c k e t s w i t c h i n g a n da v o i dt l l e i r s h o r t c o 血n g s ，w h j c hh 2 u sv e r yg o o dp r o s p e c t sf o r l ed e v e l o p m e m t h i st h e s i sm a i n l ys t u d i e s o b s r o u t i n gp r o t o c o l s ，a n di tc a nb ed i v i d e di n t o4p a r r t s ： 1 、r h er e l e v a n tk n o w l e d g eo fo b sa n ds o m eo ft h ee x i s t i n gt y p i c a lr o u t i n gp r o t o c o l sa r e i m r o d u c e d 2 、a c c o r d i n gt ot 1 1 eo b sn e 觚o r kc h a r a c t e r i s t i c s ，t h e 批rc o n s u l t ss o m e1 i t e r a _ t l 】r e sa n d 鋤e n d sat y p i c a lo b sr o u t i n gp r o t o c o l 仔鋤ef o m a t ，a i l dt h e nu s e sv e r i l o gh d ll a n g u a g et o p r o 伊鋤4k i n d so ff 鋤es t m c t u r e i na d d i t i o n ，b ys i m u l a t i n gt h ec o m m u n i c a t i o no ft v 舊o b s i l o d e s ，t l l ew o r k i n gf l o w so fp r o t o c o l sf o u r 行鋤e sa r ev e r i f i e di nq u a 王h u si is o f t w a r e ，a n d t h er e s u l t so fs i i n u l a t i o na r ed i s c u s s e d 3 、o nab a s i so ft h ef p g ac h i pe p 2 c 2 0 q 2 4 0 c 8o fc y c l o n ei is e r i e s ，t h ea u t h o ra c h i e v e s 4o b sr o u t i n gp r o t o c o l 丘鋤ea tt h eh a u r d w a r el e v e l ，a n ds i m u l a t e st h ec o m m u n i c a t i o no ft w o o b sn o d e s ，a tl a s tt h er e s u l t so fs t i m u l a t i o na r eo b s e n r e db yo s c i l l o s c o p e ，a i l dt h er e s u l t so f d e b u g g i n ga r ea n a l y z e d 4 、o n er e l a t i v e l yn e wt e c h n o l o g y 一一b f dt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e d ，“st e c l l o l o g y p r o v i d e sa u n i v e r s a la n ds t a n d a r d i z e df a s tf a u l td e t e c t i o nm e c h a n i s m ，a n di ti sf o r e i g nt om e d i u i n 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 a n dp r o t o c o l ，i tp r o v i d e sl e s st h a n1s e c o n dt e s to ft i m e ，w h i c hc a nb ec o n s i d e r e dt os u b s t i t u t et h e c o m m o n l yu s e ds l o wh e l l om e c h a n i s m k e y 啊7 0 r d s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，r o u t i n gp r o t o c o l ，f p g a ，b f d 浙江工業(yè)大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作 所取得的研究成果。除文中已經(jīng)加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得浙江工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位證書而使用過的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中 以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。 作者簽名：琺。酶 日期：濺肛月7 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留 并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本 人授權(quán)浙江工業(yè)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1 、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。 2 、不保密日。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”) 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 求妨拓 ?！敝萆?日期：? 年f 月 日期：許，瑚 目 日 1 ，7 f ， 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 1 1 研究?jī)?nèi)容和研究意義 隨著d w d m 技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用，通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量已經(jīng)能夠滿足各種業(yè)務(wù)的 需求【1 3 】。但是，目前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換能力不足，成為限制當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。為了 增加交換能力、降低交換成本，引入光交換技術(shù)勢(shì)在必行。 全光網(wǎng)絡(luò)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的交換、選路、傳輸和恢復(fù)等所有功能始終以光的形 式存在，而不需要經(jīng)過光電、電光變換。由于全光網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)傳輸全部在光域內(nèi)進(jìn)行， 因此，全光網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)信號(hào)的透明性。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：1 ) 提供巨大的帶寬。2 ) 與無線 或銅線比，處理速度高且誤碼率低。3 ) 采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明性，即對(duì) 信號(hào)形式無限制。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。4 ) 全光網(wǎng)絡(luò) 中采用較多無源光器件，省去了龐大的光電光轉(zhuǎn)換工作量及設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)整體交換速 度，降低了成本，有利于提高可靠性。 根據(jù)交換粒度、交換方式、資源分配方式和控制信令傳輸方式的不同，可以將光網(wǎng)絡(luò) 中的交換方式分為以下三種類型： ( 1 ) 光路交換( o c s ：0 p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 技術(shù)，在光子層面的最小交換單元 是一個(gè)波長(zhǎng)通道上的業(yè)務(wù)流量【4 1 。 ( 2 ) 光分組交換( o p s ：o p t i c a lp a c k e ts 謝t c h i n g ) 技術(shù)，以光分組包作為最小的交 換顆粒。 ( 3 ) 光突發(fā)交換( o b s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 技術(shù)，采用數(shù)據(jù)分組和控制分組獨(dú) 立傳送，在時(shí)間和空間信道上都是分離的，它采用單向資源預(yù)留機(jī)制，以光突發(fā)包作為最 小的交換單元。 1 9 9 9 年紐約州立大學(xué)的c h u 眥i n gq i a o 和j s t u m o r 等人提出了光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的概 念，目前o b s 已經(jīng)發(fā)展成為光交換網(wǎng)絡(luò)的一種主流技術(shù)【5 司。光突發(fā)交換以光突發(fā)數(shù)據(jù)包 為交換單位，通過在單獨(dú)的信道( 一般是單獨(dú)的波長(zhǎng)) 中提前發(fā)送突發(fā)控制包( b c p ：b u r s t c o n t r o lp a c k e t ) ，以便預(yù)留相應(yīng)的突發(fā)包所需的資源，后續(xù)核心節(jié)點(diǎn)在電域或光域處理控制 l 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 信息，光突發(fā)數(shù)據(jù)包透明地( 全光) 到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，途經(jīng)的中間節(jié)點(diǎn)不需要對(duì)它作任何識(shí) 別或者其他相關(guān)處理，只需要將其按預(yù)先配置的信息進(jìn)行波長(zhǎng)變換、延遲【7 1 。光突發(fā)數(shù)據(jù) 包是在入口邊緣節(jié)點(diǎn)由多個(gè)具有相同特性的分組( 如相同的目的節(jié)點(diǎn)地址或同類的服務(wù)質(zhì) 量要求) 匯聚而成，并在出口邊緣節(jié)點(diǎn)完成解匯聚。o b s 的主要特點(diǎn)可以歸納如下： ( 1 ) 粒度適中：o b s 傳輸單元的大小介于光路交換和光分組交換之間； ( 2 ) 控制與數(shù)據(jù)信道分離：控制信息在分離的波長(zhǎng)( 或信道) 上傳輸； ( 3 ) 單向預(yù)留：采用單向預(yù)留的方式分配資源。也就是說，源節(jié)點(diǎn)在開始發(fā)送突發(fā) 包之前，不需要等待來自于目的節(jié)點(diǎn)的回應(yīng)消息； ( 4 ) 變長(zhǎng)突發(fā)：突發(fā)包的長(zhǎng)度是可變的： ( 5 ) 無光緩存：在光網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點(diǎn)可以不需要光緩存，突發(fā)包在經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn) 時(shí)沒有延遲。 與光路交換和光分組交換相比，o b s 具有以下顯著特點(diǎn)： ( 1 ) o b s 的交換單位是由若干i p 分組匯聚而成的數(shù)據(jù)突發(fā)包( b d p ：b u r s td a t a p a c k e t ) ，其交換粒度介于光路交換( 波長(zhǎng)) 和光分組交換( 光分組) 之間。 ( 2 ) b c p 和b d p 完全分離：在空間域上，o b s 采用帶外信令方式，b c p 和b d p 利 用不同的信道傳輸。b c p 在中間節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換后，在電域進(jìn)行處理，為b d p 預(yù) 留網(wǎng)絡(luò)資源以建立光通路，避免使用復(fù)雜的光邏輯器件。隨后到達(dá)的b d p 在中間結(jié)點(diǎn)進(jìn)行 全光交換，不需要使用光存儲(chǔ)設(shè)備。在時(shí)間域上，b c p 提前b d p 一個(gè)偏置時(shí)間發(fā)送。偏 置時(shí)間保證中間節(jié)點(diǎn)有足夠的時(shí)間處理b c p ，并且降低了b c p 和b d p 之間的耦合度，b c p 和b d p 無需嚴(yán)格保持同步。 ( 3 ) o b s 采用單向預(yù)留協(xié)議為b d p 預(yù)約一條端到端的光路，即源節(jié)點(diǎn)不用等待資源 預(yù)留成功的確認(rèn)信息就可以直接發(fā)送b d p ，因此提高了信道帶寬利用率，降低了數(shù)據(jù)端到 端的時(shí)延。 o b s 結(jié)合了o c s 和o p s 的優(yōu)點(diǎn)，避免了它們的缺點(diǎn)。與o c s 相比，o b s 具有更高 的帶寬利用率，可以更好的支持突發(fā)性很強(qiáng)的i p 業(yè)務(wù)；與o p s 相比，o b s 的交換顆粒較 粗，因而處理開銷大為減少，o b s 對(duì)光存儲(chǔ)技術(shù)和光邏輯器件的要求降低，能夠在現(xiàn)有的 技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。所以o b s 具有很好的發(fā)展前景，很有可能在未來光互聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵角 色，已成為近年來光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)嗍。 路由技術(shù)在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要的位置，它主要負(fù)責(zé)為b c p 尋找并建立一條擁 塞最小的路由，并在服務(wù)結(jié)束之后終止該連接。因此，在很大程度上影響著光突發(fā)交換網(wǎng) 2 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 絡(luò)的性能。所以光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)的研究具有十分重要的意義。 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 光突發(fā)交換充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光電子技術(shù)的特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)較低、非常適合于在 承載未來高突發(fā)業(yè)務(wù)的因特網(wǎng)中應(yīng)用，超大容量的光突發(fā)交換機(jī)同樣可用于構(gòu)建骨干網(wǎng)。 業(yè)務(wù)導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)使得o b s 從技術(shù)研究階段走到了應(yīng)用階段，這主要是o b s 技術(shù)結(jié)合 了光路交換和光分組交換的優(yōu)點(diǎn)，可以提供透明的、可變粒度的、高效的數(shù)據(jù)傳輸，直接 滿足這種業(yè)務(wù)的需求，同時(shí)還具有較低的成本?；谶@樣一種考慮，目前世界范圍內(nèi)已有 數(shù)個(gè)o b s 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在運(yùn)行實(shí)際業(yè)務(wù)，尤其集中在網(wǎng)格計(jì)算( g r i da p p l i c a t i o n ) 方面，即所 謂的光網(wǎng)格( o p t i c “g r i d ) 或光子網(wǎng)格( p h o t o l l i cq i d ) ，以此來考察0 b s 網(wǎng)絡(luò)的性能【引。 在美國(guó)，m c n c 研究所在華盛頓地區(qū)運(yùn)行著a t d n e t ( a d v a i l c e dt e c h n o l o g yd e m o n s t r a t i o n n e t w o r k ) ，此網(wǎng)絡(luò)為城域網(wǎng)規(guī)模，連接了美國(guó)國(guó)家航空航天局( n a s a ：n a t i o n a la e r o n a _ u t i c s 趾ds p a c e ) 和美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的研究所，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上主要考察h d t v ( h i 曲 d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 業(yè)務(wù)【1 0 - 1 2 1 。此外，由北電網(wǎng)絡(luò)、西門子資助的第一個(gè)l o g b e 業(yè)務(wù)網(wǎng) 絡(luò)t r a n s l i 曲t s t a r l i g h t ( 主要用于網(wǎng)格計(jì)算) 中，也有o b s 的業(yè)務(wù)應(yīng)用。在歐盟f p 6 項(xiàng)目 s t o l a s ( s w i t c m n gt e c l m o l o g i e sf o ro p t i c a l l yl a b e l e ds i g n a l s ) 中，一共有六個(gè)歐盟國(guó)家參 加，參加者有運(yùn)營(yíng)商t e l e n o r ，有企業(yè)( 包括a d ca l t i u m ，c o m i n g ，l u c e n tt e c l l l l o l o g i e s ， h y m i t e ，n k ti n t e r g r a t i o n ) ，主要是為了探索利用o b s 和o p s 實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，目前 正在應(yīng)用語音、數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務(wù)實(shí)際考察網(wǎng)絡(luò)的性能。此外，在歐盟f p 6 的n o b e l 烈e x t g e n e r a t i o no p t i c a ln e 倆o r k sf o rb r o a d b a n de u r o p e a l ll e a d e r s h i p ) 項(xiàng)目中，也有相當(dāng)多的內(nèi)容 是關(guān)于o b s 的實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用。 在國(guó)內(nèi)，北京郵電大學(xué)，北京大學(xué)，上海交通大學(xué)，電子科技大學(xué)，武漢郵科院等多 家單位都對(duì)o b s 網(wǎng)絡(luò)開展了詳細(xì)的研究。其中，北京郵電大學(xué)和上海交通大學(xué)合作，自 2 0 0 2 年起承擔(dān)了國(guó)家8 6 3 計(jì)劃關(guān)于o b s 技術(shù)的重點(diǎn)研究課題，經(jīng)過兩年多的研究，在o b s 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)方面取得了巨大的突破，建立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)o b s 試驗(yàn)平臺(tái)，并在此平臺(tái)上 初步實(shí)現(xiàn)對(duì)語音、數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務(wù)的支持。2 0 0 5 年北京郵電大學(xué)又獲得了8 6 3 滾動(dòng)經(jīng)費(fèi)的 支持，于2 0 0 6 年年初建成了標(biāo)簽光突發(fā)交換( l o b s ) 網(wǎng)絡(luò)，將m p l s 技術(shù)融合進(jìn)o b s 的控制平面，成功建立了一個(gè)具有4 個(gè)核心交換節(jié)點(diǎn)，3 個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)的具有基本網(wǎng)管系統(tǒng) 的l o b s 試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，支持?jǐn)?shù)據(jù)，語音，視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)的接入。目前，該實(shí)驗(yàn)室正在 跟日本l d i 研究所、英國(guó)e s s e x 大學(xué)等多家單位合作，進(jìn)行o b s 擴(kuò)展領(lǐng)域的研究。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 在產(chǎn)業(yè)界，光突發(fā)交換的領(lǐng)導(dǎo)廠商m a t i s s e 網(wǎng)絡(luò)公司在2 0 0 6 年推出e m e r b u r s t 光交換 系統(tǒng)，包括s x 一1 0 0 0 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，p x 1 0 0 0 光子節(jié)點(diǎn)和m a t i s s e v i e w 管理系統(tǒng)。 e t h e r b u r s t 是業(yè)界第一個(gè)光突發(fā)交換產(chǎn)品，專門針對(duì)城域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，可以支持l o g 6 4 0 g b p s 的交叉容量。該產(chǎn)品將以太網(wǎng)交換機(jī)的靈活性和d w d m 系統(tǒng)的巨大帶寬優(yōu)勢(shì)結(jié)合到一起， 可以應(yīng)用到i p t v 、商業(yè)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)等需要高帶寬的場(chǎng)合。 1 3 主要工作和論文內(nèi)容安排 本文主要研究o b s 網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議，論文分章節(jié)安排如下： 第二章介紹光突發(fā)交換技術(shù)相關(guān)知識(shí)，著重介紹路由方面的內(nèi)容。 第三章根據(jù)光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)一種典型的0 b s 路由協(xié)議幀格 式進(jìn)行修改。用v e r i l o gh d l 語言編程實(shí)現(xiàn)4 類幀的接收處理及發(fā)送，并且在q u a r n ，s i i 軟件中，通過模擬o b s 節(jié)點(diǎn)之間的通信，對(duì)這4 類幀的通信流程進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，對(duì)仿 真結(jié)果進(jìn)行分析和討論。 第四章采用c y c l o n e i i 系列的f p g a 芯片e p 2 c 2 0 q 2 4 0 c 8 ，在硬件層面上實(shí)現(xiàn)了4 類 o b s 路由協(xié)議幀，仿真了o b s 節(jié)點(diǎn)之間的交互通信情況。用示波器觀察結(jié)果，并且對(duì)調(diào) 試結(jié)果進(jìn)行分析。 第五章介紹b f d 技術(shù)，該技術(shù)提供了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)化的介質(zhì)無關(guān)和協(xié)議無關(guān)的快速 故障檢測(cè)機(jī)制，提供小于1 秒的檢測(cè)時(shí)間，可以考慮用其替代現(xiàn)在常用的慢h e l l o 機(jī)制。 第六章是論文的總結(jié)以及對(duì)下一步研究工作的展望。 4 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及典型路由協(xié)議 本章研究光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)，并介紹已有的典型的路由協(xié)議。 2 1 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 1 1o b s 體系結(jié)構(gòu) 圖2 1 是一個(gè)0 b s 網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)1 3 1 。o b s 網(wǎng)絡(luò)由若干邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)通過 w d m 鏈路連接組成。從層次上看，o b s 網(wǎng)絡(luò)可以分為接入網(wǎng)和o b s 核心網(wǎng)兩層1 4 】。接 入網(wǎng)由邊緣節(jié)點(diǎn)組成，用于連接傳統(tǒng)的i p 網(wǎng)絡(luò)和o b s 核心網(wǎng)，其主要功能是按照數(shù)據(jù)包 的目的地址和服務(wù)等級(jí)等信息，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類、緩存和封裝，組合成突發(fā)包，并產(chǎn)生 b c p ，b c p 中包含傳輸交換所必須的控制信息，如突發(fā)包的長(zhǎng)度、偏置時(shí)間等，然后發(fā)送 給與之最鄰近的0 b s 核心節(jié)點(diǎn)。o b s 核心網(wǎng)是一個(gè)交換光網(wǎng)，主要基于光技術(shù)，執(zhí)行傳 輸和底層交換功能。在網(wǎng)絡(luò)的出口處，邊緣節(jié)點(diǎn)將突發(fā)包拆卸，發(fā)送到其他子網(wǎng)或終端用 戶。 圈 數(shù)據(jù)包 圈 控制包 圖2 1 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 1 2o b s 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) o b s 節(jié)點(diǎn)分為邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 、邊緣節(jié)點(diǎn) 邊緣節(jié)點(diǎn)分為入口邊緣節(jié)點(diǎn)和出口邊緣節(jié)點(diǎn)。 在入口邊緣節(jié)點(diǎn)，根據(jù)輸入i p 流的特性來決定b d p 的大小和偏置時(shí)間。包含出口地 址、偏置時(shí)間、b d p 大小和服務(wù)質(zhì)量( q o s ：q u a l 時(shí)o fs e r v i c e ) 等信息的b c p ，提前于其 所對(duì)應(yīng)的b d p 在分離的控制信道上發(fā)送，b d p 經(jīng)過一個(gè)給定偏置時(shí)間后跟隨b c p 傳送。 在出口邊緣節(jié)點(diǎn)，b d p 被拆分成多個(gè)i p 包。邊緣節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示【挎1 7 】。 圖2 2o b s 邊緣節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu) 2 、核心節(jié)點(diǎn) 圖2 3 為o b s 核心節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)。其中入口、出口光纖數(shù)均為n ，每根光纖支持的 波長(zhǎng)數(shù)均為k + l ( 一個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸b c p ，另外k 個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸b d p ) 。用于傳輸b c p 的波長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換，在電域進(jìn)行路由表查找、對(duì)光交換矩陣進(jìn) 行控制、更新b c p 相應(yīng)數(shù)據(jù)域等操作。而對(duì)于傳輸b d p 的波長(zhǎng)信道來說，不需要進(jìn)行光 電光轉(zhuǎn)換，整個(gè)交換和傳輸在光域內(nèi)完成，保證了數(shù)據(jù)的透明性。由于中間節(jié)點(diǎn)只需要對(duì) 少量波長(zhǎng)( 控制波長(zhǎng)) 進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換，然后在電域進(jìn)行處理、控制光交換矩陣等，基 本可以消除電子瓶頸。 6 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 光纖i 光纖n 圖2 3o b s 核心節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu) 光纖i 光纖n 2 2 路由協(xié)議介紹 近十年來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，路由技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中已逐漸成為關(guān)鍵f 部分。由于無須使用保護(hù)線路，具有線路利用率高、成本低等優(yōu)勢(shì)，目前光互聯(lián)網(wǎng)的路由 技術(shù)傾向于在i p 層而非物理層進(jìn)行。因此，各種基于p 的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議就成為光突發(fā) 交換網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究的重點(diǎn)。本節(jié)介紹幾種典型的路由協(xié)議，在此基礎(chǔ)上對(duì)0 b s 網(wǎng)絡(luò)路 由協(xié)議進(jìn)行分析。 2 。2 。1 路由協(xié)議的分類 按照尋徑算法的不同，路由協(xié)議可分為距離矢量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議兩種 【1 8 - 1 9 1 。 1 、距離矢量路由協(xié)議 距離矢量( v - d ) 路由選擇算法可以確定到網(wǎng)絡(luò)中任意鏈路的方向與距離。相鄰路由 器之間周期性地相互交換各自的路由表備份，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，路由器之間也 及時(shí)地相互通知有關(guān)變更消息。在這種算法中，路由器不可能獲知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)確切的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。概括地說，距離矢量算法要求每一個(gè)路由器把它的整個(gè)路由表發(fā)送給與它直接連接的 其他路由器，路由表中的每一條記錄都包括目標(biāo)邏輯地址、相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口和該條路由的 矢量距離等信息。當(dāng)一個(gè)路由器從它的鄰居節(jié)點(diǎn)那里收到更新信息時(shí)，它將更新信息與本 身的路由表相比較，如果能從鄰居節(jié)點(diǎn)找到一條以前不曾知道的新路由或是一條比當(dāng)前路 7 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 由更好的路由時(shí)，路由器會(huì)對(duì)自己的路由表進(jìn)行更新，將從自己到鄰居節(jié)點(diǎn)間的矢量距離 與更新信息中的矢量距離相加作為新路由的矢量距離。 2 、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議是使用鏈路狀態(tài)算法創(chuàng)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確拓?fù)?，以?jì)算路由器到其 他路由器的最短路徑，如0 s p f ，i s i s 協(xié)議等。與距離矢量算法不同的是，鏈路狀態(tài)算法 需要每一個(gè)路由器都保存一份最新的關(guān)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，因此路由器不僅清 楚地知道從本路由器出發(fā)能否到達(dá)某一指定網(wǎng)絡(luò)，而且在能到達(dá)的情況下，還能夠選擇出 最短的路徑以及使用該路徑將經(jīng)過哪些路由器。 鏈路狀態(tài)算法使用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包( l s p ：l i n ks t a t ep a c k e t ) 、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫、最短 路徑優(yōu)先( s p f ：s h o n e s tp a t hf i r s t ) 路徑選擇算法和s p f 樹，最終計(jì)算出從該路由器到其 他目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，這些路徑就構(gòu)成了路由表。在算法中，需要給每個(gè)路由器一個(gè)唯 一的名字或標(biāo)識(shí)。每個(gè)路由器都將鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上其他的路由器，鏈路狀態(tài) 數(shù)據(jù)包的內(nèi)容包括該路由器通過哪些網(wǎng)絡(luò)與哪些路由器直接連接，以及相應(yīng)連接的傳輸代 價(jià)等信息。 根據(jù)路由選擇協(xié)議是運(yùn)行在一個(gè)自治系統(tǒng)( a s ：a u t o n o m o u ss y s t e m ) 的內(nèi)部還是運(yùn) 行在自治系統(tǒng)之間以連接不同的自治系統(tǒng)，路由選擇協(xié)議可以分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議( i g p ： i n t e r i o rg a t e 、v a yp r o t o c 0 1 ) 和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議( e g p ：e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 。這里的自 治系統(tǒng)是指使用同一公共路由選擇策略和同一公共管理下的網(wǎng)絡(luò)集合。 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是用于在自治系統(tǒng)內(nèi)部交換路由選擇信息的路由選擇協(xié)議，如p 、 i g i 理、e i g r p 、i s i s 和0 s p f 等協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是用于在自治系統(tǒng)之間交換路由選擇 信息的路由選擇協(xié)議，如b g p 協(xié)議等。 2 2 2 典型路由協(xié)議 一、邊界網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 b g p 是一種在t c p i p 網(wǎng)絡(luò)中完成域間路由計(jì)算的協(xié)議，它是一種外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，是 在多個(gè)a s 域內(nèi)或是域間對(duì)分組傳輸?shù)穆酚蛇M(jìn)行選擇和域間路由信息交換的協(xié)議。作為一 種標(biāo)準(zhǔn)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，b g p 的目的就是為了解決大型互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇問題。 兩個(gè)可以在自治系統(tǒng)之間進(jìn)行通信的b g p 相鄰節(jié)點(diǎn)必須存在于同一個(gè)物理鏈路上。位 于同一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的b g p 路由器可以互相通信，以確保它們對(duì)整個(gè)自治系統(tǒng)的所有信息 都相同，而且通過信息交換后，它們將決定自治系統(tǒng)內(nèi)哪個(gè)b g p 路由器作為連接點(diǎn)來負(fù)責(zé) 8 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 接收來自自治系統(tǒng)外部的信息。 有些自治系統(tǒng)僅僅作為一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，這些自治系統(tǒng)既不是數(shù)據(jù)的發(fā)起端，也 不是數(shù)據(jù)的接收端。b g p 協(xié)議必須與存在于這些自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議打交道，以使數(shù) 據(jù)能正確通過它們。 b g p 協(xié)議的路由刷新消息由“( 網(wǎng)絡(luò)號(hào)：自治系統(tǒng)路徑) ”所組成，每一個(gè)自治系統(tǒng)路 徑都是一系列自治系統(tǒng)的名字字符串，它記錄了通向最終目標(biāo)所經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)。b g p 協(xié)議的 路由刷新消息通過傳輸控制協(xié)議t c p 進(jìn)行可靠傳輸。 兩個(gè)路由器之間最初的數(shù)據(jù)交換的依據(jù)是整個(gè)b g p 協(xié)議的路由選擇表。隨著路由表的 不斷變化，發(fā)送路由選擇刷新消息的次數(shù)也越來越多。與其他一些路由選擇協(xié)議有所區(qū)別， b g p 協(xié)議不要求對(duì)整個(gè)路由選擇表進(jìn)行周期性刷新，運(yùn)行b g p 協(xié)議的路由器保存了每一 個(gè)路由選擇表的最新版本。盡管b g p 協(xié)議保持通向特定目標(biāo)的所有路徑的路由選擇表，但 在路由選擇刷新消息中僅僅說明最佳路徑。 b g p 可以實(shí)現(xiàn)3 種類型的路由選擇：域間自治系統(tǒng)的路由選擇、域內(nèi)自治系統(tǒng)的路由 選擇和穿梭式自治系統(tǒng)中的路由選擇。 在不同自治系統(tǒng)的兩個(gè)或多個(gè)b g p 路由器間采用域間自治系統(tǒng)的路由選擇，在這種系 統(tǒng)中的對(duì)等路由器使用b g p 路由協(xié)議來維護(hù)一個(gè)一致的互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。不同a s 中的 b g p 相鄰節(jié)點(diǎn)必須屬于同一物理網(wǎng)絡(luò)才能通信。因特網(wǎng)是由a s 或者說是管理域所組成， 這種域很多是屬于研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)或其他一些社會(huì)實(shí)體，他們之間的相互連接構(gòu)成了因特 網(wǎng)，而b g p 就為它們之間的相互通信提供路徑?jīng)Q策和選擇一條較優(yōu)的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 在同一a s 內(nèi)的多個(gè)b g p 路由器采用域內(nèi)自治系統(tǒng)路由選擇，在這種系統(tǒng)中的對(duì)等路 由器也使用b g p 路由協(xié)議來維護(hù)一個(gè)一致的互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。b g p 協(xié)議也常用來判斷哪 一個(gè)路由器是作為該a s 與外部a s 通信的服務(wù)提供者。既可以作為域問路由選擇協(xié)議也 可以用于域內(nèi)路由選擇是b g p 協(xié)議的優(yōu)勢(shì)所在。 兩個(gè)或多個(gè)b g p 對(duì)等路由器通過一個(gè)中間不使用b g p 協(xié)議的系統(tǒng)相互交換信息時(shí)， 將使用穿梭式自治系統(tǒng)中的路由選擇。b g p 必須能與用于任何內(nèi)部a s 的域內(nèi)路由協(xié)議交 互作用，以保證b g p 業(yè)務(wù)能成功地通過那個(gè)a s 進(jìn)行傳輸。 二、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 眾多i n t e m e t 服務(wù)提供商在自治系統(tǒng)間普遍使用前面介紹的外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，在自 治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由協(xié)議都不盡相同，但都屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。 1 、r i p 和i g r p 仂議 9 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 路由信息協(xié)議( 對(duì)p ：r o u t i n gi n f o n l l a t i o np r o t o c 0 1 ) 是一種基于d v 算法的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài) 路由協(xié)議，主要用于小型網(wǎng)絡(luò)【2 0 】。v - d 算法的思想是這樣的：網(wǎng)關(guān)周期性地向外廣播路徑 刷新報(bào)文，主要內(nèi)容是由若干( v d ) 序偶組成的序偶表。( v - d ) 序偶中，v 代表“向量 ( v e c t o r ) ”，標(biāo)識(shí)該網(wǎng)關(guān)可以達(dá)到的信宿( 網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)) ；d 代表“距離( d i s t a l l c e ) ”，指 出該網(wǎng)關(guān)去往信宿的距離，距離d 按照路徑上的路由段計(jì)數(shù)。其他網(wǎng)關(guān)收到某網(wǎng)關(guān)的( v - d ) 報(bào)文后，據(jù)此按最短路徑原則對(duì)各自的路由表進(jìn)行刷新。它通過u d p 交換路由信息，每 隔3 0 秒向外發(fā)送一次更新報(bào)文( 將自己所有的路由表都發(fā)送給鄰居) 。如果路由器經(jīng)過1 8 0 秒沒有收到來自對(duì)方端的路由更新報(bào)文，則將所有來自此路由器的路由信息標(biāo)志為不可 達(dá)，如果在其后1 2 0 秒內(nèi)仍未收到更新報(bào)文，就將該條路由從路由表中刪除。 舳使用跳數(shù)來衡量到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離，路由器到與它直接相連網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)為o ， 通過一個(gè)路由器可達(dá)網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)為l ，其余依此類推。為限制收斂時(shí)間，p 規(guī)定m e t r i c 最大跳數(shù)為1 5 ，高于此的都不可達(dá)，這是限制砒p 不能用于大型網(wǎng)絡(luò)的主要因素。 對(duì)p 協(xié)議處于u d p 協(xié)議的上層，砒p 所接收的路由信息都封裝在u d p 的數(shù)據(jù)報(bào)中， r j p 在5 2 0 號(hào)端口上接收來自遠(yuǎn)程路由器的路由修改信息，并對(duì)本地的路由表做相應(yīng)地修 改，同時(shí)通知其他路由器。通過這種方式，達(dá)到全局路由的同步。 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議( i g i 強(qiáng)：i n t e r i o rg a t e w a yr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 是一種在自治系統(tǒng)a s 中提供路由選擇功能的路由協(xié)議。在上世紀(jì)8 0 年代中期，最常用的內(nèi)部路由協(xié)議是路由 信息協(xié)議( r j p ) 。盡管r j p 對(duì)于實(shí)現(xiàn)小型或中型同機(jī)種互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的路由選擇是非常有用 的，但是隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，其受到的限制也越加明顯。思科路由器的實(shí)用性和i g r p 的 強(qiáng)大功能性，使得眾多小型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組織采用i g i 沖取代了砒p 。早在上世紀(jì)9 0 年代， 思科就推出了增強(qiáng)的i g r p ，進(jìn)一步提高了i g i 沖的操作效率。 為具有更大的靈活性，i g r p 支持多路徑路由選擇服務(wù)。在循環(huán)( r o u n dr o b i n ) 方式 下，兩條同等帶寬線路能運(yùn)行單通信流，如果其中一根線路傳輸失敗，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到 另一根線路上。多路徑可以是具有不同標(biāo)準(zhǔn)但仍然奏效的多路徑線路。例如，一條線路比 另一條線路優(yōu)先3 倍( 即標(biāo)準(zhǔn)低3 級(jí)) ，那么意味著這條路徑可以使用3 次。只有符合某 特定最佳路徑范圍或在差量范圍之內(nèi)的路徑才可以用作多路徑。 砌p 和i g r p 路由協(xié)議都是較早期推出的距離矢量路由協(xié)議，都存在一定的缺點(diǎn)，非 常不適于在大型網(wǎng)絡(luò)使用。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要運(yùn)行更加高效的路由協(xié)議。 2 、e i g r p 協(xié)議 增強(qiáng)的i g r p 協(xié)議( e i g r p ：e 芏吐l a n c e di n t e r i o rg a t e w a yr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 是c i s c o 開 1 0 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 發(fā)的增強(qiáng)型版本的i g r p 路由協(xié)議，仍然屬于距離矢量路由協(xié)議，但是它卻又具有鏈路狀 態(tài)路由協(xié)議的一些特性，也維護(hù)鄰居表、拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，并且在它的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫中維護(hù)著多 條可選最佳路徑，如果最佳路徑失效，不用經(jīng)過任何復(fù)雜的算法，e i g i 沖僅需要進(jìn)行簡(jiǎn)單 的比較之后就可以將冗余路徑提升為當(dāng)前最佳路徑，并裝載到路由表中，這個(gè)特性使得 e i g r p 收斂速度非?？欤⑶抑С衷诘乳_銷和非等開銷的路徑上進(jìn)行負(fù)載均衡【2 1 之3 1 。 e i g r p 并不是定期發(fā)送路由更新信息，只有在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化時(shí)才發(fā)送，并且也不是 發(fā)送整個(gè)路由表，而是只發(fā)送有變化的鏈路的狀態(tài)；并且e i g r p 并不是使用廣播發(fā)送路由 信息，而是使用組播，從而減少了帶寬的消耗。 盡管e i g i 沖在一定程度上進(jìn)行了開放，但它最大的局限性仍在于它是c i s c o 公司特有 的路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)必須都是c i s c o 的路由器，其他廠商生產(chǎn)的路由設(shè)備并不能在運(yùn)行e i g r p 的網(wǎng)絡(luò)上正常工作。所以在城域網(wǎng)甚至是國(guó)家級(jí)的大型網(wǎng)絡(luò)上，并不適合運(yùn)行e i g r p 路由 協(xié)議。 3 、i s i s 協(xié)議 i s i s 也是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，用于在骨干網(wǎng)內(nèi)部起連通骨干、選徑、負(fù)載均衡和 自動(dòng)迂回的作用。i s i s 是在i s 0 1 0 5 8 9 中定義的，僅支持對(duì)c l n p ( c o i l e c t i o n l e s sn e 咖r k p r o t o c 0 1 ) 的路由。c l n p 是o s i 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用于在無連接的鏈路上攜帶上層數(shù)據(jù)。集成 化的i s i s 是擴(kuò)展版本的i s i s 協(xié)議，用于i s oc l n p 和i p 混合的環(huán)境中。既可用于單純 的i p 路由，又可用于單純的i s oc l n p 路由，還可用于兩者的混合路由。在鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù) 包中使用t l v 參數(shù)攜帶信息，正是t l v 使得i s i s 可以擴(kuò)展，并且可以在l s p 中攜帶不 同類型的信息。和o s p f 一樣，i s i s 也是使用組播發(fā)布路由更新信息，并且也是只有當(dāng)鏈 路狀態(tài)有變化時(shí)才會(huì)發(fā)布路由更新，而不是定時(shí)地發(fā)送。 i s i s 主要有以下局限性： ( 1 ) i s i s 中沒有n b m a 網(wǎng)絡(luò)的概念。這樣i s i s 支持的網(wǎng)絡(luò)類型比o s p f 要少，沒 有o s p f 靈活，僅支持兩種物理鏈路：廣播特性多路訪問( b m a ：b r o a d c a s t i n gm u l t i a c c e s s ) 的介質(zhì)類型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)類型。 ( 2 ) 即使在純i p 路由的環(huán)境中，仍然需要配置c l n s 參數(shù)( 每個(gè)i s i s 路由器都需 要有i s o 地址，s p f 算法需要使用所配置的地址來標(biāo)識(shí)路由器) ，路由器仍然需要建立c l n s 鄰居關(guān)系( 即需要使用o s i 協(xié)議才能在路由器之間建立鄰居關(guān)系) ，并使用c l n s 數(shù)據(jù)包。 ( 3 ) i s i s 使用一個(gè)僅有6 b i t 的度量值，嚴(yán)重限制了與它進(jìn)行信息交換的能力；而且 鏈接狀態(tài)也只有8 b i t 長(zhǎng)，路由器能通告的記錄只有2 5 6 個(gè)。但現(xiàn)在的w i d e m e t r i c 使這個(gè) 1 1 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 范圍變成2 4 位的擴(kuò)展解決了這個(gè)問題。 ( 4 ) 一個(gè)非技術(shù)問題是i s i s 受o s i 約束，與o s p f 相比它的發(fā)展比較緩慢。 4 、o s p f 協(xié)議 o s p f 路由協(xié)議是由i n t e m e t 工程任務(wù)組( i e t f ：i n t e m e te n g i n e e 打n gt a s kf o r c e ) 在 i 心c1 5 8 3 中定義的，是一種基于s p f 算法的路由協(xié)議。o s p f 沒有使用路由器跳數(shù)，所以 對(duì)網(wǎng)絡(luò)直徑?jīng)]有限制【2 4 也6 1 。 o s p f 是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，并不被某個(gè)設(shè)備廠商所獨(dú)自擁有，各個(gè)廠商生產(chǎn)的路由設(shè)備 只要支持該路由協(xié)議，就可以進(jìn)行互操作。這也正是o s p f 被廣泛使用的原因之一。 ( 1 ) o s p f 的基本原理 因特網(wǎng)中包含許多稱為自治系統(tǒng)的路由域，即a s ，它是指一組使用統(tǒng)一的路由政策 ( 即路由協(xié)議) 互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)f 2 刀。在a s 之間通常使用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議b g p ，而 在每個(gè)a s 內(nèi)部，通常使用o s p f 或i s i s 等協(xié)議。o s p f 是目前使用較多的協(xié)議。使用o s p f 協(xié)議時(shí)，所有的o s p f 路由器都維護(hù)一個(gè)相同的描述該a s 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù) 庫中存放的是該a s 系統(tǒng)中每條網(wǎng)絡(luò)鏈路的狀態(tài)信息。每臺(tái)o s p f 路由器就是使用這個(gè)數(shù) 據(jù)庫的信息，采用s p f 算法( 也稱d i j k s 乜a 算法) 來計(jì)算從本路由器到達(dá)各目的網(wǎng)絡(luò)的最 短路徑。得到的最短路徑標(biāo)明了到達(dá)各目的網(wǎng)絡(luò)地址的最佳下一跳路由器，將下一跳路由 器的i p 地址填入i p 路由表中。雖然每個(gè)路由器都是從自己的角度尋找到達(dá)各自目的網(wǎng)絡(luò) 的最短路徑，但由于它們都擁有相同的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，所以最短路徑都是一致的。o s p f 協(xié) 議計(jì)算中使用的距離是一個(gè)無單位的度量值，它可以根據(jù)管理和技術(shù)的需求來選取，例如： 該值可以直接反映使用接口的實(shí)際費(fèi)用或者是接口的網(wǎng)絡(luò)帶寬等。一般情況下，取1 0 8 除 以帶寬得到的值，如1 0 m 以太網(wǎng)鏈路度量值為1 0 ，l o o m 快速以太網(wǎng)的度量為l 。 o s p f 的實(shí)現(xiàn)包括以下4 個(gè)步驟： 1 ) 初始化形成端口初始信息。在路由器初始化或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化( 如鏈路發(fā)生變 化、路由器新增或損壞等) 時(shí)，相關(guān)路由器會(huì)產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播( l s a ：l i i l l ( s t a t e a d v e n i s e m e n t ) 數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包里包含路由器上所有相連接的鏈路，即所有端 口的狀態(tài)信息。 2 ) 路由器間通過泛洪法( f l o o d i n g ) 交換鏈路狀態(tài)信息。各路由器一方面將其l s a 數(shù)據(jù)包傳送給所有與其相鄰的o s p f 路由器，另一方面接收其相鄰的0 s p f 路由 器傳來的l s a 數(shù)據(jù)包，更新自己的數(shù)據(jù)庫。 3 ) 形成穩(wěn)定的區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。o s p f 路由協(xié)議通過泛洪法逐漸收斂，形成該區(qū) 1 2 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，這時(shí)所有的路由器均保留了該數(shù)據(jù)庫的一個(gè)副本。 4 ) 形成路由表。所有的路由器根據(jù)區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的副本采用最短路徑法，計(jì) 算形成各自的路由表。 ( 2 ) o s p f 結(jié)構(gòu)模型 路由器要進(jìn)行路由選擇，就必須維護(hù)一個(gè)路由表，o s p f 把路由表稱為路由數(shù)據(jù)庫 ( r o u t ed a t a b a s e ) 。由于o s p f 是基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，所以一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)路由器的 狀態(tài)發(fā)生改變，就要運(yùn)行一次s p f 算法，產(chǎn)生新的路由，各個(gè)路由器更新路由數(shù)據(jù)庫。當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較小時(shí)，計(jì)算一次路由很快完成；而在大型網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)o s p f 路由協(xié)議的 特點(diǎn)，如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)區(qū)域，每個(gè)路由器中存放的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫將會(huì)非常 大，一旦有某條鏈路狀態(tài)改變，將迫使區(qū)域內(nèi)部的所有路由器都需要重新計(jì)算自己的最短 路徑樹，這將消耗六量的c p u 和內(nèi)存資源。 所以在大型網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)區(qū)域進(jìn)行管理。分成區(qū)域后，如果有 鏈路狀態(tài)改變，則只有該區(qū)域內(nèi)的路由器需要更新拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，并重新計(jì)算最短路徑樹， 而該區(qū)域之外的路由器卻不受影響，這樣就減小了鏈路狀態(tài)變化帶來的影響，而且減少了 需要傳送的鏈路狀態(tài)廣播信息，大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。因此，0 s p f 采用分層的模型。一 個(gè)a s 被o s p f 分成數(shù)個(gè)區(qū)域( 觚a ) ，各個(gè)區(qū)域之間存在層次關(guān)系的示例如圖2 4 所示。 圖2 4o s p f 層次結(jié)構(gòu)示例 圖2 4 中每個(gè)虛線框就是一個(gè)區(qū)域，r o u t e r a 、b 、c 在區(qū)域o ，r o u t e m 、d 、e 在區(qū) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 域1 ，r o u t e r c 、f 在區(qū)域2 。其中，r o u t e r b 和c 都同時(shí)屬于兩個(gè)區(qū)域，這樣的路由器稱 為區(qū)域邊界路由器( a b r ：a e a rb o r d e