基于服務開放的一體化承載網設計

湯創為 譚敏生 彭群忠 李洋偉

南華大學計算機科學與技術學院 湖南 421001

0 引言

傳統互聯網因為體系結構的困境和缺陷，難以滿足多樣化的豐富應用需求、網絡業務的服務質量保證和網絡安全需要。電信網、廣電網和Internet均采用在一個物理網絡上構建一種邏輯承載網的專網方式，為專門的網絡業務提供服務。專網業務的組網模式有利于為其承載的網絡業務提供服務質量保證，但是浪費了物理網絡資源。傳統的“Best Effort”的服務模式，即在一個物理網絡上構建一種邏輯承載網，并為多種網絡業務提供服務的組網方式也不能滿足網絡業務多變性的動態發展要求。

近年來國外許多研究機構和學者，都針對傳統互聯網的體系結構或創新，提出了不同的思路和方向。目前主要有兩種模式：改良式和革命式。改良式研究包括無類域間路由、網絡地址翻譯以及IPV6等。所有這些研究都是基于TCP/IP協議棧，并不涉及對現代互聯網根本的體系結構上的改變，只是進行局部性的修修補補。而革命式研究則是考慮長遠互聯網應用需求，完全拋棄傳統互聯網體系結構的束縛，重新開始設計新一代互聯網體系結構。

我國在2007年提出“新一代高可信網絡”重大項目研究計劃，主要目標之一就是實現功能可升級重組，性能可編程分配，管理可分層配置，以動態全局服務提供能力為核心，以多樣化業務服務需求和網絡資源提供的最佳匹配為目標，最終實現資源按需求配置，功能按需求重組的面向服務提供的一體化承載網絡。

1 基于服務開放的一體化網絡體系

1.1 一體化網絡分層參考模型

基于服務開放的一體化網絡體系采用分層體系結構(如圖1所示)：業務應用層、業務接入/控制層、網絡服務層。網絡服務層由3個子層構成：邏輯承載層、可重構邊緣層和資源共享層。

圖1 基于服務開放的網絡分層參考模型

在邏輯承載層，通過對業務特性、服務質量參數的匹配,向業務接入/控制層提供 QoS 保證，并根據業務聚類，提出構建一種能夠滿足某種業務特性的邏輯網絡的需求；在可重構邊緣層，根據邏輯承載層需求，構建新的能滿足該業務特性，具備所需服務能力的邏輯承載網或者釋放不再需要的邏輯承載網。資源共享層提供物理的網絡傳輸和節點處理資源，資源共享層的節點處理資源是基于開放可重構路由交換平臺技術體系而構建的路由交換節點平臺。在這樣的技術體系保證下，通過業務特性、服務質量參數和網絡資源的最優化匹配，形成具有一定服務提供能力的網絡，來滿足業務的服務質量需求。這樣，網絡不再依據特定業務進行構建，而是依據網絡服務提供能力來進行，網絡的服務提供能力表現為網絡能提供網絡服務的種類，每一種網絡服務可以支撐多種特性相似的用戶業務，而且對新興業務也具備平滑的接口，大多數新興業務的出現可以利用原有網絡支撐，只有少數新興業務需要網絡提供新的網絡服務。

1.2 承載網資源管理體系

為在不同規模的物理承載網上構建邏輯承載網，設計可靠、可管和可運營的一體化承載網絡，提出一種區域化分層構件及資源管理策略。研究表明，分層管理有利于網絡更有效運行。

一體化承載網絡可分三層，由路由節點、域和區組成。多個路由交換節點(Router Node,RN)組成一個域(domain)，多個域組成一個區(region)，全網由多個區組成。柔性網絡配置代理(Flexible Network Configure Broker, FNCB)負責域內邏輯承載網的管理，根節點服務器(Root Sever)負責區內跨域的邏輯承載網的管理，跨區的邏輯承載網的管理由相關 Root Server負責協調完成。

因此資源管理模型也分為三層，所有RN組成物理承載層，FNCB組成域管理層，所有Root Server 構成全網管理層。域管理層接受全網管理層發送的域間邏輯承載網構建命令，并傳遞給物理承載層相應節點完成邏輯承載網的構建。對于域內邏輯承載網的配置，由域管理層直接計算后將配置信息傳遞給物理承載層。功能示意圖如圖2所示。

圖2 基于服務開放的網絡體系結構

FNCB執行資源信息管理服務器功能。負責對域內路由節點資源信息和拓撲信息進行管理。當構建邏輯承載網時，負責域內的拓撲發現和資源感知、信息維護；FNCB通過節點中CE的網絡配置構件(Network Configure Component ,NCC)和節點進行周期性信息交互，獲得節點資源信息；FNCB根據業務提供商請求信息中的相關業務及其它需求信息，經過聚類，將業務特性聚類為建網需求，并根據物理承載網資源狀態信息進行計算，若能成功求解得到邏輯承載網所需資源，則向RN發送配置邏輯承載網的命令。

Root Server 負責對域間資源信息和拓撲信息進行管理，當構建跨域的邏輯承載網時，負責域間的拓撲發現和資源感知、信息維護。Root Server 通過FNCB獲得資源信息，配置跨域的邏輯承載網。

2 一體化邏輯承載網設計

2.1 邏輯承載網構建請求格式

為根據需要構建LCN，業務提供商需要向服務提供商發出請求，要求為其提供承載服務，服務提供商將需求轉為構建邏輯網所需要滴信息，如，需要的物理層資源，LCN持續時間，協議類型、服務質量參數和業務特性參數等。

2.2 邏輯承載網構建流程

邏輯承載網的構建是指FNCB收到建網請求，到物理網絡根據配置命令構建成功的過程。構建流程圖(如圖3)。

圖3 一體化建網流程圖

RN初始化：RN存入FNCB的基本信息，并收集鄰居路由節點信息，包括支持的接口網絡種類、支持的協議、寬帶信息、鄰居路由的IP等；RN向FNCB傳遞信息，包括路由接口種類、端口、流量負載、與鄰居路由節點的相關信息，并等待FNCB返回確認信息；FNCB向RN返回確認；解析計算：由 FNCB將建網的需求轉化為相應參數； 執行邏輯承載網構建算法；開始建網命令；RN根據建網命令進行配置； 配置完成后，上報成功信息，并廣播LCN相關信息；調整資源屬性表；FNCB通告：將資源屬性表通告給SR； SR資源更新：構建成功后生成LCNID，提供給服務提供商，并將本次建網所用資源從資源可用表中刪除。

2.3 邏輯承載網構建策略

邏輯承載網的構建是建立在路由交換節點服務能力之上，可對節點服務能力進行邏輯分割，進而對可重構路由交換節點及其它網絡資源進行分配，組件級、構件級服務能力的差別也決定了邏輯承載網應分層考慮。針對物理資源服務提供能力不同，把邏輯承載網分成同質邏輯承載網和異質邏輯承載網，如圖4所示。

圖4 邏輯承載層分層示意圖

同質邏輯承載網是指構建的邏輯承載網提供的是一種能歸于同一類別組件處理提供的服務，比如都是電信服務，只是業務不同或者需要驗證的協議不同，可以以網絡虛擬化的方式解決如服務質量、可靠性等服務能力問題。

異質邏輯承載網的構建需要可重構路由設備的支持。在底層異質的網絡中，節點之間的鏈路是可重構的，或支持互聯網、或支持廣電網、或支持電信業務，在一個邏輯承載網只能提供其中一種服務，三種選其一，即在同一條鏈路中不能同時支持廣電、電信和互聯網三種業務，鏈路空閑時才可以被重構成支持另一種業務的鏈路。但對于不同類型的LCN節點是可以相同的，也就是說對于不同的兩個邏輯承載網N1和 N2,V1∩V2可以不為空，但E1∩E2一定等于空。

3 結束語

傳統信息網絡體系結構的單一可擴展性和相對穩定性無法適應下一代網絡業務的動態發展，研究滿足下一代網絡融合、可擴展等需求的新型體系架構勢在必行。本文基于服務開放的思想，提出以網絡承載服務為核心，給出一種承載網絡體系架構設計，它具有以下優點：(1)以業務特性參數、用戶需求參數和網絡資源參數的匹配實現服務質量；(2)可擴展性強，可以適應未來快速發展的業務類型；(3)可避免為承載特定業務而大規模改造或設計新的核心網絡基礎設施而產生資源浪費。

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