ASON分层路由和域间路由

    自动交换光网络(ASON)是能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网，路由技术是它的核心技术之一，它在实现ASON连接的动态选路方面发挥了重要的作用。

    目前ITU-T、IETF和OIF三大国际组织都提出了关于ASON路由的相关草案。
为了适应未来规模日益巨大的网络的发展要求，解决单一路由域(RA)成千上万的设备对路由以及连接管理带来的诸多问题，迫切需要对网络分域，实现分层的网络路由体系，为此，G.8080给出了路由域层次与子网点集(SNPP)的关系[1]，G.7715/Y.1706阐述了ASON的路由结构与需求[2]， OIF则在OIF2002.23中给出了ASON分层路由的一种实现思想和相应的域间路由协议(DDRP)[3]，同时，IETF也对ASON的域间路由体系进行了明确的解释[4]。下面本文从路由域的划分出发，对ASON的分层路由和域间路由进行全面的阐述。

1 路由域的划分
    网络中路由域的划分可以基于管理权利限制，也可以基于技术，可以基于地理部署位置，也可以基于网络层次。可以把路由域划分为水平方向的分割和垂直方向的分层，这两种方式是相互独立而又统一的。网络中的路由域由子网、连接子网的链路和这些链路的端点(SNPP)组成，它们可递归地分割，可一直到最小的包含两个子网和一条链路的子路由域。当在同一层次中的路由域再次进行其内部的分割时，就形成了下一层次的子路由域。

    在实际中，可以根据划分网络管理权限和职责，网络各部分不同厂商的设备和技术，网络规模、路由负荷和以后的网络扩展考虑等因素来划分路由域。在多个路由域中，域和域之间只传递概括后的路由信息，而不是全部路由信息，这样可以有效减少网络路由负荷，提高网络伸缩性和可管理性。

2 分层路由的实现
    路由域划分以后，每个路由域都要通过路由执行器(RP)来提供服务，每个RP负责控制一个路由域，进行通道的计算。而路由执行器又是依靠路由控制器(RC)的联合来实现的。RP所能支持的通道计算功能是基于路由信息数据库(RDB)为其提供的信息来进行的，它可在路由域中实现G.8080定义的3种路由模式(层次路由、源路由和逐跳路由)。

    路由域可以分层包含，在路由等级中每个路由域与一个独立的RP相关联。路由等级中的每一层面可以使用支持不同路由模式的RP。RP的实现可基于分布式的路由控制器。RC提供路由服务接口，即为RP定义的服务接入点。RC同时负责路由信息的协调和分发。

    RC的实现可以是一组分布式的实体，这一组实体称为一个路由控制域(RCD)。RCD是一个抽象的实体，它隐藏了路由控制域的内部细节，而提供与RC分发接口相同特征的接口。RCD之间交换的路由信息属性包含了RC分发接口之间交换的路由信息的共同语义，并允许每个域内使用不同的表达方式。RCD的实现依赖于具体的实施方式。图1给出了RA、RP、RC和RCD之间的关系。

    图1中，路由域可包含路由域，这样递归地定义了连续的分层路由等级。一个独立的RP与一个路由域相关联。依此类推，RP自身是由分布式的RC来实现的，RC1由RPRA而来，RC2由RPRA1和RPRA2而来。可以发现RCD分发接口与RC分发接口的特征是一致的。

    在路由域分层的实现中，比如高层路由域(父)RA包含低层路由域(子)RA1、RA2和RA3。同样，路由域RA1和RA2进一步可包含路由域RA1.x和RA2.x。每个路由域有相应的RP，提供该层的路由服务。

    RP是通过RC的实例实现的。RC在特定的层上，封装路由域的路由信息，并提供区域内的路由查询服务。在层次化的路由域中，层次化的RP是通过RC实例的堆栈来实现的，堆栈的每一级对应层次的每一层。

    在规定的层次上，RC有两种分发路由信息的方式：分发路由信息库中的部分路由信息，分发整个路由信息库的所有路由信息。每个RC的服务接口不受分发方式的影响，分发应能提供路由域内多个业务接入点接入的能力，这需要RC和相应的RP在不同层次进行交互。

    可以使用术语“外部链路”和“内部链路”来区分属于不同路由域的链路和完全属于一个路由域的链路。在某一层次的外部路由可能是其父路由域的内部路由。链路资源管理器(LRM)提供所在路由域的RC的链路信息。而子路由域的内部链路从父路由域的角度来看可能是隐藏的。

3 路由模式及其实现
    前面已经指出，针对多域网络环境中动态光通道(例如交换连接)的建立，ASON中提出了3种路由模式：层次路由、源路由和逐跳路由。不同的路由模式导致了节点之间控制功能模块的不同分布和连接控制器(CC)之间不同的关系。

3.1 层次路由模式
    在ASON网络的分层路由体系中，每个子网都知道本身的拓扑结构并能进行动态连接控制，但却不了解层次结构中的上层或者下层子网的拓扑结构。子网层次的每一级都有一个包含RC、CC和LRM的主节点，负责本级子网的选路，每级主节点之间按照层次结构的关系相互作用来选择路由。如在图2中，连接请求首先到达最上层子网主节点A，由它计算出在源和目的节点之间的路径所需要经过的下一层子网(包括B、F和C控制的子网)和它们之间的链路连接，然后，就通知相关的下层子网主节点B、F和C分别建立在自己子网内部对应的连接，这样由上到下逐级子网进行分段选路，最终得到整个连接的路由。

    在图3中详细描述了用层次模型来进行连接建立过程的顺序和操作动作。步骤如下：

    (1)在子网边界处有一个连接请求(用一对子网端点SNP表示)到达最上层节点A的连接控制器。
    (2)节点A的CC查询路由组件，并返回要建立这条连接涉及到的一系列链路和子网络。
    (3)从节点A中LRM处获得链路连接(可以以任何顺序，如3a或者3b)。
    (4)在得到链路连接后(用SNP对的形式确定)，节点A就告诉各个下层子网络(如B、F和C控制的子网)要建立连接的SNP对，即可得到子网络中的子网连接。这些操作的顺序并不是固定的，仅仅只要满足子网之间链路连接的获得是在子网连接建立之前就可以了。这样的连接建立过程可以重复进行。
    (5)下层各子网内的节点B、F和C的子路由控制器得到给定SNP之间的路由。
    (6)下层各子网的CC从LRM得到链路连接。
    (7)由在最底层的不具备任何路由和链路分配能力的交换节点(如D、E、G和H)来提供所需要的子网连接。
    (8)剩下的步骤就是指示连接已经建立的消息流程了。最后确认消息经过步骤9和步骤10将到达发起连接的用户。

3.2 源路由模式
    对源路由模式而言，它与层次路由有很多相似之处。但在源路由模式中，连接过程是通过分布的节点中的CC和RC分段联合完成的。由于一条连接可能经过多个路由域，在源路由模式中，从源节点开始连接每所经过的一个路由域，则其入口节点(第一个节点)要负责本路由域中的路由选择，并负责判断连接所需要进入的下一个路由域的入口节点，这样逐个路由域进行选路，直到最终到达目的节点所在的路由域。与图3比较，源路由模式的信令流程如图4所示。

3.3 逐跳路由模式
    在逐跳路由模式中，节点进一步减少了路由的信息量。这也给跨越子网络路径的确定增加了限制条件。逐跳路由模式同源路由模式大致相同，所不同之处在于：在逐跳路由方式下，路由的选择是以节点为单位逐跳选择的，与IP网中数据包的转发方式类似，而源路由模式是以经过的路由域为单位逐段选择路由的。例如在图4中，在源路由模式下，A节点的路由控制器RCA1能同时确定附加链路L1和L2，而逐跳路由下RCA1只能支持链路L1，而不能支持链路L2，为了得到L2，B节点的连接控制器必须查询其路由控制器才能得到L2。其他路由域中得到链路的方法也与此相似。

4 域间路由的算法设计
    分布式路由的特点是每个节点用自己的分布式数据库独立地进行路由计算。与光网络配置和光通道建立相对静态的集中式路由相比，分布式方法更易扩展，更健壮，且能很好的解决快速路径计算问题，所以在将来的以因特网协议和IP为核心的网络结构里会常采用分布式路由。

    与层次路由相比，目前基于源路由和逐跳路由模式的域间路由算法研究较少。由于在实际中源路由模式更快速有效并易于实现，下面我们提出一个实现无波长变换能力的ASON分布式域间路由算法的实现方案。为了描述方便，采用如图5所示的网络拓扑结构。

4.1 路由初始化
    (1)域内路由
    将每个路由域，加上与网关节点相连的其他域内的网关节点及其相应的链路，共同作为一个路由域，然后在这个新路由域内按照传统的域内路由算法(比如FPLC等)找到合适的路由并形成一个可用波长集(取K个，以下同)，在每个节点上(域外的网关节点除外)都有域内各节点间每个可用波长对应的权重表。

    (2)域间路由
    域间的路由表是从业务的端到发起业务的源逐域生成的。如图5所示，端节点T所在的网关节点G得到了域4内所有的路由、波长信息以及它到每个域内节点的权重表，并且，该节点还保存G到F链路L5所使用的波长集A。对于相邻的域3内的网关节点F来说，它也保存有域3内的各种信息，并且通过域内的路由算法，也有L5上的可用波长集B，根据波长连续性，A, B的交集就是链路L5上的可用波长，这个可用波长集存在节点F的路由表中。

    域3内的网关节点F会把它的关于域4的路由信息转发给另一个网关节点E，在E的路由表中，到每个域4内的节点的下一跳是F，并且权重表也相应的加上了链路L4的权重。

    同理，网关节点E把它的路由信息有选择地转发给与它相连的域间网关，比如图5中的节点D，节点D也会生成链路L3的可用波长集，而且它的路由表中应存有域3和域4内的所有节点的下一跳是节点E的信息，以及更新的权重表。

    如此循环，直到业务的源节点所在的网关节点U，U除了保存到S的域内路由外，还有到端节点T的下一跳是D的信息，通过比较它所连接的所有的域间网关节点的到达T的权重，最终它选择权重最小的下一跳D。这是一个路由比较和更新的问题。分布式路由有着很好的扩展性，当网络中加入了新的拓扑时，与该拓扑相邻的网关节点要通过比较权重修改它路由表里的路由逐跳、波长集和相应的权重等信息，一直到全网的网关。如此对于每个网络中的节点都进行端到端的计算，使得节点的路由表不断实时更新，生成最优的路由表。

4.2 动态域间端到端选路
    任意两个节点间端到端的选路是从发起业务的源到业务的终端逐域生成的。如图5所示。根据业务源端S和宿端T的不同情况，域间选路的过程描述如下：

    (1)如果S和T在同一个域内，或者S和T是相邻的网关节点，直接把基于不同的波长的路由信息由S转发到T，转到第5步。
    (2)如果S是一个网关节点(比如U)，它查自己的路由表，如果路由表里没有到达终端T的信息，则阻塞请求。否则，在路由表内查到到达T的下一跳节点D，就把基于波长集的路由初始信息和业务请求转发给下一跳节点D，转到第4步。
    (3)如果S不是网关节点，那么S就会把选路的请求信息转发到能够最近到达T的域内网关U，如果该网关的通路阻塞，则转发到另外的次近的网关节点。业务请求转发给U以后，同步骤2。
    (4)当下一跳网关D接收到业务的通路建立请求和S发过来的路由信息，它在路由表中寻找下一跳节点E，如果不存在，就阻塞请求。否则，将路由信息的链路L2波长和D中的链路L3波长进行逐个对比，如果两者相同，则把该波长的路由信息转发给下一跳E，如果不同，则丢弃该波长。这样业务的通路建立请求和路由信息被转发到了D的下一跳网关节点E。
    (5)步骤4不断循环下去，直到最终节点T。最后得到了从源节点S到宿节点T的端到端通路L1到L6，该通路包含可用于建立业务的波长，如果有多条可选路径，即多个波长的通路信息，可基于首次命中(FF)选择其中的一个。

5 结束语
    随着光网络向下一代互联网和下一代网络的发展，为适应未来规模日益巨大的网络的发展要求，能够快速、有效的实现ASON中的分布式路由，必须要对网络分域，实现分层的网络路由体系。

6 参考文献
[1] ITU-T G.8080/Y.1304. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON) [S].
[2] ITU-T G.7715/Y.1706. Architecture and Requirements for Routing in the Automatically Switched Optical Network [S].
[3] OIF 2002.23.06. Domain to Domain Routing Using GMPLS OSPF Extensions V1.1 (Draft) [S].
[4] IETF. A Framework for Inter-Domain MPLS Traffic Engineering [EB/OL]. http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ccamp-inter-domain-framework-00.txt.

收稿日期：2004-09-06

[摘要] 文章描述了ASON中路由域的划分，介绍了ASON中的分层路由及其实现，从路由模式出发，着重描述了层次路由、源路由及逐跳路由模式的连接建立和操作过程，并在此基础上提出了基于源路由模式的ASON域间路由的设计方案。

[关键词] 自动交换光网络；分层路由；域间路由；分布式路由；路由与波长分配算法

[Abstract] The partition of routing areas and the implementation of hierarchical routing in ASON are introduced. The description of three basic forms of algorithm for dynamic path control: hierarchical, source and step-by-step routing is mainly focused on, and a brief inter-domain dynamic wavelength-routing scheme for ASON is proposed based on the source routing form.

[Keywords] ASON; hierarchical routing; inter-domain routing; distributed routing; RWA