LMP协议在自动交换光网络(ASON)中的应用研究

【摘要】链路管理协议（LMP）是GMPLS中的一项重要协议，用来简化下一代光网络设备的配置和管理。LMP可以应用在多种网络中进行控制通道维护、数据链路连接性验证、链路所有权关联、禁止下游报警、故障定位，从而达到保护/恢复的目的。本文描述了LMP协议在自动交换光网络（ASON）的应用中存在的主要问题和相应的解决方案。

【关键词】LMP；链路管理协议；流量工程

1.引言

自动交换光网络（ASON）是新一代信息网发展的重要方向。人们要求光网络能够快速、高质量的为用户提供各种带宽服务与应用，满足正在悄然兴起的“波长批发”、“波长出租”及“光VPN”等各种业务的需求；要求光网络能够进行实时的流量工程控制，根据数据业务的需求，实时、动态的调整网络的逻辑拓扑结构以避免拥塞，实现资源的最佳配置；要求光网络具有更加完善的保护和恢复功能；要求光网络设备具有更强的互操作性和网络可扩展性，等等。这些功能要求的实质是要赋予现有光网络以更多的智能，使其发展成为一个自动交换的光网络。ITU-T（国际电信同盟）提出了ASON体系结构，它是一个控制平面的功能体系结构，能够在光网络内建立交换路径。

在ASON控制面设计中存在很多问题远未解决。这些问题主要集中在下面几个方面：1）结构和整体需求问题分析；2）呼叫和连接管理问题；3）自动发现和链路管理问题；4）DCN网络方面的问题。

2.背景知识

2.1 自动交换光网络（ASON）

ASON：Automatic Switched Optical Network，自动交换光网络。这一概念的提出，是光传送网的一大突破，它将交换功能引入了光层。ASON是一个智能化的光网络，它采用客户/服务器（Client/Server）的体系结构，具有定义明确的接口，让客户端（IP路由器、ATM交换机）可以从光网络（服务器）请求服务。目前，ASON的体系结构及其一般的自动交换传输网ASTN（Automatic Switched Transport Networks）是ITU等国际标准化组织的一个研究热点。

2.2 用户网络接口（UNI）

自动交换传输网的出现使交互式程序的开发成为必然，该程序使连接到传输网上的客户之间可以建立动态的连接和进行相互查询.这种程序的开发需要对客户间物理接口、传输网、传输网提供的服务、调用服务的信令协议、传递信令消息的机制以及辅助信令的自动发现程序进行定义。以上这些定义构成了用户网络接口（UNI），即位于用户设备和传输网之间的服务控制接口。

OIF采用了ASON的重叠模型，定义了一个客户与光网络之间的标准信令接口（即OIF UNI 1.0，简称O-UNI），以实现动态建链请求，它使客户能使用与GMPLS兼容的信令过程动态建立光连接，这将大大缩短建链时间。除了信令，O-UNI还包括两个其它功能用于简化复杂网络的管理。第一个是邻居发现机制，允许光纤链接两端的设备能够互相识别，邻居发现能使管理系统自动建立互连映射。第二个是服务发现机制，它使客户能确定光网络提供的服务，服务发现能使客户自动发现和利用新的光网络服务。O-UNI使客户能够使用信令过程在短时间内跨多厂商网络建立连接，这不仅缩短了供应时间，而且减少了运营商的操作费用。OIF UNI可以满足动态流量工程，例如路由器可以基于流量级别建立额外的连接。

3.LMP协议提出的背景

4.LMP协议的内容

LMP协议包括控制通道管理、链路所有权关联、连接性验证、故障管理四个组成部分。其中控制通道管理和链路所有权关联是LMP的两个核心功能，另外两个功能是可选的。

4.1 控制通道管理

链路管理协议（LMP）的控制通道管理主要功能如下：

（1）建立控制通道

在获取了对端节点的IP地址之后，可以通过手工配置或者依靠自动发现两种方式建立控制通道。如果采用带内传输信令的话，控制通道必须在特定的数据链路上作明确的配置。控制通道的每个方向被分给一个32Bits非零整数的控制通道识别符（CCId）以示区别。

（2）维护控制通道

在无其他方式检测LMP链路连通性的情况下，需要用hello包在每个控制通道上单独传输来维护连通性；LMP在两个节点间运行，至少需要两点间有一条双向控制通道被激活。控制通道可以采用多种方式实现，既可以采用带内也可以采用带外传输，但控制通道一定独立于数据链路存在，这样控制通道的异常就不会影响到数据链路。

4.2 链路所有权关联

链路所有权关联应该在链路状态为UP状态前或者为UP状态下使用，不可以在验证过程中使用。链路所有权关联的主要功能是用于聚合多个数据交换链路为一个链路束，即TE链路，并且交换、关联或者改变TE链路参数，包括允许在链路束中加入链路，改变链路的保护机制，改变端口标识或者改变束内成分标示，这种机制通过交换链路摘要信息来支持，如图2所示。

4.3 连接性验证

连接性验证的主要功能包括：1）验证数据链路的物理连通性（测试消息是LMP在数据链路上传输的唯一一种消息，在链路验证期间，hello消息继续被在控制通道上交换）；2）在本地和远端的数据链路端口id间做映射；3）在本地和远端的TE链路端口id间做映射。

4.4 故障定位

故障定位的主要功能是通过快速通知一个TE链路中的一个或多个数据通道的状态来管理故障，这对于网络运行来讲是十分重要的，包括故障检测、定位、通知功能。

（1）故障检测：应该在最靠近故障的层被处理；对于光网络而言，应该是物理层完成故障检测的工作。

（2）故障定位：如果数据链路在两个PXCs间失败，下游节点的能量监测系统能检测到LOL（光损），并指出失败发生。为了避免因同一个失败原因导致多个告警，LMP通过ChannelStatus提供失败通知。这个消息可以用于表示单一的数据通道失败、多个数据通道失败、或者整个TE链路失败。当收到失败通知时，失败需要在本地作关联，从而发现对应的LSP在本地是否有失败。一旦失败被关联，上游节点应该发送ChannelStatus给下游节点，表明通道故障或者正常。如果下游节点没有收到ChannelStatus消息，它应该发送ChannelStatusRequest消息询问通道状况。一旦故障被定位，需要用信令协议来初始化保护/恢复的范围和路径。

5.LMP协议在应用中存在的问题

5.1 控制平面重启

ASON网络的控制平面就其实质而言，是一个IP网络。也就是说ASON控制平面是一个能实现对下层传送网进行控制的IP网。以下几种情况会导致节点间控制平面失败：单个节点失效（如断电，系统崩溃）；一对邻接点全部失效；邻接点间线路中断；邻接点间控制通道全部失效（节点和节点间线路正常）。相对于LMP协议而言，控制平面的失败，可能会导致节点LMP状态信息的丢失，如远端节点的数据链路信息、TE链路信息、链路匹配信息等等。

控制平面失败之后，第一条控制通道被激活则触发了控制平面重启。由于ASON中控制平面同数据平面相互分离，所以二者互不影响。在控制平面重启之后，应该同步邻接点间LMP协议的状态信息，使数据链路的状态保持一致。但前提是在重启的过程中，本地数据链路的接口编号（Interface_Id）保持不变。

控制平面失败的原因不同，对节点LMP协议状态产生的影响就不同，所以控制平面重启后，应该根据失败的原因和LMP协议当前的状态进行分类，并按照相应的操作流程，对系统进行恢复。分类的目的是尽可能减少不必要的操作，减少系统恢复时间，使控制平面失败对系统造成的不利影响降到最低。

控制平面重启后，控制通道必须按照协议规定的流程进行协商，重新建立。

5.1.1 单个节点失效

如果控制平面失败是单个节点失效的结果，该节点上的所有状态信息将全部丢失，那么在该节点有可用的控制通道（UP）之前，所有该节点发出的消息都应把消息中的“LMP Restart”标志位置位，向远端节点通告本节点正在重启。两个节点间的控制通道激活之后，远端节点应首先针对本节点每条TE链路发送LinkSummary消息，消息中包含本地和远端TE链路的匹配关系，以及相应的数据链路参数。该消息中所有参数都是非协商的。重启的节点接收到LinkSummary消息后，接受消息中的全部参数保存在本地，并返回LinkSummaryAck消息，同时发送ChannelStatusRequest消息（针对TE链路），对链路进行检测。最后对所有未分配的数据链路进行连接性验证。

5.1.2 邻接点全部失效

如果控制平面失败的原因是邻接点全部失效，那么则应按照协议的规定，重新进行控制通道协商，链路验证，链路所有权关联等一系列规定操作。

5.1.3 控制通道失效

如果是控制通道丢失造成的控制平面失败，则在控制平面重启后，节点应首先检测本地的LMP协议状态，如果本地保存的数据表明在控制平面失败前，邻接点之间已经完成了链路属性关联，和连接性验证，那么就不需要再进行相同的操作。如果本地数据不完整则应该按照当前的LMP协议状态进行连接性验证，链路所有权关联等相应操作。

5.2 消息标志

LMP消息的公共头中包括一个标志位：flags，该标志位用来标明LMP协议的一些特殊状态，目前有两个标志值ControlChannel-Down、LMP Restart。ControlChannelDown表明传送该消息的控制通道已经失效。LMP Restart表明节点正在重启。协议中要求所有LMP的组成部分都应对标志位进行处理，但实际应用中表明只需在控制通道模块中对消息进行相应的处理，并根据具体情况通知有关的模块，然后即可将消息的标志位复原。其他模块接收到的所有消息的标志位都处于正常状态，不必进行处理。这种处理方式是通过控制通道切换机制实现的。

5.3 主控制通道选择机制

LMP协议规定除TEST消息外的所有LMP消息以及信令和路由信息都通过控制通道传输，而一对LMP邻接点间可能存在着多条激活（UP）的控制通道，所以必须在系统中标识哪一条（或几条）控制通道用来进行传输，即确定系统的主控制通道。主控制通道的选择方法有两种：（1）通过图形界面由用户选择；（2）由LMP的邻居管理组件选择：首先根据控制通道的优先级别选择，级别最高的选为主控制通道，如果两条控制通道的优先级别相同，则按照控制通道的接口编号选择，标号最小的选为主控制通道。当邻接点间的任意一条控制通道从UP状态变为其他状态，或从其他状态变为UP状态时，都应重新进行主控制通道的选择。

5.4 控制通道的角色问题

在LMP协议的控制通道协商过程中，当一条控制通道被唤醒之后，就可以主动的发送Config消息发起控制通道参数协商，也可以被动的等待接收邻居节点的Config消息。对应Config消息的发送和接收，存在着主动和被动的角色问题。由于网络中各个节点是单独配置的，彼此独立，如果一对邻接点都被配置成被动角色，即在协商过程中都被动的等待接收消息，那么协商过程将无法完成，使系统瘫痪。为了避免这种情况的发生，将所有的节点的角色都配置为主动，即所有的节点在控制通道被唤醒之后，就开始主动发送Config消息，进行控制通道参数协商。这时又会产生节点竞争的问题，即一个节点在发送Config消息的同时又收到了邻居节点发送来的Config消息，此时采用根据节点ID决定该节点角色的方法，即节点ID大的为主动角色，继续发送Config消息，丢弃接收到的消息，节点ID小的则转为被动角色，停止发送Config消息，对收到的Config消息进行处理，完成控制通道协商过程。

6.结论

LMP协议是IEFT制定的一项协议标准，通过将LMP协议应用在ASON中，可以实现UNI的邻居发现、服务发现、控制通道管理、链路属性关联等功能，随着LMP协议的逐渐发展，功能逐渐完善，其在网络中的应用前景极其广阔，有利于网络智能化水平的迅速提高。

参考文献

[1]IETF Draft，work in progress，Link Management Protocol（LMP）.

[2]G.8080（2001），Architecture for the Automatically Switched Optical Network（ASON）.

[3]G.807（2001），Requirements for the Automatic Switched Transport Network（ASTN）.

[4]OIF 2000.125.7，User Network Interface（UNI）1.0 Signaling Specification.

作者简介：王春波（1977―），男，硕士，工程师，研究方向：网络安全。