基于服务开放的一体化承载网设计

汤创为 谭敏生 彭群忠 李洋伟

南华大学计算机科学与技术学院 湖南 421001

0 引言

传统互联网因为体系结构的困境和缺陷，难以满足多样化的丰富应用需求、网络业务的服务质量保证和网络安全需要。电信网、广电网和Internet均采用在一个物理网络上构建一种逻辑承载网的专网方式，为专门的网络业务提供服务。专网业务的组网模式有利于为其承载的网络业务提供服务质量保证，但是浪费了物理网络资源。传统的“Best Effort”的服务模式，即在一个物理网络上构建一种逻辑承载网，并为多种网络业务提供服务的组网方式也不能满足网络业务多变性的动态发展要求。

近年来国外许多研究机构和学者，都针对传统互联网的体系结构或创新，提出了不同的思路和方向。目前主要有两种模式：改良式和革命式。改良式研究包括无类域间路由、网络地址翻译以及IPV6等。所有这些研究都是基于TCP/IP协议栈，并不涉及对现代互联网根本的体系结构上的改变，只是进行局部性的修修补补。而革命式研究则是考虑长远互联网应用需求，完全抛弃传统互联网体系结构的束缚，重新开始设计新一代互联网体系结构。

我国在2007年提出“新一代高可信网络”重大项目研究计划，主要目标之一就是实现功能可升级重组，性能可编程分配，管理可分层配置，以动态全局服务提供能力为核心，以多样化业务服务需求和网络资源提供的最佳匹配为目标，最终实现资源按需求配置，功能按需求重组的面向服务提供的一体化承载网络。

1 基于服务开放的一体化网络体系

1.1 一体化网络分层参考模型

基于服务开放的一体化网络体系采用分层体系结构(如图1所示)：业务应用层、业务接入/控制层、网络服务层。网络服务层由3个子层构成：逻辑承载层、可重构边缘层和资源共享层。

图1 基于服务开放的网络分层参考模型

在逻辑承载层，通过对业务特性、服务质量参数的匹配,向业务接入/控制层提供 QoS 保证，并根据业务聚类，提出构建一种能够满足某种业务特性的逻辑网络的需求；在可重构边缘层，根据逻辑承载层需求，构建新的能满足该业务特性，具备所需服务能力的逻辑承载网或者释放不再需要的逻辑承载网。资源共享层提供物理的网络传输和节点处理资源，资源共享层的节点处理资源是基于开放可重构路由交换平台技术体系而构建的路由交换节点平台。在这样的技术体系保证下，通过业务特性、服务质量参数和网络资源的最优化匹配，形成具有一定服务提供能力的网络，来满足业务的服务质量需求。这样，网络不再依据特定业务进行构建，而是依据网络服务提供能力来进行，网络的服务提供能力表现为网络能提供网络服务的种类，每一种网络服务可以支撑多种特性相似的用户业务，而且对新兴业务也具备平滑的接口，大多数新兴业务的出现可以利用原有网络支撑，只有少数新兴业务需要网络提供新的网络服务。

1.2 承载网资源管理体系

为在不同规模的物理承载网上构建逻辑承载网，设计可靠、可管和可运营的一体化承载网络，提出一种区域化分层构件及资源管理策略。研究表明，分层管理有利于网络更有效运行。

一体化承载网络可分三层，由路由节点、域和区组成。多个路由交换节点(Router Node,RN)组成一个域(domain)，多个域组成一个区(region)，全网由多个区组成。柔性网络配置代理(Flexible Network Configure Broker, FNCB)负责域内逻辑承载网的管理，根节点服务器(Root Sever)负责区内跨域的逻辑承载网的管理，跨区的逻辑承载网的管理由相关 Root Server负责协调完成。

因此资源管理模型也分为三层，所有RN组成物理承载层，FNCB组成域管理层，所有Root Server 构成全网管理层。域管理层接受全网管理层发送的域间逻辑承载网构建命令，并传递给物理承载层相应节点完成逻辑承载网的构建。对于域内逻辑承载网的配置，由域管理层直接计算后将配置信息传递给物理承载层。功能示意图如图2所示。

图2 基于服务开放的网络体系结构

FNCB执行资源信息管理服务器功能。负责对域内路由节点资源信息和拓扑信息进行管理。当构建逻辑承载网时，负责域内的拓扑发现和资源感知、信息维护；FNCB通过节点中CE的网络配置构件(Network Configure Component ,NCC)和节点进行周期性信息交互，获得节点资源信息；FNCB根据业务提供商请求信息中的相关业务及其它需求信息，经过聚类，将业务特性聚类为建网需求，并根据物理承载网资源状态信息进行计算，若能成功求解得到逻辑承载网所需资源，则向RN发送配置逻辑承载网的命令。

Root Server 负责对域间资源信息和拓扑信息进行管理，当构建跨域的逻辑承载网时，负责域间的拓扑发现和资源感知、信息维护。Root Server 通过FNCB获得资源信息，配置跨域的逻辑承载网。

2 一体化逻辑承载网设计

2.1 逻辑承载网构建请求格式

为根据需要构建LCN，业务提供商需要向服务提供商发出请求，要求为其提供承载服务，服务提供商将需求转为构建逻辑网所需要滴信息，如，需要的物理层资源，LCN持续时间，协议类型、服务质量参数和业务特性参数等。

2.2 逻辑承载网构建流程

逻辑承载网的构建是指FNCB收到建网请求，到物理网络根据配置命令构建成功的过程。构建流程图(如图3)。

图3 一体化建网流程图

RN初始化：RN存入FNCB的基本信息，并收集邻居路由节点信息，包括支持的接口网络种类、支持的协议、宽带信息、邻居路由的IP等；RN向FNCB传递信息，包括路由接口种类、端口、流量负载、与邻居路由节点的相关信息，并等待FNCB返回确认信息；FNCB向RN返回确认；解析计算：由 FNCB将建网的需求转化为相应参数； 执行逻辑承载网构建算法；开始建网命令；RN根据建网命令进行配置； 配置完成后，上报成功信息，并广播LCN相关信息；调整资源属性表；FNCB通告：将资源属性表通告给SR； SR资源更新：构建成功后生成LCNID，提供给服务提供商，并将本次建网所用资源从资源可用表中删除。

2.3 逻辑承载网构建策略

逻辑承载网的构建是建立在路由交换节点服务能力之上，可对节点服务能力进行逻辑分割，进而对可重构路由交换节点及其它网络资源进行分配，组件级、构件级服务能力的差别也决定了逻辑承载网应分层考虑。针对物理资源服务提供能力不同，把逻辑承载网分成同质逻辑承载网和异质逻辑承载网，如图4所示。

图4 逻辑承载层分层示意图

同质逻辑承载网是指构建的逻辑承载网提供的是一种能归于同一类别组件处理提供的服务，比如都是电信服务，只是业务不同或者需要验证的协议不同，可以以网络虚拟化的方式解决如服务质量、可靠性等服务能力问题。

异质逻辑承载网的构建需要可重构路由设备的支持。在底层异质的网络中，节点之间的链路是可重构的，或支持互联网、或支持广电网、或支持电信业务，在一个逻辑承载网只能提供其中一种服务，三种选其一，即在同一条链路中不能同时支持广电、电信和互联网三种业务，链路空闲时才可以被重构成支持另一种业务的链路。但对于不同类型的LCN节点是可以相同的，也就是说对于不同的两个逻辑承载网N1和 N2,V1∩V2可以不为空，但E1∩E2一定等于空。

3 结束语

传统信息网络体系结构的单一可扩展性和相对稳定性无法适应下一代网络业务的动态发展，研究满足下一代网络融合、可扩展等需求的新型体系架构势在必行。本文基于服务开放的思想，提出以网络承载服务为核心，给出一种承载网络体系架构设计，它具有以下优点：(1)以业务特性参数、用户需求参数和网络资源参数的匹配实现服务质量；(2)可扩展性强，可以适应未来快速发展的业务类型；(3)可避免为承载特定业务而大规模改造或设计新的核心网络基础设施而产生资源浪费。

[1] Integrated Services Charter[OL].http://www.ietf.org/ OLD/intserv-charter. html.

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