通過對運營商骨干網絡流量的分析，人們發現在經過核心路由器的業務流量中，大約有50％以上屬于“過境”的轉發流量，而這些“過境”流量大大加重了核心路由器的負擔。如果使用昂貴的路由器線卡處理這類流量，則會造成網絡成本和功耗的快速增長。而利用光層和IP層的協同組網調度機制，可以在光層旁路IP層的“過境”流量。

文章針對IP層與光層網絡資源協調技術，分析流量旁路技術(ByPass)的聯合組網策略，并具體闡述了ByPass流量旁路技術的幾種實現方式。文章指出不同的應用場景可選用不同的ByPass流量旁路技術實現方式，從而為不同的網絡提供靈活的優化方案。

1 流量旁路技術概述

ByPass技術即指在運營商網絡中采取的ByPass^[1]組網技術，它可以將 “過境”流量有效地通過光傳送管道進行旁路，并利用光層大顆粒的調度、疏導和鏈路保護能力，降低核心路由器的處理壓力，降低對骨干路由器的容量與復雜度要求，減少核心路由器的功耗，從而降低投資成本(CAPEX)和運營成本(OPEX)。這種IP層與光層之間的融合與統一調度將成網絡演進的方向之一。

為了實現由光層分流IP層的ByPass流量，就要引入兩層的協同機制。長期以來在對等模式下，IP層和光層相互隔離，因此兩層協同機制大致分為3種實現方式：

● 以光層為主的實現方式

● 以IP層為主的實現方式

● 其他實現方式

以光層為主的實現方式是在光傳送層進行分組化傳送的方式^[2]，該實現方式由分組化OTN來識別IP層的標簽（例如：標簽交換路由器的多協議標簽交換標簽（LSR MPLS Label）、虛擬局域網(VLAN)等），從而旁路部分IP層核心路由器的轉發流量。這種方式對現有IP層影響較小，在一定程度上依賴于IP層的協議。

以IP層為主的實現方式是將部分光層的特性轉移到路由器端口上，這樣以來由路由器端口發出的報文會帶有“光層的傳輸標記”（例如：波長、集光纖配線單元(ODU)等）并在光層直接進行交叉。這種方式實際上是由IP層替代了部分光傳送層的功能，IP層要預先獲取光層的網絡拓撲。

另外，一些兩層協同的組網方式依賴于控制平面，或者是引進了一些新的設備形態。例如：協同的流量管理、路徑集中計算(PCE)、多通道負載均衡(MC-LB)、通用多協議標志交換協議用戶節點接口（GMPLS-UNI）方式、基于子接口的多層網絡優化、ByPass服務器等等。

在IP層與光層聯合組網中引入Bypass機制后，整網可得到如下優化：

● 減輕了核心路由器的轉發流量和轉發壓力。

● 減少了核心路由器的端口，或是降低了核心路由器的端口速率，節約了端口擴容成本。

● 減少了業務流量的轉發跳數，有助于提升業務指標、保證業務承載質量。

2 ByPass聯合組網策略分析

目前各大運營商均采用兩層組網聯合組網方案，既上層為IP數據網，下層為光傳輸網，兩層網絡之間通過特定光接口進行連接。光接口根據接口類型可以分為彩光接口和白光接口；根據速率可以分為2.5G、10G和40G，未來可能會出現100G速率的需求；根據業務可以分為以太網接口、光傳送網(OTN)接口和SONET/SDH上的包傳輸(POS)接口。

根據運營商的實際需求，現階段IP層數據網和光層傳輸網主要可以分為兩種組網模型：一種為傳統白光組網，另外一種則為彩光組網模型。其中白光組網是目前運營商普遍采用的方案，路由器廠商和波分傳輸廠商所推出的大部分設備也均是支持白光接口；而彩光組網則代表著未來網絡扁平化發展的一種趨勢。路由器設備集成光轉化單元(OTU)并提供彩光接口，該接口直接與波分設備的彩光口相連，從而節省了組網過程中OTU的配置。目前業內Juniper和思科已推出了包含彩光接口的路由器設備，而德天翔則推出了包含彩光接口的OTN光交叉設備。

2.1 白光接口組網模型

白光接口組網模型，實質上是一種客戶層和服務層關系。當OTN 作為IP 網絡的服務層，IP 網絡作為OTN 的客戶信號，兩者則構成客戶—服務關系，并通過路由器提供白光接口支持10GE/40GE/100GE over OTN 進行組網。OTN 主要進行大顆粒的業務調度、業務在物理層的快速開通以及線路側故障的保護，以提高整個傳送網的鏈路資源的利用率和增強傳送網的生存性，是目前IP 網絡和OTN 網絡互存的主要形態。

圖1白光組網模型

如圖1所示，在白光組網中，路由器直接提供白光信號，該白光信號通過光纖直接連接到OTN設備的OTU客戶側接口中，然后通過OTN設備的OTU單板，將輸入的白光信號調制到C波段某一個波長上，并最終送入OTN設備的合波器中，和其他波長信號捆綁在一起，在線路側接口上傳送。

在白光組網中，OTN網絡的運維和管理主要在光層OTN設備上通過段監控（SM）開銷、通道監控（PM）開銷和串行連接監控（TCM）開銷而實現。路由器網管對路由器所提供的白光信號除了有功率檢測等物理信號監測功能之外，不具備其他任何開銷、運維、管理功能。

在白光組網模式中，也分為3種接口類型，分別為：POS接口、OTN接口和以太網接口。其中POS接口是目前中國聯通現網上普遍采用的接口類型，在路由器和OTN設備對接中可以實現基于同步數字體系(SDH)開銷的監控功能，但其成本是最高的。

以太網接口和OTN接口是近幾年來新推出的接口類型，相對于POS接口而言，成本較低。以太網接口標準IEEE 802.3工作組所制訂，從速率角度分為GE、10GE、40GE，未來會出現100GE需求。

2.2 彩光接口組網模型

彩光接口組網模型是將路由器和OTN設備通過彩光接口對接，并將路由器內置OTU功能模塊；它所提供的彩光信號已經被調制到C波段某一個波長上，并直接連接到OTN設備的波分側，從而實現網絡扁平化發展的要求。目前，已有思科、Juniper等公司已經開發了彩光接口路由器。但對于傳輸廠商，僅有個別廠商開發了具有彩光接口的OTN設備。

圖2彩光接口組網模型

如圖2所示，在彩光接口組網中，將OTU的轉發器內置到路由器中，使得路由器直接提供彩光接口；輸出的彩光信號已經被調制到某一特定波長上，直接與OTN設備的線路側接口連接，然后與其他路由器輸出的彩光信號一起輸入到合波器中，合為一路信號在線路側進行傳輸。

彩光接口遵從ITU-T G.709標準。通過彩光接口互聯，網絡可以節省路由器與密集波分復用(WDM)/OTN傳輸系統之間的白光接口。WDM傳輸系統不需要OTU單元進行波長轉換，從而簡化了網絡架構，方便故障定位，降低管理難度并降低CAPEX和OPEX。

對于彩光接口組網模式，目前仍然存在一些問題：

● 網管界面分工不明確，傳輸廠家網管系統需要根據不同彩光路由器廠家設備進行定制化開發。

● OTN開銷、維護及管理由路由器設備負責，路由器廠家對于SM/PM/TCM段開銷管理的理解與傳輸廠家存在差異。

● 彩光接口組網與現有網絡結構存在較大差異。

3 ByPass流量旁路組網實現方式

3.1光層分組化OTN實現方式

在光層分組化OTN實現方式中，光傳送層引入分組化OTN設備，其核心交換矩陣除了支持ODU、VC以外，還支持MPLS-TP協議^[3]，接口也支持MPLS-TP功能。

如圖3所示，業務流在PE1中被標上不同的標簽；在P-OTN4設備上根據不同的標簽，業務1被下載到客戶側UNI至核心路由器4，業務2和業務3被分別交叉到OTN2和OTN3；然后業務流量1在P4繼續轉發，業務2和業務3分別到PE2和PE3之后，根據需求剝去標簽，然后下路。

由分組化OTN來識別IP層的標簽，有的方案是針對LSR MPLS 標簽進行識別，還有些是針對VLAN進行識別。利用光層分組化OTN這種方式，可以旁路部分IP層核心路由器的轉發流量，對現有IP層影響較小，在一定程度上依賴于IP層的協議。

光層分組化OTN的實現方式適用于在光層有條件將傳統OTN設備轉換為分組化OTN設備或新引入分組化OTN設備的場景，無需改動IP層的路由器設備。這樣既疏導了過境流量，也對原設備做了充分的利舊。

圖3光層分組化OTN組網實現方式

3.2路由器端口實現方式

路由器端口實現方式，是將光層的波分特性轉移到路由器接口上。如圖4中所示，與分組化OTN方式比較，業務流在彩光口路由器P1被分配了不同的波長，也可以配置在不同的ODU中。在IP層感知光層拓撲的前提下，IP層把光層作為剛性管道，由不同的波長來決定轉發的途經。OTN4設備可以看作是一個基于光交叉的可重構型分插復用器(ROADM)設備。根據不同的波長，業務1被交叉到OTN1設備中，業務2和業務3則被分別交叉到OTN2設備和OTN3設備中，然后業務流量1在P4繼續轉發，業務2和業務3分別到P2和P中轉發。

在路由器端口實現方式中，路由器端口支持彩光特性^[4]（或是支持ODU的封裝），發送的報文帶有某種“光層的傳輸標記”（例如：波長、ODU等），并將在光層直接進行交叉。這種方式實際上是由IP層替代了部分光傳送層的功能，因此IP層要預先獲取光層的網絡拓撲。

路由器端口實現方式適用于光層充分利舊，在IP層有條件將傳統路由器設備轉換為彩光接口路由器設備或新引入彩光接口路由器設備的場景，無需改動光層設備的組網。由于彩光接口的路由器現僅有少數幾個廠商實現，故改造成本將有所增加。

圖4 路由器端口實現方式

3.3其他實現方式

3.3.1 協同的流量管理

IP/OTN協同流量管理（多層流量工程）在提升網絡性能的同時，還可降低網絡的擴容壓力。任意兩臺路由器之間的流量如果超過事先預設的閾值，路由器就可以通過UNI接口向OTN網提出帶寬請求，傳送網絡在接到路由器的帶寬請求之后，通過波長路由算法，在兩臺路由器之間快速搭建一條光層直達路由。這時，路由器的容量不需要增加，因為達到閾值的流量通過OTN層直達了。路由器IP端口的成本一般是OTN端口的4～5倍。由于光層智能分流了路由器業務，減少了路由跳數，從而減輕了路由器轉發壓力，減少了骨干IP網絡中昂貴的IP端口（路由器高速線卡）的投資，從而可顯著降低網絡的CAPEX。例如，歐洲某主流運營商正是通過這種IP/OTN雙層協同的方式，通過光層自動旁路路由器的流量，使網絡的CAPEX節省了40％以上。

協同流量管理的方式適用于路由器與OTN組網的不改變原設備架構的協同管理，能適當減輕過境流量的壓力，但在旁路效率上不如上兩種方式。

3.3.2 MC-LB方案

MC-LB方案^[5]有兩個技術要點：一個方向的數據流量可以從多個物理端口轉發；一個物理端口可以轉發多個方向的數據流量，如圖5所示。

圖5 MC-LB方案的組網模型

盡管MC-LB方案充分發揮了IP設備與光設備的協同優勢，但卻并不依賴于GMPLS等實現較為復雜的協議，同時，在GMPLS成熟應用后，也將會利用其優勢，增強靈活性和易操作性。

3.3.3 路徑集中計算單元

Internet工程任務組(IETF) PCE工作組定義的基于PCE的MPLS/GMPLS網絡結構^[6]使得路徑計算功能從網絡設備中獨立出來成為可能。通過在網絡中部署獨立的路徑計算單元可以解決MPLS/GMPLS網絡中大量鏈路基于約束的路徑計算所需的特別資源問題。

在多層的網絡結構中，可能上層是IP/MPLS網絡，底層是GMPLS控制的光網絡，底層網絡的流量工程LSP為上層網絡構成了一個虛擬的網絡拓撲結構(VNT)。這種情況下的流量工程路徑計算可以分為下面兩種模式：

單PCE多層路徑計算。這種模式下的PCE稱為多層PCE，這種PCE收集各層網絡的拓撲信息和流量工程信息，因而可以單獨計算跨網絡層的流量工程路徑。

多PCE的多層路徑計算中，每層網絡都有至少一個PCE，并且每層網絡的PCE相互協調，來計算光層的流量工程路徑。

4 結束語

綜上所述，在核心路由器上，對于一部分流量的轉發，是可以通過光層來直接完成的。通過引入光層和IP層協同的機制，在IP層和OTN的雙層協同的基礎上進行網絡優化，由光層OTN設備代替核心路由器來轉發部分業務流量，是解決IP 承載網所面臨的擴展性問題的一個途徑。這些實現方式能夠有效地配置網路資源，有效分流核心路由器上的流量，擴大網絡的容量，緩解帶寬擴容的壓力，在不同程度上對應于IP承載網絡從重疊模型向對等模型演進的趨勢。

5 參考文獻

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[3] 傳送多協議標記交換MPLS-TP（MPLS Transport Profile）[J]. 通信技術與標準,2011(3).

[4] 資深通信人.彩光口技術的理解[EB/OL]. (2010-07-15). http://lsh5768.blog.163.com/blog/static/706630622010615104345869

[5] 顏清華,柏璐.IP路由與光傳送的協同組網[J].網絡電信,2011(4).

[6] 易小波,孫秀清,唐元春等.基于路徑計算單元的MPLS/GMPLS網絡結構[J]. 電信網技術,2008(2): 41-47.