孫 德 俊

(南京審計大學實驗中心，南京 211815)

能提供高容量與服務質(zhì)量保證的網(wǎng)絡已成為各國研網(wǎng)基礎建置項目[1]，而在完成實驗平臺的架設后，為了便于通道的配置，亦開始研發(fā)通訊控制層系統(tǒng).

UCLP(User-Controlled LightPath)系統(tǒng)為加拿大CANARIE 與思科公司所贊助研發(fā)，由四個軟件團隊分別開發(fā)：University of Waterloo、Communications Research Centre of Ottawa University、University of Quebec a Montreal與Carleton University.傳統(tǒng)上通道建立為由管理者檢視是否有足夠的系統(tǒng)頻寬后，再經(jīng)設定設備上的線路交換以將可用頻寬串聯(lián)成為點對點的通道；通過UCLP軟件的授權功能，管理者可以將網(wǎng)絡頻寬預先保留給使用者，再由使用者操作UCLP界面自行決定要串聯(lián)的頻寬，以建立適用的通道.目前UCLP為唯一運用于實際網(wǎng)絡上的系統(tǒng)，加上CANARIE于各國推廣，幾乎已成為配置通道的標準.智能亦與CANARIE自2004年開始合作進行將SONET版本修改為適用于SDH 技術系統(tǒng)，并于智能網(wǎng)絡上完成UCLP系統(tǒng)之建置[2].

DRAGON(Dynamic Resource Allocation viaGMPLS Optical Networks)DRAGON[3-4]為美國國家科學基金會所補助的計劃，為配合Internet2 的HOPI(The Hybrid Optical and Packet Infrastructure)計劃的一環(huán)，HOPI為將Abiliene IP/MPLS網(wǎng)絡與NLR網(wǎng)絡進行連結(jié)，建立一混合型的新型態(tài)網(wǎng)絡架構(gòu)，DRAGON之目標為在HOPI 架構(gòu)中配置點對點連線，以GMPLS技術為基礎，設計出統(tǒng)一的應用程序界面(Application Programming Interface)供撰寫e-Science程序開發(fā)者使用；建置網(wǎng)絡資源代理人(Network Aware Resource Broker)以解決跨網(wǎng)域(inter-domain)的連線建立問題；對于非GMPLS之設備，以虛擬標簽交換路由器(VirtualLabel Switched Router)來協(xié)助配置標簽交換路徑(Label Switched Path)[3].

JRA3-BoD(Bandwidth on Demand)GEANT為結(jié)合26個歐洲研網(wǎng)的大型合作網(wǎng)絡計劃，包含了許多的整合研究計劃(Joint ResearchActivity)，隨選頻寬BoD計劃即為整合研究計劃之一[4]，旨在設計出一套自動控制系統(tǒng)，可建立跨越不同網(wǎng)域、不同網(wǎng)絡層(包括第三層IP網(wǎng)絡第二層網(wǎng)絡與網(wǎng)絡)的點對點通道.

1 智能網(wǎng)絡架構(gòu)與網(wǎng)絡實驗室構(gòu)建

1.1 智能骨干網(wǎng)絡架構(gòu)

圖1為采用所示整合IP與網(wǎng)絡的單一骨干架構(gòu)，各個虛擬網(wǎng)絡或?qū)＞€服務均由底層的通道構(gòu)成，在頻寬使用上具有更大的彈性[5].在規(guī)劃上以四個主節(jié)點間的STM-64線路為主，并各自以STM-64連結(jié)到所屬GigaPOP，為考慮故障備援需求，各GigaPOP 間各以STM-16 或STM-64 線路互連，提高網(wǎng)絡存活性(survivability)構(gòu)建新一代SDH和DWDM 整合實驗平臺.

圖1 網(wǎng)絡實驗室

1.2 智能網(wǎng)絡實驗室建置

本實驗環(huán)境使用與智能網(wǎng)絡骨干設備相同的CISCO ONS15454 交換器.CISCO ONS 15454可同時使用操作于SDH模式與DWDM模式.在實驗室中的交換器除了SDH之外，并安排Next-Generation SDH與DWDM卡版，可供不同網(wǎng)絡需求規(guī)劃出適用的架構(gòu).實驗室架構(gòu)圖如圖2所示，包含有五個機柜，分別放置以下機器：四部CISCO ONS15454、三部CISCO 7609路由器、兩部RPM電源管理器和HP服務器.并將四部CISCO ONS15454規(guī)劃成三個節(jié)點[6]，分別是節(jié)點A、節(jié)點B、節(jié)點C，其中節(jié)點A有兩個機柜，分別是shelf A和shelf A2.shelf A安裝DWDM卡版，shelf A2安裝SDH卡版，節(jié)點B和節(jié)點C 各有一個機柜，同時安裝SDH 和DWDM卡版.

網(wǎng)絡架構(gòu)圖網(wǎng)絡拓樸圖如圖2所示，四部CISCO ONS15454組成的三個節(jié)點，節(jié)點A、B、C，其下均各自介接一部CISCO 7609 路由器.實體線路為A─B 和A─C 兩條暗纖(dark fiber).在于此DWDM網(wǎng)絡上切割A─B、A─C和B─C 三條10G SDH 線路，以STM-64 線路連接A─B、A─C 和B─C 成為環(huán)狀SDH拓樸[7].CISCO 7609路由器以GE線路介接于環(huán)狀節(jié)點下，形成IP和網(wǎng)絡的混合架構(gòu).

圖2 網(wǎng)絡實驗室網(wǎng)絡拓樸圖

2 設備控制界面研究

2.1TL1

Transaction Language 1(TL1)為傳統(tǒng)電信設備的標準控制語言界面.在制訂TL1之前，各家電信設備商都有各自的控制語言，彼此互不相通.1984 年，Bellcore(現(xiàn)Telcordia)以Z.300 標準為基礎，定義了一套人機互通的控制語言界面TL1，便于管理各種電信設備[8].由于Telcordia 以TL1作為設備管理的通訊協(xié)定，各家設備商均主動在設備上開發(fā)TL1控制界面，TL1遂成為電信設備控制語言的統(tǒng)一標準.除了傳統(tǒng)電信設備支援TL1 協(xié)定外，新的設備如通訊設備上也多提供TL1界面供管理人員進行開發(fā).TL1通過Telnet session傳遞ASCII-Based的命令至設備，還可以ASCII格式讀取設備目前的組態(tài)信息，協(xié)助運營系統(tǒng)能夠有效管理網(wǎng)絡設備及其資源.TL1是目前北美主要控制電信網(wǎng)絡的協(xié)定，也是電信行業(yè)最廣泛使用的管理協(xié)定之一.它管理了世界上數(shù)量眾多的寬帶網(wǎng)絡設備，正在不斷廣泛應用，成為通訊設備的一項管理標準.

由于TL1為最廣泛使用的管理協(xié)定之一，不用額外花費即可開發(fā)管理能.如加拿大研究網(wǎng)絡CANARIE所贊助的UCLPv2計劃，就是以TL1為工具，開發(fā)網(wǎng)絡上的通道管理系統(tǒng).目前荷蘭研究網(wǎng)絡SURFNet贊助了一項TL1Toolkit的開發(fā)計劃，提供一個較高階層的應用程序界面，讓控制層程序開發(fā)更為容易.TL1登出等程序，將繁雜的TL1語法包裝成容易使用的API，有助于運營人員開發(fā)相關網(wǎng)管功能.本論文即以此TL1 Toolkit為工具，開發(fā)設備上的通道控制系統(tǒng)[9].

2.2 CORBA界面

CORBA(Common Object Request BrokerArchitecture)為OMG(Object Management Group)在1991年提出之分散式物件導向工作環(huán)境規(guī)格.OMG是一個由會員贊助而成立的非營利組織，其目的在推廣物件導向(Object-Oriented)的觀念及使用并致力于加強軟件的可攜性(portability)、再利用性(reusability)以及互通性(interoperability).該組織會員包括了廠商、學術單位及用戶.CORBA發(fā)展的原因是為了解決企業(yè)的計算機系統(tǒng)在整合各種平臺和作業(yè)系統(tǒng)時，能夠有一種一致的標準讓這些不同的平臺、作業(yè)系統(tǒng)、以及程序語言可以互相溝通的技術[10].OMG在CORBA定義了IDL(Interface Define Language)，可以讓程序撰寫者利用各種不同語言撰寫管理程序，管理程序通過與ORB(Object Request Broker)溝通管理相關設備設定.ORB是連結(jié)服務器和用戶端的一組服務，能中介客戶端與服務器端之間的溝通，讓CORBA的運作更加方便.ORB實作了一些特定服務，例如命名服務讓客戶端可以簡單取得服務器物件的相關信息、交易服務可確保程序間溝通的一致性、安全服務可以確保已授權的程序進行相關存取動作，這些服務的實作處理掉繁雜的細節(jié)，讓程序間溝通更容易.目前一般設備亦提供CORBA 界面供管理人員開發(fā)相關控制程序使用，如CISCO的設備管理軟件CTM(Cisco Transport Manager)即使用CORBA界面開發(fā)而成.但CORBA中的ORB套件需付費才可取得[11]，一般開發(fā)人員需額外購置相關ORB套件才能使用相關IDL定義檔來開發(fā)相關網(wǎng)管程序.

3 通道控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)及測試架構(gòu)

本系統(tǒng)以Linux 為開發(fā)平臺，主要利PHP程序語言所開發(fā)，結(jié)合Shell Script 控制TL1 Toolkit的Perl模塊，后端數(shù)據(jù)庫使用MySQL Database儲存相關資料.

測試架構(gòu)包含網(wǎng)絡實驗室中三個SDH節(jié)點A、B、C，彼此間以STM64 channel連接，如圖3所示，在基本的點對點連線實驗中，B 與C包含了Ethernet 卡板，其余介接點皆以OC192XFP 或是OC192LR卡板互連，網(wǎng)絡管控服務器則以頻帶外(Out-of-Band)線路通過TL1界面與ONS連線[12]，并將通道狀態(tài)記錄并更新于數(shù)據(jù)庫中.

在管控程序啟動之時，服務器會讀取設定檔以進行初始化程序，在使用者提出連線建立需求后，管理界面query Node通道設定實時信息，計算出目前系統(tǒng)各節(jié)點可用之卡版埠號與各線路可配置之頻寬，接著利用PHP script做最短路徑算法將欲建立的通道更新至數(shù)據(jù)庫，同時通過TL1 Toolkit設定通道所經(jīng)ONS的開關，最后將結(jié)果回傳資料給使用者[13-16].

圖3 測試系統(tǒng)架構(gòu)圖

上述建立連線流程如圖4所示，詳細步驟如下：

1)利用TL1 Toolkit至每個Node Query 實時狀態(tài)，找出每個Node上面的slot、port及channel數(shù)之使用狀態(tài);

2)依據(jù)使用者需求建立連線信息.

①初始化檢查，檢查目前使用資源是否足夠及顯示網(wǎng)絡拓撲;

②自動依據(jù)要求的channel，找尋Link上是否有足夠的頻寬.

3)執(zhí)行最短路徑算法;

4)找出Free LPO channel并通過TL1-Toolkit做Cross Connect;

5)同步數(shù)據(jù)庫.

圖4 建立連線流程架構(gòu)圖

3.2 數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)網(wǎng)絡資源管理與分配的概念，可以將各資源(如實體連線、網(wǎng)絡交換器設備、界面卡等)利用程序語言將其物件化，再與數(shù)據(jù)庫搭配做儲存管理與配置，以實現(xiàn)自動通道配置與管理的技術.數(shù)據(jù)庫設計方面，我們依據(jù)資源設備信息和性質(zhì)，設計了相關的資料表與欄位.以下逐一說明各資料表與欄位明細,表1為紀錄網(wǎng)絡拓墣環(huán)境中所有“鏈結(jié)”的信息，包含每一條鏈結(jié)上目前已經(jīng)建立的Virtual Circuit.

表1 Topology(Link)Table

表2為紀錄網(wǎng)絡拓撲環(huán)境中所有“節(jié)點”的信息，包含每個節(jié)點所相鄰的各個節(jié)點，以及是否為邊界(下車：Drop)節(jié)點.

表2 Topology(Node)Table

表3為建立LPO，并紀錄每一條在鏈結(jié)上建立的VC使用狀況.

表3 Link Status Table

表4為紀錄每一次使用者建立連線的需求，包括Request Number，來源到結(jié)束的節(jié)點，所分配的LPO Number.表5代表RO資源建立的相關信息.

表4 Request Table

表5 Resource Table

表6為TL1所記載卡版的相關信息.

表6 Card Table

3.3 測試方案與測試結(jié)果

在網(wǎng)絡實驗室設備上，我們建立了一個測試環(huán)境，模擬故障繞徑之功能.如圖5所示，假設Node B 與Node A 之間，有一條STM64線路提供服務，Node B 另有一備援STM64 連線，可通過Node C連接到Node A，以Node A另一片GE卡板作為備援連線.

圖5 測試方案示意圖

在系統(tǒng)中在B-A建立一條名稱為”Test_B-A”的STM-4連線，模擬提供服務的連線，并在B-C間建立一條名稱為”Test_B-C”的STM-4連線，以檢驗系統(tǒng)是否能自動偵測尋找可用頻寬來建立備援連線.由系統(tǒng)的查詢界面，可以看到Node B上的設定信息，在Cross connection處可見已設定好的兩條Cross connections，見圖6.

圖6 Node B設備信息查詢結(jié)果

當線路B-A間發(fā)生障礙時，我們只需在系統(tǒng)界面上，執(zhí)行建立連線的指令，系統(tǒng)即會執(zhí)行以下步驟，見圖7.

圖7 連線建立界面

圖7首先利用TL1 Toolkit到各設備查詢及時狀態(tài)，將每個Node之間的可用資源同步至數(shù)據(jù)庫，由于我們已將B-A連線拆除，同步之后數(shù)據(jù)庫已無B-A之連線資源可供使用,檢查目前資源是否能滿足使用者連線需求，由于查詢?nèi)杂蠦C-A連線，連線需求可滿足.檢查B-C、C-A連線中，是否仍有足夠頻寬可供使用由于B-C上目前僅有一條STM-4被使用，C-A上無LightPath占用頻寬，頻寬需求可滿足.執(zhí)行最短路徑算法，程序中以{0}(1)(2)代表NodeA、NodeB、NodeC.因B-A間最短路徑已拆除，故最短路徑演算結(jié)果為(1)(2)(0).找出FreeLPO，利用TL1 Toolkit 至各設備將Crossconnect建立起來.程序會判斷Node B上原先Test B-A 連線已不存在[17-21]，先拆除此條Crossconnection，再尋找B-C-A 間可用頻寬，由于channel1-4 已被Test_B-C 使用，故利用channel 5-8建立備援連線.最后程序會將資料同步至數(shù)據(jù)庫，并將所建立之備援連線名稱顯示在網(wǎng)頁上.如圖8所示，連線建立完成后，再登入查詢界面，即可看出Node B上的Cross connection信息已更新，原先建立的Test_B-A連線已被移除，并利用可用channel 5-8建立一個名為”Req1-0-95”的備援連線，證明故障自動繞徑功能可正常運作.雖目前系統(tǒng)可完成自動繞徑之功能，但是對于故障異常的發(fā)生，仍須通過人工判斷以觸發(fā)此故障繞徑工作，未來若能結(jié)合網(wǎng)管信息，根據(jù)故障發(fā)生的訊息，針對受影響連線進行自動繞徑，將能大幅提升運營的效率并減少運營人力的使用.

圖8 Node B設備信息查詢結(jié)果

4 結(jié) 語

目前各國在網(wǎng)絡領域研發(fā)均以通訊層為重心，預期的未來在網(wǎng)絡實體環(huán)境運作成熟后，還會遇到維護和運營時管理問題.智能網(wǎng)絡實驗室的開發(fā)讓學研界能在混合網(wǎng)絡中進行相關研究，提升國內(nèi)學術研究的能量.未來若能結(jié)合設備告警與錯誤辨識系統(tǒng)，擷取來自管理層的網(wǎng)絡告警訊息，配合本系統(tǒng)控制設備，自動將受影響的通道以動態(tài)重建的方式進行修復，將大幅提升智能網(wǎng)絡的可用率及穩(wěn)定性，并減少人力，提高維護運營的效率.