GMPLS--IP与WDM无缝结合的关键(1)

GMPLS--ip与WDM无缝结合的要害

近年来，随着互联网技术的迅速发展，以IP为代表的数据业务的流量得到了迅猛增加，已逐渐成为网络业务的主流。然而，现有的传输网络是面向话音优化的，要让其高效地承载数据业务，势必需要开发新的技术。

为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，如图1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP层用于承载业务；ATM层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；SDH层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；WDM层用于提供大容量的传输带宽。这种四层结构的传输方式虽然可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多问题。

首先，四层结构方式存在"瓶颈"效应。在这种结构中，带宽的指配非常麻烦。不仅需要很长的人工配置时间，而且带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽。即使绝大多数设备有空闲带宽可用，但任意一层的任意一个设备的带宽瓶颈，都可能限制整个网络的带宽或容量的扩充。同时，任何一层设备出现故障都会影响整个网络的稳定性；其次是传输效率低下。由于ATM和SDH都有大量的帧头开销，直接影响到数据业务的传输效率。例如，对于一个10Gb/s的STM-16（净负荷容量为9.6Gb/s），采用四层结构承载IP业务时，大约有2.4 Gb/s的带宽要用于传输各种开销字节，实际传输的业务只有7.2Gb/s，传输效率只有75%，可见效率之低；第三，四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠。四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH帧、WDM波长，而实际使用时，完全不需要如此多的带宽颗粒。而在功能上，每一层都带有相邻层的功能，非凡是保护和恢复功能，每一层都有，造成十分复杂甚至相互冲突的局面。总之，现有四层网络的结构已无法适应数据业务发展的需要，必须开发新的技术手段。



　 图1 IP over WDM网络发展趋势

我们知道，近几年迅速发展的MPLS（多协议标记交换）已被证实是一种非常适合于在电网络中传输数据业务的技术。MPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重新选路，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用MPLS的基于约束的路由技术完全可以在流量工程中取代ATM。同样，快速重新选路作为一种保护/恢复技术也完全可以取代SDH。由此可见，使用IP/MPLS控制平台提供的流量工程和快速重新选路，将使未来的传输网络完全可以跨过ATM和SDH两层（见图1（b）），直接实现IP over WDM。无疑，这种IP via MPLS over WDM的网络将是一个操作更简单、花费最低、最适合数据业务传输的网络。 

然而，MPLS究竟是一种位于OSI七层模型中的第三层网络层和第二层之间的2.5层技术，而WDM属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术--GMPLS。

为了实现IP与WDM的无缝结合，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展（如VPN、光波长租用等），实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的治理问题，GMPLS设计了一个全新的链路治理协议LMP（Link Management PRotocol）；为了保障光网络运营的可靠，GMPLS又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。下面将对GMPLS的这些特点加以说明。

一、通用多协议标签

1.1 GMPLS接口

我们知道，MPLS通过在IP包头添加32bit的"shim"标签，可使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，可极大加快IP包的转发速度。GMPLS则对标签进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也用标签进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换（主要是SDH）和WDM光交换的归一化标记。

GMPLS定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，分别是：

(1)、分组交换接口PSC（Packet Switch Capable）：进行分组交换。通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如MPLS的标签交换路由器LSR基于"shim"标签转发数据； 

(2)、第二层交换接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：进行信元交换。通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如ATM LSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元；

(3)、时隙交换接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根据TDM时隙进行业务转发。典型如SDH的DXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧； 

(4)、波长交换接口LSC（Lambda Switch Capable）：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。例如OXC设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它将一系列连续的光波长当作一个交换单元。使用光波段交换可以有效减少单波长交换所带来的波形失真，减少设备的光开关数量，还可以使光波长之间的间隔减小。；

(5)、光纤交换接口FSC（Fiber Switch Capable）：根据业务（光纤）在物理空间中的实际位置对其转发。例如OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作；

以上GMPLS五种接口类型的关系如图2所示。



图2 GMPLS五种接口类型

GMPLS--IP与WDM无缝结合的要害

近年来，随着互联网技术的迅速发展，以IP为代表的数据业务的流量得到了迅猛增加，已逐渐成为网络业务的主流。然而，现有的传输网络是面向话音优化的，要让其高效地承载数据业务，势必需要开发新的技术。

为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，如图1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP层用于承载业务；ATM层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；SDH层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；WDM层用于提供大容量的传输带宽。这种四层结构的传输方式虽然可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多问题。

首先，四层结构方式存在"瓶颈"效应。在这种结构中，带宽的指配非常麻烦。不仅需要很长的人工配置时间，而且带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽。即使绝大多数设备有空闲带宽可用，但任意一层的任意一个设备的带宽瓶颈，都可能限制整个网络的带宽或容量的扩充。同时，任何一层设备出现故障都会影响整个网络的稳定性；其次是传输效率低下。由于ATM和SDH都有大量的帧头开销，直接影响到数据业务的传输效率。例如，对于一个10Gb/s的STM-16（净负荷容量为9.6Gb/s），采用四层结构承载IP业务时，大约有2.4 Gb/s的带宽要用于传输各种开销字节，实际传输的业务只有7.2Gb/s，传输效率只有75%，可见效率之低；第三，四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠。四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH帧、WDM波长，而实际使用时，完全不需要如此多的带宽颗粒。而在功能上，每一层都带有相邻层的功能，非凡是保护和恢复功能，每一层都有，造成十分复杂甚至相互冲突的局面。总之，现有四层网络的结构已无法适应数据业务发展的需要，必须开发新的技术手段。



　 图1 IP over WDM网络发展趋势

我们知道，近几年迅速发展的MPLS（多协议标记交换）已被证实是一种非常适合于在电网络中传输数据业务的技术。MPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重新选路，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用MPLS的基于约束的路由技术完全可以在流量工程中取代ATM。同样，快速重新选路作为一种保护/恢复技术也完全可以取代SDH。由此可见，使用IP/MPLS控制平台提供的流量工程和快速重新选路，将使未来的传输网络完全可以跨过ATM和SDH两层（见图1（b）），直接实现IP over WDM。无疑，这种IP via MPLS over WDM的网络将是一个操作更简单、花费最低、最适合数据业务传输的网络。 

然而，MPLS究竟是一种位于OSI七层模型中的第三层网络层和第二层之间的2.5层技术，而WDM属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术--GMPLS。

为了实现IP与WDM的无缝结合，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展（如VPN、光波长租用等），实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的治理问题，GMPLS设计了一个全新的链路治理协议LMP（Link Management Protocol）；为了保障光网络运营的可靠，GMPLS又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。下面将对GMPLS的这些特点加以说明。

一、通用多协议标签

1.1 GMPLS接口

我们知道，MPLS通过在IP包头添加32bit的"shim"标签，可使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，可极大加快IP包的转发速度。GMPLS则对标签进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也用标签进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换（主要是SDH）和WDM光交换的归一化标记。

GMPLS定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，分别是：

(1)、分组交换接口PSC（Packet Switch Capable）：进行分组交换。通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如MPLS的标签交换路由器LSR基于"shim"标签转发数据； 

(2)、第二层交换接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：进行信元交换。通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如ATM LSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元；

(3)、时隙交换接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根据TDM时隙进行业务转发。典型如SDH的DXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧； 

(4)、波长交换接口LSC（Lambda Switch Capable）：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。例如OXC设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它将一系列连续的光波长当作一个交换单元。使用光波段交换可以有效减少单波长交换所带来的波形失真，减少设备的光开关数量，还可以使光波长之间的间隔减小。；

(5)、光纤交换接口FSC（Fiber Switch Capable）：根据业务（光纤）在物理空间中的实际位置对其转发。例如OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作；

以上GMPLS五种接口类型的关系如图2所示。



图2 GMPLS五种接口类型

GMPLS--IP与WDM无缝结合的要害

近年来，随着互联网技术的迅速发展，以IP为代表的数据业务的流量得到了迅猛增加，已逐渐成为网络业务的主流。然而，现有的传输网络是面向话音优化的，要让其高效地承载数据业务，势必需要开发新的技术。

为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，如图1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP层用于承载业务；ATM层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；SDH层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；WDM层用于提供大容量的传输带宽。这种四层结构的传输方式虽然可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多问题。

首先，四层结构方式存在"瓶颈"效应。在这种结构中，带宽的指配非常麻烦。不仅需要很长的人工配置时间，而且带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽。即使绝大多数设备有空闲带宽可用，但任意一层的任意一个设备的带宽瓶颈，都可能限制整个网络的带宽或容量的扩充。同时，任何一层设备出现故障都会影响整个网络的稳定性；其次是传输效率低下。由于ATM和SDH都有大量的帧头开销，直接影响到数据业务的传输效率。例如，对于一个10Gb/s的STM-16（净负荷容量为9.6Gb/s），采用四层结构承载IP业务时，大约有2.4 Gb/s的带宽要用于传输各种开销字节，实际传输的业务只有7.2Gb/s，传输效率只有75%，可见效率之低；第三，四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠。四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH帧、WDM波长，而实际使用时，完全不需要如此多的带宽颗粒。而在功能上，每一层都带有相邻层的功能，非凡是保护和恢复功能，每一层都有，造成十分复杂甚至相互冲突的局面。总之，现有四层网络的结构已无法适应数据业务发展的需要，必须开发新的技术手段。



　 图1 IP over WDM网络发展趋势

我们知道，近几年迅速发展的MPLS（多协议标记交换）已被证实是一种非常适合于在电网络中传输数据业务的技术。MPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重新选路，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用MPLS的基于约束的路由技术完全可以在流量工程中取代ATM。同样，快速重新选路作为一种保护/恢复技术也完全可以取代SDH。由此可见，使用IP/MPLS控制平台提供的流量工程和快速重新选路，将使未来的传输网络完全可以跨过ATM和SDH两层（见图1（b）），直接实现IP over WDM。无疑，这种IP via MPLS over WDM的网络将是一个操作更简单、花费最低、最适合数据业务传输的网络。 

然而，MPLS究竟是一种位于OSI七层模型中的第三层网络层和第二层之间的2.5层技术，而WDM属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术--GMPLS。

为了实现IP与WDM的无缝结合，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展（如VPN、光波长租用等），实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的治理问题，GMPLS设计了一个全新的链路治理协议LMP（Link Management Protocol）；为了保障光网络运营的可靠，GMPLS又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。下面将对GMPLS的这些特点加以说明。

一、通用多协议标签

1.1 GMPLS接口

我们知道，MPLS通过在IP包头添加32bit的"shim"标签，可使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，可极大加快IP包的转发速度。GMPLS则对标签进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也用标签进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换（主要是SDH）和WDM光交换的归一化标记。

GMPLS定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，分别是：

(1)、分组交换接口PSC（Packet Switch Capable）：进行分组交换。通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如MPLS的标签交换路由器LSR基于"shim"标签转发数据； 

(2)、第二层交换接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：进行信元交换。通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如ATM LSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元；

(3)、时隙交换接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根据TDM时隙进行业务转发。典型如SDH的DXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧； 

(4)、波长交换接口LSC（Lambda Switch Capable）：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。例如OXC设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它将一系列连续的光波长当作一个交换单元。使用光波段交换可以有效减少单波长交换所带来的波形失真，减少设备的光开关数量，还可以使光波长之间的间隔减小。；

(5)、光纤交换接口FSC（Fiber Switch Capable）：根据业务（光纤）在物理空间中的实际位置对其转发。例如OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作；

以上GMPLS五种接口类型的关系如图2所示。



图2 GMPLS五种接口类型

GMPLS--IP与WDM无缝结合的要害

近年来，随着互联网技术的迅速发展，以IP为代表的数据业务的流量得到了迅猛增加，已逐渐成为网络业务的主流。然而，现有的传输网络是面向话音优化的，要让其高效地承载数据业务，势必需要开发新的技术。

为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，如图1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP层用于承载业务；ATM层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；SDH层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；WDM层用于提供大容量的传输带宽。这种四层结构的传输方式虽然可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多问题。

首先，四层结构方式存在"瓶颈"效应。在这种结构中，带宽的指配非常麻烦。不仅需要很长的人工配置时间，而且带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽。即使绝大多数设备有空闲带宽可用，但任意一层的任意一个设备的带宽瓶颈，都可能限制整个网络的带宽或容量的扩充。同时，任何一层设备出现故障都会影响整个网络的稳定性；其次是传输效率低下。由于ATM和SDH都有大量的帧头开销，直接影响到数据业务的传输效率。例如，对于一个10Gb/s的STM-16（净负荷容量为9.6Gb/s），采用四层结构承载IP业务时，大约有2.4 Gb/s的带宽要用于传输各种开销字节，实际传输的业务只有7.2Gb/s，传输效率只有75%，可见效率之低；第三，四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠。四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH帧、WDM波长，而实际使用时，完全不需要如此多的带宽颗粒。而在功能上，每一层都带有相邻层的功能，非凡是保护和恢复功能，每一层都有，造成十分复杂甚至相互冲突的局面。总之，现有四层网络的结构已无法适应数据业务发展的需要，必须开发新的技术手段。



　 图1 IP over WDM网络发展趋势

我们知道，近几年迅速发展的MPLS（多协议标记交换）已被证实是一种非常适合于在电网络中传输数据业务的技术。MPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重新选路，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用MPLS的基于约束的路由技术完全可以在流量工程中取代ATM。同样，快速重新选路作为一种保护/恢复技术也完全可以取代SDH。由此可见，使用IP/MPLS控制平台提供的流量工程和快速重新选路，将使未来的传输网络完全可以跨过ATM和SDH两层（见图1（b）），直接实现IP over WDM。无疑，这种IP via MPLS over WDM的网络将是一个操作更简单、花费最低、最适合数据业务传输的网络。 

然而，MPLS究竟是一种位于OSI七层模型中的第三层网络层和第二层之间的2.5层技术，而WDM属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术--GMPLS。

为了实现IP与WDM的无缝结合，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展（如VPN、光波长租用等），实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的治理问题，GMPLS设计了一个全新的链路治理协议LMP（Link Management Protocol）；为了保障光网络运营的可靠，GMPLS又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。下面将对GMPLS的这些特点加以说明。

一、通用多协议标签

1.1 GMPLS接口

我们知道，MPLS通过在IP包头添加32bit的"shim"标签，可使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，可极大加快IP包的转发速度。GMPLS则对标签进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也用标签进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换（主要是SDH）和WDM光交换的归一化标记。

GMPLS定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，分别是：

(1)、分组交换接口PSC（Packet Switch Capable）：进行分组交换。通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如MPLS的标签交换路由器LSR基于"shim"标签转发数据； 

(2)、第二层交换接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：进行信元交换。通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如ATM LSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元；

(3)、时隙交换接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根据TDM时隙进行业务转发。典型如SDH的DXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧； 

(4)、波长交换接口LSC（Lambda Switch Capable）：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。例如OXC设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它将一系列连续的光波长当作一个交换单元。使用光波段交换可以有效减少单波长交换所带来的波形失真，减少设备的光开关数量，还可以使光波长之间的间隔减小。；

(5)、光纤交换接口FSC（Fiber Switch Capable）：根据业务（光纤）在物理空间中的实际位置对其转发。例如OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作；

以上GMPLS五种接口类型的关系如图2所示。



图2 GMPLS五种接口类型

GMPLS--IP与WDM无缝结合的要害

近年来，随着互联网技术的迅速发展，以IP为代表的数据业务的流量得到了迅猛增加，已逐渐成为网络业务的主流。然而，现有的传输网络是面向话音优化的，要让其高效地承载数据业务，势必需要开发新的技术。

为了传输数据业务，现有的传输网络采用四层结构的方式，如图1（a）所示：IP over ATM over SDH over WDM。其中IP层用于承载业务；ATM层用于集成多种业务，并为每种业务提供相应的服务质量保证；SDH层用于细粒度的带宽分配，并为业务的传输提供可靠的保护机制；WDM层用于提供大容量的传输带宽。这种四层结构的传输方式虽然可保证数据业务的传输，但在使用中却存在诸多问题。

首先，四层结构方式存在"瓶颈"效应。在这种结构中，带宽的指配非常麻烦。不仅需要很长的人工配置时间，而且带宽的指配受限于每一层设备的可用带宽。即使绝大多数设备有空闲带宽可用，但任意一层的任意一个设备的带宽瓶颈，都可能限制整个网络的带宽或容量的扩充。同时，任何一层设备出现故障都会影响整个网络的稳定性；其次是传输效率低下。由于ATM和SDH都有大量的帧头开销，直接影响到数据业务的传输效率。例如，对于一个10Gb/s的STM-16（净负荷容量为9.6Gb/s），采用四层结构承载IP业务时，大约有2.4 Gb/s的带宽要用于传输各种开销字节，实际传输的业务只有7.2Gb/s，传输效率只有75%，可见效率之低；第三，四层结构带宽颗粒度过多，功能重叠。四层结构的带宽分配采用四种完全不同的方式，即IP包、ATM信元、SDH帧、WDM波长，而实际使用时，完全不需要如此多的带宽颗粒。而在功能上，每一层都带有相邻层的功能，非凡是保护和恢复功能，每一层都有，造成十分复杂甚至相互冲突的局面。总之，现有四层网络的结构已无法适应数据业务发展的需要，必须开发新的技术手段。



　 图1 IP over WDM网络发展趋势

我们知道，近几年迅速发展的MPLS（多协议标记交换）已被证实是一种非常适合于在电网络中传输数据业务的技术。MPLS采用基于约束的路由技术可以实现流量工程和快速重新选路，可以满足业务对服务质量的要求。所以，采用MPLS的基于约束的路由技术完全可以在流量工程中取代ATM。同样，快速重新选路作为一种保护/恢复技术也完全可以取代SDH。由此可见，使用IP/MPLS控制平台提供的流量工程和快速重新选路，将使未来的传输网络完全可以跨过ATM和SDH两层（见图1（b）），直接实现IP over WDM。无疑，这种IP via MPLS over WDM的网络将是一个操作更简单、花费最低、最适合数据业务传输的网络。 

然而，MPLS究竟是一种位于OSI七层模型中的第三层网络层和第二层之间的2.5层技术，而WDM属于光层，是第一层物理层的技术。因此，要让MPLS跨过数据链路层直接作用于物理层，则必须对其进行修改和扩展。在此情况下，国际标准化组织IETF适时地推出了可用于光层的通用多协议标签交换技术--GMPLS。

为了实现IP与WDM的无缝结合，GMPLS对MPLS标签进行了扩展，使得标签不但可以用来标记传统的数据包，还可以标记TDM时隙、光波长、光波长组、光纤等；为了充分利用WDM光网络的资源，满足未来一些新业务的开展（如VPN、光波长租用等），实现光网络的智能化，GMPLS还对信令和路由协议进行了修改和补充；为了解决光网络中各种链路的治理问题，GMPLS设计了一个全新的链路治理协议LMP（Link Management Protocol）；为了保障光网络运营的可靠，GMPLS又对光网络的保护和恢复机制进行了改进。下面将对GMPLS的这些特点加以说明。

一、通用多协议标签

1.1 GMPLS接口

我们知道，MPLS通过在IP包头添加32bit的"shim"标签，可使原来面向无连接的IP传输具有了面向连接的特性，可极大加快IP包的转发速度。GMPLS则对标签进行了更大的扩展，将TDM时隙、光波长、光纤等也用标签进行统一标记，使得GMPLS不但可以支持IP数据包和ATM信元，而且可以支持面向话音的TDM网络和提供大容量传输带宽的WDM光网络，从而实现了IP数据交换、TDM电路交换（主要是SDH）和WDM光交换的归一化标记。

GMPLS定义了五种接口类型来实现以上的归一化标记，分别是：

(1)、分组交换接口PSC（Packet Switch Capable）：进行分组交换。通过识别分组边界，根据分组头部的信息转发分组。例如MPLS的标签交换路由器LSR基于"shim"标签转发数据； 

(2)、第二层交换接口L2SC（Layer2 Switch Capable）：进行信元交换。通过识别信元的边界，根据信元头部的信息转发信元。例如ATM LSR则基于ATM的VPI/VCI转发信元；

(3)、时隙交换接口TDMC（Time Division Multiplexing Capable）：根据TDM时隙进行业务转发。典型如SDH的DXC设备的电接口，可根据时隙交换SDH帧； 

(4)、波长交换接口LSC（Lambda Switch Capable）：根据承载业务的光波长或光波段转发业务。例如OXC设备是一种基于光波长级别的设备，可以基于光波长作出转发决定。更进一步还可以基于光波段作出转发决定。光波段交换是光波长交换的进一步扩展，它将一系列连续的光波长当作一个交换单元。使用光波段交换可以有效减少单波长交换所带来的波形失真，减少设备的光开关数量，还可以使光波长之间的间隔减小。；

(5)、光纤交换接口FSC（Fiber Switch Capable）：根据业务（光纤）在物理空间中的实际位置对其转发。例如OXC设备可对一根或多根光纤进行连接操作；

以上GMPLS五种接口类型的关系如图2所示。



图2 GMPLS五种接口类型