通过对运营商骨干网络流量的分析，人们发现在经过核心路由器的业务流量中，大约有50％以上属于“过境”的转发流量，而这些“过境”流量大大加重了核心路由器的负担。如果使用昂贵的路由器线卡处理这类流量，则会造成网络成本和功耗的快速增长。而利用光层和IP层的协同组网调度机制，可以在光层旁路IP层的“过境”流量。

文章针对IP层与光层网络资源协调技术，分析流量旁路技术(ByPass)的联合组网策略，并具体阐述了ByPass流量旁路技术的几种实现方式。文章指出不同的应用场景可选用不同的ByPass流量旁路技术实现方式，从而为不同的网络提供灵活的优化方案。

1 流量旁路技术概述

ByPass技术即指在运营商网络中采取的ByPass^[1]组网技术，它可以将 “过境”流量有效地通过光传送管道进行旁路，并利用光层大颗粒的调度、疏导和链路保护能力，降低核心路由器的处理压力，降低对骨干路由器的容量与复杂度要求，减少核心路由器的功耗，从而降低投资成本(CAPEX)和运营成本(OPEX)。这种IP层与光层之间的融合与统一调度将成网络演进的方向之一。

为了实现由光层分流IP层的ByPass流量，就要引入两层的协同机制。长期以来在对等模式下，IP层和光层相互隔离，因此两层协同机制大致分为3种实现方式：

● 以光层为主的实现方式

● 以IP层为主的实现方式

● 其他实现方式

以光层为主的实现方式是在光传送层进行分组化传送的方式^[2]，该实现方式由分组化OTN来识别IP层的标签（例如：标签交换路由器的多协议标签交换标签（LSR MPLS Label）、虚拟局域网(VLAN)等），从而旁路部分IP层核心路由器的转发流量。这种方式对现有IP层影响较小，在一定程度上依赖于IP层的协议。

以IP层为主的实现方式是将部分光层的特性转移到路由器端口上，这样以来由路由器端口发出的报文会带有“光层的传输标记”（例如：波长、集光纤配线单元(ODU)等）并在光层直接进行交叉。这种方式实际上是由IP层替代了部分光传送层的功能，IP层要预先获取光层的网络拓扑。

另外，一些两层协同的组网方式依赖于控制平面，或者是引进了一些新的设备形态。例如：协同的流量管理、路径集中计算(PCE)、多通道负载均衡(MC-LB)、通用多协议标志交换协议用户节点接口（GMPLS-UNI）方式、基于子接口的多层网络优化、ByPass服务器等等。

在IP层与光层联合组网中引入Bypass机制后，整网可得到如下优化：

● 减轻了核心路由器的转发流量和转发压力。

● 减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，节约了端口扩容成本。

● 减少了业务流量的转发跳数，有助于提升业务指标、保证业务承载质量。

2 ByPass联合组网策略分析

目前各大运营商均采用两层组网联合组网方案，既上层为IP数据网，下层为光传输网，两层网络之间通过特定光接口进行连接。光接口根据接口类型可以分为彩光接口和白光接口；根据速率可以分为2.5G、10G和40G，未来可能会出现100G速率的需求；根据业务可以分为以太网接口、光传送网(OTN)接口和SONET/SDH上的包传输(POS)接口。

根据运营商的实际需求，现阶段IP层数据网和光层传输网主要可以分为两种组网模型：一种为传统白光组网，另外一种则为彩光组网模型。其中白光组网是目前运营商普遍采用的方案，路由器厂商和波分传输厂商所推出的大部分设备也均是支持白光接口；而彩光组网则代表着未来网络扁平化发展的一种趋势。路由器设备集成光转化单元(OTU)并提供彩光接口，该接口直接与波分设备的彩光口相连，从而节省了组网过程中OTU的配置。目前业内Juniper和思科已推出了包含彩光接口的路由器设备，而德天翔则推出了包含彩光接口的OTN光交叉设备。

2.1 白光接口组网模型

白光接口组网模型，实质上是一种客户层和服务层关系。当OTN 作为IP 网络的服务层，IP 网络作为OTN 的客户信号，两者则构成客户—服务关系，并通过路由器提供白光接口支持10GE/40GE/100GE over OTN 进行组网。OTN 主要进行大颗粒的业务调度、业务在物理层的快速开通以及线路侧故障的保护，以提高整个传送网的链路资源的利用率和增强传送网的生存性，是目前IP 网络和OTN 网络互存的主要形态。

图1白光组网模型

如图1所示，在白光组网中，路由器直接提供白光信号，该白光信号通过光纤直接连接到OTN设备的OTU客户侧接口中，然后通过OTN设备的OTU单板，将输入的白光信号调制到C波段某一个波长上，并最终送入OTN设备的合波器中，和其他波长信号捆绑在一起，在线路侧接口上传送。

在白光组网中，OTN网络的运维和管理主要在光层OTN设备上通过段监控（SM）开销、通道监控（PM）开销和串行连接监控（TCM）开销而实现。路由器网管对路由器所提供的白光信号除了有功率检测等物理信号监测功能之外，不具备其他任何开销、运维、管理功能。

在白光组网模式中，也分为3种接口类型，分别为：POS接口、OTN接口和以太网接口。其中POS接口是目前中国联通现网上普遍采用的接口类型，在路由器和OTN设备对接中可以实现基于同步数字体系(SDH)开销的监控功能，但其成本是最高的。

以太网接口和OTN接口是近几年来新推出的接口类型，相对于POS接口而言，成本较低。以太网接口标准IEEE 802.3工作组所制订，从速率角度分为GE、10GE、40GE，未来会出现100GE需求。

2.2 彩光接口组网模型

彩光接口组网模型是将路由器和OTN设备通过彩光接口对接，并将路由器内置OTU功能模块；它所提供的彩光信号已经被调制到C波段某一个波长上，并直接连接到OTN设备的波分侧，从而实现网络扁平化发展的要求。目前，已有思科、Juniper等公司已经开发了彩光接口路由器。但对于传输厂商，仅有个别厂商开发了具有彩光接口的OTN设备。

图2彩光接口组网模型

如图2所示，在彩光接口组网中，将OTU的转发器内置到路由器中，使得路由器直接提供彩光接口；输出的彩光信号已经被调制到某一特定波长上，直接与OTN设备的线路侧接口连接，然后与其他路由器输出的彩光信号一起输入到合波器中，合为一路信号在线路侧进行传输。

彩光接口遵从ITU-T G.709标准。通过彩光接口互联，网络可以节省路由器与密集波分复用(WDM)/OTN传输系统之间的白光接口。WDM传输系统不需要OTU单元进行波长转换，从而简化了网络架构，方便故障定位，降低管理难度并降低CAPEX和OPEX。

对于彩光接口组网模式，目前仍然存在一些问题：

● 网管界面分工不明确，传输厂家网管系统需要根据不同彩光路由器厂家设备进行定制化开发。

● OTN开销、维护及管理由路由器设备负责，路由器厂家对于SM/PM/TCM段开销管理的理解与传输厂家存在差异。

● 彩光接口组网与现有网络结构存在较大差异。

3 ByPass流量旁路组网实现方式

3.1光层分组化OTN实现方式

在光层分组化OTN实现方式中，光传送层引入分组化OTN设备，其核心交换矩阵除了支持ODU、VC以外，还支持MPLS-TP协议^[3]，接口也支持MPLS-TP功能。

如图3所示，业务流在PE1中被标上不同的标签；在P-OTN4设备上根据不同的标签，业务1被下载到客户侧UNI至核心路由器4，业务2和业务3被分别交叉到OTN2和OTN3；然后业务流量1在P4继续转发，业务2和业务3分别到PE2和PE3之后，根据需求剥去标签，然后下路。

由分组化OTN来识别IP层的标签，有的方案是针对LSR MPLS 标签进行识别，还有些是针对VLAN进行识别。利用光层分组化OTN这种方式，可以旁路部分IP层核心路由器的转发流量，对现有IP层影响较小，在一定程度上依赖于IP层的协议。

光层分组化OTN的实现方式适用于在光层有条件将传统OTN设备转换为分组化OTN设备或新引入分组化OTN设备的场景，无需改动IP层的路由器设备。这样既疏导了过境流量，也对原设备做了充分的利旧。

图3光层分组化OTN组网实现方式

3.2路由器端口实现方式

路由器端口实现方式，是将光层的波分特性转移到路由器接口上。如图4中所示，与分组化OTN方式比较，业务流在彩光口路由器P1被分配了不同的波长，也可以配置在不同的ODU中。在IP层感知光层拓扑的前提下，IP层把光层作为刚性管道，由不同的波长来决定转发的途经。OTN4设备可以看作是一个基于光交叉的可重构型分插复用器(ROADM)设备。根据不同的波长，业务1被交叉到OTN1设备中，业务2和业务3则被分别交叉到OTN2设备和OTN3设备中，然后业务流量1在P4继续转发，业务2和业务3分别到P2和P中转发。

在路由器端口实现方式中，路由器端口支持彩光特性^[4]（或是支持ODU的封装），发送的报文带有某种“光层的传输标记”（例如：波长、ODU等），并将在光层直接进行交叉。这种方式实际上是由IP层替代了部分光传送层的功能，因此IP层要预先获取光层的网络拓扑。

路由器端口实现方式适用于光层充分利旧，在IP层有条件将传统路由器设备转换为彩光接口路由器设备或新引入彩光接口路由器设备的场景，无需改动光层设备的组网。由于彩光接口的路由器现仅有少数几个厂商实现，故改造成本将有所增加。

图4 路由器端口实现方式

3.3其他实现方式

3.3.1 协同的流量管理

IP/OTN协同流量管理（多层流量工程）在提升网络性能的同时，还可降低网络的扩容压力。任意两台路由器之间的流量如果超过事先预设的阈值，路由器就可以通过UNI接口向OTN网提出带宽请求，传送网络在接到路由器的带宽请求之后，通过波长路由算法，在两台路由器之间快速搭建一条光层直达路由。这时，路由器的容量不需要增加，因为达到阈值的流量通过OTN层直达了。路由器IP端口的成本一般是OTN端口的4～5倍。由于光层智能分流了路由器业务，减少了路由跳数，从而减轻了路由器转发压力，减少了骨干IP网络中昂贵的IP端口（路由器高速线卡）的投资，从而可显著降低网络的CAPEX。例如，欧洲某主流运营商正是通过这种IP/OTN双层协同的方式，通过光层自动旁路路由器的流量，使网络的CAPEX节省了40％以上。

协同流量管理的方式适用于路由器与OTN组网的不改变原设备架构的协同管理，能适当减轻过境流量的压力，但在旁路效率上不如上两种方式。

3.3.2 MC-LB方案

MC-LB方案^[5]有两个技术要点：一个方向的数据流量可以从多个物理端口转发；一个物理端口可以转发多个方向的数据流量，如图5所示。

图5 MC-LB方案的组网模型

尽管MC-LB方案充分发挥了IP设备与光设备的协同优势，但却并不依赖于GMPLS等实现较为复杂的协议，同时，在GMPLS成熟应用后，也将会利用其优势，增强灵活性和易操作性。

3.3.3 路径集中计算单元

Internet工程任务组(IETF) PCE工作组定义的基于PCE的MPLS/GMPLS网络结构^[6]使得路径计算功能从网络设备中独立出来成为可能。通过在网络中部署独立的路径计算单元可以解决MPLS/GMPLS网络中大量链路基于约束的路径计算所需的特别资源问题。

在多层的网络结构中，可能上层是IP/MPLS网络，底层是GMPLS控制的光网络，底层网络的流量工程LSP为上层网络构成了一个虚拟的网络拓扑结构(VNT)。这种情况下的流量工程路径计算可以分为下面两种模式：

单PCE多层路径计算。这种模式下的PCE称为多层PCE，这种PCE收集各层网络的拓扑信息和流量工程信息，因而可以单独计算跨网络层的流量工程路径。

多PCE的多层路径计算中，每层网络都有至少一个PCE，并且每层网络的PCE相互协调，来计算光层的流量工程路径。

4 结束语

综上所述，在核心路由器上，对于一部分流量的转发，是可以通过光层来直接完成的。通过引入光层和IP层协同的机制，在IP层和OTN的双层协同的基础上进行网络优化，由光层OTN设备代替核心路由器来转发部分业务流量，是解决IP 承载网所面临的扩展性问题的一个途径。这些实现方式能够有效地配置网路资源，有效分流核心路由器上的流量，扩大网络的容量，缓解带宽扩容的压力，在不同程度上对应于IP承载网络从重叠模型向对等模型演进的趋势。

5 参考文献

[1] 郑寿涛.运营商互联网流控系统部署分析[J].电信网技术,2011(9):59-63.

[2] 支持多业务的光传送网（OTN）设备技术要求[S].

[3] 传送多协议标记交换MPLS-TP（MPLS Transport Profile）[J]. 通信技术与标准,2011(3).

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

[5] 颜清华,柏璐.IP路由与光传送的协同组网[J].网络电信,2011(4).

[6] 易小波,孙秀清,唐元春等.基于路径计算单元的MPLS/GMPLS网络结构[J]. 电信网技术,2008(2): 41-47.