1、引言

根據(jù)Gannet2006年3月發(fā)布的2005年全球以太網(wǎng)交換機市場份額分析報告，以太網(wǎng)交換機的出貨量同比增加9%，銷售額方面同比增加7%，達12.9億美元，其中吉比特以太網(wǎng)交換占據(jù)了61%。

同時，以太網(wǎng)的應(yīng)用場合已從局域網(wǎng)向城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)拓展，但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)主要存在5個問題[1]：無端到端的QoS保障機制；保護機制不完善；性能監(jiān)測和內(nèi)在OAM能力薄弱；擴展性和資源的利用方面不足；用戶的管理及安全性差。

這些問題在以太網(wǎng)應(yīng)用于城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)場合下顯得相對突出。如何解決這些問題成為以太網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點，國際各大標準組織（IEEE、ITU-T、MEF、IETF等）都進行相關(guān)的研究。目前，主要的解決方案有：MPLSL2[2]，QinQ[3]，VLANID可路由的解決方案GOE[4]，MACinMAC方案（這是一種類似Q in Q的方案）。

為了尋求解決方案，筆者于2001年提出VlanIDswitch概念[5]，主要解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于城域網(wǎng)的“擴展性和資源的利用方面不足”問題，形成了第一代的虛交換（virtualswitch，VS）產(chǎn)品——ISN8850E，這是和華為公司合作的基于其寬帶接入服務(wù)器ISN8850平臺的VS產(chǎn)品。由于第一代VS產(chǎn)品采用了VlanIDswitch集中處理和手工配置的方式，系統(tǒng)容量和應(yīng)用場合受到限制，因此于2002年開始，從實際需求出發(fā)，筆者進行了第二代智能虛交換（intelligent virtual switch，IVS）[6]的研究和設(shè)計，重點解決了以太網(wǎng)存在的其他4個問題。

從總體上來說，IVS的創(chuàng)新點在于：以VlanIDswitch取代原來VlanIDbridge概念構(gòu)造新型轉(zhuǎn)發(fā)模式；在程控交換技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)之間尋求平衡，設(shè)計新型協(xié)議；引入用戶編號和集中管理概念，為IVS技術(shù)的大規(guī)模使用提供可能。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IVS采用了3層功能架構(gòu)：承載轉(zhuǎn)發(fā)層、連接控制層和業(yè)務(wù)控制層，具體如圖1所示。

IVS承載轉(zhuǎn)發(fā)層由具備VlanIDswitch處理能力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實體（datarelayentity，DRE）通過以太網(wǎng)高速連接組成，該層主要承擔以太網(wǎng)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)。

IVS連接控制層是由具備連接控制功能的網(wǎng)絡(luò)信令實體（networksignalingentity，NSE）通過資源保障互聯(lián)協(xié)議（resourceproveinterconnectprotocol，RPIP）連接組成，承擔端到端連接的資源預(yù)留、建立、維護、拆除以及呼叫記錄詳單（CDR）的生成等功能。該層是IVS體系中承上啟下的重要層面，向上通過資源保障互聯(lián)協(xié)議用戶接口部分（RPIPUNI）為業(yè)務(wù)控制層提供業(yè)務(wù)接口，向下通過公共開放策略服務(wù)增強版協(xié)議（common open police service plus，COPS+）和承載轉(zhuǎn)發(fā)層形成控制下發(fā)接口。

IVS業(yè)務(wù)控制層是由業(yè)務(wù)觸發(fā)功能實體（servicetriggerentity，STE）和業(yè)務(wù)控制登記實體（servicecontrolregister，SCR）組成，SCR記錄了用戶數(shù)據(jù)，包含物理位置、邏輯標識、用戶權(quán)限、認證方式、接口能力等信息。當業(yè)務(wù)觸發(fā)之后,STE訪問SCR進行數(shù)據(jù)查詢，得到必要的業(yè)務(wù)信息，然后指揮連接控制層來建立相關(guān)電路。

OAM/管理層負責提供管理、監(jiān)視、維護、告警等網(wǎng)管功能，對包含承載轉(zhuǎn)發(fā)層、連接控制層和業(yè)務(wù)控制層在內(nèi)的各種功能部件，如DRE、NSE、STE和SCR等進行監(jiān)測和維護管理。

3、運行機制

下面針對IVS的運行機制主要從協(xié)議模型、轉(zhuǎn)發(fā)模式、編號機制和集中管理4個方面進行闡述。

3.1RPIP邏輯模型

在IVS體系中，用戶信息主要存放在SCR里，當用戶觸發(fā)鏈路建立請求時，SCR通過RPIPUNI信令通知NSE，NSE設(shè)備之間則通過RPIPNNI信令進行路徑選擇，確定一條能夠滿足要求的鏈路邏輯信息，然后NSE將鏈路邏輯信息通過COPS+協(xié)議發(fā)到DRE上，DRE根據(jù)邏輯信息在設(shè)備上進行資源預(yù)留和物理鏈路建立。RPIP分為UNI和NNI兩大類型，邏輯模型如圖2所示。

RPIPUNI協(xié)議是SCR與NSE之間的QoS協(xié)商接口，用戶的業(yè)務(wù)請求需要通過靜態(tài)配置/業(yè)務(wù)信令向SCR發(fā)出業(yè)務(wù)申請，SCR收到業(yè)務(wù)申請后，判斷用戶的業(yè)務(wù)權(quán)限和分析主叫/被叫的位置，確定本次業(yè)務(wù)流所需要的帶寬等QoS參數(shù)，業(yè)務(wù)控制層的SCR通過RPIPUNI向連接控制層的NSE發(fā)起連接路徑請求，申請相應(yīng)的資源和業(yè)務(wù)承載路徑，并實現(xiàn)修改、拆除、查詢已建立的業(yè)務(wù)連接的功能。

RPIPNNI是NSE域之間的QoS協(xié)商接口，每個NSE域由1個主用NSE（必需）和1個備用NSE（可選）構(gòu)成。源NSE翻譯來自SCR的協(xié)議信息，如果該連接僅發(fā)生在源NSE所處的域內(nèi)，那么源NSE無需啟動RPIPNNI協(xié)議，只需要通過雙向Dijistra算法在本域內(nèi)進行路徑選擇，同時以用戶的QoS參數(shù)作為雙向Dijistra算法的約束條件，快速確定用戶連接路徑。如果連接需要跨越多個NSE域，那么源NSE則生成RPIPNNI格式，發(fā)給下一跳NSE，進行連接分段建立。

3.2轉(zhuǎn)發(fā)模式

傳統(tǒng)以太網(wǎng)的VlanID長度為12bit，總數(shù)為4094個（0和4095均為預(yù)留），采用VlanIDbridge機制，VlanID資源為全局共享，這種運行機制可適用于以太局域網(wǎng)，但應(yīng)用到以太城域網(wǎng)時，VlanID資源顯得不足。因此，筆者針對性提出了Vlan ID switch概念,將Vlan ID定義為局部有效，即采用三元組（設(shè)備號、端口號、Vlan ID）作為交換標簽，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每個端口上可以重復(fù)使用多達4094個Vlan ID值。

在IVS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式中，有3個主要特點。

●保持以太網(wǎng)802.1Q幀格式。它無需進行報文重新封裝，因而提高了數(shù)據(jù)的傳送效率，降低SAR（分段和重組）部件的成本。

●以三元組（設(shè)備號、端口號、VlanID）作為交換標簽集中。集中體現(xiàn)了VlanIDswitch概念，突破4096個Vlan的限制，每一個端口可以有獨立的4094個VlanID來區(qū)分用戶，為大規(guī)模以太網(wǎng)接入提供了條件。

●面向連接方式。通過面向連接的方式為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供帶寬方面的保證。

3.3編號機制

IVS體系結(jié)構(gòu)中的編號機制是采用組合邏輯號碼和物理號碼的方式來表示一個用戶。其中邏輯號碼是體現(xiàn)用戶的惟一標志，對用戶進行客戶關(guān)系管理，與用戶物理位置無關(guān)。物理號碼則體現(xiàn)用戶的實際位置特征，對用戶路由尋址。通過結(jié)合邏輯號碼和物理號碼，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)領(lǐng)域用戶一定程度上的號碼攜帶和位置漫游。

對于邏輯號碼和物理號碼的具體編號，其中邏輯號碼是采用現(xiàn)行的E.164編號規(guī)則，而物理號碼則是根據(jù)用戶所在的位置（設(shè)備號、端口號、VlanID）進行邏輯運算得出。