前言从上世纪90年代以来，Internet网络规模、用户数量以及业务量呈指数增长。

对电信市场的研究表明，到2005年，数据业务量（特别是IP业务量）和话音业务量之比将成99：1。

同时，美国Norwest V enture Partners公司的风险投资家V ab Goel在光通信国际会议“OFC（Optical Fiber Communication Conference and Exhibit）”的主题演讲中，针对光通信的发展前景做了以下阐述：“影视信息的发行、在线存贮以及文件共享等，今后前途远大的网络应用都将以IP技术为基础。

由于所有信息的传输都将基于IP技术，因此光通信当然也必须与IP网络相结合，而不是像过去那样采取封闭式网络的形式。

IP技术将推动光通信向前发展” 。

因此，IP over WDM技术被人们一致看好，IP over WDM生存性策略尤其值得我们讨论。

第1章 IP OVER WDM 概述1.1 绪论IP直接over WDM的网络构架有利于充分利用光纤带宽、减小处理延时和节约网络建设成本，加上在IP层支持QoS(服务质量)的DiffServ技术已日渐成熟，IP over WDM很有希望成为今后若干年Internet骨干网的主要形式。

多协议波长交换(MPλS)是最近才提出的新概念，它可能是IP over WDM网络的未来发展方向，将在后面介绍。

但是，波分复用的做法使WDM网络在网络部件失效时可能遭受比传统网络更大的损失，比如一根光纤断裂会使经过它的所有光路同时失效，因此抗毁机制对于IP over WDM网络显得更加重要。

传统的IP动态路由机制虽然有失效恢复能力，但是存在以下缺点：(l)传统的IP路由机制依靠路由器之间定时交换网络状态信息，并且可以采用重选路由的方式绕过出问题的链路或节点，恢复受影响的业务，但是由于IP 层的重选路由必须等路由表收敛以后才能进行，因此对于规模较大的网络失效恢复的延时相当大(一般会达到秒的数量级)。

(2)传统IP网络采用的动态路由协议，在网络部件出现故障需要重选路由时并未考虑保证备用路由上已存在业务流的QoS，因此路由改变之后的业务流可能损害已存在业务流的QoS，导致网络已不再是真正意义上的自愈网络了。

因此有必要结合IP网络和WDM网络各自的特点来研究IP over WDM网络的生存性。

1.2 目前多层网络结构和协议栈1.2.1 单层的和多层的恢复机制宽带的传输网可以被看作是多层的栈，每一层是单一的技术网络，可以为上层提供传输功能。

因此，传输网络实质是多层网络。

恢复机制可以通过单层的网络或几层网络来实现。

多层的恢复机制很复杂，但为了提供足够的高的生存性，还是很有必要的。

在低层完成恢复通常可以有效地解决诸如：光纤断裂等故障，但低层不能很好解决发生在高层的故障。

例如：SDH层无法恢复由于ATM设备引起的ATM 连接：这种故障需要在高层提供特别的恢复机制。

最低层的恢复是最合适和有效的恢复物理故障的机制，诸如光纤断裂。

在另外一方面，最高层的恢复可以针对不同用户，提供不同可靠性的恢复。

1.2.2 目前IP over WDM 的协议栈结构目前要实现IP over WDM，网络中所采用的协议栈，如图1.1，IP分组使用PPP／HDLC帧封装后，直接在光路上传送。

汇集到边缘IP路由器的分组流通过OADM(光分插复用器)到波长上，然后由OXC(光交叉连接器)的访问端口注入WDM网络。

由于IP路由器和OADM直接相连，可以在两个访问端口之间建立端到端的光路传送IP分组流，如果由于物理网络的限制(如光收／发器数目限制、链路容量限制)无法在源—目的路由器之间建立直接的光路，分组就需要经过若干条首尾相连的光路到达目的路由器，光路与光路之间需要在电层相连(通过光／电／光转换实现)。

1.31.3.1 网络故障通常一个装备有Tbit传输系统的光缆的断裂会使2.5亿的电话呼叫中断；尤其是在长途传输网中这种现象经常发生，因此我们有必要关注网络故障。

网络故障可能是链路故障，例如：光缆断裂，或者节点故障，例如：特定的设备电源故障。

故障可以是单一的，当网络进行恢复时，没有其他故障发生，也可以是同时发生的多个故障。

1.3.2 生存性策略(1) 定义不同的生存性策略可以由网络技术单独定义。

通常是从终端用户的角度以恢复速度来衡量恢复机制的好坏。

恢复过程包括以下几个步骤：——告警监测/显示——告警的相关性/恢复过程的触发——恢复机制的执行——路由的确认——网络元件的重新装配生存性策略是为一系列的可预见的故障情形设计的，并期望能对任何一种故障提供适当恢复。

(2) 分类网络采用的生存性机制一般可以分为两大类：(1) 保护机制采用预先规划(pre- planed)的方法分配网络资源，防止未来预期可能出现的网络失效。

优点是由于保护通路的路由和需要的资源已预留，失效恢复时间很短；缺点是灵活性不足，无法恢复预期范围以外的失效，如采用的保护机制是针对防止单链路失效而网络出现多处失效的情况。

(2) 恢复机制在网络出现失效以后，动态寻找可用资源并采用重选路由的方法绕过失效部件。

恢复机制能比保护机制更有效地利用网络资源但失效恢复时间较长，恢复机制的灵活性强于保护机制，可用于网络出现预期范围以外失效时的业务恢复。

合适的生存性策略定义为由网络服务中断引起的收入损失和执行该策略所需费用的折衷。

第2章WDM环形保护2.1 光波分复用（WDM）技术概述光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号的一种技术。

其基本原理是在发端将不同波长的光信号复用起来，在接收端又将光信号解复用，并送入不同的终端。

WDM技术对网络的扩容升级、发展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤带宽能力、实现超高速通信等具有十分重要的作用。

由采用了WDM技术后，可以使原来只能采用一个波长的光作为载波的单一光信道变成数个不同波长的光信道同时在光纤中传输，因而使光纤通信的容量成倍提高。

此外利用WDM技术还可以实现单纤全双工传输，以及在光纤用户网中增加组网的灵活性。

WDM技术已取得很大进展，目前已经应用于光纤长途干线通信容量升级扩容，以及其他多种形式的光纤网络，是光纤通信发展到一个更高的水平。

目前10GB/s（4×2.5 GB/s）的WDM传输设备已经商用化，100GB/s 的WDM海底光缆传输系统已在商用海缆线路上进行了试验，160GB/s（16×10GB/s）系统和340 GB/s（17×20 GB/s）系统也已相继试验成功。

光波分复用（WDM）技术是一种既能将不同波长的光信号组合（合波）起来传播，又能将光纤中组合传输的光信号分开（分波）送入几个不同的通讯终端或指定光纤的一种光通信技术。

具有这种合波分波功能的器件称为光分复用器，根据不同的光学原理可以构成不同的结构，但都具有合波分波功能，合波与分波功能如2.1所示。

由图2.1可以看出，几个信道的不同波长的光信号分别由光纤引入合波器，合波器能把几个具有不同波长的光信号同时送入传输光纤，而分波器则具有相反的功能，它把同一根光纤中传输的几个信道的光信号分开使之各自独立传送。

2.2 光传输网的分层结构在ITU-T 标准G .otn 和G .872发布之前，许多学者根据不同的侧重点对光传输网对分层结构进行了研究。

以发布的G .872建议，已明确在光传输网络加入光层，按建议，光层由光信道层，光复用段层和光传输层组成，如图2 .2 所示.2.2.1 光信道层光信道层（optical channel layer ）负责为来自电复用段层的客户信息选择路由并分配波长，为灵活的网络选路安排光信道连接，处理光信道开销，提供光信道的检测或管理功能。

并在故障发生时，通过重新选路或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护切换和网络恢复。

(a) WDM 网络 (b)光层分解图2. 2 光通信网络的分层结构2.2.2 光复用段层光复用段层（optical multiplexing section layer ）保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络管理。

其主要包括：为灵活的多波长网络选路重新安排光复用段功能；为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销；为网络的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能。

2.2.3 光传输段层光传输段层（optical transmission section layer ）为光信号在不同类型的光传输媒质（ G .652,G .653,G .655）上提供传输功能，同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等。

2.3 光节点设备2.3.1 光交叉连接设备（OXC）OXC的功能与DXC的功能也基本相同，其两个主要功能是：光通道的交叉连接功能和本地上下路功能。

本地上下路功能可以使某些光通道在本地下路，进入本地网络；同时允许本地的光通道上路，复用到输出链路中传输。

2.3.2 分插复用设备（OADM）光分插复用设备（OADM）可以看成OXC结构的功能简化，它是WDM环行网络的基本组成单元。

一般的，OADM节点用解复用器解出需要下路的光波长，同时把要插入的波长经过复用器复用到光纤上传输。

用不同的方法实现上下路波长的分出与插入就可以构成不同的OADM结构。

使用不同功能的OADM可以构成不同的物理网络。

2.4 WDM环形保护环形网络是一种常见的通信网络拓扑形式。

和网孔结构相比，环形网络在保持较高生存性的同时更容易实现和管理，因此广泛应用于同步数字体系（SDH）传送网中。

OADM的出现促进了WDM环形网的研究和发展。

WDM环形网保留了环形结构的自愈特性，同时在不改变系统结构的情况下，进行容量的平滑升级。

2.4.1 环形网的分类OADM是WDM环形网络的基本组成单元。

WDM环形网络的实现方法多种多样。

1）按节点间波长通道来去业务的传输方向，可以分为单向环和双向环两种。

单向环——来业务的波长传输方向与去业务的波长传输方向相同（如都是顺时针传输或都是逆时针传输）。

双向环——两个传输方向相反。

2）按连接环路中相邻节点的光纤数目，环形网络可分成单纤环、四纤环和多纤环。

其中在单纤环中不容易实现保护功能，故很少使用。

我们主要介绍两纤环、四纤环和多纤环。

1 单向两纤环结构这种结构是当前研究最多，也是比较成熟的一种环形网物理结构。

工作光纤和保护光纤在不同的环路上。

工作光纤复用波长来携带工作业务，备用光纤复用保护波长。

在这种环状结构中，节点之间的通信业务由预定波长携带，对应的来业务方向与去业务方向是同时传输的。

节点之间通过波长连接实现通信。