1、引言

根據Gannet2006年3月發布的2005年全球以太網交換機市場份額分析報告，以太網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，其中吉比特以太網交換占據了61%。

同時，以太網的應用場合已從局域網向城域網、廣域網拓展，但是傳統以太網技術主要存在5個問題[1]：無端到端的QoS保障機制；保護機制不完善；性能監測和內在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。

這些問題在以太網應用于城域網、廣域網場合下顯得相對突出。如何解決這些問題成為以太網領域研究的熱點，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]，主要解決了以太網應用于城域網的“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）產品——ISN8850E，這是和華為公司合作的基于其寬帶接入服務器ISN8850平臺的VS產品。由于第一代VS產品采用了VlanIDswitch集中處理和手工配置的方式，系統容量和應用場合受到限制，因此于2002年開始，從實際需求出發，筆者進行了第二代智能虛交換（intelligent virtual switch，IVS）[6]的研究和設計，重點解決了以太網存在的其他4個問題。

從總體上來說，IVS的創新點在于：以VlanIDswitch取代原來VlanIDbridge概念構造新型轉發模式；在程控交換技術和數據交換技術之間尋求平衡，設計新型協議；引入用戶編號和集中管理概念，為IVS技術的大規模使用提供可能。

2、系統結構

IVS采用了3層功能架構：承載轉發層、連接控制層和業務控制層，具體如圖1所示。

IVS承載轉發層由具備VlanIDswitch處理能力的數據轉發實體（datarelayentity，DRE）通過以太網高速連接組成，該層主要承擔以太網業務流轉發。

IVS連接控制層是由具備連接控制功能的網絡信令實體（networksignalingentity，NSE）通過資源保障互聯協議（resourceproveinterconnectprotocol，RPIP）連接組成，承擔端到端連接的資源預留、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協議用戶接口部分（RPIPUNI）為業務控制層提供業務接口，向下通過公共開放策略服務增強版協議（common open police service plus，COPS+）和承載轉發層形成控制下發接口。

IVS業務控制層是由業務觸發功能實體（servicetriggerentity，STE）和業務控制登記實體（servicecontrolregister，SCR）組成，SCR記錄了用戶數據，包含物理位置、邏輯標識、用戶權限、認證方式、接口能力等信息。當業務觸發之后,STE訪問SCR進行數據查詢，得到必要的業務信息，然后指揮連接控制層來建立相關電路。

OAM/管理層負責提供管理、監視、維護、告警等網管功能，對包含承載轉發層、連接控制層和業務控制層在內的各種功能部件，如DRE、NSE、STE和SCR等進行監測和維護管理。

3、運行機制

下面針對IVS的運行機制主要從協議模型、轉發模式、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，當用戶觸發鏈路建立請求時，SCR通過RPIPUNI信令通知NSE，NSE設備之間則通過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+協議發到DRE上，DRE根據邏輯信息在設備上進行資源預留和物理鏈路建立。RPIP分為UNI和NNI兩大類型，邏輯模型如圖2所示。

RPIPUNI協議是SCR與NSE之間的QoS協商接口，用戶的業務請求需要通過靜態配置/業務信令向SCR發出業務申請，SCR收到業務申請后，判斷用戶的業務權限和分析主叫/被叫的位置，確定本次業務流所需要的帶寬等QoS參數，業務控制層的SCR通過RPIPUNI向連接控制層的NSE發起連接路徑請求，申請相應的資源和業務承載路徑，并實現修改、拆除、查詢已建立的業務連接的功能。

RPIPNNI是NSE域之間的QoS協商接口，每個NSE域由1個主用NSE（必需）和1個備用NSE（可選）構成。源NSE翻譯來自SCR的協議信息，如果該連接僅發生在源NSE所處的域內，那么源NSE無需啟動RPIPNNI協議，只需要通過雙向Dijistra算法在本域內進行路徑選擇，同時以用戶的QoS參數作為雙向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，發給下一跳NSE，進行連接分段建立。

3.2轉發模式

傳統以太網的VlanID長度為12bit，總數為4094個（0和4095均為預留），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，但應用到以太城域網時，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（設備號、端口號、Vlan ID）作為交換標簽，在網絡設備的每個端口上可以重復使用多達4094個Vlan ID值。

在IVS的數據轉發模式中，有3個主要特點。

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

●以三元組（設備號、端口號、VlanID）作為交換標簽集中。集中體現了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來區分用戶，為大規模以太網接入提供了條件。

●面向連接方式。通過面向連接的方式為數據轉發提供帶寬方面的保證。

3.3編號機制

IVS體系結構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用戶的惟一標志，對用戶進行客戶關系管理，與用戶物理位置無關。物理號碼則體現用戶的實際位置特征，對用戶路由尋址。通過結合邏輯號碼和物理號碼，可以實現數據領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行的E.164編號規則，而物理號碼則是根據用戶所在的位置（設備號、端口號、VlanID）進行邏輯運算得出。