RPR技術(shù)原理及其應(yīng)用

1　引言

　　RPR(Resilient Packet Ring，彈性分組環(huán))技術(shù)是為解決城域網(wǎng)中已大規(guī)模應(yīng)用的SDH、ATM以及以太網(wǎng)技術(shù)的一些局限性而提出的。SDH作為TDM通道，對(duì)分組業(yè)務(wù)的支持較差，資源利用率不高，用其組建城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，很難做到帶寬共享；ATM雖然在QoS等方面有一定優(yōu)勢(shì)，但其技術(shù)的復(fù)雜度導(dǎo)致了昂貴的價(jià)格和較高的信元開銷，并且與網(wǎng)絡(luò)的IP化發(fā)展不相一致；以太網(wǎng)技術(shù)作為一種廉價(jià)、相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)，雖然廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中，但其缺乏有效的QoS、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與保護(hù)以及網(wǎng)管機(jī)制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電信運(yùn)營(yíng)的需要。而RPR技術(shù)則結(jié)合了SDH與以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用環(huán)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)帶寬的共享與保護(hù)。

2　RPR技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RPR技術(shù)是一種在環(huán)型結(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的新型MAC層協(xié)議，能夠適應(yīng)多種物理層(如SDH、以太網(wǎng)、DWDM等)，可有效地傳送數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等多種業(yè)務(wù)類型。它融合了以太網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，同時(shí)吸收了SDH環(huán)網(wǎng)的50 ms快速保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)、環(huán)路帶寬共享、公平分配、嚴(yán)格的業(yè)務(wù)分類(COS)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目標(biāo)是在不降低網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的前提下提供更加經(jīng)濟(jì)有效的城域網(wǎng)解決方案。下面我們就來(lái)了解一下RPR中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　(1)幀結(jié)構(gòu)

　　RPR位于數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link)，包括邏輯鏈路控制子層(LLC)、MAC控制子層、MAC數(shù)據(jù)通道子層。LLC與MAC控制子層之間是MAC服務(wù)接口。MAC服務(wù)接口支持把來(lái)自LLC的數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端同樣的邏輯鏈路控制子層。MAC控制子層執(zhí)行與特定小環(huán)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)尋路行為和維護(hù)MAC狀態(tài)所需要的控制行為。MAC控制子層與MAC數(shù)據(jù)通道子層之間發(fā)送或接收RPRMAC幀。MAC數(shù)據(jù)通道子層則與某個(gè)特定的小環(huán)之間執(zhí)行訪問(wèn)控制和數(shù)據(jù)傳送。物理層服務(wù)接口用于MAC數(shù)據(jù)通道子層向物理媒介發(fā)送或從物理媒介接收RPR MAC幀。

　　(2)RPR MAC對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理方式

　　RPR MAC對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理方式有上環(huán)、下環(huán)、過(guò)環(huán)以及剝離4種，如圖1所示。上環(huán)是指本點(diǎn)用戶端口向環(huán)上其它站點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)需要進(jìn)行上環(huán)操作，通過(guò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和路由表項(xiàng)決定其目的站點(diǎn)地址以及環(huán)選擇，根據(jù)對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)送入相應(yīng)的隊(duì)列，最后產(chǎn)生RPR幀頭后插入到各環(huán)端口；下環(huán)是指本點(diǎn)從環(huán)上接收其它站點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的到本點(diǎn)的單播幀或多播幀，經(jīng)過(guò)Stack VLAN過(guò)濾后接收，對(duì)于單播幀，將其從環(huán)上剝離并發(fā)送到用戶端口，對(duì)于多播幀，將其發(fā)送到用戶端口的同時(shí)進(jìn)行過(guò)環(huán)操作；過(guò)環(huán)是指本點(diǎn)從環(huán)上接收的幀根據(jù)其優(yōu)先級(jí)(A、B、C)分別放人PTQ和STQ轉(zhuǎn)發(fā)通道，發(fā)送時(shí)將PTQ和STQ隊(duì)列中的數(shù)據(jù)幀直接插入源環(huán)發(fā)送端口；剝離是指本點(diǎn)從環(huán)上接收的幀不再繼續(xù)向下傳遞，到本點(diǎn)終結(jié)。

　　(3)公平算法原理

　　RPR技術(shù)所采用的公平算法是一種保證環(huán)上所有站點(diǎn)之間公平性的機(jī)制，通過(guò)這種算法可以達(dá)到帶寬的動(dòng)態(tài)調(diào)整和共享的目的。RPR公平算法的主要作用有兩個(gè)：一是應(yīng)用于從MAC客戶來(lái)的低優(yōu)先級(jí)服務(wù)和超額中優(yōu)先級(jí)服務(wù)(即中優(yōu)先級(jí)服務(wù)中EIR數(shù)據(jù)幀)的業(yè)務(wù)，對(duì)于B類CIR以及A類業(yè)務(wù)不進(jìn)行控制；二是分別控制兩個(gè)子環(huán)的公平帶寬，即每個(gè)RPR MAC有兩個(gè)互相獨(dú)立的公平協(xié)議分別調(diào)整上環(huán)的帶寬。

　　RPR公平算法是通過(guò)對(duì)阻塞的檢測(cè)來(lái)觸發(fā)帶寬調(diào)整而實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。當(dāng)環(huán)上某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生阻塞時(shí)，它就會(huì)在相反的環(huán)上向上行節(jié)點(diǎn)發(fā)布一個(gè)公平速率，當(dāng)上行站點(diǎn)收到這個(gè)公平速率時(shí)，就調(diào)整自己的發(fā)送速率以不超過(guò)公平速率。接收到這個(gè)公平速率的站點(diǎn)會(huì)根據(jù)不同情況作出兩種反應(yīng)：若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)阻塞，它就在自己的公平速率(通過(guò)本點(diǎn)的add_rate和歸一化的權(quán)重得到)和收到的公平速率之間選擇最小值公布給上行節(jié)點(diǎn)；若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不阻塞，節(jié)點(diǎn)就將公平速率向上游繼續(xù)傳遞。

　　(4)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)原理

　　通過(guò)RPR的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)原理，可以使每個(gè)站點(diǎn)都能了解環(huán)的完整結(jié)構(gòu)、各點(diǎn)距離自身的跳數(shù)以及環(huán)上各個(gè)站點(diǎn)所具備的能力等，從而為環(huán)選擇、公平算法、保護(hù)等單元提供決策依據(jù)。RPR拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)是一種周期性的活動(dòng)，但是也可以由某一個(gè)需要知道拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)發(fā)起，也就是說(shuō)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在必要的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)拓?fù)湫畔��?如此節(jié)點(diǎn)剛剛進(jìn)入RPR環(huán)中，接收到一個(gè)保護(hù)切換需求信息或者節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到了光纖鏈路差錯(cuò))。

　　RPR的拓?fù)湫畔�產(chǎn)生周期可以任意配置，一般為50 ms-10 s，以50 ms為最小分辨率，默認(rèn)值為100 ms。

　　(5)保護(hù)原理

　　RPR MAC層保護(hù)可支持Steering保護(hù)或Wrapping保護(hù)，用戶可以指配是否同時(shí)采用RPR MAC層的保護(hù)和SDH物理層的保護(hù)。當(dāng)同時(shí)采用RPR MAC層保護(hù)和SDH保護(hù)時(shí)，可以采用拖延RPR層倒換時(shí)間來(lái)支持層間倒換，以保證兩種倒換不會(huì)重疊發(fā)生。

　　RPR的保護(hù)時(shí)間有拖延時(shí)間和等待恢復(fù)時(shí)間兩種。拖延時(shí)間為檢測(cè)到業(yè)務(wù)失效到啟動(dòng)倒換之間的等待時(shí)間(時(shí)間范圍為0-10 s，步進(jìn)級(jí)別為100 ms)，在這段時(shí)間內(nèi)如果業(yè)務(wù)恢復(fù)，將不發(fā)生倒換；等待恢復(fù)時(shí)間為從故障恢復(fù)到業(yè)務(wù)故障狀態(tài)清除(取消保護(hù)狀態(tài))之間的等待時(shí)間(時(shí)間范圍為0-1 440 s，步進(jìn)級(jí)別為秒級(jí)可設(shè)置，默認(rèn)為10 s)，在這段時(shí)間內(nèi)如果業(yè)務(wù)失效，業(yè)務(wù)故障狀態(tài)將不再清除。

3　RPR技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

　　目前，國(guó)內(nèi)外各主流廠商都已推出了自己的RPR設(shè)備，有以Luminous公司為代表的純RPR設(shè)備，也有以中興通訊為代表的內(nèi)嵌RPR的MSTP設(shè)備，但國(guó)內(nèi)主流光通信設(shè)備廠商大部分選擇開發(fā)內(nèi)嵌RPR的MSTP設(shè)備。Luminous的Packet Wave RPR設(shè)備是以彈性分組傳送(Resilient Packet Transport，RPT)技術(shù)為基礎(chǔ)的，利用一個(gè)基于分組的光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，通過(guò)Packet Wave設(shè)備承載各種業(yè)務(wù)并提供原來(lái)由ATM/SDH提供的QoS和環(huán)自愈保護(hù)。中興通訊的新一代MSTP設(shè)備通過(guò)內(nèi)嵌RPR單板，提供強(qiáng)大的Policer和Shaper功能，有效地支持Class A0、A1、B-CIR、B-EIR、C業(yè)務(wù)的流量監(jiān)管，監(jiān)管顆粒可達(dá)16 kbit/s；同時(shí)，通過(guò)在RPR中引入CID(Customer ID)實(shí)現(xiàn)(用戶域+VLAN ID)雙重隔離和RVPLAN(RPR based Virtual Private LAN)。重要的是，CID+VLAN ID在隔離用戶的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶VLAN ID的透明傳送，不同的用戶可以使用相同的VLAN ID。

　　目前通信運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)已經(jīng)從骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)向了城域網(wǎng)，建立經(jīng)濟(jì)、高效、支持多業(yè)務(wù)的城域傳送網(wǎng)已成為各大運(yùn)營(yíng)商的共同目標(biāo)。RPR作為以太網(wǎng)的低成本、SDH的可靠性和ATM的多業(yè)務(wù)及服務(wù)質(zhì)量三者完美的結(jié)合體，已經(jīng)逐漸走進(jìn)城域傳送網(wǎng)領(lǐng)域，并成為熱點(diǎn)之一。

　　在城域網(wǎng)不同層次，RPR技術(shù)都可以較好地得到應(yīng)用。RPR技術(shù)應(yīng)用于接入層時(shí)，業(yè)務(wù)流經(jīng)過(guò)RPR網(wǎng)到達(dá)廣域網(wǎng)，帶寬可以完全共享、保護(hù)通道平時(shí)也可以傳輸業(yè)務(wù)、帶寬利用率以及站點(diǎn)公平性好、配置非常簡(jiǎn)單、故障定位方便；RPR技術(shù)應(yīng)用于接入層時(shí)，RPR環(huán)拓?fù)涞奶攸c(diǎn)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)大匯聚比的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，基本不受EOS方式下系統(tǒng)方向的限制。此外，因RPR的A、B類業(yè)務(wù)能夠提供保證帶寬，通過(guò)用戶組分類功能可以實(shí)現(xiàn)VPN，并且有著更好的線路利用率和更低的成本。

　　從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍來(lái)看，內(nèi)嵌RPR的MSTP適用于建設(shè)以目前TDM業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并存的網(wǎng)絡(luò)以及在兼容現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)的前提下提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送能力的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造；純RPR設(shè)備適用于建設(shè)以提供數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)為主的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著RPR標(biāo)準(zhǔn)化以及在MSTP標(biāo)準(zhǔn)中地位的確立，相信RPR的跨環(huán)組網(wǎng)能力、組大網(wǎng)能力將追隨MSTP成長(zhǎng)的足跡，會(huì)有進(jìn)一步的突破。