RPR技術(shù)及其在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要　PRP技術(shù)是IEEE 802.17定義的一種在環(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，能適應(yīng)多種物理層，可以有效地傳送話音、數(shù)據(jù)、視頻等多種類型的業(yè)務(wù)。介紹了RPR(彈性分組環(huán))的技術(shù)特點、實現(xiàn)方案以及在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞　彈性分組環(huán)　城域網(wǎng)　應(yīng)用

　　近年來隨著以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的非話音業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的基于TDM的SDH城域傳送網(wǎng)存在著許多不足之處，如缺乏帶寬動態(tài)調(diào)配能力，資源利用率低，網(wǎng)絡(luò)擴展性差，業(yè)務(wù)開通速度慢，不能很好地滿足新業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載需求。雖然出現(xiàn)了基于SDH的MSTP(multi-service transport platform，多業(yè)務(wù)傳送平臺)技術(shù)[1]，較好地適應(yīng)了多業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送的需求，但在根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求提供不同QoS保證、提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)接入方式和速率、帶寬分配的公平化等方面依然面臨挑戰(zhàn)。RPR(彈性分組環(huán))技術(shù)的出現(xiàn)，較好地解決了目前網(wǎng)絡(luò)的承載效率、業(yè)務(wù)可靠性、業(yè)務(wù)安全性等方面的問題。

1、RPR的技術(shù)特點

　　RPR技術(shù)是IEEE 802.17定義的一種在環(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，能適應(yīng)多種物理層(如SDH、WDM、以太網(wǎng)等)，可以有效地傳送話音、數(shù)據(jù)、視頻等多種類型的業(yè)務(wù)。RPR技術(shù)融合了以太網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟性、靈活性、可擴展性等特點，同時又吸收了SDH環(huán)網(wǎng)的50ms快速保護的優(yōu)點，并具有網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)、環(huán)路帶寬共享、公平分配、嚴格的業(yè)務(wù)分類(CoS)等技術(shù)優(yōu)勢，從而可以提供較為經(jīng)濟有效的城域網(wǎng)解決方案[2]。

　　RPR技術(shù)的主要特點大致可歸納如下：

　　1.1　采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)

　　RPR采用互逆雙環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)，靠近外部的環(huán)稱為外環(huán)，靠近里邊的稱為內(nèi)環(huán)。環(huán)上的每段光路工作在同一速率上，RPR的雙環(huán)都能夠傳送數(shù)據(jù)。RPR外環(huán)的數(shù)據(jù)傳送方向為順時針方向，內(nèi)環(huán)的數(shù)據(jù)傳送方向為逆時針方向。每個RPR節(jié)點都采用了一個以太網(wǎng)中用到的48bit MAC地址作為地址標識，因此從RPR節(jié)點設(shè)備鏈路層來看，這兩對收發(fā)的物理光接口只是一個鏈路層接口；從網(wǎng)絡(luò)層來看，也只需要分配一個接口IP地址。

　　1.2　分組式ADM(分插復(fù)用器)體系

　　RPR對業(yè)務(wù)交換采用分組式ADM體系。RPR大大簡化了環(huán)路上的分組處理過程。對于每一個節(jié)點，如果數(shù)據(jù)流的目的地不是本節(jié)點的話，這個數(shù)據(jù)流會被簡單地前傳，而不會像以太網(wǎng)交換機那樣還需將此數(shù)據(jù)流放入隊列并等待處理。每個節(jié)點的RPR MAC層對業(yè)務(wù)的處理有三種情況：把用戶數(shù)據(jù)流加入到環(huán)路中去(上環(huán))；把目的地是本節(jié)點的數(shù)據(jù)流從環(huán)路中取出來(下環(huán))；直接把數(shù)據(jù)流從環(huán)路的一段前傳到另一段上(過環(huán))。所以RPR設(shè)備可以像SDH ADM那樣不用處理那些前傳的數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)的處理性能可大大提高，數(shù)據(jù)分組的ADM式交換體系可以很容易地升級到更高的速率。

　　1.3　空間復(fù)用和統(tǒng)計復(fù)用

　　RPR技術(shù)支持空間復(fù)用(SRP：spatial reuse protocol)技術(shù)，它是一個獨立于介質(zhì)的MAC層協(xié)議，SRP在數(shù)據(jù)包環(huán)上提供了尋址、讀取數(shù)據(jù)包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能。在分組環(huán)路上，數(shù)據(jù)包被目的節(jié)點從環(huán)上讀走，而不象FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)那樣要經(jīng)過整個環(huán)路最后由源節(jié)點讀走。這樣，分組環(huán)使得有多個節(jié)點成多段同時傳輸數(shù)據(jù)，而不會互相影響，充分利用了整個環(huán)路的帶寬。

　　統(tǒng)計復(fù)用的應(yīng)用是指RPR將環(huán)路的所有帶寬作為統(tǒng)一的管道供所有的業(yè)務(wù)共享，在共享帶寬的過程中提供不同等級的服務(wù)質(zhì)量。這樣，帶寬可節(jié)約至少40%(視業(yè)務(wù)種類而定)。

　　1.4　50ms環(huán)保護機制

　　IEEE 802.17建議提供兩種環(huán)保護機制：缺省選項為steering(源路由方式)，可選方式為wrap(折回方式)。兩種保護方式都可保證環(huán)保護時間小于50ms。RPR節(jié)點間通過信令交換拓撲信息，每個節(jié)點都知道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。

　　當采用源路由方式提供保護時，光纖中斷點兩端的節(jié)點會發(fā)送拓撲更新信息，每個業(yè)務(wù)的源節(jié)點會根據(jù)拓撲更新信息向反向倒換業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)仍然可根據(jù)RPR層終點MAC到達環(huán)路出口。源路由方式的優(yōu)點在于大大提高了環(huán)路帶寬利用率，并且某條光纖上的業(yè)務(wù)保護倒換對另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒有任何影響。

　　當采用折回方式提供保護時，可對RPR MAC層設(shè)置旁路，直接采用物理層的環(huán)回。折回保護方式的優(yōu)點在于保護倒換時間相對快，分組流失少。如果分組為組播業(yè)務(wù)，折回保護方式通過另一條光纖提供迂回路由，不需要重新計算組播的復(fù)制點。

　　RPR環(huán)保護基于分組業(yè)務(wù)為單位進行，對于每個業(yè)務(wù)可選擇采用一種保護方式，也可以對業(yè)務(wù)先采用折回方式保護，減少分組丟失，然后再進行源路由保護倒換，從而提高帶寬利用率。

　　1.5　網(wǎng)絡(luò)拓撲自動發(fā)現(xiàn)和更新

　　RPR節(jié)點間可交換拓撲識別信令，采用類似0SPF(開放最短路徑優(yōu)先)的算法。RPR拓撲更新信令和0SPF的區(qū)別在于OSPF是L3路由協(xié)議，RPR信令則是L2的觸發(fā)式協(xié)議。在拓撲初始化階段，每個節(jié)點都會發(fā)出拓撲查詢消息，沿環(huán)路傳送，其他節(jié)點會加入自己的屬性，當源節(jié)點收到自己發(fā)出的拓撲查詢消息時，便可了解到環(huán)路拓撲信息。當環(huán)路增加節(jié)點、減少節(jié)點、光纖中斷、節(jié)點失效等事件發(fā)生時，相應(yīng)節(jié)點都會被觸發(fā)發(fā)出拓撲更新信息。當環(huán)路處于正常狀態(tài)時，節(jié)點之間會以固定時間間隔發(fā)送hello信息來判斷鏈路狀態(tài)是否正常。拓撲自動識別增加了環(huán)路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯誤。

　　1.6　帶寬公平分配、靈活的環(huán)路帶寬管理

　　由于環(huán)上的帶寬是共享資源，極其容易被網(wǎng)絡(luò)上的個別節(jié)點或個別用戶過度使用造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。RPR規(guī)范了一種分布式的公平控制算法來實現(xiàn)各節(jié)點帶寬的動態(tài)公平分配，并可根據(jù)需求為環(huán)上的各節(jié)點分配不同的權(quán)重，在環(huán)路帶寬發(fā)生擁塞時，保證各節(jié)點高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的傳送，并實現(xiàn)低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的公平接入和帶寬分配。實現(xiàn)完善的公平機制，有利于RPR環(huán)路快速響應(yīng)突發(fā)性的數(shù)據(jù)流量變化。

　　RPR技術(shù)的一個重要特點就是它支持靈活的帶寬顆粒、帶寬的動態(tài)共享和分配。RPR環(huán)通過執(zhí)行公平算法來控制帶寬的利用，把環(huán)上任意兩個節(jié)點之間所有的帶寬作為一個全局資源分配給用戶。RPR每一個節(jié)點的MAC層一直觀測緊靠它的鏈路的利用情況，然后把這個信息告知環(huán)上所有的節(jié)點。每一個節(jié)點可以據(jù)此向環(huán)上增加或減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量。網(wǎng)管根據(jù)這些信息來統(tǒng)計RPR環(huán)路各個跨段上資源的使用情況，實現(xiàn)環(huán)路帶寬的靈活、動態(tài)管理。

　　1.7　提供嚴格的CoS分類

　　RPR規(guī)范了A、B、C三種業(yè)務(wù)等級，提供了可靠的保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的機制。A類業(yè)務(wù)優(yōu)先級最高，可保證最短的端到端時延和時延抖動，A類業(yè)務(wù)可分配一個CIR速率，其中可細分為A0(保留帶寬)和A1(可回收帶寬)；B類業(yè)務(wù)分配一個CIR(承諾的信息速率)，對于超過CIR的流量標記為EIR(超越信息速率)流量，EIR流量應(yīng)與C類業(yè)務(wù)一起參見公平算法；C類業(yè)務(wù)提供盡力而為的業(yè)務(wù)，優(yōu)先級最低。

2、RPR的實現(xiàn)方案

　　RPR是一種多業(yè)務(wù)平臺，兼具了數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的特點，覆蓋范圍廣，組網(wǎng)靈活，擴展能力強，既有LAN的經(jīng)濟性又有SDH的高可靠性和保護機制。采用RPR技術(shù)組網(wǎng)，可減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投入成本，兼顧多種業(yè)務(wù)，最大限度的利用了帶寬，提高設(shè)備的利用率，降低維護和管理等運營成本。

　　RPR的具體實現(xiàn)方案可以分為三類：獨立式的基于2層的RPR實現(xiàn)方案；基于路由器的單卡RPR實現(xiàn)方案；基于內(nèi)嵌RPR的MSTP實現(xiàn)方案。對于這三種實現(xiàn)方案，都各有廠家推出相應(yīng)的產(chǎn)品。

　　獨立式的基于2層的RPR實現(xiàn)方案主要適用于IP城域網(wǎng)的接入層和匯聚層，是目前較成熟的一種解決方案。有的廠家將MPLS(多協(xié)議標簽交換)技術(shù)、時鐘同步技術(shù)、CWDM(粗波分復(fù)用)技術(shù)和電視視頻廣播技術(shù)與這種2層的實現(xiàn)方案結(jié)合在一起，從而提供面向IP優(yōu)化，并同時支持TDM(時分復(fù)用)業(yè)務(wù)的寬帶多業(yè)務(wù)解決方案。

　　基于路由器的單卡RPR實現(xiàn)方案主要應(yīng)用于IP城域網(wǎng)的核心層和匯聚層，以現(xiàn)有的路由器產(chǎn)品為平臺，通過增加板卡來實現(xiàn)RPR的功能。這種實現(xiàn)方案可以看作是對現(xiàn)有路由器組網(wǎng)的一種優(yōu)化，在節(jié)省光纖資源的同時，可以大大加強其保護性能，獲得50ms的環(huán)路保護功能。

　　內(nèi)嵌RPR的MSTP實現(xiàn)方案，實際上是在MSTP環(huán)網(wǎng)帶寬上通過虛容器(VC)劃分出獨立的通道來支持RPR技術(shù)。與傳統(tǒng)SDH相比，雖然MSTP引入了2層交換技術(shù)以實現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬共享，并通過GFP(通用成幀協(xié)議)實現(xiàn)以太網(wǎng)幀到SDH VC容器的映射，以及采用了虛級聯(lián)和LCAS(鏈路容量調(diào)整方案)技術(shù)增強虛容器帶寬分配的靈活性和可靠性。但是由于以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)型網(wǎng)時固有的缺點，廠家大都將RPR技術(shù)引入新一代的MSTP中，從而為支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供全面的解決方案。內(nèi)嵌RPR的MSTP適用于建設(shè)以TDM業(yè)務(wù)為主數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為輔的傳統(tǒng)運營商網(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)升級改造。

3、RPR在城域傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

　　城域傳送網(wǎng)的建設(shè)必須適應(yīng)城域業(yè)務(wù)的需求和發(fā)展。目前，城域業(yè)務(wù)的特點表現(xiàn)為：傳輸距離短，業(yè)務(wù)類型復(fù)雜，業(yè)務(wù)需求變化迅速，接入環(huán)境復(fù)雜多變，IP業(yè)務(wù)逐漸成為主流，以太網(wǎng)接口越來越被用戶青睞，用戶對帶寬需求越來越大。這些業(yè)務(wù)特點對城域傳送網(wǎng)提出了新要求，城域傳送網(wǎng)的建設(shè)因此要考慮建立多業(yè)務(wù)寬帶傳送平臺，以實現(xiàn)快速增長的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和以傳統(tǒng)話音為主的TDM業(yè)務(wù)的綜合傳送。

　　隨著市場的需求和技術(shù)的進步，不斷發(fā)展出了多種城域傳送技術(shù)方案，如：基于SDH的MSTP技術(shù)、RPR技術(shù)、城域WDM技術(shù)、PON技術(shù)等。這些技術(shù)各具特色，適合應(yīng)用于城域傳送網(wǎng)的不同層面。從技術(shù)特點來看，彈性分組環(huán)無論在城域傳送網(wǎng)的接入層、匯聚層和核心層都可以發(fā)揮它的作用。

　　彈性分組環(huán)具備在城域傳送網(wǎng)接入層方面的相關(guān)特性，不少RPR設(shè)備都提供了從10M/100M、GE、FE到E1、SDH等許多標準的用戶接口，有的組環(huán)帶寬可以達到1Gbits，業(yè)務(wù)分級的顆粒度可以細到64kbyte，組網(wǎng)靈活，具備了良好的業(yè)務(wù)保護能力等，采用RPR設(shè)備，可以為用戶提供從64kbit/s到10Mbit/s/100Mbit/s乃至千兆的接入帶寬。另外，由于RPR的標準之一IEEE 802.17是參照IEEE802系列標準而制定的，專門針對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供優(yōu)化傳送和50ms保護，所有以太網(wǎng)幀都可以最低的開銷進入RPR環(huán)網(wǎng)，因此可以方便的開展接入業(yè)務(wù)。

　　在城域傳送網(wǎng)匯聚層方面，RPR具備了較大的技術(shù)優(yōu)勢，最低的頭開銷，無可比擬的業(yè)務(wù)等級劃分，跟SDH一樣的50ms環(huán)保護能力，甚至部分廠家對TDM業(yè)務(wù)的良好支持，對三層路由協(xié)議的支持，還有其它一些針對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的VLAN、以太網(wǎng)透傳、TDM匯聚到GE上進行傳輸?shù)龋琒DH、MSTP和IEEE 802.3技術(shù)都無法與之相比。

　　在城域傳送網(wǎng)核心層方面，RPR技術(shù)針對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)做了優(yōu)化處理，加上根據(jù)不同對業(yè)務(wù)等級和業(yè)務(wù)質(zhì)量的50ms環(huán)保護能力，有些廠家設(shè)備支持TDM業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的分別上行，提供了高達10G的環(huán)網(wǎng)帶寬等，也為城域網(wǎng)的核心層傳輸提供了良好的支持。

　　對傳統(tǒng)電信運營商來說，由于已具有一定規(guī)模的業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)，一種比較具有吸引力的方案就是對傳統(tǒng)SDH進行改造和發(fā)展，在繼承SDH的保護和網(wǎng)絡(luò)管理等優(yōu)良性能的同時，在SDH平臺上添加一定的數(shù)據(jù)傳送能力，從而使SDH設(shè)備能更好地支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將SDH發(fā)展成為MSTP。MSTP內(nèi)嵌了RPR功能后，增強了新一代MSTP設(shè)備的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬共享和公平競爭性，其重要亮點是可實現(xiàn)動態(tài)、公平共享的以太環(huán)網(wǎng)應(yīng)用。傳統(tǒng)MSTP的以太環(huán)網(wǎng)一般是利用二層交換來實現(xiàn)，如基于VLAN的多生成樹，即在環(huán)網(wǎng)中每個VLAN具有一個生成樹，可利用被單生成樹禁用的跨段，具有環(huán)網(wǎng)帶寬重用的功能；業(yè)務(wù)優(yōu)先級一般采用VLAN優(yōu)先級等方式實現(xiàn)；支持基于STP/RSTP的保護倒換，時間在幾秒到幾十秒左右。與此相比，RPR實現(xiàn)的以太環(huán)網(wǎng)在業(yè)務(wù)處理速度、擴展性、CoS、保護倒換時間、帶寬利用率、抑制廣播風(fēng)暴、拓撲自動發(fā)現(xiàn)等多方面都具有較強優(yōu)勢，特別是具有了環(huán)路帶寬的公平分配機制，克服了生成樹協(xié)議(STP)的固有缺陷。因此在MSTP的建設(shè)中，可優(yōu)先考慮支持內(nèi)嵌RPR技術(shù)的MSTP，以滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的要求。

4、結(jié)束語

　　RPR技術(shù)現(xiàn)在已逐步進入成熟發(fā)展期，相關(guān)RPR技術(shù)應(yīng)用標準的制定也明確了RPR在實際網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用時對相關(guān)設(shè)備的要求，為RPR在電信網(wǎng)絡(luò)中的規(guī)模應(yīng)用做好了準備。

　　對傳統(tǒng)電信運營商而言，由于城域傳送網(wǎng)已經(jīng)具備了一定規(guī)模的SDH網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)、ATM網(wǎng)絡(luò)等，如果放棄這些資源而專用新的技術(shù)，會造成很大的浪費，不利于保護已有投資，同時由于各種技術(shù)的發(fā)展也很快，具體采用哪一類技術(shù)，還需要根據(jù)業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量的預(yù)測慎重考慮。

　　參考文獻：

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