第五章 内嵌式RPR技术.doc

第五章 内嵌式RPR技术
P 目标：
了解RPR的产生背景。
了解RPR的优点和不足,了解RPR的运用方式。
熟悉RPR的技术特点。
了解空间重用，QoS机制，环倒换原理。

一、 RPR产生背景

随着IP技术的发展，数据业务逐渐成为主要的通信业务，这对城域网（MAN）和广域网（MAN）都提出了更高的带宽要求，在网络的骨干层，随着DWDM技术的普遍应用，骨干带宽已经解决；在网络的接入层，GE、10GE技术将得到大规模推广；城域网成为了主要瓶颈，正在成长为新的竞争焦点。
城域网具有业务种类多、业务调度转移多、业务流量变化大等特点，应用技术呈现多样化求，具有通信网中最复杂的使用环境，需要在提供更高带宽的同时适应分组交换的突发特性，提高城域网的带宽利用率，降低每比特数据流的成本。目前主要的解决方案有基于SDH、基于ATM、基于以太网等。SDH和ATM技术已成功地应用于城域网，主要优点是网络可靠性高，有QOS保证，但是其技术复杂、价格昂贵，而且灵活性较差（二层业务映射进物理层时仍然是静态带宽分配），不能满足数据业务对带宽的动态需求；以太网技术在局域网中得到了广泛应用，走的是低价、简单的技术路线，易于扩容、动态带宽共享，但是缺乏独立自主的QOS、网络恢复与保护和网管机制，不能满足城域网的性能和可靠性要求。结合传统SDH网络和分组网络的优势，确保对每个业务流提供服务质量保证，并具有高带宽利用率特性、高可靠性的解决方案应运而生， RPR（Resilient Packet Ring）就是在这样的背景下提出的，并很快受到了多个国际化标准组织、研究机构和网络设备厂商的重视。
弹性分组环RPR是一种新的MAC层协议，是为优化数据包传输而提出的，由IEEE发起并正在由802.17工作组进行标准化，目的是建立传输媒质带宽公平共享的以太城域网标准；RPR技术结合了以太网带宽使用效率高、多业务接入和光网络带宽大、自愈能力强的优点，具有双环结构、空间复用机制、灵活的业务带宽颗粒、带宽动态共享和分配、统计复用、支持业务级别、自动识别网络拓扑结构、基于源路由的保护倒换等主要特点。

RPR环

二、 RPR业务应用：
1　 RPR业务承载特点：
l 可在现有城域网上开展以太专线业务和透明传输业务等
l 在有QOS保证的前提下改善业务的带宽共享和公平竞争
2　 RPR业务分类服务：
l 对QOS有较高要求的业务，如VOIP、电视会议、可视电话、视频点播、远程教育等通过设置较高的业务优先级提供较好的带宽保证和服务保证，也可结合MSTP共同实现，但应注意在RPR环网上的实时业务比例不要太大，从而影响带宽复用效果。
l 对于QOS要求较低的intenet上网业务、E-mail、FTP等，设置为较低优先级，提供较好的带宽共享和竞争机制，而且考虑将不同时段使用网络的用户配置在相同的环上，方便分时使用时可以达到更好的服务和资源利用。
3　 在不同网络层中使用RPR业务的策略
l 在城域网的核心层对QOS要求很高，主要使用点对点的透传方式，RPR环网技术可做为MSTP的补充，在带宽紧张时提供有QOS保证的带宽共享解决方案。
l 在城域网汇聚层是RPR环网的主要应用领地，克服MSTP不能同时满足QOS和带宽资源利用率的不足，在COS的保证前提下有效改善带宽动态复用，解决数据业务流量突发问题。
l 在城域网接入层，需要兼顾考虑成本和性能，尤其是比较光纤通道和RPR环网附加成本，有选择的使用RPR技术。

三、 RPR技术要求
1　 RPR的层次结构
RPR处于OSI的数据链路层，分为MAC service interface和PHY service interface。如下图：

2　 RPR的环结构
RPR是一个双环结构，ringlet0环中S5是S4的下游站，ringlet1中S2是S3的下游站；相邻站之间的部分称作span，包括双方向的链路传输；

3　 RPR的单站结构
MAC client entity＋MAC entity＋两个PHY entity（east＋west）
注：MAC 支持单一client entity并假设该service interface有单一的client entity，多功能站的client可以有多个sub-client entities，不在本标准之列。

4　 RPR的技术特点：
4.1　 高效的带宽使用策略：RPR采用双环结构，并通过下列技术保证了带宽的高效使用。
空间复用技术：空间复用技术是RPR关键技术，通过目的节点剥离技术实现了在非重叠段复用带宽(出于可靠性考虑，还有源节点剥离和基于ttl的剥离，有效避免了无效帧在环上死循环占用带宽)。
RPR环
环0
环1

双环同时工作：SDH需要保留相应的保护带宽，RPR的双环同时用来传输数据和控制信息，并互为备份和保护，控制帧优先于数据帧发送，同时也会根据业务级别进行整形处理。
环0数据
RPR环
环0
环1
环1数据
环1控制
环0控制

4.2　 带宽统计复用和动态争用
将业务进行优先级划分，并依此划分了保留带宽、可回收带宽和争用带宽，通过对可回收带宽的争用和非重叠段争用带宽的复用，实现了带宽的统计复用和动态争用。

接入控制与全网公平机制：对于RPR环带宽的统计复用部分，管理和控制是分布式的，通过权重划分、按业务类别整形、双缓冲队列和拥塞指示控制等多方面技术，以及相应的公平算法和调速策略（包括优化带宽利用率和优化速率稳定性两种，其中优化速率稳定性的调速方法平滑了调速过程），保证了低优先级业务的带宽公平接入，并根据业务优先等级的划分（classA、classA1、classB（CIR、EIR）、classC），保证了不同等级的QOS（COS），每个环都支持独立的公平操作。
例：如下图环0在S6发生拥塞后，通过环1向相关上游节点S1～S5发送拥塞公平速率，相应站点的上环0业务受限公平速率。
,
说明：是不受公平算法控制的CLASSA/CLASSB-CIR业务占链路带宽的比例，是拥塞相关上游节点根据公平速率和公平权重计算的相应站点公平速率
b1
RPR环
环0
环1
环0在S6拥塞反馈: fairRate
b2
b4
S1
S2
S3
S4
S5
b3
S6
b6

b5

4.3　 强大的保护和恢复能力
双环拓朴和分布式管理控制保证了当光纤中断或站点故障时改变路径进行保护，并通过设置站点穿通（根据站点硬件检测结果可选择设置穿通模式，穿通模式不影响环拓朴）或保护，将影响降到最低限度，保护有环回和源路由倒换两种方式，环回保护方式（Wrapping）是可选方式，响应时间短，有效减少了故障发生时的帧丢失，源路由保护方式（Steering）是所有站点都缺省支持的方式，可有效改善环带宽的使用效率，实现最佳路径传送 ，但响应时间较长（需要在拓朴稳定后根据新的拓朴决定新路由），故一般采用先环回后源路由的两步保护，服务中断时间≦50ms。在保护切换过程中，RPR会按照业务流的不同服务等级决定倒换次序和带宽分配策略，实现了多等级可靠的QOS服务。
RPR环
环0
环1
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S4站点故障设置为穿通模式
式

环0
RPR环
环0
环1
S1
S2
S3
S4
S5
S6
RPR环
环1
S1
S2
S4
S5
S6
断纤前
断纤后环回（Wrapping）
断纤后源路由倒换（Steering）
RPR环
环0
环1
S1
S2
S3
S4
S5
S6

图：保护倒换的两种方式
4.4　 即插即用
自动拓朴发现、环保护信息和站容量信息的定期发布使系统能自动调度，无需手动干预。包括环初试化、环站点插入、移去或重选路由、保护切换等操作，都能实现自动配置。
4.5　 支持单播、多播和广播
多播帧、广播帧在环上传输，站点只需简单的转发，环上只需要传送一个拷贝并采用源站点剥离，避免了象SDH的向多点进行拷贝，带来的带宽浪费和广播风暴问题。
l 单播帧采用目的站点剥离方法
l 多播帧在环上传输，多播组成员通过目的站点识别，多播帧采用源站点剥离或基于ttl进行剥离。
l 广播帧通过源站点剥离
SDH环
RPR环

SDH环网和RPR环网实现多播和广播的区别

4.6　 强大的OAM功能提供对业务的支持环境：
l 发送echo帧校验链路可达性
l 当环拓朴发生变化，需要重新选定发送路径，在采用新路径发送帧之前对原发送路径发送flush帧，进行遗留帧发送完毕确认，确认后再按新路径发送，避免了帧乱序。
l 特别定义了MIB (Management information base)用于RPR的操作运行管理（支持配置、故障、性能和安全等方面管理）。
4.7　 RPR的橹棒性主要表现在：
l 站点或链路故障引起的服务恢复时间﹤50ms
l 队列和整形特性避免了正常运行时的帧丢失
l 分布式控制结构排除了单点失效
l 强大的OAM.（Operations, administration, and maintenance）功能提供业务支持环境
l RPR 最多可支持255个站点，网径最大为2000公里，
l 可在以太网、SDH、DWDM甚至裸光纤等物理层上工作，具有物理层无关性。
四、 RPR的标准