RPR

“彈性”帶來的優(yōu)點

業(yè)務分級

將業(yè)務分為A，B，C3級。其中A細分為兩級，B細分為兩級。數(shù)據(jù)類型實際上被分為5級，每一級有不同的QoS，保證業(yè)務的區(qū)分度，分別對應實時業(yè)務，非實時業(yè)務和盡力傳送。
拓撲自動發(fā)現(xiàn)

保證了對環(huán)上新增和移去的節(jié)點，動態(tài)實現(xiàn)拓撲結構更新。如果要增加或者減少RPR上的總帶寬，則可以結合LCAS功能來實現(xiàn)。使用LCAS可以動態(tài)的調整帶寬，而不影響原有業(yè)務。

空間重用

RPR單播幀在目的節(jié)點剝離的機制，實現(xiàn)了環(huán)上帶寬的空間重用。環(huán)上帶寬可以幾個點的業(yè)務共用，帶寬利用率提高。

公平算法

RPR內環(huán)和外環(huán)都支持獨立的公平算法。公平算法保證了低優(yōu)先級的B_EIR和C類業(yè)務在RPR環(huán)上的公平接入。通過設置公平算法的權重，可以使不同的結點具有不同的接入速率。節(jié)點可以分別在外環(huán)和內環(huán)上設置不同的權重。

保護

wrapping+string, wrapping相當于斷纖處環(huán)回，倒換時間快，但是路徑不是最優(yōu)。String保護模式倒換時間慢，但選擇最優(yōu)路徑。

目前，電信業(yè)的開放和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，致使網(wǎng)絡與通信正以前所未有的速度迅猛發(fā)展。住宅用戶和各類商業(yè)用戶對帶寬的要求越來越高，且業(yè)務的發(fā)展和寬帶的增加之間相輔相成。從網(wǎng)絡發(fā)展的角度看，以太網(wǎng)（Ethernet)因其簡單性、易擴展性及其高的性價比，在局域網(wǎng)（LAN）中已占主導地位。超過95%的用戶用以太網(wǎng)連接其內部網(wǎng)絡，且正以每3-5年10倍的速度增長。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的以太網(wǎng)已廣泛應用，10Gbit/s也即將商用化。同時，在廣域網(wǎng)（WAN）方面，基于同步數(shù)字序列（SDH）和密集波分復用（DWDM）的骨干網(wǎng)傳輸速率已達到Tbit/s。但在城域網(wǎng)（MAN）方面，無論是光纖分布式數(shù)字接口（FDDI），幀中繼（FR），異步傳輸模式（ATM），（SDH）等傳輸效率一般都不是很高，無法跟上LAN和WAN的發(fā)展，成為整個網(wǎng)絡的瓶頸，嚴重阻礙了WAN端到端的服務潛力。同時，這些技術又是基于語音傳輸為基礎的。雖然這些技術具有高可靠性和技術成熟等優(yōu)點，但它們基于“專線”的方式，需要預先確定所需的帶寬，這與數(shù)據(jù)業(yè)務突發(fā)性的特點顯然是相背道的。這樣，就導致了光傳輸帶寬的浪費。許多研究表明，專線帶寬的利用率不足50%，多數(shù)情況下不超過20%。其次，原來的傳輸多數(shù)是用點到點為基礎的，而數(shù)據(jù)業(yè)務常需要點到多點的傳輸。這種情況下，以前者來適應后者，又必然要浪費大量的帶寬。此外，從提供新業(yè)務的角度來看，由于網(wǎng)絡下層承載技術往往需要一定時間來提供與管理，由開始計劃到完成一條回路一般需要幾周甚至幾月的時間，這將嚴重阻礙新數(shù)據(jù)業(yè)務的提供。再有，從成本上考慮，顯而易見，目前的MAN技術也不占有任何優(yōu)勢。

建立良好的MAN，首先需要有一個價格合理、擴展性好的解決方案來適應不斷膨脹的IP流量和光纖帶寬的增長，其次要能夠對各種不同的IP業(yè)務進行優(yōu)化，以最少的中間電路層在分組交換網(wǎng)上傳輸IP業(yè)務。同時，還必須支持現(xiàn)有的傳統(tǒng)語音業(yè)務，因為這仍是運營商的重要收入來源，將來應該在達到可接受的Qos保證時降低系統(tǒng)的復雜性和費用。由于MAN中存在大量的光環(huán)形網(wǎng)，充分利用其優(yōu)點和特點更是非常必要。IP領域很早就認識到了環(huán)形網(wǎng)絡結構的價值，發(fā)展了像令牌環(huán)，F(xiàn)DDI等解決方案。但這些方案都無法滿足上述MAN的需要，也無法滿足在擁塞情況下維持高的帶寬利用率和轉發(fā)量、保證節(jié)點間的平衡、迅速從節(jié)點或傳輸媒體故障中恢復、即可插可用等IP傳輸和業(yè)務傳遞發(fā)展需要。因此，并不適用于新一代的MAN。
為了解決上述MAN存在的問題，在城域范圍內構建新的環(huán)形拓撲結構，通過傳輸類似以太網(wǎng)結構的分組來提供各種增強型業(yè)務，在不降低網(wǎng)絡性能和可靠性的前提下提供更加經濟的MAN解決方案。2000年11月，IEEE802.17工作組正式成立，目標是開發(fā)一個RPR（Resilient Packet Rings)標準，優(yōu)化在MAN拓撲環(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。該技術結合了以太網(wǎng)的實用性和光設備的強大功能，利用空分復用、統(tǒng)計復用和保護環(huán)提高了帶寬的利用率，使得協(xié)議開銷最小，實現(xiàn)了節(jié)點對網(wǎng)絡資源的公平利用。同時，還支持業(yè)務分級（SLA）以及即插即用等特性。該技術打破了LAN與WAN的接入瓶頸，將MAN轉變?yōu)榭焖?、簡單、可靠、能及時提供豐富增值業(yè)務的帶寬網(wǎng)絡，為運營商、網(wǎng)絡服務提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網(wǎng)解決方案，并預計到2003年制定出最終協(xié)議標準。而目前由于國際上還未形成統(tǒng)一標準，還有許多問題未達成一致意見，本文以下幾部分的內容綜合參考了各種提案中較為一致的意見，同時也闡述了筆者在相關問題上的看法。

RPR關鍵技術

SONET采用了固定時隙分配技術來執(zhí)行帶寬分配和服務保護，以太網(wǎng)則依賴于以太網(wǎng)網(wǎng)橋或IP路由器來實現(xiàn)帶寬分配管理和服務保證。這樣，當使用SONET時，網(wǎng)絡使用效率不高。當使用以太網(wǎng)交換機時，網(wǎng)絡的服務質量又得不到保證?？紤]到帶寬市場的潛力、兼容性、技術特點、技術可行性和經濟可行性等5個標準，RPR采用了以緩存器插入環(huán)（BIR）為基礎的優(yōu)化的MAC協(xié)議來彌補這些缺陷，提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復能力、有保證的服務質量和可管理能力。

網(wǎng)絡結構與協(xié)議分層

網(wǎng)絡拓撲基于兩個反方向傳輸?shù)沫h(huán)，相鄰節(jié)點通過一對光纖連接。節(jié)點間使用光纖連接并可采用WDM進行擴容。節(jié)點具有以太網(wǎng)接口，可直接與路由器相聯(lián)。RPR的內環(huán)和外環(huán)都作為工作信道來傳送簡化的SDH，或者以太網(wǎng)幀格式和RPR協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)幀和控制幀。從網(wǎng)絡結構可以看出，RPR支持多播傳輸和點到點的連接，因此更利于數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送。此外，當發(fā)現(xiàn)節(jié)點網(wǎng)元或光纖傳輸失效時，RPR執(zhí)行快速自動保護倒換機制，數(shù)據(jù)會在50ms內轉換到無故障通路，這樣就提高了網(wǎng)絡的健壯性。

從開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）出發(fā)，在總結多種協(xié)議 參考模型的基礎上，給出普遍認同的RPR協(xié)議參考模型?？梢钥闯觥PR網(wǎng)絡必須要完成的功能包括：支持多種物理層（PHY）技術，介質訪問控制（MAC）客戶層處理，MAC與MAC控制技術，運行、管理、維護、與操作（OAM&P），兼容性能考慮等。其中，PHY可采用Ethernet,SDH或WDM,因此對上層也是透明的。而MAC與MAC控制技術是RPR最主要，也是最基本的功能，是標準化組織研究的重點。前者主要內容是數(shù)據(jù)傳輸操作控制，而后者主要包括流量控制、業(yè)務等級支持（SLA）、拓撲自動識別、保護倒換等功能。

基本MAC協(xié)議

RPR的基本MAC結構是一個BIR，在任何一個節(jié)點都存在3個緩存，即發(fā)送緩存、接收緩存和轉發(fā)緩存。如果目的地不是本地，則通過轉發(fā)緩存發(fā)出。而本節(jié)點的報文則通過發(fā)送緩存發(fā)送數(shù)據(jù)。
RPR支持空分復用技術，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文在目的節(jié)點而不是在源節(jié)點被取出。節(jié)點11到節(jié)點2，以節(jié)點3到節(jié)點6的報文傳送是完全不影響的。這樣，網(wǎng)絡不但能為傳送的報文提供最短的傳輸路徑，且僅占用戶源和目的站之間的線路，環(huán)路上的其他部分可同時供其他站點使用，因此提高了帶寬的利用率。

流量控制

由于RPR網(wǎng)絡資源是基于共享的，同時目的地取出報文的方式又使得環(huán)上有超過一個節(jié)點同時傳送信息，這就引發(fā)了流量控制的問題。如果不進行節(jié)點接入控制，每個節(jié)點隨意訪問將會出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞，增加端到端的時延和丟幀率。在極端情況下，會出現(xiàn)完全的“饑餓”狀態(tài)，即節(jié)點的帶寬完全被上游的流量所占用，而本節(jié)點流量無法接入。圖4中，如果節(jié)點11流往節(jié)點8和節(jié)點8流往節(jié)點10存在的流量都比較大，節(jié)點9可以傳送數(shù)據(jù)的機會就比較少。如果節(jié)點9總是被上游的流量所“覆蓋”，它就會完全“饑餓”。這種情況下，就提出了所謂“公平性”性能問題，即MA應該對環(huán)上所有節(jié)點支持上層客戶“公平地”接入下層介質。

任何一種公平性的具體的實現(xiàn)都是通過一些接入算法和一些控制信息協(xié)調實現(xiàn)的（如Cisco公司提出的SRP-fa等）。具體算法的選擇是RPR標準化組織的主要內容之一。

SLA支持和帶寬管理

為了適應MAN客戶種類繁多、交換粒度差異大的特點，除流量控制外，RPR還必須有一套靈活的動態(tài)帶寬管理和多等級承載業(yè)務SLA保證機制，以滿足不同業(yè)務對傳輸延時、抖動、、差錯率的不同要求。

雖然已提交的RPR提案中對業(yè)務等級的定義與細節(jié)描述不盡相同，但總體上看，大致可以歸納為3種：用于業(yè)務速率恒定的情況固定帶寬業(yè)務，用于有承諾帶寬并且允許一定突發(fā)數(shù)據(jù)的可變帶寬業(yè)務，與傳統(tǒng)IP中的業(yè)務等級類似的盡力而為的業(yè)務。數(shù)據(jù)流在進入環(huán)路時首先被分類、調度，然后根據(jù)不同的優(yōu)先級標識，被放入不同的緩存區(qū)。RPR對于第一種情況一般是采用帶寬預留的方式來保證其傳送，而對后兩種則采用了動態(tài)的帶寬分配方式。這樣，不但提高了帶寬的利用率，同時實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務的語音等其他業(yè)務的有效支持。

拓撲自動識別

在RPR環(huán)結構中，每個節(jié)點均有上下兩個相鄰節(jié)點，網(wǎng)絡結構相當簡單。正常狀態(tài)下，節(jié)點間沒有任何關于拓撲信息的更新。而當環(huán)初始化、新節(jié)點加入環(huán)中或需環(huán)路保護倒換時，RPR進入自動拓撲識別模式。觸發(fā)器觸發(fā)節(jié)點向環(huán)上的所有的節(jié)點發(fā)送第二層消息，節(jié)點可根據(jù)此消息判斷有哪些節(jié)點處于環(huán)形拓撲結構中，在環(huán)的兩個方向上達到其它節(jié)點需要幾跳以及環(huán)上每段光纖的狀態(tài)。這樣，在網(wǎng)絡運行過程中，每個節(jié)點都詳細地掌握著網(wǎng)絡的拓撲圖和每條鏈路的狀態(tài)。
基于此，網(wǎng)絡不但實現(xiàn)了即插即用的特點，同時當網(wǎng)絡發(fā)生故障時，故障點的兩側節(jié)點向其他節(jié)點廣播故障消息，然后每個節(jié)點得知每個節(jié)點和每條鏈路的現(xiàn)狀，這樣節(jié)點可根據(jù)業(yè)務服務等級的要求進行基于源路由的業(yè)務倒換。

保護倒換機制

如上所述，RPR是通過正反傳輸方向兩個光環(huán)進行組網(wǎng)的，這種組網(wǎng)方式使得RPR具有很強的健壯性。當一光環(huán)切斷或某一網(wǎng)元失效時，RPR可通過第二層的保護機制自動為數(shù)據(jù)包切換到另一環(huán)路上，即使兩個環(huán)路都失效，網(wǎng)絡仍能工作。

保護倒換機制主要有兩種：采用源路由的保護機制和采用卷繞的保護機制。采用卷繞的保護機制為，當一傳輸光環(huán)線路失效時，通過信令通知網(wǎng)絡節(jié)點，在失效處兩端節(jié)點處繞回。因此，業(yè)務流要先沿原路到達環(huán)回處，才被切換到另一環(huán)路去，再環(huán)回，最終達到目的節(jié)點。采用源路由的保護機制，RPR則不同。當一傳輸光環(huán)線路失效時，失效處兩端節(jié)點會發(fā)出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個節(jié)點。業(yè)務流源節(jié)點接受到這個信息后，立即向另一個方向的光纖上發(fā)送報文，從而實現(xiàn)保護倒換。同時，在保護切換時，節(jié)點會考慮業(yè)務流不同的服務等級，根據(jù)同一節(jié)點的切換原則，依次向反方向環(huán)切換業(yè)務。兩種機制都能在50ms的時間里完成保護倒換功能。而基于源路由切換保護機制由于不需要“折回”，因此保護倒換時間更短，同時也更能節(jié)約帶寬。

路由處理器冗余性

RPR：（Router Processor Redundancy）路由處理器冗余性是思科設備的一種高可用冗余性能。Catalyst模塊化交換機通過部署第二塊引擎來對主引擎冗余。當主引擎出現(xiàn)故障時，冗余引擎自動接管相應的工作，從而為企業(yè)網(wǎng)絡提供不間斷轉發(fā)的高可用性能。

RPR特點與發(fā)展現(xiàn)狀

綜上所述，通過結合第二層簡單的交換技術和現(xiàn)代光網(wǎng)絡設備傳輸能力、帶寬有效性和低的協(xié)議開銷等性能，RPR體現(xiàn)出很多的優(yōu)點。
帶寬效率

傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡需要環(huán)帶寬的50%作為冗余，RPR則不然，它把兩個反方向旋轉的環(huán)都利用起來，用于傳送和控制數(shù)據(jù)業(yè)務流。此外，RPR還利用目的地報文提取的方式實現(xiàn)了環(huán)路帶寬的空間重新利用。這樣，就大大提高了帶寬的利用效率。
保護機制

RPR可以提供在故障出現(xiàn)后50ms時間內的自動保護倒換業(yè)務，這就與SDH的ASP相類似，為用戶提供了99.999%的服務時間。此外，業(yè)務流的優(yōu)先機制確保了優(yōu)先級高的業(yè)務流能夠得到適當?shù)奶幚?，以滿足實時性業(yè)務的需求。
簡單的業(yè)務提供

RPR的目標之一是分布式接入、快速保護和業(yè)務的自動重建為節(jié)點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。RPR也是一項在環(huán)內使用共享帶寬的分組交換技術，每一個節(jié)點都知道環(huán)的可用容量。在傳統(tǒng)的電路交換模式下，全網(wǎng)格型連接需要O（n2)個點到點連接，而RPR只需要一個與環(huán)的業(yè)務連接，這樣就大大簡化了工作。

此外，RPR的數(shù)據(jù)通信速率可達1-10Gbit/s。RPR網(wǎng)絡支持SLA，可滿足用戶對服務等級的嚴格要求，支持端到端的傳輸服務等級。充分簡化了網(wǎng)絡層次，消除了功能上的重復性。易管理和操作，對資源和流量都采用分布式的方式進行管理，管理信息豐富。RPR還可以及時提供新服務和迅速對網(wǎng)絡進行升級。與現(xiàn)有的技術，如SDH，以太網(wǎng)，ATM等相比，RPR無疑具有更強的優(yōu)越性和更廣的應用前景。

目前，雖然IEEE802.17工作組還在進行RPR標準指定和測試工作，RPR的正式商用還要在一年以后，但由于預期的良好市場前景，許多公司都已推出了不同的非標準RPR城域交換產品，以期在激烈的市場競爭中占的先機。最具代表性的產品有Cisco的DPT/SRP，Nortel網(wǎng)絡的InterWan,以及Luminous的PacketWave等。相應地，一些大的半導體生產廠商也推出或即將推出RPRMAC層芯片，比如Vitesse與Nortel合作，推出的支持GFP的RPR芯片VSC9129，Conexant推出了CX29950RingMaker環(huán)路處理單元。但在正式標準未出臺前，以上方案都屬于前瞻性的技術。雖然每個供應商都承諾，一旦802.17標準出臺，就改造其產品以符合802.17標準，但在規(guī)范形成前造就事實上的工業(yè)標準以影響標準的制定也是所有廠商的目的。

RPR是一種新型的網(wǎng)絡結構和技術，是應下一代MAN的要求而設計的。RPR一經提出，便受到各方面的青睞。然而，該技術還處于早期研究與探索階段，相關的MAC和PHY還需進一步的標準化。但是由于其集IP的智能化、以太網(wǎng)的經濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠于一身，業(yè)界普遍對它的市場前景表示樂觀。相信隨著標準化工作的進一步開展和市場的進一步擴大，RPR必將成為滿足新一代帶寬IP MAN所采用的最佳技術之一。