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。數據類型實際上被分為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

保證了對環(huán)上新增和移去的節(jié)點，動態(tài)實現拓撲結構更新。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。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)網的發(fā)展，致使網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。從網絡發(fā)展的角度看，以太網（Ethernet)因其簡單性、易擴展性及其高的性價比，在局域網（LAN）中已占主導地位。超過95%的用戶用以太網連接其內部網絡，且正以每3-5年10倍的速度增長。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的以太網已廣泛應用，10Gbit/s也即將商用化。同時，在廣域網（WAN）方面，基于同步數字序列（SDH）和密集波分復用（DWDM）的骨干網傳輸速率已達到Tbit/s。但在城域網（MAN）方面，無論是光纖分布式數字接口（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，這與數據業(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%，多數情況下不超過20%。其次，原來的傳輸多數是用點到點為基礎的，而數據業(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，這將嚴重阻礙新數據業(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上傳輸IP業(yè)務。同時，還必須支持現有的傳統(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，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)形網絡結構的價值，發(fā)展了像令牌環(huán)，FDDI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結構的分組來提供各種增強型業(yè)務，在不降低網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)上數據包的傳輸。該技術結合了以太網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，實現了節(jié)點對網絡資源的公平利用。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)務的帶寬網絡，為運營商、網絡服務提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網解決方案，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，以太網則依賴于以太網網橋或IP路由器來實現帶寬分配管理和服務保證。這樣，當使用SONET時，網絡使用效率不高。當使用以太網交換機時，網絡的服務質量又得不到保證。考慮到帶寬市場的潛力、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，提供下一代接入網所要求的恢復能力、有保證的服務質量和可管理能力。

網絡結構與協(xié)議分層

網絡拓撲基于兩個反方向傳輸的環(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，或者以太網幀格式和RPR協(xié)議封裝的數據幀和控制幀。從網絡結構可以看出，RPR支持多播傳輸和點到點的連接，因此更利于數據業(yè)務的傳送。此外，當發(fā)現節(jié)點網元或光纖傳輸失效時，RPR執(zhí)行快速自動保護倒換機制，數據會在50ms內轉換到無故障通路，這樣就提高了網絡的健壯性。

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?。RPR網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。前者主要內容是數據傳輸操作控制，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)送數據。
RPR支持空分復用技術，即傳輸的數據報文在目的節(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網絡擁塞，增加端到端的時延和丟幀率。在極端情況下，會出現完全的“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可以傳送數據的機會就比較少。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都是通過一些接入算法和一些控制信息協(xié)調實現的（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)數據的可變帶寬業(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。數據流在進入環(huán)路時首先被分類、調度，然后根據不同的優(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，同時實現了對數據突發(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，在網絡運行過程中，每個節(jié)點都詳細地掌握著網絡的拓撲圖和每條鏈路的狀態(tài)。
基于此，網絡不但實現了即插即用的特點，同時當網絡發(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)點和每條鏈路的現狀，這樣節(jié)點可根據業(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)進行組網的，這種組網方式使得RPR具有很強的健壯性。當一光環(huán)切斷或某一網元失效時，RPR可通過第二層的保護機制自動為數據包切換到另一環(huán)路上，即使兩個環(huán)路都失效，網絡仍能工作。

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。當主引擎出現故障時，冗余引擎自動接管相應的工作，從而為企業(yè)網絡提供不間斷轉發(fā)的高可用性能。

RPR特點與發(fā)展現狀

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

傳統(tǒng)的SDH網絡需要環(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，用于傳送和控制數據業(yè)務流。此外，RPR還利用目的地報文提取的方式實現了環(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)務流能夠得到適當的處理，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的數據通信速率可達1-10Gbit/s。RPR網絡支持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絡進行升級。與現有的技術，如SDH，以太網，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、以太網的經濟性和光纖環(huán)網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。