弹性分 环技术与应用(下)

　　城域网新的解决方案——RPR技术

　　弹性分组数据传送（RPR）是基于双环结构的一种传输方式，是一种全新的千兆IP直接Over光纤技术。也是以太网和纯IP网可靠组网的新优化技术。RPR是优化环上数据包的传输而提出的，它吸收了千兆以太网的经济性、SDH对延时和抖动的严格保障、可靠的时钟和50ms环保护和恢复，具有带宽动态分配、统计复用、支持业务级别等主要特点，RPR可同MPLS结合，简化IP传输，同时具有第三层路由功能。具有承载突发性IP业务，同时支持实时传送，是一种很好的城域网解决方案，适合于中小型城域网。

1 分组式ADM体系

　　RPR对业务交换采用分组式ADM体系，而以太网交换机则采用分组交换体系。太网交换机逐个连接起来组成一个网络。业务流必须在源节点和目的节点之间的每一个中间节点进行排队、整形、处理。这会带来可扩展性问题。每一个节点都必须以线速处理中继侧、支路侧的流量，进行MAC/IP表查询。现在的分组处理技术有能力处理1G或者是2.5G速率的流量，但是当网络流量升级到10Gbps 或者是更高时，这几乎会使网络崩溃。

　　而RPR却是从另一方面打造传输路径概念的。对于每一个节点，如果数据流的目的地不是本节点的话，这个数据流会被简单地前传，而不会像以太网交换机那样还需将此数据流放入队列并等待处理。每个节点的RPR MAC层主要完成3个功能：

1. 把用户数据流加入到环路中去(上环)；2. 把目的地是本节点的数据流从环路中取出来(下环)；3. 直接把数据流从环路的一段前传到另一段上(过环)。所以RPR设备可以像SDH ADM那样不用处理那些前传的数据流，系统的处理性能可大大提高，数据分组的ADM式交换体系可以很容易的升级到很高的速率上去。

2 空间复用

　　在网状网中，节点必须通过前传引擎决定每个分组到底从哪个输出端口前传。而环形拓扑结构相对简单，每个节点只有左右两个邻居。RPR环由两根光纤组成，沿顺时针传送数据的叫外环，沿逆时针传送数据的叫内环。RPR可认为每个分组流最终都可以到达终点，并通过TTL方式防止死循环。而不需要关心业务(不论是否对业务提供保护)到底沿环的哪个方向传送，每个节点只需要对业务进行上环、过环和下环处理。因此，环上的每个节点都可以公平的享用每一段带宽，环路的可用因子为2。也就是说，2.5G的RPR环，平时可传送5G的业务量。
3 物理层的媒质独立性

　　RPR的标准就是为环形的拓扑结构构造一个新型的MAC协议。这样做的好处是使它对第一层开放，所以RPR环的技术能够适应任何标准的物理层帧结构，如SDH，Ethernet，DWDM。这样也加强了RPR环的兼容性，RPR环可穿透以太网或SDH的环境。

4 弹性－50ms环保护机制

　　IEEE 802.17 标准建议提供两种环保护机制。缺省选项为Steering-源路由方式，可选方式为Wrap-折回方式。两种保护方式都可保证环保护小于50ms。RPR节点间通过信令交换拓扑信息，每个节点都知道网络的状态。

　　当采用Steering方式提供保护时，光纤中断点两端的节点会发送拓扑更新信息，每个业务的源节点会根据拓扑更新信息向反向倒换业务，业务仍然可根据RPR层终点MAC到达环路出口。Steering方式的优点在于大大提高了环路带宽利用率，并且某条光纤上的业务保护倒换对此段另一条光纤上的业务没有任何影响。

　　当采用Wrap方式提供保护时，可对RPR MAC层Bypass，直接采用物理层的环回。Wrap保护方式的优点在于保护倒换时间相对快，分组流失少。如果分组为组播业务，则Wrap保护方式不需要重新计算组播的复制点。

　　RPR环保护基于分组业务为单位进行，对于每个业务可选择采用哪种保护方式，也可以对业务先采用Wrap方式保护，减少分组丢失，然后再进行Steering保护倒换，从而提高带宽利用率。

5 拓扑自动识别

　　RPR节点间可交换拓扑识别信令，采用类型OSPF的算法。RPR拓扑更新信令和OSPF的区别在于OSPF是L3路由协议，PRR信令则是L2的触发式协议。在拓扑初始化阶段，每个节点都会发出拓扑查询消息，沿环路传送，其他节点会加入自己的属性。当源节点收到自己发出的拓扑查询消息时，便可了解到环路拓扑信息。当环路增加节点、减少节点、光纤中断、节点失效等事件发生时，相应节点都会被触发发出拓扑更新信息。当环路处于正常状态时，节点之间会发送Hello信息判断状态。拓扑自动识别增加了环路的自愈能力，并且减少了人工配置所带来的人为错误。

6 带宽公平机制和拥塞控制机制

　　RPR环具有内在的机制去执行公平算法以控制带宽的利用。由于环上的带宽是共享资源，极其容易被网络上的个别节点或个别用户过渡使用造成网络瘫痪。公平算法是一种可以让环上每一个用户公平享用带宽的机制，它不像SDH给每一个用户分配一个固定的有限带宽，而是把环上的整个带宽作为一个全局资源分配给用户。带宽策略允许在无拥塞的情况下把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有SDH那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。SDH可以为一个点到点的连接分配并且保留一定数量的带宽，问题是它很不灵活。增加或减少带宽需要人工配置一条新的电路，所以保留电路会浪费带宽。

　　数据网络是一个传输量动态变化的网络，唯一优化网络利用率而不丢弃流量的方法就是在网络里建立一个反馈机制。这个反馈机制会告知数据流的发送端这段网络可以利用的最大带宽，这样可以调节源节点向网络中发送数据的速率。RPR每一个节点的MAC层一直观测紧靠它的链路的利用情况，然后把这个信息告知环上所有的节点。每一个节点可以据此向环上增加或减少发送的数据量。这可以使RPR环的带宽利用率比TDM网络提高3到4倍。

　　左交换机组成的链路，节点D的带宽利用极其容易受A、B、C交换机带宽利用情况的影响。因为典型的以太网交换机会把输出端口的带宽平分给所有的输入端口。举一个例子，如果在早上8点到晚上10点之间，每一个节点都想以2Gbs的速率与Internet通信，那么A节点只能发送1Gbs的数据流，B节点只能发送500 Mbps的数据流，C和D节点各自只能发送250 Mbps的数据流。如果这个链上的节点数增加的话，这种带宽分配不公平现象将会更加明显。

　　一种解决方法是每个节点在数据链路层完成速率的限制。例如在每个交换机入口处把速率限制在500 Mbps。但是这种速率限制机制不能成为全局性公平机制，不能适应数据业务的突发性。例如如果早上4点钟没有其它的交换机在使用带宽，交换机D的入口速率还是要限制在500 Mbps。因此这种做法如同SDH一样的不灵活。右的RPR环所示，因为RPR环是在整个环上实行公平机制而不是在单独链路上，所以非常容易实行全局的公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。如果环上没有带宽被利用的时候，节点D可以尽自己最大可能向环上发送数据包。但是，如果节点A-C各用了100 Mbps的带宽，RPR环就要自动限制D向环上发送数据包的速率。

7 对广播和组播业务的有效支持

　　RPR环本身是非常适合广播业务和组播业务。如上所述，对于单播业务，环上的节点只做简单前传或者是上、下环。对于组播业务，环上的节点接收此业务后，继续前传，直到源节点再把它从环上取下来。这使得在环上发送广播包或者是组播包时只需要发送一个拷贝就可以。SDH环在传送组播业务时需要提供多个通道，而RPR只需要一个虚拟通道即可。

8 简单化的服务配置

　　在传输网中基于时隙/虚容器对用户业务提供配置，传统的传输设备必须逐点的配置带宽，网管人员需要逐个节点考虑如何配置带宽。新的SDH设备逐渐增加了网络管理智能，可实现业务端到端的自动选择路由。但不论SDH网如何变化，对于数据服务的配置仍然需要在SDH网配置完电路之后再配置数据交换机。这也是为什么当今的数据服务提供业务的时间十分长。在以太网上配置业务相对十分简单，但仍然需要基于节点进行配置，并且不能自动配置SLA，所有关于通信量工程的考虑都需要手工配置。RPR网络则截然不同，RPR环为共享媒质环。环路每个节点掌握环路拓扑结构和资源情况，并根据实际情况调整环路带宽分配情况，网管人员并不需要对节点间资源进行逐点、逐段的分配。

RPR在城域网的应用

　　RPR技术适用于运营商的城域网环境，特别是在数据业务增长迅速的地区。RPR可以承载以太网业务、IP业务、TDM业务、图像业务。各种业务共享环路带宽，但具有不同的服务等级。RPR使基于以太网的专线服务成为可能，并有效地降低了运营商的建网和运营成本。

总结

　　通过上述RPR同以太网交换机、SDH/SONET ADM的比较，大家可能认为RPR出现的结果是要和这两种被广泛应用的、经过长时间实际考验的技术相竞争。实际不然，RPR技术是对SDH/SONET和以太网技术的很好的补充。SDH/SONET是很好的L1技术，以太网则可以根据实际情况的要求，从原来的基于CSMA/CD共享媒质的网络结构演变为全双工的、点到点的网络结构。这样，以太网可以侧重于在物理层提供服务，特别是侧重于工作速率的提高上。而MAC层则没有太大的变化，继续基于MAC进行交换。

　　RPR是一个OSI L2 MAC层的协议，对于L1具有物理媒质独立性，可以运行在SONET或以太网帧格式上。这样，RPR就可以使电信服务提供商快速建议一个扩展性更好、交换效率更高的城域网。在城域网中，环形光纤网更为普遍，RPR技术将物理路由保护和设备保护结合在一起，可有效结合当前的SDH/SONET、以太网技术的各自优点。

　　千兆以太网技术在城域网中的应用只是城域网网络革新的第一步。虽然千兆以太网技术非常适合点到点或者网状拓扑结构，但并不适合共享媒质的环形拓扑结构。以太网技术已实现了全双工交换的变革，但仍然缺乏基于环形的MAC交换机制。

　　与此同时，城域网中的光纤部署一般成环形，SDH/SONET技术的广泛采用，充分发挥了环形拓扑结构的优势。SDH可在光纤中断或者是设备发生故障时提供小于50毫秒的环保护机制。而以太网不像SDH，它没有快速保护机制。所以如果有一种既具有以太网交换的所有优点，又能够充分利用光纤环弹性的新技术，将会为城域网提供完美的解决方案。

　　弹性分组数据环技术(RPR)的出现就是为了解决城域网里的大量数据传输问题。RPR拥有SDH所特有的两个关键技术：对环形拓扑结构的有效支持和对光纤中断的快速倒换。同时RPR能够像典型的以太网一样有效、简单、而且节约成本地提供数据服务。另外RPR解决了以太网、SDH技术所没有涉及的环路上的公平机制及拥塞控制等问题。现在在市场上，RPR产品已实现了商用化。

摘自　通信市场