RPR技术原理及其应用

1　引言

　　RPR(Resilient Packet Ring，弹性分组环)技术是为解决城域网中已大规模应用的SDH、ATM以及以太网技术的一些局限性而提出的。SDH作为TDM通道，对分组业务的支持较差，资源利用率不高，用其组建城域网结构较复杂，很难做到带宽共享；ATM虽然在QoS等方面有一定优势，但其技术的复杂度导致了昂贵的价格和较高的信元开销，并且与网络的IP化发展不相一致；以太网技术作为一种廉价、相对简单的技术，虽然广泛应用于局域网中，但其缺乏有效的QoS、网络恢复与保护以及网管机制，远远不能满足电信运营的需要。而RPR技术则结合了SDH与以太网技术的优势，通过使用环结构，实现带宽的共享与保护。

2　RPR技术简介

　　RPR技术是一种在环型结构上优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层(如SDH、以太网、DWDM等)，可有效地传送数据、语音和图像等多种业务类型。它融合了以太网技术的经济性、灵活性和可扩展性等特点，同时吸收了SDH环网的50 ms快速保护的优点，并具有网络拓扑自动发现、环路带宽共享、公平分配、严格的业务分类(COS)等技术优势，目标是在不降低网络性能和可靠性的前提下提供更加经济有效的城域网解决方案。下面我们就来了解一下RPR中的关键技术。

　　(1)帧结构

　　RPR位于数据链路层(Data Link)，包括逻辑链路控制子层(LLC)、MAC控制子层、MAC数据通道子层。LLC与MAC控制子层之间是MAC服务接口。MAC服务接口支持把来自LLC的数据传送到一个或多个远端同样的逻辑链路控制子层。MAC控制子层执行与特定小环无关的数据寻路行为和维护MAC状态所需要的控制行为。MAC控制子层与MAC数据通道子层之间发送或接收RPRMAC帧。MAC数据通道子层则与某个特定的小环之间执行访问控制和数据传送。物理层服务接口用于MAC数据通道子层向物理媒介发送或从物理媒介接收RPR MAC帧。

　　(2)RPR MAC对数据帧的处理方式

　　RPR MAC对数据帧的处理方式有上环、下环、过环以及剥离4种，如图1所示。上环是指本点用户端口向环上其它站点发送信息时需要进行上环操作，通过拓扑发现和路由表项决定其目的站点地址以及环选择，根据对应的优先级送入相应的队列，最后产生RPR帧头后插入到各环端口；下环是指本点从环上接收其它站点发送过来的到本点的单播帧或多播帧，经过Stack VLAN过滤后接收，对于单播帧，将其从环上剥离并发送到用户端口，对于多播帧，将其发送到用户端口的同时进行过环操作；过环是指本点从环上接收的帧根据其优先级(A、B、C)分别放人PTQ和STQ转发通道，发送时将PTQ和STQ队列中的数据帧直接插入源环发送端口；剥离是指本点从环上接收的帧不再继续向下传递，到本点终结。

　　(3)公平算法原理

　　RPR技术所采用的公平算法是一种保证环上所有站点之间公平性的机制，通过这种算法可以达到带宽的动态调整和共享的目的。RPR公平算法的主要作用有两个：一是应用于从MAC客户来的低优先级服务和超额中优先级服务(即中优先级服务中EIR数据帧)的业务，对于B类CIR以及A类业务不进行控制；二是分别控制两个子环的公平带宽，即每个RPR MAC有两个互相独立的公平协议分别调整上环的带宽。

　　RPR公平算法是通过对阻塞的检测来触发带宽调整而实现的，如图2所示。当环上某一个节点发生阻塞时，它就会在相反的环上向上行节点发布一个公平速率，当上行站点收到这个公平速率时，就调整自己的发送速率以不超过公平速率。接收到这个公平速率的站点会根据不同情况作出两种反应：若当前节点阻塞，它就在自己的公平速率(通过本点的add_rate和归一化的权重得到)和收到的公平速率之间选择最小值公布给上行节点；若当前节点不阻塞，节点就将公平速率向上游继续传递。

　　(4)拓扑发现原理

　　通过RPR的拓扑发现原理，可以使每个站点都能了解环的完整结构、各点距离自身的跳数以及环上各个站点所具备的能力等，从而为环选择、公平算法、保护等单元提供决策依据。RPR拓扑发现是一种周期性的活动，但是也可以由某一个需要知道拓扑的节点发起，也就是说，某个节点可以在必要的时候产生一个拓扑信息帧(如此节点刚刚进入RPR环中，接收到一个保护切换需求信息或者节点监测到了光纤链路差错)。

　　RPR的拓扑信息产生周期可以任意配置，一般为50 ms-10 s，以50 ms为最小分辨率，默认值为100 ms。

　　(5)保护原理

　　RPR MAC层保护可支持Steering保护或Wrapping保护，用户可以指配是否同时采用RPR MAC层的保护和SDH物理层的保护。当同时采用RPR MAC层保护和SDH保护时，可以采用拖延RPR层倒换时间来支持层间倒换，以保证两种倒换不会重叠发生。

　　RPR的保护时间有拖延时间和等待恢复时间两种。拖延时间为检测到业务失效到启动倒换之间的等待时间(时间范围为0-10 s，步进级别为100 ms)，在这段时间内如果业务恢复，将不发生倒换；等待恢复时间为从故障恢复到业务故障状态清除(取消保护状态)之间的等待时间(时间范围为0-1 440 s，步进级别为秒级可设置，默认为10 s)，在这段时间内如果业务失效，业务故障状态将不再清除。

3　RPR技术在城域网中的应用

　　目前，国内外各主流厂商都已推出了自己的RPR设备，有以Luminous公司为代表的纯RPR设备，也有以中兴通讯为代表的内嵌RPR的MSTP设备，但国内主流光通信设备厂商大部分选择开发内嵌RPR的MSTP设备。Luminous的Packet Wave RPR设备是以弹性分组传送(Resilient Packet Transport，RPT)技术为基础的，利用一个基于分组的光网络平台支持语音、数据和视频业务，通过Packet Wave设备承载各种业务并提供原来由ATM/SDH提供的QoS和环自愈保护。中兴通讯的新一代MSTP设备通过内嵌RPR单板，提供强大的Policer和Shaper功能，有效地支持Class A0、A1、B-CIR、B-EIR、C业务的流量监管，监管颗粒可达16 kbit/s；同时，通过在RPR中引入CID(Customer ID)实现(用户域+VLAN ID)双重隔离和RVPLAN(RPR based Virtual Private LAN)。重要的是，CID+VLAN ID在隔离用户的同时，能够实现用户VLAN ID的透明传送，不同的用户可以使用相同的VLAN ID。

　　目前通信运营商的竞争重点已经从骨干网转向了城域网，建立经济、高效、支持多业务的城域传送网已成为各大运营商的共同目标。RPR作为以太网的低成本、SDH的可靠性和ATM的多业务及服务质量三者完美的结合体，已经逐渐走进城域传送网领域，并成为热点之一。

　　在城域网不同层次，RPR技术都可以较好地得到应用。RPR技术应用于接入层时，业务流经过RPR网到达广域网，带宽可以完全共享、保护通道平时也可以传输业务、带宽利用率以及站点公平性好、配置非常简单、故障定位方便；RPR技术应用于接入层时，RPR环拓扑的特点可以用来实现大汇聚比的以太网业务，基本不受EOS方式下系统方向的限制。此外，因RPR的A、B类业务能够提供保证带宽，通过用户组分类功能可以实现VPN，并且有着更好的线路利用率和更低的成本。

　　从当前网络应用范围来看，内嵌RPR的MSTP适用于建设以目前TDM业务和数据业务并存的网络以及在兼容现有SDH网络的前提下提供数据业务传送能力的网络升级改造；纯RPR设备适用于建设以提供数据分组业务为主的运营商网络。

　　随着RPR标准化以及在MSTP标准中地位的确立，相信RPR的跨环组网能力、组大网能力将追随MSTP成长的足迹，会有进一步的突破。
作者：唐开字　张太镒    来源：中国联通网站