RPR弹性分组环（2003年文章）

闫颖菊  李穆
中国网通公司大连分公司


　　摘  要   本文简要介绍了弹性分组环（RPR）技术的出现背景、技术特点。该技术目前正在由 IEEE 802.17工作组进行标准化，主要应用于 城域网建设中。


　　关键词   弹性分组环  城域网  协议  QoS SDH


　　1  前言


　　近几年来，国内外各种针对城域网的新技术层出不穷，其中一种技术让人眼前一亮，这就是弹性分组环技术（RPR，Resilient Packet Ring），它为我们带来一种全新的理念。就像SDH一出现就迅速取代PDH一样，在不久的将来，以弹性分组环RPR（制订中的IEEE 802.17）技术为代表的新型 网络解决方案也许会迅速地取代现在以SDH为基础的数据传输网络。基于RPR技术的城域网多业务平台为大城市城域网带来了一个新的转折点，可能成为未来大城市数据传送平台的基础。


　　2  出现背景


　　随着 互联网的发展， 数据通信量正在呈爆炸式的增长。要适应这种增长，通信网络正在进行种种技术革新。在 广域网上，DWDM（密集波分 多路复用）技术已经使网络的有效通信量大为增长。同时，企业网也在不断更新，很多企业的 骨干网都采用了基于吉比特 以太网解决方案。然而，在企业网和广域网之间起链接作用的城域网却成为了一个瓶颈，阻碍了数据业务的发展。建立良好的城域网需要两个条件：首先，要有一个价格合理的、扩展性好的解决方案来适应不断膨胀的 IP流量和 光纤带宽的增长；其次，要有新的通用功能部件和技术来满足现有的需要。IP领域很早就认识到了环形网络结构的价值，并已在这方面做了大量努力，发展了像令牌环和光纤分布数字接口（ FDDI）这样的解决方案；但这些方案却无法满足IP流量和光纤带宽增长的需要，也无法满足在拥塞情况下维持高的带宽利用率和转发量、保证节点间的平衡、迅速从节点或传输媒体故障中恢复、可即插即用等IP传输和业务传递发展的需要。因此，像令牌环和FDDI这样的环形网并不适合用于城域网。服务提供商和企业需要一种扩展性好、能够稳固地应用在城域网和广域网上、以吉比特的速度传输IP信息包的技术。2000年11月，IEEE 802.17工作组正式成立。该工作组的目标是开发一个RPR (Resilient Packet Ring) MAC标准，优化在 LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。


　　3  技术特点


　　弹性分组环技术都采用环状拓扑，双环结构。外环顺时针和内环逆时针同时双向传输数据，有的RPR技术支持各环分别传输各自的数据和控制信息，有的厂家则支持各环传输另外一个反向环的控制信息。


　　（1）快速的二层交换


　　在RPR环形结构中，每个节点均有上行和下行两个邻居，网络结构相当简单。分组环上的所有节点被配以唯一的逻辑MAC地址，可标识254个节点，所有节点都可以基于逻辑MAC地址进行快速的二层交换。一个RPR环即构成一个虚拟的分布式第二层 交换机，极大地简化了原来由SDH、以太网交换机、IP 路由器或 ATM组成的复杂网络。


　　（2）环同步RPT同步机制类似于PDH的同步机制,环上有且仅有一个节点被设置为CO节点，CO节点上可设两个外时钟源，一个为主时钟，一个为次时钟，其他节点设置为CPE节点，CPE跟随CO提供的时钟。RPT以最高优先级分组的方式发布晶振时钟信号由于RPT环是双向反向环，时钟同步分组 信令沿光纤方向传送，同时具备了冗余备份的功能，从而保障环在任何情况下都保持同步。另外，RPT设备内部有晶振3级时钟，即使外部时钟丢失，RPT设备仍可保持网络同步。


　　（3）分组环的空间复用技术


　　RPR技术都支持空间复用技术(SRP)，即Spatial Reuse Protocol，它是一个独立于介质的MAC层协议，SRP在数据包环上提供了寻址、读取数据包、带宽控制和控制信息传播的基本功能。在分组环路上，数据包被目的节点从环上读走。这样，分组环使得有多个节点成多段同时传输数据，而不会互相影响，充分利用了整个环路的带宽。例如环上依次有4个节点A、B、C、D，业务经过A节点到达B节点下环，新业务允许从B节点插入并经C传送到D节点，从而有效的利用了环上A到D的带宽。空间重用可以保证对各种等级业务的QoS，RPR可根据用户需求分配带宽，而不是像SDH那样分配固定时隙，而且可以对不同等级业务的采取不同的保护方式。SRP光纤环使用因子为2，光纤使用率相对SDH提高一倍。从而最大限度地利用光纤的传输带宽。


　　（4）多等级、可靠的QoS服务


　　各种RPR技术都定义了几种服务类别，比较普遍的定义包括快速前传（EF，Expedited Forwarding）, 保障前传（Assured Forwarding和BE，Best Effort），其中控制信令是默认的最高优先级，并无需定义其级别。 不少厂家在实际运行环境中都可以根据客户需求或者不同业务的需求定义新的业务级别。


　　（5）环自愈保护


　　当RPR环中光纤传输中出现严重故障或者发生光纤中断后，光纤中断处两端节点会发出2层的控制信令,沿光纤方向通知各个节点。 业务流源节点接收到这个信息后，立即向另一个方向的光纤上发送业务。在环保护切换时，会按业务流的不同服务等级，根据同终点业务一起倒换原则，依次向反向光纤倒换业务。RPR和SDH一样，能保证业务的倒换时间小于50ms。


　　综上所述，弹性分组数据传送以IP业务为核心，适用网络发展的方向。RPR充分简化网络层次， 避免了ATM和SDH层的开销，提供了空间复用技术和统计复用功能，保证高带宽的高利用率，相对 TDM网络可提高带宽利用率3～4倍。同时，在网络可靠性、可管理性、支持传统业务等方面，也存在很大优势。以弹性分组环技术为基础的城域网可以提供语音、专线业务、各种数据业务的支持，提供了 三网合一的平台基础，对于 电信网络运营者，尤其是不断涌现的新 电信 运营商来说，弹性分组数据环（RPR）技术以其各方面的优势提供了一个良好的IP城域网组网方案。虽然目前众多厂家产品都有着自己特点，相互之间存在兼容互通问题，但随着IEEE 802.17协议标准的更新和出台， RPR技术必将以其各方面的优势，在新一代城域网的建设中得到广泛应用。



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