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RPR

RPR關鍵技術

SONET采用了固定時隙分配技術來執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(BIR)為基礎的優化的MAC協議來彌補這些缺陷,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。

1.網絡結構與協議分層

網絡拓撲基于兩個反方向傳輸的環,相鄰節點通過一對光纖連接。節點間使用光纖連接并可采用WDM進行擴容。節點具有以太網接口,可直接與路由器相聯。RPR的內環和外環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,因此更利于數據業務的傳送。此外,當發現節點網元或光纖傳輸失效時,RPR執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。

從開放式系統互聯模型(OSI)出發,在總結多種協議 參考模型的基礎上,給出普遍認同的RPR協議參考模型。可以看出。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、業務等級支持(SLA)、拓撲自動識別、保護倒換等功能。

2.基本MAC協議

RPR的基本MAC結構是一個BIR,在任何一個節點都存在3個緩存,即發送緩存、接收緩存和轉發緩存。如果目的地不是本地,則通過轉發緩存發出。而本節點的報文則通過發送緩存發送數據。

RPR支持空分復用技術,即傳輸的數據報文在目的節點而不是在源節點被取出。節點11到節點2,以節點3到節點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。

3.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上有超過一個節點同時傳送信息,這就引發了流量控制的問題。如果不進行節點接入控制,每個節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,即節點的帶寬完全被上游的流量所占用,而本節點流量無法接入。圖4中,如果節點11流往節點8和節點8流往節點10存在的流量都比較大,節點9可以傳送數據的機會就比較少。如果節點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應該對環上所有節點支持上層客戶“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。

4.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帶寬管理和多等級承載業務SLA保證機制,以滿足不同業務對傳輸延時、抖動、、差錯率的不同要求。

雖然已提交的RPR提案中對業務等級的定義與細節描述不盡相同,但總體上看,大致可以歸納為3種:用于業務速率恒定的情況固定帶寬業務,用于有承諾帶寬并且允許一定突發數據的可變帶寬業務,與傳統IP中的業務等級類似的盡力而為的業務。數據流在進入環路時首先被分類、調度,然后根據不同的優先級標識,被放入不同的緩存區。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業務的語音等其他業務的有效支持。

5.拓撲自動識別

在RPR環結構中,每個節點均有上下兩個相鄰節點,網絡結構相當簡單。正常狀態下,節點間沒有任何關于拓撲信息的更新。而當環初始化、新節點加入環中或需環路保護倒換時,RPR進入自動拓撲識別模式。觸發器觸發節點向環上的所有的節點發送第二層消息,節點可根據此消息判斷有哪些節點處于環形拓撲結構中,在環的兩個方向上達到其它節點需要幾跳以及環上每段光纖的狀態。這樣,在網絡運行過程中,每個節點都詳細地掌握著網絡的拓撲圖和每條鏈路的狀態。

基于此,網絡不但實現了即插即用的特點,同時當網絡發生故障時,故障點的兩側節點向其他節點廣播故障消息,然后每個節點得知每個節點和每條鏈路的現狀,這樣節點可根據業務服務等級的要求進行基于源路由的業務倒換。

6.保護倒換機制

如上所述,RPR是通過正反傳輸方向兩個光環進行組網的,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路上,即使兩個環路都失效,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,當一傳輸光環線路失效時,通過信令通知網絡節點,在失效處兩端節點處繞回。因此,業務流要先沿原路到達環回處,才被切換到另一環路去,再環回,最終達到目的節點。采用源路由的保護機制,RPR則不同。當一傳輸光環線路失效時,失效處兩端節點會發出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個節點。業務流源節點接受到這個信息后,立即向另一個方向的光纖上發送報文,從而實現保護倒換。同時,在保護切換時,節點會考慮業務流不同的服務等級,根據同一節點的切換原則,依次向反方向環切換業務。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,同時也更能節約帶寬。

RPR特點與發展現狀

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議開銷等性能,RPR體現出很多的優點。

1.帶寬效率

傳統的SDH網絡需要環帶寬的50%作為冗余,RPR則不然,它把兩個反方向旋轉的環都利用起來,用于傳送和控制數據業務流。此外,RPR還利用目的地報文提取的方式實現了環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。

2.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,業務流的優先機制確保了優先級高的業務流能夠得到適當的處理,以滿足實時性業務的需求。

3.簡單的業務提供

RPR的目標之一是分布式接入、快速保護和業務的自動重建為節點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。RPR也是一項在環內使用共享帶寬的分組交換技術,每一個節點都知道環的可用容量。在傳統的電路交換模式下,全網格型連接需要O(n2)個點到點連接,而RPR只需要一個與環的業務連接,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,但在規范形成前造就事實上的工業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網的高帶寬效率和可靠于一身,業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。

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