RPR技术原理胶片配套说明Word文件下载.docx

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4.2.RPR帧结构2

4.3.故障自愈2

4.4.拓扑发现2

4.5.业务选环2

4.6.队列调度2

4.7.RPR-fa2

4.8.透传模式2

4.9.QOS保证2

4.10.业务支持2

4.11.其它2

4.12.较CiscoSRP/DPT的优点2

9.华为RPR的应用领域错误！

未定义书签。

1.环网技术介绍

环网技术，简单来说，就是将一些网络设备，通过环的形状连接到一起，实现相互通信的一种技术。

已有的一些环网技术：

TokenRing、FDDI、SDH/SONET、甚至POS环。

1.1.TokenRing环

TokenRing〔令牌环〕是最早引入数据通信领域里面的环网技术，一个基于MAC层协议的单向环网，用于局域网，不具备故障自愈的保护功能。

令牌环网是一种低速网络，一般在5类线缆上面传送。

令牌环网的节点只有在获得令牌的情况下才能向环上发送数据，令牌逐点传送，每个节点能轮流拥有一定的令牌时间〔是否可以配置？

有一点策略吗？

〕，节点需要等待令牌以传送数据。

已有令牌的节点，如果没有数据需要传送，可以将令牌传递给下一个节点。

数据包采用源节点剥离的方法，即：

数据包被送到环网上后，经过目的节点接收后，还会继续在环上转一圈，直到回到源节点才被剥离，显然，这种方式下，整个环上的某同一时刻，只能有一个节点可以传送数据。

1.2.FDDI环

FDDI〔光纤分布式数据接口〕可以说是一种改进的TokenRing技术，也是利用令牌的来传递对环网的控制权，所不同的是，他采用了双环的结构，采用光纤作为传输介质，在性能和效率上都较令牌环网有很大提高，和TokenRing一样，不具备故障自愈的保护功能。

由于也是采用源地址剥离技术，带宽得不到有效利用。

FDDI网络目前仍在广泛使用企业网和校园网中。

1.3.SDH/SONET环

SDH/SONET〔数字同步系列〕是目前广泛应用在传输网络里面的一种环网技术，单环、多环都支持。

具有高可靠性，能提供故障自动保护倒换APS的故障自愈机制。

其采用点到点、电路交换的设计，环内带宽被静态分配为一条条静态固定带宽链路，使用时分复用，主要为语音服务。

由于其点到点、电路交换的设计，缺点诸多：

逻辑全连接时带宽浪费严重，带宽在节点间点到点的链路中固定分配并保留，带宽不能根据网络中流量的实际情况而改变，不利于带宽的高效利用，很难适应具有突发性特点的IP数据业务。

广播和组播报文将分成多个单播完成，带宽浪费严重，而且对于APS特性，需要最高多达50%冗余带宽，未能提供灵活的选择机制。

〔两种保护机制1+1、1:

N〕

另外，网络中设备的多层次，管理复杂，业务开通速度慢，在网络维护和满足用户宽带需求的灵活性等方面，存在问题。

1.4.POS环

POS环，严格来说，并不是一种环网技术，仅仅是近年来，网络上的一种比较流行的组网应用。

将网络上面的N个节点通过N条链路首尾相连起来，整个环其实是由N个相互独立的点到点POS/PPP连接构成的，业务在节点间逐点三层转发实现相互通信，节点需要处理所有报文，严重影响环的吞吐量。

由于仅仅是一个组网性的应用，没有一个针对环级别的带宽管理，某段的拥塞无法通知其它节点，而且没有二层的故障自愈能力。

1.5.RPR环

国际标准化IEEE802.17工作组和RPR联盟正致力于将上述几种技术的优点合而为一，研究并规范化一种环网拓扑上使用的MAC层协议——RPR〔弹性分组环〕，满足未来网络的要求。

RPR的设计目标定义了一个闭合环路、点到点、基于MAC层的逻辑环状拓扑。

对于物理层来说，RPR就是一组点到点的链路；

而对于数据链路层来说，RPR就像是一个类似于Ethernet的广播介质网络。

其特性可以简单概括：

∙双环逆向拓扑结构，外环和内环同时可传送数据和控制信息。

∙完全分布式的访问控制方法，无MasterNode，无令牌概念。

∙电信级故障自动保护倒换IPS功能，业务倒换时间小于50ms，且无需类似SONET/SDH的APS冗余保护带宽支持。

∙自动拓扑收集，能自动选择业务最优路径。

∙应用简单，基本无需配置，结合拓扑自动发现和IPS特性，环支持节点动态加入和删除，业务不受影响，真正的节点热插拔。

∙单播流的目的地址剥离，被目的点接收后，无需回到源地址，直接被剥离。

∙空间复用技术，极大地提高了环带宽的利用度。

∙RPR-Fa公平算法，网络带宽动态调整，无需静态配置节点间带宽，能实现带宽全局公平和局部最优利用。

∙流量等级保证QOS，支持带宽预留的业务，如TDM。

∙传统Ethernet概念，支持所有Ethernet上层协议和业务。

∙物理层无关，能支持Ethernet、DWDM和SONET/SDH，

∙带宽很容易平滑扩展，155M-10G，甚至40G。

∙支持环网级别的设备互通性。

比如ATM、路由器、TDM设备用同一个RPR环网连接，共享环网物理链路和环网带宽。

∙具有完善的操作和维护平台，可运营可管理。

2.RPR发展历程

RPR（弹性分组环）是IEEE802.17工作组正在标准化的一种新的MAC层技术，是一个工作在OSI协议栈第二层的介质访问控制（MAC）协议，具有和物理层的无关性，可运行于SONET/SDH、Ethernet和DWDM之上。

RPR技术吸收了千兆以太网的经济性，吸收了SDH的电信级特性与以太网的面向数据业务的高带宽分发、灵活性、可扩展能力和APS故障自愈的高可靠性等特性，RPR不仅支持IP业务，而且支持传统的TDM业务。

RPR将用以取代SDH来组建以数据为中心的城域网络，为运营商提供弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力，是一种很好的组网方案。

RPR基于环行拓扑提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，RPR是针对数据业务特征而提出的对现有城域网和核心网的技术演进方案。

在RPR技术在正式标准化以前，Cisco、Luminous、Nortel就分别推出了自己概念的RPR技术，分别是DPT、RPT、IPT，各自特点和应用领域不尽相同：

∙Cisco的DPT：

1999年，思科提出了基于‘IP+光’的DPT动态包传输概念，利用DPT技术，可以组建双纤环网，进行包传输。

DPT综合了SDH的电信级50ms保护倒换特性和以太网的动态包传输特性，同时还使用公平算法和空间重用协议来优化网络性能，相对SDH环网，DPT的光纤带宽的利用率的到了极大的提高，同时网络的扩容与维护工作，以及组网成本又得到了极大的节省，这项技术的推出，为业界宽带城域网技术带来了很大的革新。

Cisco的DPT产品多以小卡的方式直接应用到其路由器产品和L3交换机上，涉及主要产品有12000、10700、7600系列、7200、7500系列。

DPT现有的传输速率有622Mbps和2.5Gbps两种。

思科的DPT主要支持IP数据业务，如果需要同时支持TDM业务，则需要同传输设备配合组网，或者外加RAD公司的IP-MUX设备。

思科DPT的实现与物理层无关，能在SDH/SONET、DWDM和裸光纤上组网，目前也只能支持SDH。

∙Luminous的RPT

RPT是Luminous开发的一种弹性包传输协议，跟思科的DPT协议比较类似，但是增加了TDM业务仿真功能；

Luminous的RPT产品策略比较简单，使用简单的L3平台，增加两块RPT接口板、一套时钟传送机制配合TDM仿真接口板，然后形成城域多业务传送产品。

与传统的SDH、Metro等产品比，以低价、高效带宽利用率、新设备形态等吸引用户。

较好从简化网络层次解决了数据、话音的综合接入问题获得业界的看好。

∙Nortel的IPT

北电主要是利用其在光网络传输技术上的领先优势以及市场占有率，在基于SDH的METRO平台中实现其IPT产品形成OPTeraPacketEdge系列。

能够在统一的SDH平台上提供TDM业务和IPT数据业务。

北电的“城域网中以太主宰一切”的策略，体现在以太业务可承载到SONET、DWDM、光纤上，其布署方案可以是：

EoF、EoSDH（RPR）、EoWDM，因此光以太网的概念远大于传输的范围，更多的应该是可运营的网络模式，是新业务模式与城域传输的融合。

RPR协议制定初期，IEEE802.17工作组中主要存在两大阵营：

1、一个阵营以Cisco为主，其草案称为“Gandalf”；

2、另一个阵营以Nortel的IPT和Luminous的RPT为主，其草案称为“Alladin”。

在今年一月份的会议上，两大阵营达成一致，通过了Darwin协议，并做为RPR协议草案的基线版本。

预计正式的RPR协议将会在2003年的3月份制定完成。

IEEE802.17的网址为：

www.ieee802.org/17

RPRA是RPR技术的联盟，主要任务是：

支持IEEE802.17的RPR标准、对RPR标准的推广、宣传和接纳、加速RPR产品的使用和提供服务、确立和验证不同厂家产品的互联、对用户、媒体和公众的培训。

华为是RPR联盟的早期成员，一直参与RPR标准制定工作，并负责在中国推广RPR技术的应用。

RPRA的网址为：

www.RPRAlliance.org

3.RPR技术原理

RPR为逆向双环拓扑结构，外环为OuterRing、内环为InnerRing，外环和内环都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。

3.1.节点数据操作

RPR环作为一个共享的媒体介质，RPR环上的每个结点对数据包的处理主要有四种操作：

Insertion、Forwarding、Receiving和Stripping，简化了结点间的操作。

Insertion：

数据包上环操作。

RPR端口发送的数据包是经过L3层从其他端口转发而来，这些报文的下一条节点均是环上节点。

当然，一些路由协议报文会直接有业务层生成，进入环网。

Receiving：

接收从环上来的数据报，送Host/L3处理。

Stripping：

数据包下环操作。

对于目的Mac为本节点的数据包，节点将执行剥离操作，并将数据送往L3处理。

在L3，依据报文IP地址执行转发，转发到其它端口，或有本节点的业务层接收，如路由协议报文。

Forwarding：

只是经由本节点去往其它节点的数据包，本节点近在L2执行快速转发，L2转发完全有硬件完成。

极大的提高了RPR节点的L3吞吐量。

而对于其它环技术，所有的包，无论是否由本节点接收的，都需要送到L3处理，不适合大流量网络。

对于多播业务，节点在执行L2转发的同时，会将数据包送往L3处理。

RPR节点特有Passthough工作模式，对所有报文简单执行Forwarding操作。

3.2.高效带宽利用

目的地址剥离：

单播数据流将被目的节点接收并从环上剥离。

空间复用机制：

使得整个环网的资源可以被不同的结点分段使用，可以使整个环网的累积带宽大于单个链路的带宽容量。

在非重叠区域的并发数据传输，两者互不干扰；

也能够支持在重叠区域的并发数据传输，总带宽有公平算法自动协调。

带宽自动分配：

无需类似SDH一样的复杂静态分配，支持突发业务，而且业务开通快。

这部分请参考RPR-fa。

无冗余带宽：

和传统的SONET技术不一样，RPR可利用内外两个环同时传输数据和控制信息，内外环互为备份实现IPS故障自愈功能，而不需要刻意保留资源以实现链路的保护机制。

广播和多播的支持：

相应的数据包在环网上只有一份拷贝，目的结点将接收数据包并转发，而源结点则负责将广播包和多播包从环网上剥离。

利用现有的MAC地址编码技术就可以有效地表示广播或者多播报文。

二层快速转发：

节点只对以自身为目的地的数据包进行复杂的处理，而对于其余的数据包只是简单地在环网上转发；

3.3.故障自愈

当结点失效或者链路发生故障的时候，RPR可以提供Wrapping或Steering的保护措施，继续保证环网的连通性，提供相当于SDHAPS的低于50毫秒故障保护能力，而且自动保护倒换不需要象SDH一样的50％的冗余带宽开销。

RPR可以对物理媒质的故障以及L2层的节点失效进行有效的保护。

Wrapping：

当环上的某个地方发生故障时，故障附近两个节点处将自动环回，即把内环和外环连在一起，形成一个闭合单环，整个环可利用带宽自然地由于双环到单环的变化而减少50%。

环回后，经由故障节点/段的业务将在环回节点处环回，绕行相反方向，然后在另外一个环回节点处返回到原来方向，并继续传送到目的节点。

Wrapping操作由IPS协议在相邻失效节点之间通过ShortPath消息进行，并且通过LongPath消息知会其它节点。

Wrapping操作非常快，几乎没有包损失，但是Wrapping后，由于业务包在环上绕行，带宽有所浪费，特别是故障临近的段，对迸发业务影响较大，难免一定业务拥塞的现象。

Steering：

在Steering保护模式中，当环上的某个地方发生故障时，指名故障点和类型的Steering保护消息会瞬时发送到环上每个节点，拓扑也会相应更改。

有了新的拓扑，源节点只需要直接按新的拓扑发送数据给目的节点即可，由于路径选择是根据新的拓扑做出的，数据可以经由一个方向直接到达目的节点，无需从发生故障的地方环回。

Steering操作后，原来的双环结构变化为了两个开口的单环，非闭合的，可用带宽同样减少到50%，而且由于Steering操作稍慢一点，在新拓扑获得以前，已经发出的小部分数据将在故障点被丢弃〔开环〕。

和Wrapping所不同的是，数据没有绕行，不会由于绕行而浪费带宽。

另外，对于节点上层软件故障，包括L3故障，RPRL2可以自动进行Passthough透传模式，仍然保证环的双环结构，导致最大联通性和可用带宽。

3.4.拓扑发现

RPR环可以自动进行拓扑发现，由拓扑发现控制报文完成。

节点周期地在外环上面发送拓扑报文，携带自己的节点标识〔Mac地址，又称源节点信息〕和自己的节点信息域〔包括节点Mac地址、环标识、Wrap标识等〕，环上其它节点在收到这个拓扑发现报文后，将自己的节点信息追加到报文的后面，并传递给下一个节点。

这个当报文回到源节点〔源节点和自己节点相同〕时，节点将顺序提取所有的节点信息，形成拓扑信息表。

拓扑报文传送过程中，如果碰到环回节点，拓扑报文需要在内环绕行，并回到外环，在回到外环之前，沿途节点不能追加节点信息到拓扑报文内，只能转发，并减少控制TTL域。

新拓扑是节点业务路径选择的主要/重要依据，如果拓扑有更新，去往环节点的最优路径可能会有所变化，节点需要调整业务选环，以保证环上带宽得到最佳利用。

为了防止拓扑由于某些原因发生突变，RPR规定，只有连续收到两份完全一样而和目前拓扑不一致的拓扑表后，拓扑表才能被更新。

拓扑发现，一般周期发生，周期可以调整。

也可以按需发生，比如人工命令、倒换动作等。

3.5.即插即用

RPR是完全分布的访问控制机制，支持拓扑发现使之具有即插即用的功能，结点在环网上可以快速而容易地增加和减少，新节点插入环上即直接使用，无需象SDH一样需要复杂的链路配置工作。

而且配合自动保护倒换，增加和删除节点时，业务也不会被中断。

具备真正的网络级即插即用，RPR技术使网络的初期业务规划变得更加简单，业务的更改变得更加简单，在网络不断发展的今天，易管理性无疑对运营商有很大吸引力。

3.6.多播和广播支持

RPR提供对广播和多播报文很好的支持，相应的数据包在环网上只有一份拷贝，目的结点将接收数据包并转发，最后由源结点负责将广播包和多播包从环网上剥离。

支持多播是RPR优于SDH的一大特点。

对比SDH，同样节点S要往环上的所有节点发一个包，那么在SDH环上，S节点要N-1份，分别发给其它N-1个节点；

而RPR环上，S节点只用发一个多播包，每个节点在收到这个包后都会再转发到下个节点，直到报文再次回到S节点，由S节点从环上剥离这个包。

对多播和广播报文的转发，完全有硬件完成，各节点L3只需要做接收处理，无需关心该报文在环上面的转发。

3.7.公平算法RPR-Fa

环网的资源在结点之间是共享的，RPR将提供一种整个环网级别的全局公平算法，以保证节点间公平享用带宽，同时又尽力提高带宽的最大利用率。

RPR环网结点将监测自身带宽资源的使用情况，同时在节点间提供显式的反馈机制。

对于公平算法的CongestionDectection，除了具有通过Transitbuffer门限判断拥塞外，RPR还加入了ingressheadoflinetimer和lowpriority+excesslowpriorityoutputratemonitor两个判断条件，使算法更加有效。

公平算法能够自动动态的对网络流量进行调控，尽量避免网络拥塞，对于突发的大数据流量进行有效地调节，保证用户正常地使用网络。

为实现这一目标，RPR环网结点将监测自身带宽资源的使用情况，同时在节点间提供显式的反压机制，该反馈信息通告发送源网络当前的可用能力，以使之调整流量，最终实现全网的公平。

RPR使用独特的技术来合理的利用现有的带宽，提高带宽利用率，具体分为以下三个部分：

∙确定节点拥塞的门限

∙确定节点向其它节点广播的速率

∙确定节点本地能允许上环的速率

其原理是：

当一个节点有拥塞发生，它将通过与传送数据相反方向的节点发送拥塞公告（Advertise），告知一个Advertise速率，上游节点利用这个Advertise速率，通过反压信号通知Host/L3，来调整自己允许上环的速率，以不超过拥塞节点Advertise速率，如果该节点也发生了拥塞，就同样计算其Advertise速率发送到其上游节点。

带宽管理只作用于低优先级数据包，对于高优先级数据包和控制包不其作用，可以保障高优先级业务的优质服务。

Ethernet和其它环网技术没有带宽管理能力，不能有效公平地利用网络资源。

3.8.QOS保证

RPR天然具备很好的QOS保证，比如50ms故障自愈能力、高带宽利用率、先进RPR-Fa公平算法等，可以提供高可靠性、大吞吐量、小迟延、低丢失率的业务保证能力。

另外RPR支持三种流量等级（class-H,class-M,andclass-L）：

∙Class-H：

提供低抖动带宽保证，以支持TDM业务；

∙Class-M：

提供boundedlatency带宽保证，用来进行分优先级次序的数据发送；

∙Class-L：

bestefforttraffic，如传统的IP业务。

优先级别由RPR头中的Priority域决定。

Transitbuffer可以有两种模式，Singlebuffer和Dualbuffer。

Singlebuffer模式会将三种不同优先级的业务都放入一个fifo中队列中，无区别对待，而

Dualqueue则分为高低两种优先级，其与三种流量等级的对应关系为：

使用高优先级队列；

使用低优先级队列，分为guaranteed业务和excesstraffic业务，其中guaranteed业务比Class-C优先级高，不使用公平算法；

excesstraffic业务与Class-C优先级一样，使用公平算法；

使用低优先级队列。

中优先级包会分配一个CIR（CommittedInformationRate），符合CIR的中优先级流量将会被视为高优先级流量，而不符的流量则被视为低优先级流量。

RPRMAC控制流量发送的次序，singlebuffer模式和dualbuffer模式的方式不同

Dualbuffer模式：

Highprioritypacketsfromthehighprioritytransitbuffer将总是最先发送，只要LowPriorityTransitBuffer未满，则Highprioritytransmitdata会被第二个发送，符合CIR的MediumPrioritytransmittraffic将会第三个被发送，如果没有违反RPR-FA的话，lowprioritytransmittraffic第四个发送，在没有其他的包发送的时候，lowpriortitytransitbuffertraffic才会被发送

Singlebuffer模式：

Transitbuffertraffic将被最先发送，且不管优先级高低；

然后high,medium,lowprioritytransmittraffic按优先级顺序发送，lowprioritytransmittraffic和不符EIR的mediumprioritytransmittraffic需要遵循RPR-FA的限制。

RPR支持带宽预留，对预留的带宽提供完善的QOS保证，因此可以实现传统的语音业务的传输。

RPR对高优先级的业务不经过公平算法调度优先发送，公平算法只对低优先级的业务起作用。

〔组网时对各节点的高优先级的业务发送量要预先设定，避免高优先级业务过量发送。

〕

RPR对高低优先级的数据包具有多种静态流量整形方法，而对于公平算法控制低优先级数据包还有动态流量整形。

丰富的QOS保证措施，即使在L3没有QOS保证的情况下，RPR环仍然可以提供非常优越的QOS保证。

3.9.物理层无关

RPR是一种无论层无关的Mac层协议，提供了丰富的物理层接口，能支持Ethernet、DWDM和SONET/SDH，而且带宽很容易平滑扩展，155M-10G，甚至40G。

目前应用最多的还会是SONET/SDH。

3.10.低成本

上述特别都可以带来低成本，最关键的是RPR技术使用N条链路就可以实现N个节点的Mac层全连接，避免了N²

问题。

相对于SDH、POS、Ethernet等链路成本显得非常优越。

3.11.其它

RPR是一种改进的Ethernet技术，支持所有Ethernet能支持的协议和业务。

RPR设计支持环网级别的设备互通性。

比如ATM、路由器、TDM设备用同一个RPR环网连接，多网合并，相互透明，共享环网物理链路和环网带宽。

RPR具备完善MIB特性，能提供完善的操作和维护平台，真正做到可运营可管理。

3.12.较POS环的优点

带宽的高利用率：

RPR环网和POS环网比较具有很高的带宽利用率，RPR环网可以运用空间复用算法，实现空间的高效利用。

RPR天然提供丰富的QOS保证机制，保证用户既可以支持对时延要求较高的语音，视频；

又可以满足用户上网，下载资料等对时延要求较低的需求。

保护机制和环网的弹性：

RPR提供50ms以