弹性分组环(RPR)协议概况

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弹性分组环(RPR)协议概况

弹性分组环(RPR)是一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的，目前正由IEEE 802.17工作组进行标准化。本文对该协议的主要目标、特点、标准化情况进行简要说明。
　　关键词：弹性分组环 RPR RPT DPT
　　一、前言
　　IP技术的发展，使得数据业务逐渐成为主要的通信流量，这对城域网(MAN)和广域网(WAN)都提出了更高的带宽要求。对于建一个好的MAN来说，有两个要求：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。但传统的城域网和广域网是为使用SONET/SDH电路交换的话音和视频而设计和优化的。在传统的电路交换网络上传输数据已被证明不是有效的方法，该方法复杂而且昂贵。
　　IP领域很早就认识到了环形网络结构的价值，并已在这方面作了大量努力，发展了象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、能够健壮地应用在城域网和广域网上、以千兆的速度传输IP信息包的技术。
　　因此，2000年11月正式成立了IEEE's 802.17 弹性分组数据环工作组(RPRWG)，希翼开发一个RPR (Resilient Packet Rings) MAC标准，优化在LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。
　　二、RPT的主要目标
　　弹性分组数据传送RPT(Resilient Packet Transport)是基于RPR环形结构的一种带空间复用的传输方式，是一种全新的千兆IP直接Over光纤技术。RPT技术吸取了千兆以太网的经济性，SDH对延时和抖动严格保障、可靠的时钟和50ms环网保护特性。RPT具有空间复用机制，可同MPLS相结合，简化IP前传，同时具有第三层路由功能，基于RPT技术的设备可以承载具有突发性的IP业务，同时支撑传统语音传送，是适用于中小型城域网骨干到接入的技术。
　　RPT的目标主要集中在三个方面：带宽效率、保护机制、简化业务的提供。
　　★带宽效率
　　传统的SDH网络中有50%的环带宽是冗余的，RPR采用双环结构传输控制信息和数据信息，同时仍然维持SDH APS类似的保护机制。通过在源节点和目的节点之间的段上两个方向传输数据，实现空间复用。目的节点从环上剥离单播包，当一个包从环上被"剥离"时，它就不再消耗环上的带宽，在下游段上就可被其它信息包自由使用。
　　★保护与恢复
　　RPR的目的是提供与SDH APS相似的50ms的保护倒换保证。正在考虑方法有两种，一是"环回"(wrap)方式，另一是将数据流"绕开"故障点。当"环回"时，靠近故障的节点将数据流"环回"到另一个环上(如，内环数据流到外环)，通过长路径，允许数据流维持与目的节点之间的连接。"绕开"方式实际上是通过改变路径棗走长路径，将数据流传送到目的节点。也可以将两种方式联合起来使用，故障以外的节点首先采用"环回"方式，然后在方便时才用"绕开"方式。
　　当完全采用沿相反方向传送的光纤时，就能提供这种保护特性。流的优先级机制能确保高优先级流得到适当处理，而在出现故障时，则尽力传送。
　　★简化业务提供
　　RPR的一个目标就是分布接入，再加上快速保护和自动重新建立服务，为快速插入和删除节点提供即插即用的机制。
　　RPR也包括在一个环上共享带宽的包交换技术，节点知道环的容量。在传统的基于电路模型下，全网状连接需要O(n2)个点到点连接，而RPR只需要一个与环的连接就行，简化了工作。
　　三、RPR的主要特性与关键技术
　　虽然RPR还处于标准化进程中，但其基本特性已经确定，主要有：双环结构、空间复用、带宽动态分配、公平接入、统计复用等方面。下面简要说明。
　　1. 双环结构
　　RPR的典型用法是由两根反向光纤组成环形拓扑结构，其中一根光纤是顺时针，一根光纤是逆时针。这样，节点在环上有两个方向会到达另一节点。RPR环上的每一根光纤上既发送数据，又传输同向控制信号。控制信号以最高优先分组的方式发送。RPT COS分类有严格的定义，最高优先级业务不受优先级业务影响。因此，控制信号不受数据业务影响。同时，控制信号也不依靠反向光纤，因此，RPT支撑单纤组环。RPT环现可支撑双向1G、2.5G数据传送，并可支撑WDM方式数据传送。
　　2. 空间复用技术
　　对RPR环上的多个节点而言，要求它具有包交换的能力，包长度可变；具有802地址，即包头有802类型的源地址和目的地址。同时，还要求它具有空间复用能力，这是通过空间复用技术SRP(Spatial reuse protocol)实现的。SRP是一种与媒体无关的MAC层协议，可以用于各种物理层技术之上。RPT不依赖于物理层媒质，可以使用以太网物理层、SDH物理层或支撑DWD系统的波长，SRP的本质是将链路上的资源分为若干通路，由IP分组到达节点来决定通路的建立和选路，源节点在环内某一段上通过分配带宽产生通路，通过寻址IP分组的目的地和利用分配的带宽在通路上传送IP包，特定通路上业务流与链路上其他业务流隔离，因此，一旦通路被分配，对这一通路就不存在网络资源竞争。空间复用技术最初应用于SDH复用段保护（MSP）或SONET BLSR，指环上的带宽可被各个节点公平使用。摽占湓儆脭意味为在目的地节点收到净荷后卸载净荷，以便带宽再用。
　　3.带宽动态分配
　　RPT根据用户需求分配带宽,而不象SDH那样分配固定时隙。对于保护,也没有象基于电路的保护那样,为保护保留带宽。
　　4.环上公平接入
　　环上节点没有主从之分，每个节点均可独立地发现2层拓扑，支撑即插即用。
　　5.具有弹性
　　指发生故障时，将一个环上的业务环回(Wrapped)到另一个环上，或源节点重新计算路由，以提供50msec的保护恢复性能。
　　在正常状态下，从节点6到节点2的数据包选择外环的短路径。当节点1和2间的节点或光纤断开，数据包在节点1从外环环回到内环，从内环的长路径将数据包传送到节点2。
　　6.支撑COS
　　在报头表明服务等级COS以支撑环上的多种流量优先级，有效支撑IP突发业务和语音传送业务。RPT技术为数据业务和语音业务提供了一个L2统计复用的平台。不论是语音业务还是数据业务，接入之后，可在同一带宽上传送，由于所有业务共享带宽,提高了网络带宽利用率。
小结起来,RPT有如下特点：
　　▲空间再用：一根光纤环可以分段传输数据。
　　▲双环结构：两根光纤同时传输数据，使带宽提高两倍。
　　▲公平机制：所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供最佳的保证。
　　▲统计复用：网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽。
　　▲可靠性：可以提供比SDH的自动保护倒换（APS）更好的网络自愈功能，可以在50ms内恢复IP业务，不需要路由表的重新收敛。
　　▲IP业务映射：可以直接映射和支撑IP包的优先级，直接支撑IP包的广播以及其他业务控制功能。
总的来说，RPR适应大容量的城域网骨干层，适合负载分布为枢纽型情况，在RPR在网络容量不大时，设备投资较高，RPR在均匀分布的负载情况时，SRP失去效果。
　　7.RPR与其它技术的比较
　　RPT与其它技术相比，最大的特点是具有LAN的经济性，同时有具有可靠的保证语音传送的手段、网络带宽可充分被利用，同时简化IP前传方式。
　　★RPR vs SDH
　　SDH传输数据业务时，主要的不足之处在于：随着数据流大量增加，SDH并不是经济有效的，表现在：面向电路的静态带宽分配对数据包传输而言不是有效的；非工作的、保护带宽资源被浪费；服务的提供很慢。而RPT在保证语音传送的同时有效支撑具有突发性的IP业务，带宽可以统计复用，可提供大量的高速以太网口。并提供不同等级的服务和基于不同等级的环网保护功能，这是SDH所不具备的；同时RPT基于源路由倒换，而SDH基于复用段保护，在空间复用技术的支撑下，基于源路由的环保护倒换可节省出SDH复用段保护倒换所经过的环回处的带宽。
　　★RPT vs 千兆以太网
　　RPT帧格式类似于千兆以太网，RPT端口具有千兆以太网端口的经济性。但在信令交换和传送机制上有本质的区别。首先，以太网存在三点不足：扫描树不允许多节点组成环形拓扑结构；提供保护很慢；用户或服务在2层隔离，不便于升级，通常需要MPLS或基于3层的隔离。这样千兆以太网在可靠性、扩展性等方面不能满足大型服务性运营商网络的需求，其技术路线的核心为简单地提高传输带宽和交换容量，而在其他方面较少突破。千兆以太网技术的主干可靠性一般由所谓的TRUNK技术来提供，不能满足大型营运级IP网络的要求。千兆以太网的VLAN虽然实行了对用户的隔离，但每个VLAN具有不同的SIP树。大量的VLAN维护耗费的网络处理资源。SIP不具有负载均衡功能,并且拓扑更新十分缓慢。换言之,千兆以太网技术以其低价、简单的技术路线,更适合于园区网主干。
　　而RPT则可和MPLS相结合，可在公网上为用户提供具有可扩展性的IP服务，同时又具有千兆以太网的经济性；同时，RPT通过一系列机制保证提供可靠的时钟和延时、抖动保障，有效支撑语音业务，这是千兆以太网技术所不具备的。
　　★RPT vs POS
　　RPT和POS(Packet Over SDH)一样，避免了ATM技术的协议复杂性和过高的信头开销，并且直接将千兆IP通过弹性分组数据帧格式（类似以太网帧格式）适配在光纤上，无需进行IP包的拆分和重组，从而提高了交换机的处理能力，并降低了设备的价格。RPT可提供动态使用带宽的功能，使带宽利用率提高，避免了POS点到点连接的局限性，减少了端口数。
　　★RPT vs DPT
　　RPT和DPT(Dynamic Packet Transport)同属IEEE802.17工作组研究内容，工作原理相似，但RPT在性能和服务上比DPT技术先进很多：
　　(1)RPT有同步机制和严格的延迟和抖动的保障，可对传统语音提供服务；而DPT不支撑。
　　(2)RPT提供严格的COS分类，可靠保障高优先级业务的服务；而DPT则提供相对严格的服务等级分类。
　　(3)RPT控制信令可沿光纤环同向传送，不依赖反向光纤；而DPT则沿反向光纤传送控制信息。这样利用RPT可组成单纤环。
　　(4)RPT提供基于源路由的50ms环网保护机制，相对于DPT环保护的"折回"方式更节约带宽。
　　四、RPR的标准化进程
　　RPT协议概念的提出是由市场方面的需求所推动的。因此，RPT一经提出，便受到各方面的重视。在很短的时间内，多个国际标准化组织相应成立相关工作组，进行标准化工作。而且，将多厂家设备互通作为一个重要的议程。
　　现在，在国际方面，有3个国际组织在进行RPT的标准化工作，包括IEEE、IETF和RPR联盟。这3个组织间互相协作，各有分工。
　　★IEEE802.17 RPRWG(Resilient Packet Ring Working Group)
　　IEEE802.17负责RPT相关基本协议的标准化工作。IEEE从2000年初开始关于RPT的论证工作，在汇总众多厂商和电信服务供应商意见和建议的基础上，于2001年11月正式成立IEEE802 17弹性分组数据环工作组，开始进行标准化工作。今年3月已讨论通过了工作组关于RPT协议的标准化目标。从2001年3月到11月，为标准化建议草案的推荐和讨论期。在这期间，各个厂家和电信服务提供商可提出自己的标准化建议。到2002年1月，将产生RPT协议标准的草案。2002年1月到9月是标准草案的修正期。最终的标准化RPT协议将于2003年3月出台。 IEEE802.17工作组包括Cisco、Nortel、Luninous、Dynarc、Lantem等企业。
　　具体的RPT标准化目标如下:
　　★双向反向环，支撑：全双工、空间复用和多播、具有防止分组死循环的机制、即插即用
　　★与媒质相对独立的MAC层，支撑1Gb/s～NGb/s
　　★具有高效率的分组格式: 将802.3以太网帧格式简便的映射到802.17帧格式中
　　★定义MAC层的帧格式到物理层帧格式的映射过程
　　－ 1Gb/s、10Gb/s类似以太网的帧格式
　　－ STM-4/OC-48、STM-64/OC-192 SDH/SONET帧格式
　　★定义50ms环保护恢复机制
　　★支撑L2到L3功能
　　★支撑服务等级(Class of Service)
　　★分组大小可达9K
　　★ IETF 的IPoRPR 工作组(IP over Resilient Packer Ring Working Group)
　　在IEEE 802.17工作组对RPR进行标准化的同时，IETF于2000年12月正式成立了IPORPR WG(IP Over RPR) 工作组，主要目标是说明和定义一套特性和功能，将802.17 RPR工作组定义的RPR MAC功能的一套特性与网络层路由连接起来，以允许IP平滑地与RPR MAC功能进行集成，从而希翼802.17工作组进行设计选择时，将因特网和IP对802.17标准的要求考虑进去，同时，在某些情况下，避免工作重复。该组织于今年6月提出了草案"A Framework for IP over RPR"。
　　★RPR联盟
　　2000年1月，Cisco、Luminous、Nortel、Vitesse、Avaya、Mindspeed、Corrigent、River Stone、Alidian、Lantern、AuroraNetic、Cyras等通信企业联合成立了弹性分组数据环联盟Resilient Packet Ring Alliance。RPR联盟的工作目标在于：
　　★ 支撑IEEE802.17工作组的工作
　　★ 促进RPR技术规范的制定
　　★ 致力于电信界对RPR的认知和推广工作
　　★ 加速支撑RPR的产品和业务的采纳、推广和使用
　　★ 侧重于多厂家互通标准制定及互通演示工作
　　★ 作为RPR设备供应商和电信服务提供商间的桥梁
　　五、结束语
　　正由IEEE 802.17工作组进行标准化的弹性分组环协议是一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的，它吸取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环保护和恢复等特性，并具有空间复用、带宽动态分配、支撑业务级别等主要特点，使其成为当前光网络上传输数据包的一种优化技术，正得到业界的广泛关注和重视。可以预见，随着IEEE 802.17标准化工作的进行，它的应用将越来越广。