摘要：本文主要講述了彈性分組環（RPR）技術的出現背景、特性以及和現有技術的比較。它是一種MAC層協議，主要應用于城域網，目前正在由IEEE802.17工作組進行標準化。

    要害字：彈性分組環城域網協議SONET 以太網

    出現背景

    在今天，互聯網上的數據通信量正在呈爆炸式的增長。導致這種狀況的原因是多方面的，比如內部網和外部網的擴散化，電子商務（包括B2B和B2C），asp（應用服務提供商）和網絡主機申請的增長，多媒體內容在互聯網上的流行等等。為了適應數據通信量的這種指數增長，通信網絡正在進行種種技術革新。在廣域網上，DWDM（密集波分多路復用）技術已經使網絡的有效通信量大為增長。同時，企業網也在不斷更新，很多企業的骨干網都采用了基于千兆以太網解決方案。然而，在企業網和廣域網之間起鏈接作用的城域網卻成為了一個瓶頸，阻礙了數據業務的發展。

    建立良好的城域網需要兩個條件：首先，要有一個價格合理的、擴展性好的解決方案來適應不斷膨脹的ip流量和光纖帶寬的增長；其次，要有新的通用功能部件和技術來滿足現有的需要。IP領域很早就熟悉到了環形網絡結構的價值，并已在這方面作了大量努力，發展了象令牌環和光纖分布數字接口(FDDI)這樣的解決方案；但這些方案卻無法滿足IP流量和光纖帶寬增長的需要，也無法滿足在擁塞情況下維持高的帶寬利用率和轉發量、保證節點間的平衡、迅速從節點或傳輸媒體故障中恢復、可即插即用等IP傳輸和業務傳遞發展的需要。因此，像令牌環和FDDI這樣的環形網并不適合用于城域網。服務提供商和企業需要一種擴展性好、能夠穩固地應用在城域網和廣域網上、以千兆的速度傳輸IP信息包的技術。

    2000年11月，IEEE802.17工作組正式成立。他們的目標是開發一個RPR(ResilientPacket Rings) MAC標準，優化在LAN、MAN和WAN拓撲環上數據包的傳輸。

    技術特點

    RPR技術之所以能夠作為一種首選方案獲得認可，用于大城市的數據業務傳輸，是因為它解決了有關城市分組傳輸的一系列問題。歷史上，SONET已經成為人們選擇的傳輸方式，因為它不僅能夠恢復光纖的傳輸損耗，還能夠有效的支持環形拓撲結構。RPR技術同樣具備這些方面的優勢。而且，在RPR交換中數據傳輸高效、簡明，網絡成本低，使得以太網獲得成功。

    首先，通信公司需要把成千上萬個城市用戶連接到少數幾個POP、ASP或者相應的配置設備上面。要連接數量如此之多的用戶，資源供給必須簡單迅速。RPR無需對每一個用戶進行通信業務的設計，就可以提供有效的帶寬。Point-and-clickprovisioning就可以通過在通信公司的NOC（網絡操作中心）中運行的GUI（圖形用戶界面）應用，改變用戶的SLA。在一個共享的環形拓撲結構中，用戶通過多路復用技術實現連接，就不需要復雜的通信工程方法了。

    第二，網絡中，用戶接入端的通信業務量從本質上來說是突發性的，而網絡核心部分的業務量較為平穩，所以具有一定的可猜測性。在網絡邊緣，低帶寬利用率的周期跟在高帶寬利用率周期的后面。RPR答應網絡公司只有當帶寬有空余時，才提供優先級較低的網絡接入服務，充分的利用了這些業務量所固有的特性。統計上的多路復用和空間的再利用，是RPR獲得高帶寬利用率的兩種截然不同的方法，而高帶寬利用率可以為通信公司帶來可觀的利潤和收入。

    第三，光纖在環形結構中得到了廣泛的應用。光纖是網絡公司最昂貴的資產之一，因此，許多技術的開發都是為了更加有效的利用它。假如在城域網中獲得相同的彈性，環交換拓撲結構所需要的光纖，僅僅是網格形拓撲結構所需的三分之一。RPR能夠獲得50ms的恢復時間，在一定程度上是因為環形結構使路由選擇快速而簡便。假如存在光纖傳輸損耗，分組就會繞環傳輸，從另一個方向到達目的地。所以，RPR將和現在的SONET技術一樣，提供相同的彈性，而且需要的光纖較少，卻具備更寬的傳輸帶寬和更好的性能。

    第四，RPR能夠保證分組交換網絡的QoS。RPR交換的環是一個閉環確定性系統。每一次交換在整個環上都有確知的可利用帶寬。這個環寬控制平面使得RPR能夠越過環提供有限的等待時間和抖動。受控的等待時間和抖動使RPR成為話音和圖像等同步數據流的理想平臺。環寬智能也使網絡公司能夠在城市環境中提供和實施服務等級協議。這樣，有了保證的SLA，通信公司就獲得提供更高利潤服務的機會。

    RPR的特性可以總結稱以下幾點：

    1、帶寬效率：

    傳統的SONET網絡需要環帶寬的50%作為冗余，RPR則不然，它仍然保持類似于SONET中APS的保護機制，利用兩個反向旋轉的環來控制數據業務量。RPR答應數據業務流在源節點和目的節點之間的環上傳輸，以此來實現空間的重新利用。目的節點從環中剝離數據分組，當一個分組從環中被剝離出來的時候，它就不再占用環的帶寬，而是釋放下游段供其它分組使用。

    2、保護機制：

    RPR的目的是提供50ms的業務保護，這就與SONET的ASP相類似。目前正在研究采用業務環回或者繞開的方法來避免發生的故障。采用“環回”時，和故障鄰近的節點會把一個環上的業務環回到另一個環上（比如把內環上的業務環回到外環上），這種方法使數據流在經過很長一段路徑到達目的節點時，都會保持連通性。“繞開”這種方法實際上是讓數據流掉轉方向，通過一段路徑后到達目的節點。當故障發生在節點旁邊時，可以將這兩種方法聯合起來使用，先“環回”，方便的時候再“繞開”。

    只有當充分利用了兩根反向旋轉的光纖時，這個保護特性才能發揮作用。業務流的優先級機制確保了優先級高的業務流能夠得到適當的處理。

    3、簡單的業務提供：

    RPR的目標之一是分布式接入。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。

    與現有技術比較

    由于具有以上所屬的特性，RPR和傳統的技術相比較時優勢還是很明顯的。

    與SONET比較：

    1、定線路：SONET環是依靠點對點連接實現的。每一條線路都分配了固定寬度的帶寬，當該線路處于空閑狀態的時候，這個帶寬就閑置不用，而不會提供給網絡運營者用于其他業務。但是，RPR在其他用戶對這一帶寬利用率很低的時候卻可以對它進行重新利用。

    2、虛擬網格帶寬：在SONET網絡中，通信公司經常需要虛擬網格配置。為了做到這一點，他們必須在網格末端之間劃分帶寬，這樣也會造成在帶寬資源低利用率期間的浪費。

    3、保護帶寬的無效性：SONET無法給通信公司提供機會，來保護部分所承諾的業務。通常要保留環帶寬的50%用于保護。RPR具有更大的彈性而且可以采用粒度方法來利用保護帶寬。

    4、多址通信：由于SONET是點對點結構，進行多址通信時，必須分配每一條線路。這樣就會導致多址通信分組的多個副本通過環。RPR卻只要求一個多址通信分組繞環一次就可以到達網絡上的任何一個或所有目的地。這對于資源供給來說更簡單，同時能夠更有效的利用帶寬。

    與以太網比較：

    1、點對點：以太網作為點對點連接的集合，所使用的光纖是RPR的2~3倍，而獲得的彈性卻比RPR低。

    2、隊列時延：在以太網中，假如不能提供給每一條鏈接100%的峰值速率，就無法保證QoS。這是設備、空間和功率的低效率利用。

    3、以太網交換不具有系統寬度控制平臺，來控制網絡中某一部分的信號擁塞，……。RPR則擁有環寬awareness，所以可以保證所有SLA的QoS。

    與POS比較：

    RPT和POS(PacketOverSDH)一樣，避免了ATM技術的協議復雜性和過高的信頭開銷，并且直接將千兆IP通過彈性分組數據幀格式（類似以太網幀格式）適配在光纖上，無需進行IP包的拆分和重組，從而大大提高了交換機的處理能力，并降低了設備的價格。RPT可提供動態使用帶寬的功能，使帶寬利用率大大提高，避免了POS點到點連接的局限性，減少了端口數。

    與DPT比較：

    RPT和DPT(DynamicPacketTransport)同屬IEEE802.17工作組研究內容，工作原理相似，但RPT在性能和服務上比DPT技術先進很多：

    (1)RPT有同步機制和嚴格的延遲和抖動的保障，可對傳統語音提供服務；而DPT不支持。

    (2)RPT提供嚴格的COS分類，可靠保障高優先級業務的服務；而DPT則提供相對嚴格的服務等級分類。

    (3)RPT控制信令可沿光纖環同向傳送，不依靠反向光纖；而DPT則沿反向光纖傳送控制信息。這樣利用RPT可組成單纖環。

    (4)RPT提供基于源路由的50ms環網保護機制，相對于DPT環保護的“折回”方式更節約帶寬

    前景

    彈性分組環在新型公共交換數據網絡中占有十分重要的地位。它的優勢是十分明顯的，比如雙反向旋轉環拓撲結構、目的節點對業務流的剝離、50ms的故障保護機制、1~10Gbits/s的數據通信速率、全分布式的接入（無主節點）以及多址通信等等。隨著IEEE802.17標準化工作的進行，RPR一定會成為創建下一代高速光纖城域網的首選技術。