作者：曹青  李少勇

    摘要：PRP技術是IEEE802.17定義的一種在環型結構上優化數據業務傳送的新型MAC層協議，能適應多種物理層，可以有效地傳送話音、數據、視頻等多種類型的業務。

    介紹了RPR(彈性分組環)的技術特點、實現方案以及在城域傳送網中的應用。

    要害詞：彈性分組環城域網應用

    近年來隨著以數據業務為主的非話音業務的迅速發展，傳統的基于TDM的SDH城域傳送網存在著許多不足之處，如缺乏帶寬動態調配能力，資源利用率低，網絡擴展性差，業務開通速度慢，不能很好地滿足新業務非凡是數據業務的承載需求。雖然出現了基于SDH的MSTP(multi-servicetransportplatform，多業務傳送平臺)技術[1]，較好地適應了多業務統一傳送的需求，但在根據不同業務需求提供不同QoS保證、提供多樣化的網絡接入方式和速率、帶寬分配的公平化等方面依然面臨挑戰。RPR(彈性分組環)技術的出現，較好地解決了目前網絡的承載效率、業務可靠性、業務安全性等方面的問題。

    1、RPR的技術特點

    RPR技術是IEEE802.17定義的一種在環型結構上優化數據業務傳送的新型MAC層協議，能適應多種物理層(如SDH、WDM、以太網等)，可以有效地傳送話音、數據、視頻等多種類型的業務。RPR技術融合了以太網技術的經濟性、靈活性、可擴展性等特點，同時又吸收了SDH環網的50ms快速保護的優點，并具有網絡拓撲自動發現、環路帶寬共享、公平分配、嚴格的業務分類(CoS)等技術優勢，從而可以提供較為經濟有效的城域網解決方案[2]。

    RPR技術的主要特點大致可歸納如下：

    1.1采用雙環結構

    RPR采用互逆雙環拓撲結構，靠近外部的環稱為外環，靠近里邊的稱為內環。環上的每段光路工作在同一速率上，RPR的雙環都能夠傳送數據。RPR外環的數據傳送方向為順時針方向，內環的數據傳送方向為逆時針方向。每個RPR節點都采用了一個以太網中用到的48bitMAC地址作為地址標識，因此從RPR節點設備鏈路層來看，這兩對收發的物理光接口只是一個鏈路層接口；從網絡層來看，也只需要分配一個接口ip地址。

    1.2分組式ADM(分插復用器)體系

    RPR對業務交換采用分組式ADM體系。RPR大大簡化了環路上的分組處理過程。對于每一個節點，假如數據流的目的地不是本節點的話，這個數據流會被簡單地前傳，而不會像以太網交換機那樣還需將此數據流放入隊列并等待處理。每個節點的RPRMAC層對業務的處理有三種情況：把用戶數據流加入到環路中去(上環)；把目的地是本節點的數據流從環路中取出來(下環)；直接把數據流從環路的一段前傳到另一段上(過環)。所以RPR設備可以像SDHADM那樣不用處理那些前傳的數據流，系統的處理性能可大大提高，數據分組的ADM式交換體系可以很輕易地升級到更高的速率。

    1.3空間復用和統計復用

    RPR技術支持空間復用(SRP：spatialreuseprotocol)技術，它是一個獨立于介質的MAC層協議，SRP在數據包環上提供了尋址、讀取數據包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能。在分組環路上，數據包被目的節點從環上讀走，而不象FDDI(光纖分布數據接口)那樣要經過整個環路最后由源節點讀走。這樣，分組環使得有多個節點成多段同時傳輸數據，而不會互相影響，充分利用了整個環路的帶寬。

    統計復用的應用是指RPR將環路的所有帶寬作為統一的管道供所有的業務共享，在共享帶寬的過程中提供不同等級的服務質量。這樣，帶寬可節約至少40%(視業務種類而定)。

    1.450ms環保護機制

    IEEE802.17建議提供兩種環保護機制：缺省選項為steering(源路由方式)，可選方式為wrap(折回方式)。兩種保護方式都可保證環保護時間小于50ms。RPR節點間通過信令交換拓撲信息，每個節點都知道網絡的狀態。

    當采用源路由方式提供保護時，光纖中斷點兩端的節點會發送拓撲更新信息，每個業務的源節點會根據拓撲更新信息向反向倒換業務，業務仍然可根據RPR層終點MAC到達環路出口。源路由方式的優點在于大大提高了環路帶寬利用率，并且某條光纖上的業務保護倒換對另一條光纖上的業務沒有任何影響。

    當采用折回方式提供保護時，可對RPRMAC層設置旁路，直接采用物理層的環回。折回保護方式的優點在于保護倒換時間相對快，分組流失少。假如分組為組播業務，折回保護方式通過另一條光纖提供迂回路由，不需要重新計算組播的復制點。

    RPR環保護基于分組業務為單位進行，對于每個業務可選擇采用一種保護方式，也可以對業務先采用折回方式保護，減少分組丟失，然后再進行源路由保護倒換，從而提高帶寬利用率。

    1.5網絡拓撲自動發現和更新

    RPR節點間可交換拓撲識別信令，采用類似0SPF(開放最短路徑優先)的算法。RPR拓撲更新信令和0SPF的區別在于OSPF是L3路由協議，RPR信令則是L2的觸發式協議。在拓撲初始化階段，每個節點都會發出拓撲查詢消息，沿環路傳送，其他節點會加入自己的屬性，當源節點收到自己發出的拓撲查詢消息時，便可了解到環路拓撲信息。當環路增加節點、減少節點、光纖中斷、節點失效等事件發生時，相應節點都會被觸發發出拓撲更新信息。當環路處于正常狀態時，節點之間會以固定時間間隔發送hello信息來判定鏈路狀態是否正常。拓撲自動識別增加了環路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯誤。

    1.6帶寬公平分配、靈活的環路帶寬治理

    由于環上的帶寬是共享資源，極其輕易被網絡上的個別節點或個別用戶過度使用造成網絡癱瘓。RPR規范了一種分布式的公平控制算法來實現各節點帶寬的動態公平分配，并可根據需求為環上的各節點分配不同的權重，在環路帶寬發生擁塞時，保證各節點高優先級業務的傳送，并實現低優先級業務的公平接入和帶寬分配。實現完善的公平機制，有利于RPR環路快速響應突發性的數據流量變化。

    RPR技術的一個重要特點就是它支持靈活的帶寬顆粒、帶寬的動態共享和分配。RPR環通過執行公平算法來控制帶寬的利用，把環上任意兩個節點之間所有的帶寬作為一個全局資源分配給用戶。RPR每一個節點的MAC層一直觀測緊靠它的鏈路的利用情況，然后把這個信息告知環上所有的節點。每一個節點可以據此向環上增加或減少發送的數據量。網管根據這些信息來統計RPR環路各個跨段上資源的使用情況，實現環路帶寬的靈活、動態治理。

    1.7提供嚴格的CoS分類

    RPR規范了A、B、C三種業務等級，提供了可靠的保障高優先級業務的機制。A類業務優先級最高，可保證最短的端到端時延和時延抖動，A類業務可分配一個CIR速率，其中可細分為A0(保留帶寬)和A1(可回收帶寬)；B類業務分配一個CIR(承諾的信息速率)，對于超過CIR的流量標記為EIR(超越信息速率)流量，EIR流量應與C類業務一起參見公平算法；C類業務提供盡力而為的業務，優先級最低。

    2、RPR的實現方案

    RPR是一種多業務平臺，兼具了數據鏈路層、網絡層的特點，覆蓋范圍廣，組網靈活，擴展能力強，既有LAN的經濟性又有SDH的高可靠性和保護機制。采用RPR技術組網，可減少網絡建設的投入成本，兼顧多種業務，最大限度的利用了帶寬，提高設備的利用率，降低維護和治理等運營成本。

    RPR的具體實現方案可以分為三類：獨立式的基于2層的RPR實現方案；基于路由器的單卡RPR實現方案；基于內嵌RPR的MSTP實現方案。對于這三種實現方案，都各有廠家推出相應的產品。

    獨立式的基于2層的RPR實現方案主要適用于IP城域網的接入層和匯聚層，是目前較成熟的一種解決方案。有的廠家將MPLS(多協議標簽交換)技術、時鐘同步技術、CWDM(粗波分復用)技術和電視視頻廣播技術與這種2層的實現方案結合在一起，從而提供面向IP優化，并同時支持TDM(時分復用)業務的寬帶多業務解決方案。

    基于路由器的單卡RPR實現方案主要應用于IP城域網的核心層和匯聚層，以現有的路由器產品為平臺，通過增加板卡來實現RPR的功能。這種實現方案可以看作是對現有路由器組網的一種優化，在節省光纖資源的同時，可以大大加強其保護性能，獲得50ms的環路保護功能。

    內嵌RPR的MSTP實現方案，實際上是在MSTP環網帶寬上通過虛容器(VC)劃分出獨立的通道來支持RPR技術。與傳統SDH相比，雖然MSTP引入了2層交換技術以實現以太網業務的帶寬共享，并通過GFP(通用成幀協議)實現以太網幀到SDHVC容器的映射，以及采用了虛級聯和LCAS(鏈路容量調整方案)技術增強虛容器帶寬分配的靈活性和可靠性。但是由于以太網技術應用于環型網時固有的缺點，廠家大都將RPR技術引入新一代的MSTP中，從而為支持數據業務提供全面的解決方案。內嵌RPR的MSTP適用于建設以TDM業務為主數據業務為輔的傳統運營商網絡，以及在兼容現有SDH網絡的前提下提供數據業務傳送能力的網絡升級改造。

    3、RPR在城域傳送網中的應用

    城域傳送網的建設必須適應城域業務的需求和發展。目前，城域業務的特點表現為：傳輸距離短，業務類型復雜，業務需求變化迅速，接入環境復雜多變，IP業務逐漸成為主流，以太網接口越來越被用戶青睞，用戶對帶寬需求越來越大。這些業務特點對城域傳送網提出了新要求，城域傳送網的建設因此要考慮建立多業務寬帶傳送平臺，以實現快速增長的IP數據業務和以傳統話音為主的TDM業務的綜合傳送。

    隨著市場的需求和技術的進步，不斷發展出了多種城域傳送技術方案，如：基于SDH的MSTP技術、RPR技術、城域WDM技術、PON技術等。這些技術各具特色，適合應用于城域傳送網的不同層面。從技術特點來看，彈性分組環無論在城域傳送網的接入層、匯聚層和核心層都可以發揮它的作用。

    彈性分組環具備在城域傳送網接入層方面的相關特性，不少RPR設備都提供了從10M/100M、GE、FE到E1、SDH等許多標準的用戶接口，有的組環帶寬可以達到1Gbits，業務分級的顆粒度可以細到64kbyte，組網靈活，具備了良好的業務保護能力等，采用RPR設備，可以為用戶提供從64kbit/s到10Mbit/s/100Mbit/s乃至千兆的接入帶寬。另外，由于RPR的標準之一IEEE802.17是參照IEEE802系列標準而制定的，專門針對以太網業務提供優化傳送和50ms保護，所有以太網幀都可以最低的開銷進入RPR環網，因此可以方便的開展接入業務。

    在城域傳送網匯聚層方面，RPR具備了較大的技術優勢，最低的頭開銷，無可比擬的業務等級劃分，跟SDH一樣的50ms環保護能力，甚至部分廠家對TDM業務的良好支持，對三層路由協議的支持，還有其它一些針對以太網業務的VLAN、以太網透傳、TDM匯聚到GE上進行傳輸等，SDH、MSTP和IEEE802.3技術都無法與之相比。

    在城域傳送網核心層方面，RPR技術針對以太網業務做了優化處理，加上根據不同對業務等級和業務質量的50ms環保護能力，有些廠家設備支持TDM業務和以太網業務的分別上行，提供了高達10G的環網帶寬等，也為城域網的核心層傳輸提供了良好的支持。

    對傳統電信運營商來說，由于已具有一定規模的業務傳送網，一種比較具有吸引力的方案就是對傳統SDH進行改造和發展，在繼續SDH的保護和網絡治理等優良性能的同時，在SDH平臺上添加一定的數據傳送能力，從而使SDH設備能更好地支持數據業務，將SDH發展成為MSTP。MSTP內嵌了RPR功能后，增強了新一代MSTP設備的以太網業務帶寬共享和公平競爭性，其重要亮點是可實現動態、公平共享的以太環網應用。傳統MSTP的以太環網一般是利用二層交換來實現，如基于VLAN的多生成樹，即在環網中每個VLAN具有一個生成樹，可利用被單生成樹禁用的跨段，具有環網帶寬重用的功能；業務優先級一般采用VLAN優先級等方式實現；支持基于STP/RSTP的保護倒換，時間在幾秒到幾十秒左右。與此相比，RPR實現的以太環網在業務處理速度、擴展性、CoS、保護倒換時間、帶寬利用率、抑制廣播風暴、拓撲自動發現等多方面都具有較強優勢，非凡是具有了環路帶寬的公平分配機制，克服了生成樹協議(STP)的固有缺陷。因此在MSTP的建設中，可優先考慮支持內嵌RPR技術的MSTP，以滿足數據業務傳送的要求。

    4、結束語

    RPR技術現在已逐步進入成熟發展期，相關RPR技術應用標準的制定也明確了RPR在實際網絡中應用時對相關設備的要求，為RPR在電信網絡中的規模應用做好了預備。

    對傳統電信運營商而言，由于城域傳送網已經具備了一定規模的SDH網絡、IP網絡、ATM網絡等，假如放棄這些資源而專用新的技術，會造成很大的浪費，不利于保護已有投資，同時由于各種技術的發展也很快，具體采用哪一類技術，還需要根據業務類型、業務量的猜測慎重考慮。

    參考文獻：

    [1]曹薊光，吳英華．多業務傳送平臺(MSTP)技術與應用[M]．北京：人民郵電出版社，2003．

    [2]張民，潘勇，徐榮．寬帶城域網[M]．北京：北京郵電大學出版社，2003．