弹性分组环（RPR）技术的发展现状及前景

来源：作者：出处：巧巧读书 2006-06-02 进入讨论组

南京邮电学院范忠礼

    编者按：随着电信网中数据业务的快速增长，电信运营商希望在不破坏原有的基于电路语音业务的同时，以新的方式从数据业务中获取收益。现在，对于大多数运营商来讲，处理城域网中数据业务的能力是他们关心的一个重点。RPR（弹性分组环）就是为城域光纤环开发的一种新的技术。RPR是为IP和数据业务而优化的技术，它允许运营商提供高速的数据业务，同时保留了对传统基于电路的语音业务的支持。本期专家答疑栏目邀请了南京邮电学院范忠礼教授就RPR的主要特点、拓扑发现机制、RPR与SDH等其他技术的比较以及RPR的发展现状和发展前景等问题进行了详细解答。

    Q   什么是弹性分组环和弹性分组数据传送？
    A   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。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技术吸收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，同时支持传统语音传送，是适用于接入到骨干的中小型城域网。
    Q 为什么要提出弹性分组环技术？
    A IP数据业务的快速发展，使以太网局域网飞速发展，这就需要一个高速的MAN或WAN把它们连接起来，很多厂商提出了IP over ATM或IP over SDH的方案，利用的协议有MPoA和PoS，但是它们都有一个缺点，就是当第2层的服务进入第1层的WAN结构时，它们的带宽是静态分配的，这样带宽的利用率不高。一个好的解决方法是采用光以太网RPR技术（Optical Ethernet RPR），它使RPR环上的设备共享环上的所有或部分的带宽。
    以太网IP数据采用尽力传送的机制，是现在广泛采用的局域网技术，具有很好的扩展性，很适应现在的突发性数据业务，但是它没有QoS保障，保护倒换的能力也很差。SDH设备具有小于50ms的倒换时间，有多种保护方式，具有良好的QoS，但是SDH采用的是固定传送带宽，传送IP数据业务的效率不高，造成很大的浪费，SDH对数据业务的传送不是最佳的选择。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 802.17 弹性分组数据环工作组(RPRWG)，希望开发一个RPR (Resilient Packet Rings) MAC标准，优化在LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。
    Q 弹性分组环有何特点？
    A RPR具有一些独一无二的特点，这些特点使得它在城域网络中成为理想的提供数据服务的平台。
    1．包分叉复用体系结构
    比较一下RPR设备的包分叉复用结构和以太网交换的包交换结构是件有趣的事。用以太网交换所组成的城域网由点链接所构成的点间互联，网络业务在源、宿节点间的每个中间节点采取排队和进度表机制，这就产生了可伸缩性问题。每一个节点必须以线路速率来处理从网络流入的业务，而每个节点的包处理技术可以处理较低速率（ 1Gbit/s或2.5Gbit/s），但当网络扩展至10Gbit/s或以上，这种方法就无能为力了。
    RPR设备在另一方面实现了转接路径的概念，在每一个节点，对于节点来指定/预定的业务仅是通过，并不排队也不影响进度表。每个节点的MAC实体实施三种功能：“插”——从节点插入用户业务；“分”——从节点上分离用户预定的业务；“通过”——直接转化从一个网络链接到另一个网络的转接业务。这种转接路径有效地成为传送媒质的一部分，同时，使得RPR成为由所有RPR节点所共享的连续媒质。因为一个包分插复用节点并处理转接业务，所以包分插复用结构体系能更容易的扩展成更高的数据速率。
    分组环最基本的优点就是每个节点都能假设认为环上所传送的包最终都能到达目的节点而无论到底是选取环上那一条路径。既然节点“知道”在环上只需要三种包处理功能：插入（向环内增加包），前向（前向发送包）和分离（从环上取出包）。这减少了单个节点间的相互通信所必须进行的工作量，尤其是相对于网孔网中每个节点都必须决定对每个包的出口端口做出决定。
    2．物理层的多功能性
    现行发展的RPR标准只是为环形拓扑为基础所设计并创建了一种新型的MAC层协议。这样做的优势是能使第一层具有开放性，因此，分组环技术能和以太网、SONET及DWDM物理层标准相兼容。
    3．弹性/复原性
    分组环天生具有弹性/复原性的优势。在以太网情况下，它能使用生成树协议来实现恢复。这种恢复机制相对较慢。环网克服时效通常称为自愈或自动恢复。在实际中，以环为基础的传输系统能可靠地达到<50ms的恢复周期。分组环协议能在光纤断裂处周围节点启动“环倒换”或以向节点发送重新定向包来启动“包转向调节”。任何一种情况下，业务都能在光纤断裂时沿环反向到达初始目的节点。
    4．公平带宽
    分组环同时具有内在的优势：以实现公平带宽算法来管理带宽使用。环内带宽作为一种共享资源易于被单个用户或网络节点所占用，造成“公共悲剧” 。公平带宽算法就是一种能让每个用户公平享用环内带宽的机制，能理想地不受支持电路的束缚。环一级的公平带宽算法能够也应该是由全局资源分配的环内带宽。带宽政策在无拥塞时能在任意两个节点之间最大限度地使最大环内带宽得以实现，且具备以固定电路为基础的SONET系统所不具备的灵活性，同时比点到点以太网更具效率。
    SONET存在的问题是：虽然它也能实现以点到点电路为相互联结分配和预定固定的带宽，但却缺乏灵活性。增加或减少带宽需要对新电路进行手工分配，同时预留电路也会造成带宽浪费。
    一个业务模式动态变化的网络（典型的如所有以包交换形式传输业务的网络）在不丢弃业务数据的情况下具有一种方式使网络得到最佳利用，即网络具有内建的反馈机制。这种反馈机制提供网络可用业务容量，以便调节进入网络的业务速率。
    RPR上的每个节点上的MAC能实时监视其上即时链接的使用情况，同时将信息通知环内所有节点。这样，每个节点就能决定是接受更多数据或是减少进入节点的业务量。这种高效的带宽使用能使RPR达到其总带宽利用的95%。
    以太网交换或SONET分插复用结构不具备带宽管理能力，因此，不能最大限度的利用网络容量能力。来自:http://www.qqread.com/network-special/z576115181.html 进入讨论组讨论。