彈性分組環

彈性分組環(RPR)技術來源於Cisco公司2000年提出的DPT城域網解決方案．DPT可以使Cisco公司的吉比特交換路由器(GSR)在組網時共享同一帶寬，並具有完善的保護倒換能力，可以達到電信級運營的要求。隨後，Nortel公司基於自己設備的特點提出了IPT解決方案與Cisco公司抗衡。新興的Luninous公司也推出了具有自己特色的解決方案RPT。這些方案雖然基本思路相似，但具體的實現方法卻有很大的不同，包括在環上傳輸的包的封裝結構、帶寬共享控制協議、保護倒換協議和QoS策略等。RPR技術集IP的智能化、以太網的經濟性以及光纖環網的高帶寬效率和可靠性於一體，為寬帶IP城域網運營商提供了一個良好的組網方案。RPR技術使得運營商在城域網內以低成本提供電信級的服務成為可能，在提供類似SDH級網絡可靠性的同時還降低了傳送費用。

RPR有別於傳統的MAC，它最吸引人的特點是具有電信級的可靠性，使其不僅僅只是侷限於處理面向數據的業務傳送需求，同時可以形成處理多業務傳送的綜合傳輸解決方案。可以這樣説，RPR是IP技術與光網絡技術直接融合的產物，它源於客户對IP業務發展的需求，順應最新的技術潮流，為IP城域網的建設帶來了一套低成本、高品質的解決方案。 ^[2] 

RPR系統是由兩個獨立的、方向相反的單向環組合成的雙環結構。一個單向環由一系列相連的節點組成，每個節點具有相同的數據速率，但可能具有不同的延時特性。RPR環上的節點數最多為255個，最長距離為2000km，數據傳輸速率可達10Gbit/s。

正常情況下兩個環同時工作，當一個環發生故障時則由另一個環承擔所有幀的傳輸。環網上的節點共享帶寬，不需要進行電路指配。利用公平控制算法環網上的各個節點能夠自動地完成帶寬協調。每個節點都有一個環形網絡拓撲圖，都能將數據發送到光纖子環上，迭往目的節點。兩個子環都可作為工作通道。為了防止光纖或節點故障發生時導致鏈路中斷，利用保護算法來消除相應的故障段。

環中傳送的幀類型可以包括單播幀、多播幀和組播幀。單播幀與多播幀及組播幀的處理方式是不相同的。單播幀由目的節點將數據幀接收並將其從環網上刪除。多播幀及組播幀採用廣播方式在環網中傳輸一週後，由源節點將其從環網上刪除，同時為了防止幀在網上的無限循環，幀結構中還設置了TTL字段，幀每經過一個節點，TTL值減I，當TTL值為0時，收到該幀的任意點都將其從網上刪除。 ^[3] 

MAC服務接口提供上層協議的服務原語：MAC控制子層控制MAC數據通路，維護MAC狀態，並協調各種MAC功能的相互作用：MAC數據通路子層提供數據傳輸功能：MAC子層通過PHY服務接口發送/接收分組。

RPR採用了雙環結構，由內層的環1(ringlet 1)和外層的環0(ringlet O)組成，每個環都是單方向傳送。相鄰工作站之間的跨距(span)包含傳送方向相反的兩條鏈路(Link)。如果x站接收Y站發出的分組，則x是Y的下游站，而Y是x的上游站。RPR支持多達255個工作站，最大環周長為2000km。 ^[1] 

(1)業務類型。RPR支持3種業務。A類業務提供保證的帶寬，提供與傳輸距離無關的很小的延遲抖動，適合語音、視頻等電路仿真應用；B類業務提供保證的帶寬，提供與傳輸距離相關的有限的延遲抖動，可以超信息速率(Excess Information Rate，EIR)傳輸，適合企業數據傳輸方面的應用；C類業務提供盡力而為的服務，適合用户的因特網接入。

(2)空間複用。RPR的空間複用協議(Spatial Reuse Protocol，SRP)提供了尋址、讀取分組、管理帶寬和傳播控制信息等功能。在RPR環上，數據幀被目標站從環上剝離，而不是像其他環網那樣返回源節點後被剝離。這樣就使得多個節點分成多段線路同時傳輸數據，充分利用了整個環路的帶寬。例如，環上依次有A、B、C、D這4個節點，分組經過A節點到達B節點被剝離，另外的分組可以從B節點插入，並經C傳送到D節點，從而有效地利用了環上A到D之間的帶寬。

(3)拓撲發現。RPR拓撲發現是一種週期性活動，也可以由某個需要知道拓撲結構的節點發起。在拓撲發現過程中，拓撲發現分組經過的節點把自己的標識符加入到分組中的標識符隊列，產生一個新的拓撲發現分組，這樣就形成了拓撲識別的累積效應。通過拓撲發現，節點可以選擇最佳的插入點，使得源節點到達目的節點的跳步數最小。

(4)公平算法。公平算法是一種保證環上所有站點公平地分配帶寬的機制。如果一個節點發生阻塞，它就會在相反的環上向上遊節點發送一個公平幀。上游站點收到這個公平幀時就調整自己的發送速率使其不超過公平速率。一般來説，接收到公平幀的站點會根據具體情況作出兩種反應：若當前節點阻塞，它就在自己的當前速率和收到的公平速率之間選擇一個最小值，併發布給上游節點；若當前節點不阻塞，就不採取任何行動。

(5)環自愈保護。當RPR環中出現嚴重故障或者發生光纖中斷後，中斷處的兩個站點就會發出控制幀，沿光纖方向通知各個節點。正要發送數據的站點接收到這個消息後，立即把要發送的數據倒換到另一個方向的光纖上。一般來説，在環保護切換時，要按照業務流的不同服務等級、根據相同目標一起倒換原則依次向反向光纖倒換業務。RPR和SDH一樣，能保證業務的倒換時間少於50ms。 ^[1] 

(1)傳輸帶寬的有效利用。首先，正常情況下兩個環都作為工作通道，大大節約了光纖資源。同時還保留了當出現環網故障時作為備份通道的特性。其次，在RPR中利用空間重用技術實現同一環上同時傳輸多個數據幀或不同環同一跨距上傳輸不同數據幀。

(2)環間的自動切換保護。RPR技術提供兩種環間的自動切換保護方式：環回方式和源節點切換方式。

①環回方式：在這種方式下，當節點檢測到傳輸鏈路出現故障時，並不立即進行環保護切換，而是將幀繼續向原環發送。當幀到達故障點(設備故障或傳輸介質故障)時，若此時故障點具有環回功能，則由故障點將幀進行環回，通過另一環進行傳輸。

②源節點切換方式：在這種方式下，當節點檢測到傳輸鏈路出現故障時，立即將進入本節點的數據幀通過另一環傳輸出去，而終止向故障環的數據幀發送。

兩種方式各具有其自身的優缺點。環回方式在故障點具有環回功能時，結構簡單，數據包丟失少，但佔用帶寬多。源節點切換方式的優缺點正好與環回方式相反。無論那種方式，其切換時間均能達到50ms。

(3)可靠的服務質量保證。RPR環網上的節點針對業務動態分配帶寬，工作、業務、統計、複用共享帶寬，不需要進行電路型的預指配。支持3種業務類型：A類、B類和C類。

A類：保證信息速率(CIR)業務，需要固定分配帶寬。這種業務支持有保證的帶寬、低時延、低時延抖動的應用。適合語音、視頻、電路仿真業務的應用。對於這類業務RPR採用預留帶寬的方式予以保證。

B類：支持有保證信息速率和附加信息速率(EIR)。其中，CIR需要預分配帶寬，而EIR並不預指派帶寬而是通過公平算法動態獲取帶寬。B類業務對時延抖動要求低於A類，但仍然有指標要求。適合多種企業級的業務應用。對於這類業務中的有最低保證速率的業務採用帶寬預留的方式，而對於附加流量，則自動參與公平算法。

c類：盡力傳送業務。不分配帶寬，不能保證數據傳送速率、也不保證嚴格的時延抖動指標，適合IP業務的應用。對於這類業務則完全參與動態的帶寬分配算法。

(4)自動拓撲發現。這個功能是RPR中各項主要功能的基礎。在RPR中可以實現即插即用，RPR通過拓撲發現協議精確識別網中各節點以及節點間鏈路的狀態及配置情況。每個節點都有一個拓撲數據庫，共同維護整個環網的拓撲結構。在新節點加入，節點發生故障或刪除時，節點將自動發送TP(Topology and Protection TP)幀。環上其他節點接收到這些幀並修改自己的拓撲數據庫，一旦拓撲收斂，則當前拓撲立即生效。 ^[3]