“彈性”帶來的優(yōu)點
業(yè)務分級
將業(yè)務分為A,B,C3級。其中A細分為兩級,B細分為兩級。數(shù)據(jù)類型實際上被分為5級,每一級有不同的QoS,保證業(yè)務的區(qū)分度,分別對應實時業(yè)務,非實時業(yè)務和盡力傳送。
拓撲自動發(fā)現(xiàn)
保證了對環(huán)上新增和移去的節(jié)點,動態(tài)實現(xiàn)拓撲結構更新。如果要增加或者減少RPR上的總帶寬,則可以結合LCAS功能來實現(xiàn)。使用LCAS可以動態(tài)的調整帶寬,而不影響原有業(yè)務。
空間重用
RPR單播幀在目的節(jié)點剝離的機制,實現(xiàn)了環(huán)上帶寬的空間重用。環(huán)上帶寬可以幾個點的業(yè)務共用,帶寬利用率提高。
公平算法
RPR內環(huán)和外環(huán)都支持獨立的公平算法。公平算法保證了低優(yōu)先級的B_EIR和C類業(yè)務在RPR環(huán)上的公平接入。通過設置公平算法的權重,可以使不同的結點具有不同的接入速率。節(jié)點可以分別在外環(huán)和內環(huán)上設置不同的權重。
保護
wrapping+string, wrapping相當于斷纖處環(huán)回,倒換時間快,但是路徑不是最優(yōu)。String保護模式倒換時間慢,但選擇最優(yōu)路徑。
目前,電信業(yè)的開放和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,致使網(wǎng)絡與通信正以前所未有的速度迅猛發(fā)展。住宅用戶和各類商業(yè)用戶對帶寬的要求越來越高,且業(yè)務的發(fā)展和寬帶的增加之間相輔相成。從網(wǎng)絡發(fā)展的角度看,以太網(wǎng)(Ethernet)因其簡單性、易擴展性及其高的性價比,在局域網(wǎng)(LAN)中已占主導地位。超過95%的用戶用以太網(wǎng)連接其內部網(wǎng)絡,且正以每3-5年10倍的速度增長。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的以太網(wǎng)已廣泛應用,10Gbit/s也即將商用化。同時,在廣域網(wǎng)(WAN)方面,基于同步數(shù)字序列(SDH)和密集波分復用(DWDM)的骨干網(wǎng)傳輸速率已達到Tbit/s。但在城域網(wǎng)(MAN)方面,無論是光纖分布式數(shù)字接口(FDDI),幀中繼(FR),異步傳輸模式(ATM),(SDH)等傳輸效率一般都不是很高,無法跟上LAN和WAN的發(fā)展,成為整個網(wǎng)絡的瓶頸,嚴重阻礙了WAN端到端的服務潛力。同時,這些技術又是基于語音傳輸為基礎的。雖然這些技術具有高可靠性和技術成熟等優(yōu)點,但它們基于“專線”的方式,需要預先確定所需的帶寬,這與數(shù)據(jù)業(yè)務突發(fā)性的特點顯然是相背道的。這樣,就導致了光傳輸帶寬的浪費。許多研究表明,專線帶寬的利用率不足50%,多數(shù)情況下不超過20%。其次,原來的傳輸多數(shù)是用點到點為基礎的,而數(shù)據(jù)業(yè)務常需要點到多點的傳輸。這種情況下,以前者來適應后者,又必然要浪費大量的帶寬。此外,從提供新業(yè)務的角度來看,由于網(wǎng)絡下層承載技術往往需要一定時間來提供與管理,由開始計劃到完成一條回路一般需要幾周甚至幾月的時間,這將嚴重阻礙新數(shù)據(jù)業(yè)務的提供。再有,從成本上考慮,顯而易見,目前的MAN技術也不占有任何優(yōu)勢。
建立良好的MAN,首先需要有一個價格合理、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,其次要能夠對各種不同的IP業(yè)務進行優(yōu)化,以最少的中間電路層在分組交換網(wǎng)上傳輸IP業(yè)務。同時,還必須支持現(xiàn)有的傳統(tǒng)語音業(yè)務,因為這仍是運營商的重要收入來源,將來應該在達到可接受的Qos保證時降低系統(tǒng)的復雜性和費用。由于MAN中存在大量的光環(huán)形網(wǎng),充分利用其優(yōu)點和特點更是非常必要。IP領域很早就認識到了環(huán)形網(wǎng)絡結構的價值,發(fā)展了像令牌環(huán),F(xiàn)DDI等解決方案。但這些方案都無法滿足上述MAN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(fā)量、保證節(jié)點間的平衡、迅速從節(jié)點或傳輸媒體故障中恢復、即可插可用等IP傳輸和業(yè)務傳遞發(fā)展需要。因此,并不適用于新一代的MAN。
為了解決上述MAN存在的問題,在城域范圍內構建新的環(huán)形拓撲結構,通過傳輸類似以太網(wǎng)結構的分組來提供各種增強型業(yè)務,在不降低網(wǎng)絡性能和可靠性的前提下提供更加經濟的MAN解決方案。2000年11月,IEEE802.17工作組正式成立,目標是開發(fā)一個RPR(Resilient Packet Rings)標準,優(yōu)化在MAN拓撲環(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。該技術結合了以太網(wǎng)的實用性和光設備的強大功能,利用空分復用、統(tǒng)計復用和保護環(huán)提高了帶寬的利用率,使得協(xié)議開銷最小,實現(xiàn)了節(jié)點對網(wǎng)絡資源的公平利用。同時,還支持業(yè)務分級(SLA)以及即插即用等特性。該技術打破了LAN與WAN的接入瓶頸,將MAN轉變?yōu)榭焖?、簡單、可靠、能及時提供豐富增值業(yè)務的帶寬網(wǎng)絡,為運營商、網(wǎng)絡服務提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網(wǎng)解決方案,并預計到2003年制定出最終協(xié)議標準。而目前由于國際上還未形成統(tǒng)一標準,還有許多問題未達成一致意見,本文以下幾部分的內容綜合參考了各種提案中較為一致的意見,同時也闡述了筆者在相關問題上的看法。
RPR關鍵技術
SONET采用了固定時隙分配技術來執(zhí)行帶寬分配和服務保護,以太網(wǎng)則依賴于以太網(wǎng)網(wǎng)橋或IP路由器來實現(xiàn)帶寬分配管理和服務保證。這樣,當使用SONET時,網(wǎng)絡使用效率不高。當使用以太網(wǎng)交換機時,網(wǎng)絡的服務質量又得不到保證??紤]到帶寬市場的潛力、兼容性、技術特點、技術可行性和經濟可行性等5個標準,RPR采用了以緩存器插入環(huán)(BIR)為基礎的優(yōu)化的MAC協(xié)議來彌補這些缺陷,提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復能力、有保證的服務質量和可管理能力。
網(wǎng)絡結構與協(xié)議分層
網(wǎng)絡拓撲基于兩個反方向傳輸?shù)沫h(huán),相鄰節(jié)點通過一對光纖連接。節(jié)點間使用光纖連接并可采用WDM進行擴容。節(jié)點具有以太網(wǎng)接口,可直接與路由器相聯(lián)。RPR的內環(huán)和外環(huán)都作為工作信道來傳送簡化的SDH,或者以太網(wǎng)幀格式和RPR協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)幀和控制幀。從網(wǎng)絡結構可以看出,RPR支持多播傳輸和點到點的連接,因此更利于數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送。此外,當發(fā)現(xiàn)節(jié)點網(wǎng)元或光纖傳輸失效時,RPR執(zhí)行快速自動保護倒換機制,數(shù)據(jù)會在50ms內轉換到無故障通路,這樣就提高了網(wǎng)絡的健壯性。
從開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI)出發(fā),在總結多種協(xié)議 參考模型的基礎上,給出普遍認同的RPR協(xié)議參考模型??梢钥闯觥PR網(wǎng)絡必須要完成的功能包括:支持多種物理層(PHY)技術,介質訪問控制(MAC)客戶層處理,MAC與MAC控制技術,運行、管理、維護、與操作(OAM&P),兼容性能考慮等。其中,PHY可采用Ethernet,SDH或WDM,因此對上層也是透明的。而MAC與MAC控制技術是RPR最主要,也是最基本的功能,是標準化組織研究的重點。前者主要內容是數(shù)據(jù)傳輸操作控制,而后者主要包括流量控制、業(yè)務等級支持(SLA)、拓撲自動識別、保護倒換等功能。
基本MAC協(xié)議
RPR的基本MAC結構是一個BIR,在任何一個節(jié)點都存在3個緩存,即發(fā)送緩存、接收緩存和轉發(fā)緩存。如果目的地不是本地,則通過轉發(fā)緩存發(fā)出。而本節(jié)點的報文則通過發(fā)送緩存發(fā)送數(shù)據(jù)。
RPR支持空分復用技術,即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文在目的節(jié)點而不是在源節(jié)點被取出。節(jié)點11到節(jié)點2,以節(jié)點3到節(jié)點6的報文傳送是完全不影響的。這樣,網(wǎng)絡不但能為傳送的報文提供最短的傳輸路徑,且僅占用戶源和目的站之間的線路,環(huán)路上的其他部分可同時供其他站點使用,因此提高了帶寬的利用率。
流量控制
由于RPR網(wǎng)絡資源是基于共享的,同時目的地取出報文的方式又使得環(huán)上有超過一個節(jié)點同時傳送信息,這就引發(fā)了流量控制的問題。如果不進行節(jié)點接入控制,每個節(jié)點隨意訪問將會出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞,增加端到端的時延和丟幀率。在極端情況下,會出現(xiàn)完全的“饑餓”狀態(tài),即節(jié)點的帶寬完全被上游的流量所占用,而本節(jié)點流量無法接入。圖4中,如果節(jié)點11流往節(jié)點8和節(jié)點8流往節(jié)點10存在的流量都比較大,節(jié)點9可以傳送數(shù)據(jù)的機會就比較少。如果節(jié)點9總是被上游的流量所“覆蓋”,它就會完全“饑餓”。這種情況下,就提出了所謂“公平性”性能問題,即MA應該對環(huán)上所有節(jié)點支持上層客戶“公平地”接入下層介質。
任何一種公平性的具體的實現(xiàn)都是通過一些接入算法和一些控制信息協(xié)調實現(xiàn)的(如Cisco公司提出的SRP-fa等)。具體算法的選擇是RPR標準化組織的主要內容之一。
SLA支持和帶寬管理
為了適應MAN客戶種類繁多、交換粒度差異大的特點,除流量控制外,RPR還必須有一套靈活的動態(tài)帶寬管理和多等級承載業(yè)務SLA保證機制,以滿足不同業(yè)務對傳輸延時、抖動、、差錯率的不同要求。
雖然已提交的RPR提案中對業(yè)務等級的定義與細節(jié)描述不盡相同,但總體上看,大致可以歸納為3種:用于業(yè)務速率恒定的情況固定帶寬業(yè)務,用于有承諾帶寬并且允許一定突發(fā)數(shù)據(jù)的可變帶寬業(yè)務,與傳統(tǒng)IP中的業(yè)務等級類似的盡力而為的業(yè)務。數(shù)據(jù)流在進入環(huán)路時首先被分類、調度,然后根據(jù)不同的優(yōu)先級標識,被放入不同的緩存區(qū)。RPR對于第一種情況一般是采用帶寬預留的方式來保證其傳送,而對后兩種則采用了動態(tài)的帶寬分配方式。這樣,不但提高了帶寬的利用率,同時實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務的語音等其他業(yè)務的有效支持。
拓撲自動識別
在RPR環(huán)結構中,每個節(jié)點均有上下兩個相鄰節(jié)點,網(wǎng)絡結構相當簡單。正常狀態(tài)下,節(jié)點間沒有任何關于拓撲信息的更新。而當環(huán)初始化、新節(jié)點加入環(huán)中或需環(huán)路保護倒換時,RPR進入自動拓撲識別模式。觸發(fā)器觸發(fā)節(jié)點向環(huán)上的所有的節(jié)點發(fā)送第二層消息,節(jié)點可根據(jù)此消息判斷有哪些節(jié)點處于環(huán)形拓撲結構中,在環(huán)的兩個方向上達到其它節(jié)點需要幾跳以及環(huán)上每段光纖的狀態(tài)。這樣,在網(wǎng)絡運行過程中,每個節(jié)點都詳細地掌握著網(wǎng)絡的拓撲圖和每條鏈路的狀態(tài)。
基于此,網(wǎng)絡不但實現(xiàn)了即插即用的特點,同時當網(wǎng)絡發(fā)生故障時,故障點的兩側節(jié)點向其他節(jié)點廣播故障消息,然后每個節(jié)點得知每個節(jié)點和每條鏈路的現(xiàn)狀,這樣節(jié)點可根據(jù)業(yè)務服務等級的要求進行基于源路由的業(yè)務倒換。
保護倒換機制
如上所述,RPR是通過正反傳輸方向兩個光環(huán)進行組網(wǎng)的,這種組網(wǎng)方式使得RPR具有很強的健壯性。當一光環(huán)切斷或某一網(wǎng)元失效時,RPR可通過第二層的保護機制自動為數(shù)據(jù)包切換到另一環(huán)路上,即使兩個環(huán)路都失效,網(wǎng)絡仍能工作。
保護倒換機制主要有兩種:采用源路由的保護機制和采用卷繞的保護機制。采用卷繞的保護機制為,當一傳輸光環(huán)線路失效時,通過信令通知網(wǎng)絡節(jié)點,在失效處兩端節(jié)點處繞回。因此,業(yè)務流要先沿原路到達環(huán)回處,才被切換到另一環(huán)路去,再環(huán)回,最終達到目的節(jié)點。采用源路由的保護機制,RPR則不同。當一傳輸光環(huán)線路失效時,失效處兩端節(jié)點會發(fā)出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個節(jié)點。業(yè)務流源節(jié)點接受到這個信息后,立即向另一個方向的光纖上發(fā)送報文,從而實現(xiàn)保護倒換。同時,在保護切換時,節(jié)點會考慮業(yè)務流不同的服務等級,根據(jù)同一節(jié)點的切換原則,依次向反方向環(huán)切換業(yè)務。兩種機制都能在50ms的時間里完成保護倒換功能。而基于源路由切換保護機制由于不需要“折回”,因此保護倒換時間更短,同時也更能節(jié)約帶寬。
路由處理器冗余性
RPR:(Router Processor Redundancy)路由處理器冗余性是思科設備的一種高可用冗余性能。Catalyst模塊化交換機通過部署第二塊引擎來對主引擎冗余。當主引擎出現(xiàn)故障時,冗余引擎自動接管相應的工作,從而為企業(yè)網(wǎng)絡提供不間斷轉發(fā)的高可用性能。
RPR特點與發(fā)展現(xiàn)狀
綜上所述,通過結合第二層簡單的交換技術和現(xiàn)代光網(wǎng)絡設備傳輸能力、帶寬有效性和低的協(xié)議開銷等性能,RPR體現(xiàn)出很多的優(yōu)點。
帶寬效率
傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡需要環(huán)帶寬的50%作為冗余,RPR則不然,它把兩個反方向旋轉的環(huán)都利用起來,用于傳送和控制數(shù)據(jù)業(yè)務流。此外,RPR還利用目的地報文提取的方式實現(xiàn)了環(huán)路帶寬的空間重新利用。這樣,就大大提高了帶寬的利用效率。
保護機制
RPR可以提供在故障出現(xiàn)后50ms時間內的自動保護倒換業(yè)務,這就與SDH的ASP相類似,為用戶提供了99.999%的服務時間。此外,業(yè)務流的優(yōu)先機制確保了優(yōu)先級高的業(yè)務流能夠得到適當?shù)奶幚?,以滿足實時性業(yè)務的需求。
簡單的業(yè)務提供
RPR的目標之一是分布式接入、快速保護和業(yè)務的自動重建為節(jié)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(huán)內使用共享帶寬的分組交換技術,每一個節(jié)點都知道環(huán)的可用容量。在傳統(tǒng)的電路交換模式下,全網(wǎng)格型連接需要O(n2)個點到點連接,而RPR只需要一個與環(huán)的業(yè)務連接,這樣就大大簡化了工作。
此外,RPR的數(shù)據(jù)通信速率可達1-10Gbit/s。RPR網(wǎng)絡支持SLA,可滿足用戶對服務等級的嚴格要求,支持端到端的傳輸服務等級。充分簡化了網(wǎng)絡層次,消除了功能上的重復性。易管理和操作,對資源和流量都采用分布式的方式進行管理,管理信息豐富。RPR還可以及時提供新服務和迅速對網(wǎng)絡進行升級。與現(xiàn)有的技術,如SDH,以太網(wǎng),ATM等相比,RPR無疑具有更強的優(yōu)越性和更廣的應用前景。
目前,雖然IEEE802.17工作組還在進行RPR標準指定和測試工作,RPR的正式商用還要在一年以后,但由于預期的良好市場前景,許多公司都已推出了不同的非標準RPR城域交換產品,以期在激烈的市場競爭中占的先機。最具代表性的產品有Cisco的DPT/SRP,Nortel網(wǎng)絡的InterWan,以及Luminous的PacketWave等。相應地,一些大的半導體生產廠商也推出或即將推出RPRMAC層芯片,比如Vitesse與Nortel合作,推出的支持GFP的RPR芯片VSC9129,Conexant推出了CX29950RingMaker環(huán)路處理單元。但在正式標準未出臺前,以上方案都屬于前瞻性的技術。雖然每個供應商都承諾,一旦802.17標準出臺,就改造其產品以符合802.17標準,但在規(guī)范形成前造就事實上的工業(yè)標準以影響標準的制定也是所有廠商的目的。
RPR是一種新型的網(wǎng)絡結構和技術,是應下一代MAN的要求而設計的。RPR一經提出,便受到各方面的青睞。然而,該技術還處于早期研究與探索階段,相關的MAC和PHY還需進一步的標準化。但是由于其集IP的智能化、以太網(wǎng)的經濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠于一身,業(yè)界普遍對它的市場前景表示樂觀。相信隨著標準化工作的進一步開展和市場的進一步擴大,RPR必將成為滿足新一代帶寬IP MAN所采用的最佳技術之一。
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