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[摘 要] 本文从RPR技术的发展及特点出发，详细分析了它所采用的技术特性，结合城域网的发展及现状，探讨了该技术在城域网中的应用领域及应用前景，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。实践结果表明，RPR技术在城域网中应用效果良好。
[关键词] RPR 城域网 运营商
引言
目前，电信业的开放和互联网的发展，致使网络与通信正以前所未有的速度迅猛发展。而在城域网（MAN）方面，无论是光纤分布式数字接口（FDDI），异步传输模式（ATM），同步数字系列（SDH）等传输效率已无法跟上LAN和WAN的发展，成为网络的瓶颈，严重阻碍了WAN端到端的服务能力。而RPR（弹性分组环）技术利用统计复用[1]的功能，使多种不同特性的业务能够在同一带宽中共存并能接受突发业务流量的发生，采用流量控制和多业务服务等级协议能根据用户的要求和业务的特性为不同的业务提供不同等级的服务保障，包括流量带宽和业务质量等。
本文将阐述RPR技术的发展及其特点，详细分析了RPR中采用的各类技术特性，结合城域网的发展及应用现状，探讨了该技术在城域网中的应用前景，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。
1.RPR的发展及特点
RPR（弹性分组环）是IEEE 802.17工作组（局域网/城域网标准委员会）正在标准化的一种新的MAC层技术，是一个工作在OSI协议栈第二层的介质访问控制（MAC）协议，具有和物理层的无关性，可运行于 SONET/SDH、Ethernet和DWDM之上[2]。
RPR技术吸收了千兆以太网的经济性，吸收了SDH的电信级特性与以太网的面向数据业务的高带宽分发、灵活性、可扩展能力和APS故障自愈的高可靠性等特性，RPR不仅支持IP业务，而且支持传统的TDM业务。RPR将用以取代SDH来组建以数据为中心的城域网络，为运营商提供弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力，是一种很好的组网方案。RPR基于环型拓扑提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，RPR是针对数据业务特征而提出的对现有城域网和核心网的技术演进方案。
2.RPR技术分析
RPR为逆向双环拓扑结构[3]（如图1所示），外环（Outer Ring）和内环（Inner Ring）都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。
2.1 RPR对节点数据的操作
RPR环作为一个共享的媒体介质，RPR 环上的每个结点对数据包的处理主要有Insertion、Forwarding、Receiving和Stripping四种操作，大大地简化了结点间的操作。（见表1）
2.2 带宽的高效利用
RPR环网中最重要的当然是带宽的高效利用，它利用二层的快速转发、空间复用机制、目的地址剝离和带宽自动分配等技术来综合体现。（见表2）
2.3 故障自愈
当结点失效或者链路发生故障的时候，RPR可以提供Wrapping或Steering的保护措施，继续保证环网的连通性，提供相当于SDH APS的低于50毫秒故障保护能力，而且自动保护倒换不需要像SDH一样的50％的冗余带宽开销。RPR可以对物理媒质的故障以及L2层的节点失效进行有效的保护。而对于节点上层的软件故障，包括L3故障，RPR L2可以自动进行Pass though透明传输模式，仍然能保证环的双环结构、最大联通性和可用带宽。
2.4 拓扑发现
RPR环可以自动的进行拓扑发现，由拓扑发现控制报文完成。节点周期地在外环上面发送拓扑报文，携带自己的节点标识〔Mac地址，又称源节点信息〕和自己的节点信息域〔包括节点Mac地址、环标识、Wrap标识等〕，环上其它节点在收到这个拓扑发现报文后，将自己的节点信息追加到报文的后面，并传递给下一个节点。这个当报文回到源节点〔源节点和自己节点相同〕时，节点将顺序提取所有的节点信息，形成拓扑信息表。
2.5 即插即用
RPR是完全分布式的访问控制机制，支持拓扑发现使之具有即插即用的功能，结点在环网上可以快速而容易地增加和减少，新节点插入环上即直接使用，无需象SDH一样需要复杂的链路配置工作。而且配合自动保护倒换，增加和删除节点时，业务也不会被中断。
具备真正的网络级即插即用，RPR技术使网络的初期业务规划变得更加简单，业务的更改变得更加简单，在网络不断发展的今天，易管理性无疑对运营商有很大吸引力。
2.6 公平算法RPR-Fa[4]
环网的资源在结点之间是共享的，RPR 将提供一种整个环网级别的全局公平算法，以保证节点间公平享用带宽，同时又尽力提高带宽的最大利用率。RPR 环网结点将监测自身带宽资源的使用情况，同时在节点间提供显式的反馈机制。
对于公平算法的Congestion Detections，除了具有通过Transit buffer门限判断拥塞外，RPR还加入了ingress head of line timer和low priority + excess low priority output rate monitor两个判断条件，使算法更加有效。公平算法能够自动动态的对网络流量进行调控，尽量避免网络拥塞，对于突发的大数据流量进行有效地调节，保证用户正常地使用网络。
2.7 QOS保证
RPR天然具备很好的QOS保证，比如50ms故障自愈能力、高效的带宽利用率、先进RPR-Fa公平算法等，可以提供高可靠性、大吞吐量、小迟延、低丢失率的业务保证能力。同时RPR支持三种流量等级（class-H, class-M, class-L），其优先级别由RPR头中的Priority域决定。
2.8 物理层无关
RPR是一种物理层无关的Mac层协议，提供了丰富的物理层接口，能支持Ethernet、DWDM和SDH/SONET，而且带宽很容易平滑扩展至155M-10G，甚至40G。
3.RPR技术的应用
RPR技术在城域网中的应用方式可分为嵌入式RPR和纯RPR[5]，嵌入式RPR是采用基于SDH的MSTP技术，在传输管道上根据实际应用需要设定传送TDM语音业务的VC通道和传送IP等数据业务的RPR通道；纯RPR则是在环路上采用MAC帧的分组方式来承载所有业务，RPR环路将TDM业务设置为最高优先级并绝对保证其所需带宽，以此来保证其电信级的时延和抖动性能，同时提供相应的时钟同步、性能监测和故障诊断等机制。从网络应用范围来看，嵌入式RPR技术适用于以TDM业务为主要业务的网络及在现有SDH网络兼容前提下提供数据分组传送功能的网络，而纯RPR技术适用于数据分组业务为主要业务的网络，特别是新建的一开始就以新兴数据业务为主导的网络。
基于RPR技术可以在城域网范围内提供以太网专线、虚拟以太网等业务的优势，中国各大电信网络运营商都在各大城市采用了RPR技术进行城域网建设，设备制造商对此技术也非常看重，各自推出了相应的RPR产品。而在2004年6月22日，IEEE 802.17工作组确认弹性分组环联盟的RPR标准也为RPR的商用扫除了壁垒，为大规模生产支持RPR协议的芯片和RPR的大规模应用奠定了基础。
4.结束语
RPR主要应用于城域网的接入层和核心层，取代SDH技术用来组建以数据为中心的城域网络，广大电信运营商提供具备弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力的，能提供自动带宽管理、高性价比、多业务支持的，基于双环拓扑的通信网络解决方案。但RPP技术需要与其它技术一起配合使用，弥补RPR的不足，扬长避短，虽然目前众多厂商的RPR技术产品都有着自己的特点，相互之间存在兼容互通问题，但随着IEEE 802.17对协议标准的规范，相信RPR技术必将在新一代城域网的建设中得到广泛应用。
参考文献：
[1] 伍杰明.弹性分组环统计复用技术[J].数字通信世界,2009,6:68-69.
[2] 朱齐雄.RPR中数据通路的分析[J].光通信技术,2004,28(1):22-24.
[3] 苏贤刚,王强.弹性分组数据环技术[J].电信科学,2002,18(5):34-37.
[4] 文爱军,孙谦,张军.弹性分组环的公平机制分析[J]．通讯世界,2003,9(6):36-38.
[5] 李芳.弹性分组环技术特点及其在城域网中的应用[J]．通信世界，2003,10:36-37.
作者简介
陈 超(1980-)，男，四川人，讲师，硕士，主要从事计算机网络、智能信息处理等领域的研究。
基金项目：
四川省教育厅科研项目(11ZB095)
四川理工学院教学改革与教材建设项目(JG-0957)
[关键词] RPR 城域网 运营商
引言
目前，电信业的开放和互联网的发展，致使网络与通信正以前所未有的速度迅猛发展。而在城域网（MAN）方面，无论是光纤分布式数字接口（FDDI），异步传输模式（ATM），同步数字系列（SDH）等传输效率已无法跟上LAN和WAN的发展，成为网络的瓶颈，严重阻碍了WAN端到端的服务能力。而RPR（弹性分组环）技术利用统计复用[1]的功能，使多种不同特性的业务能够在同一带宽中共存并能接受突发业务流量的发生，采用流量控制和多业务服务等级协议能根据用户的要求和业务的特性为不同的业务提供不同等级的服务保障，包括流量带宽和业务质量等。
本文将阐述RPR技术的发展及其特点，详细分析了RPR中采用的各类技术特性，结合城域网的发展及应用现状，探讨了该技术在城域网中的应用前景，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。
1.RPR的发展及特点
RPR（弹性分组环）是IEEE 802.17工作组（局域网/城域网标准委员会）正在标准化的一种新的MAC层技术，是一个工作在OSI协议栈第二层的介质访问控制（MAC）协议，具有和物理层的无关性，可运行于 SONET/SDH、Ethernet和DWDM之上[2]。
RPR技术吸收了千兆以太网的经济性，吸收了SDH的电信级特性与以太网的面向数据业务的高带宽分发、灵活性、可扩展能力和APS故障自愈的高可靠性等特性，RPR不仅支持IP业务，而且支持传统的TDM业务。RPR将用以取代SDH来组建以数据为中心的城域网络，为运营商提供弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力，是一种很好的组网方案。RPR基于环型拓扑提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，RPR是针对数据业务特征而提出的对现有城域网和核心网的技术演进方案。
2.RPR技术分析
RPR为逆向双环拓扑结构[3]（如图1所示），外环（Outer Ring）和内环（Inner Ring）都传送数据包和控制包，内环的控制包携带外环数据包的控制信息，反之亦然。
2.1 RPR对节点数据的操作
RPR环作为一个共享的媒体介质，RPR 环上的每个结点对数据包的处理主要有Insertion、Forwarding、Receiving和Stripping四种操作，大大地简化了结点间的操作。（见表1）
2.2 带宽的高效利用
RPR环网中最重要的当然是带宽的高效利用，它利用二层的快速转发、空间复用机制、目的地址剝离和带宽自动分配等技术来综合体现。（见表2）
2.3 故障自愈
当结点失效或者链路发生故障的时候，RPR可以提供Wrapping或Steering的保护措施，继续保证环网的连通性，提供相当于SDH APS的低于50毫秒故障保护能力，而且自动保护倒换不需要像SDH一样的50％的冗余带宽开销。RPR可以对物理媒质的故障以及L2层的节点失效进行有效的保护。而对于节点上层的软件故障，包括L3故障，RPR L2可以自动进行Pass though透明传输模式，仍然能保证环的双环结构、最大联通性和可用带宽。
2.4 拓扑发现
RPR环可以自动的进行拓扑发现，由拓扑发现控制报文完成。节点周期地在外环上面发送拓扑报文，携带自己的节点标识〔Mac地址，又称源节点信息〕和自己的节点信息域〔包括节点Mac地址、环标识、Wrap标识等〕，环上其它节点在收到这个拓扑发现报文后，将自己的节点信息追加到报文的后面，并传递给下一个节点。这个当报文回到源节点〔源节点和自己节点相同〕时，节点将顺序提取所有的节点信息，形成拓扑信息表。
2.5 即插即用
RPR是完全分布式的访问控制机制，支持拓扑发现使之具有即插即用的功能，结点在环网上可以快速而容易地增加和减少，新节点插入环上即直接使用，无需象SDH一样需要复杂的链路配置工作。而且配合自动保护倒换，增加和删除节点时，业务也不会被中断。
具备真正的网络级即插即用，RPR技术使网络的初期业务规划变得更加简单，业务的更改变得更加简单，在网络不断发展的今天，易管理性无疑对运营商有很大吸引力。
2.6 公平算法RPR-Fa[4]
环网的资源在结点之间是共享的，RPR 将提供一种整个环网级别的全局公平算法，以保证节点间公平享用带宽，同时又尽力提高带宽的最大利用率。RPR 环网结点将监测自身带宽资源的使用情况，同时在节点间提供显式的反馈机制。
对于公平算法的Congestion Detections，除了具有通过Transit buffer门限判断拥塞外，RPR还加入了ingress head of line timer和low priority + excess low priority output rate monitor两个判断条件，使算法更加有效。公平算法能够自动动态的对网络流量进行调控，尽量避免网络拥塞，对于突发的大数据流量进行有效地调节，保证用户正常地使用网络。
2.7 QOS保证
RPR天然具备很好的QOS保证，比如50ms故障自愈能力、高效的带宽利用率、先进RPR-Fa公平算法等，可以提供高可靠性、大吞吐量、小迟延、低丢失率的业务保证能力。同时RPR支持三种流量等级（class-H, class-M, class-L），其优先级别由RPR头中的Priority域决定。
2.8 物理层无关
RPR是一种物理层无关的Mac层协议，提供了丰富的物理层接口，能支持Ethernet、DWDM和SDH/SONET，而且带宽很容易平滑扩展至155M-10G，甚至40G。
3.RPR技术的应用
RPR技术在城域网中的应用方式可分为嵌入式RPR和纯RPR[5]，嵌入式RPR是采用基于SDH的MSTP技术，在传输管道上根据实际应用需要设定传送TDM语音业务的VC通道和传送IP等数据业务的RPR通道；纯RPR则是在环路上采用MAC帧的分组方式来承载所有业务，RPR环路将TDM业务设置为最高优先级并绝对保证其所需带宽，以此来保证其电信级的时延和抖动性能，同时提供相应的时钟同步、性能监测和故障诊断等机制。从网络应用范围来看，嵌入式RPR技术适用于以TDM业务为主要业务的网络及在现有SDH网络兼容前提下提供数据分组传送功能的网络，而纯RPR技术适用于数据分组业务为主要业务的网络，特别是新建的一开始就以新兴数据业务为主导的网络。
基于RPR技术可以在城域网范围内提供以太网专线、虚拟以太网等业务的优势，中国各大电信网络运营商都在各大城市采用了RPR技术进行城域网建设，设备制造商对此技术也非常看重，各自推出了相应的RPR产品。而在2004年6月22日，IEEE 802.17工作组确认弹性分组环联盟的RPR标准也为RPR的商用扫除了壁垒，为大规模生产支持RPR协议的芯片和RPR的大规模应用奠定了基础。
4.结束语
RPR主要应用于城域网的接入层和核心层，取代SDH技术用来组建以数据为中心的城域网络，广大电信运营商提供具备弹性、快速故障自愈能力、性能监视能力的，能提供自动带宽管理、高性价比、多业务支持的，基于双环拓扑的通信网络解决方案。但RPP技术需要与其它技术一起配合使用，弥补RPR的不足，扬长避短，虽然目前众多厂商的RPR技术产品都有着自己的特点，相互之间存在兼容互通问题，但随着IEEE 802.17对协议标准的规范，相信RPR技术必将在新一代城域网的建设中得到广泛应用。
参考文献：
[1] 伍杰明.弹性分组环统计复用技术[J].数字通信世界,2009,6:68-69.
[2] 朱齐雄.RPR中数据通路的分析[J].光通信技术,2004,28(1):22-24.
[3] 苏贤刚,王强.弹性分组数据环技术[J].电信科学,2002,18(5):34-37.
[4] 文爱军,孙谦,张军.弹性分组环的公平机制分析[J]．通讯世界,2003,9(6):36-38.
[5] 李芳.弹性分组环技术特点及其在城域网中的应用[J]．通信世界，2003,10:36-37.
作者简介
陈 超(1980-)，男，四川人，讲师，硕士，主要从事计算机网络、智能信息处理等领域的研究。
基金项目：
四川省教育厅科研项目(11ZB095)
四川理工学院教学改革与教材建设项目(JG-0957)