[转帖]中兴通讯RPR技术及其在MSTP中的应用

基于SDH的城域多业务传送平台（MSTP）是当前构筑城域光网络的主要技术之一，弹性分组环（RPR）是一种新的MAC层协议，是为优化IP包的传输、构建光互联网而提出的，目前正由IEEE802.17工作组进行标准化。本文简要分析了RPR产生的背景和技术特点，并介绍RPR技术在中兴通讯第三代MSTP产品中的实现方式和应用特点。

一、RPR和MSTP产生的技术背景

　　当前城域网建设所采用的技术主要分为三类：传统SDH技术、以太网技术和MSTP技术。

　　传统SDH/SONET及其环网结构在城域网中得到广泛应用，提供完善的网络性能监测和自愈保护功能。不过SDH系统，是一种电路模式传送技术，非常适合传送城域网中64kb/s的话音业务和提供以2M为单位的固定速率电路，基于时隙结构的SDH不具备无级动态带宽分配特性，用来传输数据业务时导致网络效率低下且难以适应业务的突发性与速率可变性特点，另外SDH设备的接口类别少，难以满足数据网络发展的需要。在实际应用中存在着浪费带宽，传输IP信号时的复用层次较多，在配置、运行、检错和纠错、网络规划和工程设计，以及网络恢复方面的复杂性较高，因此SDH/SONET不是IP数据业务的理想传送模式

　　以太网的灵活性、低成本、易用性和可扩充性以及人们对它的熟悉使其在局域网中占据了统治地位，局域网的95%都是以太网。基于以太网的业务将成为城域网中的主要业务，因此以太网技术也是当前城域网建设所采用的技术之一。以太网技术具有成本低、面向数据业务等优点，但并不能满足快速发展的IP传送和业务传输所带来的挑战，主要表现在难于适应IP业务量和光纤带宽的快速增长、难以保证节点间业务流量的公平性、无法满足在拥塞情况下维持高的带宽利用率和转发量，也无法满足即插即用等IP传输和业务传递发展的需要、无法在传送信号和节点故障时快速恢复等。网络的故障恢复可能要花数十秒的时间，无法与SDH的50ms的网络故障恢复时间相比。此外，以太网技术缺乏确定的和有保证的SLA（服务水平协议）能力。由于数据帧在每个节点进行交换，因此不能保证通过环或网状网中多个交换机的时延和抖动。

　　为适应数据业务发展的需要，近年来许多厂家又推出了部分融合了ATM、ＩＰ与以太网技术、具备各类数据接口且集ADM与DXC功能于一身的新一代SDH——多业务混合传送平台（MSTP）设备。MSTP在单个传送设备上实现了话音、数据等多种业务的传送，实现了传输网与业务网的统一，可以很好地适应城域网当前和未来建设发展的需要。在已经推出的第一代雏形阶段（Original stage）的MSTP和第二代灵活阶段（Flexible stage）的MSTP设备中，除能够实现以太网透传功能外，还能提供以太网L2交换以及ATM业务的接入和汇聚功能，但是对数据业务的支持仍局限于传统的以太网技术，并没有从根本上克服以太网技术的局限性。

　　在这样的技术背景下，中兴通讯进一步推出了融合RPR弹性分组环技术的第三代动态阶段（Dynamic stage）的MSTP，在保留SDH优势的基础上，将RPR处理功能融入其中，强化MSTP的以太网业务处理能力，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的CoS和QoS以及更加安全的用户隔离功能，逐步成为当前城域网建设的主流技术。

二、RPR技术简介

　　RPR的核心基础是以太网技术，其处理的基本数据单元还是分组数据包。类似于光纤分布式数据接口（FDDI）的物理结构，RPR也是利用两根光纤或其它介质连接而成的双环结构（内环和外环），内环和外环上的信号传送方向相反。每端RPR节点设备都拥有一个MAC地址，同时拥有环中所有节点的网络拓扑表，网络建立初始通过拓扑发现协议建立该拓扑表。利用节点管理传输协议（SMT）支持节点的即插即用功能，如果要在原有的RPR环中增加一端新设备，则由新加入设备发起握手协商，更新环中各设备所维护的网络拓扑表。


图1

　　目前已经确定RPR中线路接口的最低传输速率为155Mb/s,可支持到10Gb/s。RPR正常工作时外环和内环分别以相反方向传输数据，如图1所示，根据所接受到的数据来决定下一步操作。MAC层负责上下客户业务，若接收到线路口的数据包中目的地址是本节点时，则接受且从环中删除该数据包，否则直通。若是广播包时同样接受，并且继续转发该广播包至下一个节点，直到下一个节点为广播源为止。当发现下一个节点发生故障时执行环回（Wrapping）或绕开（Steering）以重选路由的操作，两种方式分别类似于SDH系统中的复用段倒换和海缆系统的源节点倒换，如图2和3所示。执行倒换的触发条件可以是自动的，如信号丢失、信号劣化等，也可以由操作者控制，如强制倒换和手动倒换。RPR中传送的数据包分不同等级，发生保护倒换时有可能某段带宽需求超出容量，此时低等级的业务包将被丢弃，优先保证高等级业务服务。目前RPR标准中最小分组长度为22字节，最大分组长度为9216字节。值得注意的是RPR与物理层相对独立，所以它既可以由SDH承载，也可以利用1G比特或10G比特点对点以太网技术封装传送，给实际组网带来很大的方便。



图2



图3

　　与路由器组成环网的方式不同，RPR只是在二层上处理数据，从而减少了分组包传送的跳数，进而降低了传送时延。依据特殊的公平算法，RPR中所有节点发送同等级数据包到某一节点可占用的带宽都是相同的，克服了以太网中由于距离目的节点远近不同而造成的各节点占用带宽优先权的不公平性。对于多播业务，执行接收和转发操作，所占用的带宽也大为降低。由于RPR中各节点带宽是动态灵活分配的，且各节点占用带宽完全是共享方式，从根本上消除了传统城域网中固定分配各节点之间带宽，网络不能快速适应需求变化的缺点。
与传统以太网技术相比，RPR的主要特点如下

1、带宽效率高

　　RPR采用双环结构传输控制信息和数据信息，带宽利用率较高；采用类似SDH复用段方式提供业务上下，业务源节点和目的节点之间的段上两个方向传输数据，目的节点从环上剥离单播包，当一个包从环上被“剥离”时，它就不再消耗环上的带宽，在下游段上就可被其它信息包自由使用，实现所谓的空间复用（SRP）。另一方面，RPR采用独特的公平带宽分配算法和严格的业务分级策略，保证所有节点间的业务带宽分配具备智能动态分配的特点，避免传统以太网中由于距离目的节点不同，而造成在网络繁忙时远离目的节点的业务无法保证传输带宽的情况。

2、网络可靠性高

　　RPR采用与SDH复用段倒换相似的机制，保证业务中断后在50ms内恢复，而以太网的保护主要基于STP生成树协议，保护时有一个路由表的收敛过程，倒换时间在几百毫秒至几秒之间。

3、快速提供业务

　　RPR能够实现业务的分布接入，再加上快速保护和自动重新建立链路的功能，为快速插入和删除节点提供即插即用的机制。RPR提供在一个环上共享带宽的包交换技术，每个节点知道环的容量。在传统的基于电路模型下，全网状连接需要大量的点到点连接，而RPR采用一个环网的连接实现所有节点总线式带宽共享，大大简化了工作。

　　综上所述，RPR很好地融合了SDH/SONET和以太网的优势，形成了完全的、基于分组的网络解决方案，避免了配置的复杂性和SDH/SONET的不灵活性，提供了以太网所缺乏的环形保护和整网的公平性。基于RPR技术的设备可以承载具有突发性的IP业务，同时支持传统话音业务，是适用于城域网汇聚层到接入层的技术，主要面向用户数据业务的需要。RPR定义的MAC协议，可以利用现有的诸如GE、10GE、以及OC-48/STM-16和OC-192/STM-64物理层，传送速率可扩展到数Gb/s的数据分组；优化了城域网业务和拓扑，使RPR能在现有的光纤基础设施上进行低成本、快速配置、安全和可靠的数据链路配置传输。

三、RPR技术在MSTP中的应用

　　当前提供RPR技术的产品主要包括两类，一类是纯粹的RPR产品，该类产品完全基于RPR技术，可对IP数据业务进行高效处理，但在实际应用中对TDM业务的支持较弱，不适合应用在有多种业务需求的城域网中。另一类是内嵌RPR功能的MSTP产品，完全将RPR 技术融入MSTP中，它基于SDH平台，既能保证目前大量的TDM业务对传输性能的要求，同时融合了RPR技术对以太网数据业务高效、动态的处理功能，是当前最适合城域传输网应用的产品。

　　如上所述，单纯的RPR技术无法构建实际网络，需要和其它技术（如路由以及基于交换的802.1d）结合在一起进行环间互连。在RPR中采用电路仿真方式实现TDM业务，其抖动和漂移等关键指标还不尽如人意。在此背景下，SDH+RPR成为解决问题的最佳途径：SDH灵活的组网可以提供大量的环间互连用于数据传送，同时又对话音业务实现真正的TDM支持，RPR实现数据业务便捷的用户隔离和带宽管理，使现有SDH网络不断演进。

　　基于SDH的RPR技术实现起来非常容易，如图4所示。目前的技术可以将RPR功能集成在一块单板上，只需将RPR单板插入SDH设备相应子架槽位，即可以对接入的Ethernet业务（基于802.3 MAC帧）和纯粹的RPR业务（基于新型的802.17 MAC帧）进行高效的处理，包括公平带宽处理、RPR环业务保护、严格的用户隔离和真正的业务分级CoS以及QoS保证等。RPR映射到SDH帧结构时主要采用GFP和HDLC－like两个标准，RPR占用的SDH通道带宽可根据需要灵活配置，随着未来数据业务的不断增长，可在SDH网络中逐步增加分配给RPR的带宽，相应减少窄带语音等TDM业务带宽，无需更新设备即可实现网络应用的不断拓展。


图4

　　面临当前全球电信行业不景气的困难，各大电信运营商都在追求投资收益的最大化。结合SDH和RPR双重优势的第三代MSTP技术，不但解决了目前为运营商带来最大收益的TDM业务传输问题，同时对IP、ATM等新业务的支持能力和带宽利用率又大大高于传统意义上的MSTP，可在相当长一段时间内保持网络的先进性和适应性，成为未来城域光网络建设的主流技术。

　　作为业内领先的传输设备提供厂商，中兴通讯一直密切跟踪RPR标准的进展，基于RPR技术的新一代MSTP设备也已经推向市场。目前中兴通讯已成为国际RPR标准联盟的成员单位，对RPR标准草案提出了多项具有建设性的修改建议，在2003年6月RPR标准最终定稿后，中兴通讯将率先符合标准的RPR设备，新一代MSTP在城域基础传送网中的大规模应用将指日可待。