RPR技术介绍-ielab

RPR技术又称弹性分组环是一种新型的MAC（Media Access Control，媒体访问控制）协议，可运行于SONET（Synchronous Optical Network，光同步网络）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）、DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密级波分复用）和以太网之上，可以在环网上传输IP数据业务，同时提供小于50ms的保护倒换。RPR将充分应用到城域网和广域网中，提供高速、可靠的园区网和数据中心的连接。RPR还可以运行在SDH上，RPR MAC和第1层是独立的，它可以在标准的以太网物理层和SDH帧传输上运行。RPR一个很大的应用就是应用在SDH环物理层和以太网物理层。RPR对SONET/SDH是一个补充，SONET/SDH分为独特的两层：静态的时分复用层和监视映射层。RPR用统计的分组交换代替静态的时分复用，用于控制从环或SDH传输层上的节点上下流量，同时提供小于50ms的恢复保护。

RPR技术是为了在城域网中支持大容量的数据业务而设计的，具有以下特点：
物理层多样性

带宽利用率高

支持广播和组播

拓扑自动发现，支持节点的即插即用

快速保护机制，通过拓扑保护能够实现50ms内的故障自愈

通过支持带宽预留业务以及速率限制提供流量等级保证

公平的节点带宽分配
RPR采用逆向双环结构，数据沿环网在节点之间进行转发：

0环：RPR双环中，数据帧发送方向为顺时针的称为0环，也称Outer Ring（外环）。

1环：RPR双环中，数据帧发送方向为逆时针的称为1环，也称Inner Ring（内环）。

节点（Station）：RPR环网上的设备，负责接收和转发数据帧。
链路（Link）：连接相邻节点的一段传输通道，相邻节点之间由方向相反的两条链路连接。

段（Span）：RPR环网上两个相邻节点之间的链路，由方向相反的两条链路组成。
域（Domain）：多个连续的段和这些段上的节点构成了域。

西向端口：在1环上发送数据帧、在0环上接收数据帧的物理端口。

东向端口：在0环上发送数据帧、在1环上接收数据帧的物理端口。

边（Edge）：当段或和段相邻的节点出现故障时，段不能转发数据就成为边。
环状态：分为闭环和开环。不存在边的环为闭环，存在边的环为开环。

网络都有其物理结构和逻辑结构，物理结构的选择受到经济可行性的限制，而逻辑结构的选择则要依赖其运行的业务。网络更需要一个弹性的逻辑结构，因为这样更有利于业务的运行，即要求在物理结构上自由选择逻辑结构。光纤环是一个非常有效的物理结构，而RPR就是在这种环上运行分组交换业务，它提供在这种环上选择所有逻辑结构的弹性。在电路交换中，每个电路的带宽是固定的，不可能根据业务的情况预先分配带宽，这样对于现在的数据业务，尤其是IP业务，利用率非常低，RPR通过分组的优先级动态地提供虚拟的带宽分配表，以便充分地利用带宽。RPR一个很大的优点就是有效的利用带宽，它采用以下技术：

统计的空间复用技术

RPR协议的主要特征是统计空间复用技术（Spatial Reuse），即空间的再利用能力，应用在环形的拓扑结构中增加环的传输效率。它容许信息在发送点和接收点沿着环双方向传送，并不利用环上其他段的带宽，在接收节点把信息从环上剥离下来，环上其他段的带宽可以被其他分组利用。接收点从环上剥离信息，和以前的基于环的协议如令牌环网、光纤分布数字接口（FDDI）不同，它会排除流量中被源节点占用的多余带宽，信息剥离后并不占用带宽。空间再利用的机制在城域网中是非常有用的，它大大提高了带宽的利用率和有效带宽。
环级汇聚
RPR第二个特征是环级汇聚（Ring-level Aggregation）而不是节点级的汇聚，宽环汇聚容许通过统计复用容纳更多的用户，提供统计的流量，容许高的带宽预定率。RPR环中每一个节点都执行SRP公平算法。

拓扑的自动识别技术

在RPR环中，每个节点掌握着环的状态信息，在平时，节点没有任何拓扑更新的信息，当环初始化、新节点加入、环保护切换时，自动识别模式启动，节点触发器向环中的所有具有逻辑地址的节点发出Layer2消息，各个节点根据这个消息判断发生状态变化的节点和它的链路状态。这样在非常短的时间内，所有RPR环上的节点都收集到环的状态信息，其中包括在环的两个方向上到达另外节点需要的段数、环上每个光纤的状态。

消除备份带宽的技术

RPR为SDH传输提供了快速的保护和检测能力。另外，RPR提供这些能力时，并不需要额外的备份带宽，这点不同于SDH。这样可以节省环上50%的保护带宽备份。
多等级业务的保护机制
RPR非常适合在MAN和WAN的环境中提供业务保护。RPR在监控网络性能的同时，快速的恢复网络、保护倒换的时间小于50ms，类似SDH中。

故障响应方式：

RPR故障自愈能力非常强，其保护机制可实现事件检测、快速自愈，以及在光纤或节点故障后业务快速恢复，从而使网络能够迅速检测到故障并作出适当反应，保证业务在50ms内可以快速恢复。RPR支持的故障响应方式有以下两种：

Passthrough
Passthrough方式主要用于节点故障。当节点检测到内部故障时，可以进入Passthrough状态，此时节点就类似于一个中继，本地不再接入任何的业务，到达该节点的任何数据帧都以透明方式直接转发，且该节点在环网的拓扑图中不可见。
保护倒换
如果节点不再具有转发数据帧的能力，比如掉电或光纤断开等原因造成的故障，节点就需要进入保护倒换方式。保护倒换可分为Wrapping和Steering两种模式：
(1)Wrapping模式

当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点处自动环回，即把外环和内环连在一起，形成一个闭合单环。Wrapping模式可以保证节点快速倒换，数据帧基本不会丢失，但比较浪费带宽。

(2)Steering模式
当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点首先更新自己的拓扑数据库，然后快速发送TP帧给RPR环网上的其它节点，其它节点根据收到的拓扑信息更新拓扑数据库。有了新的拓扑信息，节点只需要直接按新的拓扑发送数据帧即可。Steering模式避免了带宽的浪费，但是由于需要重新收敛，恢复时间较长，可能会造成一些业务的中断及部分数据帧的

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