（通信与信息系统专业论文）内嵌rpr型mstp技术在城域网中的测试研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 基于内嵌弹性分组环( r p r ) 的多业务传输节点( m s t p ) 技术很好地解决 了以往技术处理数据业务时，存在无法缓解i p 流量迅速增长给带宽需求带来的 压力，无法在拥塞情况下维持高的带宽利用率和转发量、保证节点间的平衡， 无法迅速从节点或传输媒体故障中恢复，无法即插即用等问题。因而，它具有 广阔的应用前景，近年来得到通信业的广泛关注。 尽管国内外许多厂家已经陆续推出了内嵌r p r 技术的成熟设备产品，但在 国内城域髓中的商用和测试的实例还未见报道，并且r p r 的标准化还在进行当 中。本文在分析基于内嵌r p r 的m s t p 技术在城域网中处理以太网业务的工作 原理及其各项优缺点的基础上，组建一套内嵌r p r 的m s 田网络，制定在现网 中测实验证r p r 网络的各项功能与性能的方案，制定参考指标：并在2 个6 2 2 m 带宽的r p r 环上进行测试，与以往m s t p 技术在处理以太网业务时的各项功能 与性能进行比较，进一步验证基于内嵌r p r 的m s t p 网络在空间重用、业务分 级、带宽动态灵活分配、5 0m s 级的保护倒换机制、拓扑自动发现更新等功能和 时延、抖动、吞吐量、丢包率和背靠背等性能方面的优势。本文的测试研究给 出一个完善的内嵌r p r 的m s t p 网络的应用和测试实例，为今后组建和测试内 嵌r p r 的m s t p 网络，优化现有城域网提供一种有效的参考方案。 本文在实验测试验证基于内嵌r p r 的m s t p 网络各项功能与性能的基础 上，分析了r p r 环的几种组网方式，介绍了几种利用基于内嵌r p r 的m s r p 技术解决城域网中的以太网业务的应用实例，并研究了在组网、测试方案的制 定以及测试当中遇到的问题，象跨环业务的处理、a o 业务的配置、以及现有公 平算法的缺陷等。 关键字弹性分组环；多业务传输平台；公平算法；带宽管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h ei n b u i l tr e s i l i e n tp a c k e tr i n g ( r p r ) b a s e dm u l t i - s e r v i c ct r a n s p o np l a t f o r m ( m s t p ) t e c h n i q u ec a ns o l v em 柚yp r o b l 锄sw h i c hi n c l u d et h ep r e s s u r eo fi n c r e a s i n g d e m a n do nt h eb a n d w i d t ha st h oi p - f l o wi i l c r e a s e sr a p i d l y t h ef a i l u r e si m a i n t a i n i n g t h eh i 曲b a n d w i d t hu t i l i z a t i o nr a t i oa n dt r a n s m i t t i n ga m o u mi nc o n g e s t e dc a s e s ，a n d t h ef a i l u r e si nm a i n t a i n i n gt h eb a l a n c ea m o n gt h en o d e sa n dr e c o v c r i n gf r o mt h e t r o u b l e si nt h et r a n s m i tm e d i ao rt h en o d e s ，a n dt h ef a i l u r e si nu s i n ga ss o o na st h e n o d eb e i n gi n s e t t e di nt h en e t w o r ke t c t h e r e f o r e ，i th a sab r i g l l ta p p i i c a t i o np r o s p e c t a n da t t r a c t se x t e n s i v ea t t e n t i o ni c o m m u n i c a t i o ni n d u s t t yr e c e n n y a 】t h o u g h1 0 t so fd o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lp r o d u c e r sh a v ea l r e a d yj n t r o d u c e d t h ea v a i l a b l ee q u i p m e n t se m b e d d e dw i t hr p r t e c h n 0 1 0 9 y t h ea p p l i c a t i o na n dt e s t i n s t a n c e so ft h e m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ( m a n lh a v e n o tb e e n r e p o r t e d m e a n w h i l e ，t h es t a n d a r d i z a t i o no fr p ri ss t i l lg o i n go n i nt h i sp a p e r ，0 1 lt h eb a s i so f t h ea n a l y s i so fa d v a l l t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e si nd e a l i n gw i t ht h ee 也e m e ta p p r o a c h e s i nt h em a n ，as e to fm s t pn e t w o r k sw i t hi n b u i l tr p ri ss e tu pa n dt h es c h e m e st o t c s tt h ef u n c t i o n sa n dp e r f 0 珊a i l c e so fr p rn e t w o r ka r ee s t a b l i s h e d m o r e o v e r ，t w o r p r r i n g sw i t hb a n d w i d t h0 f6 2 2 ma r et e s t e d c o m p a r e dw i t ht h ep e r f o i i n a n c e so f o t h e rm s t pt e c h n i q u e si nd e a l i n gw i t he t h e m e ta p p r o a c h e s ，t h em s t pn e m o 出s w i t hi n b u i l tr p rh a st h ef a c t i o n so nt h es p a c em u l t i p l e x i n g ，t h eb u s i n e s sg r a d e ，t h e f l e x i b l ea l i g | l m e io fb a n d w i d t h ，t h ep r o t e c t i o nm e c h a n i s mo f5 0m s ，f i n d i ga n d r e n e w i n gt h es t m c t u r eo ft h en e t w o r ks p o n t a n e o u s l ye t c ，孤dt h ea d v a n t a g e si n p e r f o h n a n c es u c ha st i m ed e l a y ，j i t t e r ，t h r o u g h p u t ，t h e1 0 s sr a t eo fb a g ，b a c k t o - b a c k ， a n ds oo n t h ea p p l i c a t i o ni n s t a n c eo fa ni n t e g r a t e dm s t pn e t w o r kw i l hi n - b u i l t r p ri sg i v e nb yt e s t i n ga n dr e s e a r c h i n g ，a n da ne f - e c t i v er e f e r e n c ef o rc o n s t r u c i i n g m s t pn e t w o r kw i t hi n b u i l tr p ri nt h ef u t u r ea n do p t i m i z i n gc u e n tm a ni s p r o v i d e da sw e l l b a s e do nt h ec o n f i r m a t i o no ft l l ef u n c t i o n sa n dp e r f o h n a n c e so fm s t p n e t w o r k sw i t hi n b u i l tr p r ，s e v e r a la p p r o a c h e so fn e t w o r k sc o n s t r u c t i o nf o rr p r r i n gh a v e b e e na n a i y z e d a n ds e v e r a l a p p l i c a t i o ni n s t a n c e su t i l i z i n g i h em s t p 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 内嵌r p r 的m s t p 技术的发展与现状 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。住宅用户和各类商业用户对带宽的要求越来越高，且业务的发展和宽带 的增加之间楣辅相成。从网络发展的角度看，以太网( e 心e m e t ) 【1 4 l 因其简单性、 易扩展性及高性价比，在局域网( u 州) 中已占主导地位。超过9 5 的用户用 以太网连接其内部网络，且正以每3 5 年1 0 倍的速度增长。1 0 m b i “s ，1 0 0 m b i l s 和1 g b i t ，s 的以太网已广泛应用，1 0 g b i t s 【5 6 】也即将商用化。同时，在广域网 ( 硝n ) 方面，基于同步数字序列( s d h ) 和密集波分复用( d w d m ) 的骨干 网传输速率已达到1 b i t s 。 在城域网( m a n ) 方面。光纤分布式数字接口( f d d i ) ，帧中继( f r ) ， 异步传输模式( a 1 m ) 等传输效率一般都不是很高，无法跟上u n 和、惜n 的 发展，成为整个网络的瓶颈，严重阻碍了w a n 端到端的服务潜力。同时，这 些技术又是以语音传输为基础，虽然具有高可靠性和技术成熟等优点，但它们 基于“专线”的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 目前多业务传送节点( m u l t i s e r v i c et r a s p o r tp l a t f o 皿，m s t p ) 1 】设备可以 提供的数据接入手段主要还是光电系统( e o s ) 方式，通过s d h 的虚容器传输 以太网帧，为了提高带宽利用率一般通过交换进行汇聚，这种方式带来的问题 主要有： 1 配置复杂：站点与站点间的业务需要一一配置，中间经过的站点需要配 置直通，网络复杂时配置和维护工作量很大； 2 缺少共享的特性；业务之间通过v c 链接，这些链接作为一条业务的承 载体无法与其它链接共享自身带宽； 3 带宽利用率较低：为了防止广播风暴，需要运行生成树( s t p ) 协议， 部分带宽无法充分利用；其自身无快速保护机制( s t p 秒级保护太慢) ，需要利 用s d h 的保护，而s d h 的保护速度虽快却要浪费5 0 的带宽； 4 对汇聚比的要求：在汇聚型的网络中，需要单板具有众多系统方向来完 成各个站点到汇聚站点的链接请求； 5 组建环网时对q o s 较难保证：e 0 s 设备虽然可以通过组建以太环网部分 避免以上问题，但将带来上下游站点间业务互相影响的问题，q o s 无法保证， 至今很少有这样应用。 而这些问题也就是r p r 技术需要解决的问题。 2 0 0 0 年1 1 月，1 e e e 8 0 2 1 7 工作组正式成立，目标是开发一个弹性分组环 ( r p r ，r e s i l i e n tp a c k e t 刚n g s ) 标准【1 2 1 5 1 ，优化在m a n 拓扑环上数据包的传输。 该技术结合了以太网的实用性和光设备的强大功能，利用空分复用、统计复用 和保护环提高了带宽的剥用率，使得协议开销最小，实现了节点对网络资源的 公平利用。同时，还支持业务分级( s l a ) 以及即插即用等特性。该技术手j 破 了k k n 与w a n 的接入瓶颈，将m a n 转变为快速、简单、可靠、能及时提供 丰富增值业务的带宽网络。为运营商、网络服务提供商提供了一种全新有效 的城域传送网解决方案。 1 2r p r 技术的特点 r p r 是一种在环网结构上采用分组技术来传送数据、话音、图像等业务的 一种m s t p 技术，它融合了以太网技术的经济性、灵活性、可扩展性等特点， 同时吸收了s d h 环网的5 0 m s 快速保护的优点，并解决了业务分类等q o s 问题， 在不降低网络性能和可靠性的前提下提供更加经济的m a n n ，a n 解决方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 目前，r p r 技术在城域传送网中的应用设备可分为两种，即基于s d h 的内 嵌r p r 的m s t p 设备和基于分组传送技术的r p r 设备，业内也通常称其为内 嵌r p r 的m s t p 设备和纯r p r 设备。从网络应用范围来看，内嵌r p r 的m s t p 适用于建设以t d m 业务为主、数据业务为辅的传统运营商网络，以及在兼容现 有s d h 网络的前提下提供数据业务传送能力的网络升级改造：而纯r p r 设备 适用于建设以提供数据分组业务为主的运营商网络，特别是一开始就以新兴数 据业务为主导的网络。 基于s d h 的内嵌r p r 的m s t p 是从传统的s d h s o n e t 平台向承载数据 和话音的多业务综合传送平台发展的产物，并且是新一代基于s d h 的m s t p 的 主要技术特征之一，即在s d h 的传输管道上根据实际应用需要设定传送t d m 话音业务的v c 通道和传送诤等数据业务的r p r 通道带宽，其对以太网业务的 处理功能如1 1 所示。 v c 一“ 复 再 以 船r鬃 g f p h 呻 映射 一 用 生 太 m c 向 l c s 交 段段 罔 * 层 叉 s t 呐一h _ 并- 并 - 接口 接 处 西 卜忑卜 接 销销 口 理 向 连 _ +g f p 处 处 理理 图1 1 基于s d h 的内嵌r p r 的m s t p 传送以太网业务的功能框图 传送话音的v c 通道仍保持所有的s d h 特性，其保护倒换遵从标准的s d h 环网保护方式，从而保证了话音业务的q o s ( 时延和抖动) ；而通过r p r 带宽 来传送数据业务则需要遵循m e e8 0 2 1 7 的规范，例如处理r p r 的介质访问控 制( m a c ) 层、支持r p r 的环网保护方式，并在r p r 带宽的业务接入点进行 业务分类、空间重用【1 6 1 9 1 、公平控制【2 0 五w 、拥塞处理【2 8 3 5 】，以保证数据业务传 输的q o s ，同时，在业务接入点还可以支持虚拟局域网( v h 气n ) 及用户网接 口网络节点接口( u n i ，n n i ) 等相应功能，以保证l n 向m n 的无缝扩展。 当r p rm a c 层保护与s d h 环网保护同时使用时，需要采用相应的策略来保证 出现故障时两种倒换不会重叠发生，例如可以采用拖延时间来推迟r p r 层的倒 换来实现协调。 综上所述，内嵌r p r 设备一方面可通过s d h 来高效、优质的传送t d m 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 业务，另一方面可通过r p r 技术来提供对数据业务的动态、公平、高效的带宽 共享利用以及业务的c o s 和q o s 服务。该应用方案适用于已大量采用s d h 设 备的电信运营商，它即保证了用户的前期投资，又适应了业务模式的变化，对 现有的城域传送网不会带来太大冲击。 而基于分组传送技术的纯r p r 设备则是以太网数据平台向传送网络融合发 展的产物。纯r p r 设备在环路上均采用m a c 帧的分组方式来承载所有业务， 不存在承载t d m 话音业务的s d hv c 通道。r p r 环路将t d m 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 还要提供相应的时钟同步、性能监测和故障诊断等机制。r p r 一般采用电路仿 真( c e s ) 来实现t d m 业务在分组网上的传送。 综上所述，由于r p r 技术在处理突发性的数据业务时具有优势，因此纯 r p r 设各处理数据业务的效率相对较高，并可通过电路仿真t d m 解决方案来 提供多业务传送能力，将数据和话音业务都统一到分组这一级别上进行处理。 该应用方案适用于以提供数据业务为主的新业务运营商，在动态、公平、高效 的传送大量数据业务的同时，还可以提供少量的e 1 厂r 1 或s t m 1 等t d m 专线 业务。 内嵌r p r 技术的m s t p 与以往技术相比的主要优点可归纳为以下几点： 1 高的带宽利用率： 传统的s d h 网络需要预留环带宽的5 0 作为冗余，r p r 则不然，它具有双 环结构( 内环和外环) ，它保持了类似于s d h 中a p s 的保护机制，利用两个反 向的环来保护业务，同时还允许数据业务流在源节点和目的节点之间的双环上 全速传输，不需要保留5 0 的带宽；使用的是空间重用技术，目的节点从环中 剥离到达本点的数据帧后就不再占用环的带宽，释放给下游节点使用，保持了 高的带宽利用率。 2 较公平的带宽分配协议： 通过简单有效的公平算法，实现数据业务的带宽共享。在网络中，用户接 入端的通信业务量是突发性的。r p r 技术支持业务分级，允许网络只在带宽有 空余时，才提供优先级较低的网络接入服务；在业务拥塞的情况下，启动公平 算法，动态分配公平带宽，有效的避免上下游站点间的带宽不公平。 3 快速的保护机制： r p r 可以提供5 0 m s 级的业务保护，这与s d h 的保护机制相类似。r p r 具 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 有两种保护机制：环回保护( w r a p p i n g ) 和源路由( s t e e 血g ) 保护。采用“环回” 时，故障的邻近节点把一个环上的业务环回到另一个环上( 比如把内环上的业 务环回到外环上，类似于s d h 的复用段保护) ，这种方法使数据流在经过很长 一段路径到达目的节点时，都会保持数据帧的连续( 顺序) 性。“源路由”这种 方法实际上是让数据流调转方向，通过另一段路径到达目的节点。比较传统技 术无论是依赖s d h 层保护还是s t p 的秒级保护，都有较大优势，并且可以与 s d h 层保护相互协调形成双层保护，提高了网络安全性。 4 与s d h 网络的无缝连接： 内嵌于s d h 的r p r 系统在组网方面可以与s d h 网络无缝连接，s d h 的网 络一般以环网为主，r p r 需要的正好也是环的结构，可以实现无缝的连接，充 分利用环网的带宽，而不像已有的m s t p 那样需要通过s t p 协议或手工配置在 s d h 环网中防止业务成环，而浪费掉一部分带宽。 5 简单的业务配置： 分布式接入、快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入或删除提供了 即插即用机制。在传统的电路交换模式下，全网的每个链接都需要点到点的一 一配置，而r p r 只需要配置一下接入端与环的链接关系，不需要配置环内各点 之间如何相连，业务如何流向，这样就大大简化了工作。另外这样的业务配置 也避免了传统的e o s 设备中存在的汇聚比的问题，在忽略带宽限制的前提下， r p r 几乎可以做到无限的汇聚比。 6 ，良好的用户隔离： r p r 系统中可以提供v ia n 和专用的扩展c i d 用于进行用户的隔离，不需 要破坏原有的v l a n 标识，不同c i d 的用户之间是不可见的，提高了网络的安 全性。 尽管如此，内嵌r p r 的m s t p 技术也存在局限性，主要表现在无法实现跨 环业务l ，由于1 e e e 8 0 2 1 7 规范的是专为单个物理环而设计的r p rm a c 层 技术因此r p r 的应用仅局限在单环，跨环时业务必须终结，即无法实现跨环 业务的端到端带宽共享、公平机制、0 0 s 和保护功能。所以，内嵌r p r 的m s t p 技术在组建复杂网络时有一定的拓扑局限性，需要融合其它技术来提供端到端 的以太网业务，象在组建相切环、相交环、环带链、网状网等复杂的网络拓扑 时，需要融合其他技术来实现跨环的端到端业务和q o s 保证。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 3 本文研究工作 尽管国内外许多厂家已经陆续推出了内嵌r p r 技术的成熟设备产品，但在 国内商用和测试的实例还未见报道。 本文在r p r 技术组网方式和传统组网方式的性能优缺点对比分析的基础 上，组建一套基于内嵌r p r 技术的m s t p 实验网，对以太网业务二层交换功能、 内嵌r p rm a c 功能、保护功能、r p r 业务适配功能、r p r 环路容量调整等功 能及性能测试方案的制定与实施，并对测试数据进行分析研究，深入地研究r p r 技术的优缺点、以及就组建r p r 网络、制定测试方案和应用指标当中遇到的问 题进行分析研究，提供解决方案。 本文的研究为运营商组建r p r 网络和测试r p r 网络的功能与性能提供了 参考方案和参考指标。通过分析r p r 网络的测试数据，并与现有m s p t 网络的 功能与性能对比，为r p r 网络在解决城域网传输数据业务方面的优越性提供佐 证。再加上对这其中遇到的问题的解决方案的研究，得出一个完善的内嵌r p r 技术在城域传送网中的应用和测试实例，为城域网络传输数据业务进行优化方 案提供参考。 本文的主要内容分为以下几个部分：第一章简单介绍了基于内嵌r p r 的 m s t p 技术的发展与现状；分析了基于内嵌r p r 的m s t p 技术的特点，并强调 了与以往m s t p 技术比较：第二章从工作原理上分析基于内嵌r p r 的m s t p 技 术的各项功能的实现原理，说明其在充分利用现有的s d h 网络，在处理城域网 中曰益增加的数据、话音、图像等多业务时具有的优势；第三章组建基于内嵌 r p r 的m s t p 实验网络，制定测试方案与参考测试指标，对r p r 网络的各项功 能与性能进行测试：分析测试数据，跟以往m s t p 技术的功能和性能指标进行 比较分析，进一步验证基于内嵌r p r 的m s t p 技术的优缺点；第四章通过实例 分析基于内嵌r p r 的m s t p 技术在域域网中传输以太网业务的优势，并对组建 r p r 网络和测试r p r 的功能与性能中遇到的问题进行分析研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章工作原理分析 基于内嵌r p r 的m s t p 技术可以充分利用现有s d h 网络，在处理城域网 中日益增加的数据、话音、图像等多业务时具有很大的优势。本章从工作原理 上对内嵌r p r 的m s t p 技术的各项技术特点进行了分析。 2 1 内嵌r p r 的m s t p 技术的功能要求 国际标准i e e e8 0 2 1 7 定义的基于内嵌r p r 的m s t p 是指：内嵌r p r 功能， 而且提供统一网管的多业务节点( m s t p ) 。其关键特征为：以太网业务适配到 r p r m a c 层处理，然后映射到s d h 的v c 通道中传送。内嵌r p r 的m s t p 还 应具有以下特征： 1 具有将以太网业务适配到r p r m a c 层的功能。 2 具有r p rm a c 层的功能：公平算法、保护、拓扑发现、环选择。 3 r p rm a c 层具有服务等级分类功能。 4 r p rm a c 层具有统计复用功能。 5 r p rm a c 层具有空间复用功能。 6 。r p rm a c 层具有按服务等级调度业务的能力。 7 具有将r p rm a c 层数据映射到s d h 层传送并指配s d h 的v c 作为传 送通道的功能。 基于内嵌r p r 的m s t p 的功能块模型如图2 1 所示； 基于内嵌r p r 的m s t p 的功能块模型如图2 1 所示； 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 p 埘 接口接口 w t 一n | 层扯理i ， 接口 v c 复弭 映交 用生 射 _ 叉 段段 以太同、吲 7 g f p ， 连 _ ， 开 t 开 接口 l p s 接 躺销 处处 。、r i 、 h d l c 理理 吲7 r p r 砒c 屉址理 s 删州【_ 一 辑生段1 、l复用段l s 川一n 接口 。i _ 1 开销处理| 17 l 开销处理r 接口 图2 1 基于内嵌r p r 的m s t p 功能框图 2 2 内嵌r p r 的m s t p 环 2 2 1r p r 的参考模型 r p r 位于数据链路层，包括m a c 控制子层、m a c 数据通道子层。 逻辑链路控制子层与m a c 控制子层之间是m a c 服务接口。m a c 服务接 口支持把来自逻辑链路控制子层的数据传送到一个或多个远端同样的逻辑链路 控制子层。 m a c 控制子层控制数据通道子层，维护m a c 状态和m a c 控制子层与其 它m a c 之间的协调，并控制m a c 与其客户之间的数据传送。 m a c 数据通道子层为每个小环提供数据传送功能。 物理层服务接口用于m a c 层向物理媒介发送或从物理媒介接收r p r m a c 帧。 r p r 的参考模型如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 o s i 参考 r p r 层次 模型层次 更高层 应用层 i 逻辑链路层 ， 表达屡 ， i 公平算法 l n c 控制 l 操作管理维护i ， ， 环选择 l拓扑发现l 会话层 ? i 保护 i ， 传输层 ， m a c 数据通道 g f p 协调子屡s d h 协调子屡 网络层 7 l 。”。l ”一s p i _ ；+ 雕；。i 数据链路层 g f p 适配 、一 l p p p l a p s 适配 _ ， ，。s 阴物理层j i | i 物理层 依赖媒介的接口刊i 囊? i 图2 2r p r 的参考模型 m a c 服务接口 物理层 服务接口 根据1 e e e 的标准框架结构，8 0 2 1 7 和8 0 2 3 是平级的协议，都是链路层 的协议。r p r 可以兼容多种数据速率，可以在一系列的物理层上工作，如： s o n e t s d h 、千兆以太网( 压e e8 0 2 3 a b ) 、1 0 g b i t s 以太网( 正e e8 0 2 _ 3 a e ) 等。 r p r 同样也属于广播型网络，一个数据包可以到达环上所有的节点。这意 味着多种施用于广播型网络的技术能够继续施用于r p r 上，如地址解析协议 ( a r p ) 、生成树协议( 8 0 2 1 d ) 和三层协议等。r p r 的基本数据单元是数据 帧，r p r 帧的最大长度是9 2 1 6 字节，数据帧的格式类似于以太网帧。 2 2 2 内嵌r p r 的m s t p 环和节点结构 r p r 是由一对单向互逆的小环组成的双环结构，如图2 3 所示。 两个小环分别被标识为小环o ( r i n g l e t 0 ) 和小环1 ( r j n g l e t l ) ，它们在传送 数据信号时，同时传送控制信号。 环上每个节点用一个m e e8 0 24 8 比特m a c 地址来标识。环上邻近的两个 节点之间的一段被称为s p a n 。一组连续的s p a n 是一个拥塞域fc o n g e s l j o n d o l 舶a i n ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文簋! ! 夏 当环上某个节点s x 的输出直接输入到节点s y ，节点s y 就称为s x 的下 游( d o w ns t r e a m ) 。例如，在r p r 小环o 上，节点2 是节点1 的下游。当节点 s y 称为s x 的下游( d o w ns t r e a m ) 时，s x 就是s y 的上游( u ps t r e a m ) 。例如， 在r p r 小环o 上，节点1 是节点2 的上游。 以太用数据 图2 3 内嵌r p r 的m s t p 环和节点的结构 在内嵌r p r 的m s t p 节点上，一个r p r 节点包括一个m a c 客户实体、 一个m a c 实体和两个物理层实体，如图2 3 所示。 每个物理层实体关联到一个与相邻节点共享的s p a n 。 从小环1 发送、从小环o 接收的物理层标识为西向物理层( w e s tp h y ) ； 从小环0 发送、从小环1 接收的物理层标识为东向物理层( e a s tp h y ) ； 2 2 3r p r 的帧结构以及r p rm a c 对数据帧的处理 r p r 的标准帧结构如图2 4 所示。 在r p r 中共有四种帧：数据帧( d a t af r a m e ) 、控制帧( c o n t r 0 1f r a m e ) 、公 平帧( f a i r n e s sf r a m e ) 和空闲帧( i d l e f r a m e ) 。其结构如图2 5 所示。 r 】喂p “l o a d r p r1 a i l e r 图2 4 r p r 的标准帧结构 竹l b a s er j n gc o n t r o i d a s a t t l b a s e b x t e n d c dr i n gc o n t m i h e c p r o t o c 0 1t y p e s e f v i c cd a 诅u n 1 、 f c s ( a ) t t l b a s cr i n gc o n 仃0 1 s a c o m p a c t f a i r n c s sh e a d e r f a i m e s sr a f c f c s h e a d c r p a y l o a d t r a i l c r h e a d e r t m j l e r h e a d e r p a v l o a d ( c ) ( d ) 图2 - 5 r p r 中的4 种帧结构： ( a ) 数据帧结构；( b ) 控制帧结构；( c ) 公平帧结构；( d ) 空闲帧结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 r p r 四种帧结构中共用字段说明： 1 t t l ：生存时间f n m et 0l i v e ) ，这一个字节记录的是报文到达目的节点 前能经过的最大节点数，每经过一个节点，该字段数字减1 ，减到0 时从环上剥 离，通过这种机制可以防止帧在r p r 环上无限次的循环转发。帧中该字段的初 始值应不小于已知目的节点和本节点相隔的跳数。该字节也决定了r p r 环最多 只能有2 5 5 个站点。 2 b a s ec o n t m l ：环基础控制字节结构如图2 6 所示： m s b l s b 76543210 图2 6r p r 环基础控锩8 字节结构 其中： r 1 ：环m ，r p r 环为双向环，报文的发送可以有两个方向，该比特记录的 是该帧生成时，被发送的环路方向。 0 ：r i n 醇e t o ； 1 ：r i n 醇e t l ； f e ：公平适从，该比特用于标记一个帧是否参与公平算法。当一个帧被标 记为c l a s s a 业务时，或一个帧为公平算法帧或i d l e 帧时，该比特被忽略。即 在r p r 提供的所有业务中，只有b 类业务和c 类业务参与公平算法。 0 ：不参与公平算法： 1 ：参与公平算法； f t ：帧类型，这两个比特标志帧的4 种类型。 0 0 ：i d l e 帧( i d l e ) ； 0 1 ：控制帧( c o n t o l ) ； ：o ：公平算法帧( 腿n e s s ) i 1 1 ：数据帧( d 御除) ； s c ：服务类型，这两个比特标志一个帧所属的服务类型。 0 0 ：c l a s s c 业务； 0 1 ：c 1 a s s b 业务； 1 0 ：c l a s s a l 业务； 1 1 ：c l a s s a 0 业务； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 w e ：w r a p 适从，该比特标记帧在发生w r a p 保护时，能否被环回。 0 ：只可进行s t e e r i n g 保护； 1 ：可以进行w r a p p i n g 保护； p ：环控制校验比特，该比特提供对b a s ec o n t r o l 字段的奇偶校验。对于 公平算法帧和i d l 恩帧，校验值必须使环控制字段所有比特( 包括pb “自身) 中值为1 的比特数目为奇数个；对于数据帧和控制帧，该比特保留，置0 ，接收 时被忽略。 3 d a 、s a ：站点地址，都是一个4 8 b i t 的地址域，分别用于确定帧的目的 站点和源站点地址，定义方式与8 0 2 _ 3 网络一致，广播目的地址也为 o x h 蕾f f f f f h 下f ，源站点地址由上层网管确定，目的站点地址则由路由算法根 据拓扑发现决定。 4 t t lb a s e ：与1 t l 基本一样，表示帧从源站点发出时订l 值，该域在 传输过程中不被修改，目的站点可以根据1 几和1 凡b 髂e 判断出源站点与本 点之间的跳数。 5 e x t e n d e dc o n t r o l ：环扩展控制字节结构如图2 7 所示： m s bl s b 765432l0 图2 7r p r 环扩展控制字节结构 其中： e f ：扩展帧标识，定义数据帧使用的是基本帧格式还是扩展帧格式； f i ：泱泛标识，指示帧在环上的洪泛方式，指：不洪泛、单向洪泛和双向 洪泛： p s ：过源站点标识，表示在w r a p 保护中帧是否从反环经过源站点； s o ：严格次序标识，表示帧的次序在传输过程中是否需要严格保证次序。 6 h e c ：在数据帧和控制帧中有一个1 6 b i t 的h e c 域，用于对1 6 字节的 帧头( 订l 、b a s ec o n t r o l 、d a 、s a 、t t l b a s e 、e x t e n d e dc o n t r 0 1 ) 进行c r c 1 6 的校验。 r p rm a c 对数据帧的处理情况： 1 r p r 接收侧处理( i n 口e s s ) ： 当r p r 层的输入处理从环上收到数据帧后，首先检查数据帧的t t l 值，不 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 为零后减1 处理，为o 就进行剥离处理； 然后再检验此帧的类型并对数据帧进行相应的校验和检验，并剥离错帧， 如果是公平算法控制帧，就直接交给公平算法模块进行处理，如果是i d l e 帧 则直接剥离： 再通过对比帧上的源站点地址是否和本点的地址相同来检验此帧是否是本 点发出的帧，如果地址相同接着判断是否环不匹配，如果匹配就剥离，如果不 匹配，判断本节点是否进入w r a p p i n g 保护状态，如果已经进入w r a p p i n g 保护 状态就直接转发此帧，否则丢弃； 最后判断是否此数据帧的目的地址和本节点地址是否相同，如果相同先判 断是否是控制帧，如果是控制帧就交给c p u 进行处理，否则进入8 0 2 3 的e g r e s s 进行下环处理，如果目的地址不是本节点则直接进入转发通道。 2 r p r 发送侧处理( 如r e s s ) ： r p r 发送侧发送的数据帧包括本点转发的数据以及本点插入的数据帧和控 制帧，对于本点插入的数据帧，首先需要按目的m a c 进行查找，通过拓扑发 现和路由表项决定其目的站点地址以及环选择，找到目的站点后，根据对应的 优先级送入相应的上环队列；发送侧处理的难点主要是各个队列的调度。 2 3 内嵌砌慢m a c 功能 内嵌r p rm a c 层的功能完全符合m e e8 0 2 1 7 协议的相关规定，功能框图 如图2 8 所示。 内嵌r p rm a c 层的功能主要有： 1 支持业务等级分类和按业务等级转发的功能； 2 支持m e e 8 0 2 1 7 的拓扑发现协议 3 业务进入环路时，根据最短路径原则选择小环o 或小环1 作为输出环： 4 支持i e e e8 0 2 1 7 定义的公平算法，保证各节点低优先级业务的公平性； 5 r p r 环路保护功能支持s t e e r i n g 和w r a p p i n g 保护方式；缺省为s t e e r i n g 倒换模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 t y p e l e n g 出v 柏u en f c s 2 2 t l v t y p e t l v l e n g t h it l v a l “。 图2 9 拓扑发现帧结构 r p r 拓扑发现帧结构中对t l 进行了定义： 1 权重t l v ，用于申明本点的权重； 2 总保留带宽t l ，用于申明站点在各个环上总的a o 业务保留带宽； 3 站点能力t l = v ，用于申明本点是否支持j u m b o 帧( 巨型帧) 以及是否 支持w r a p p i n g 保护方式： 4 相邻站点t i ，用于申明本点的东向和西向站点地址； 5 各保留带宽，用于申明各个环上站点与各个站点之间的a o 业务保 留带宽，各站点的保留信息按距离源站点的跳数排序； 6 站点名称1 r i ，该t n ，是可选项，用于申明本站点的a s c l l 名称； 7 卖方特殊t i ，该t l v 是可选项，用于卖方传递站点特殊信息。 2 _ 3 3r p r 的环保护功能 r p rm a c 层具有两种保护机制：s t e e r i n g 保护和w r a p p i n g 保护。 采用w h p p i n g 保护时，环上节点会把一个环上的业务环回到另一个环上 ( 比如把内环上的业务环回到外环上，类似于s d h 的复用段保护) ，这种方法 使数据流在经过很长一段路径到达目的节点时，都会保持数据帧的连续( 顺序) 性。而s t e e r i n g 保护，实际上是让数据流调转方向，通过另一段路径到达目的 节 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 ( a ) 图2 1 0 ( a ) w r a p p 虹g 保护；( b ) s t e e r i n g 保护 r p r 环上m s t p 节点s 4 有目的地址为s 1 的数据流，在正常情况下，数据 流经过节点s 4 、s 5 、s 6 、s 1 到达目的节点s 1 ，这主要是由于r p r 环具有自动 选择最短路由的功能，在左右路由长度相同的情况下，优先选择外环( o 环) 进 行传送数据的功能；假设s 5 与s 6 节点间发生断纤，r p r 启动保护机制，其中 w r a p p i n g 保护模式下，数据流经过s 4 、s 5 、s 4 、s 3 、s 2 、s 1 、s 6 、s 1 到达目 的节点s 1 ，数据不在第一经过s 1 就进行剥离主要是考虑保护数据帧的顺序； 而s t e e r i n 窟保护模式下，数据流经过s 4 、s 3 、s 2 、s 1 到达目的节点s 1 。 可见，基于内嵌r p r 的m s t p 网络具有r p rm a c 层保护和s d h 层保护 两种保护机制，用户可以指配是否同时采用r p rm a c 层的保护和s d h 物理层 的保护；当r p r m a c 层保护与s d h 的保护同时使能时，可以采用拖延r p r 层倒换时间来支持层间倒换以保证两种倒换不会重叠发生( 拖延时间是指检测 到业务失效到启动倒换之间的等待时间，在这一段时间内如果业务恢复，将不 发爿捆1 换，范罔o 。1 0 秒，步进级别为1 0 0 m s ) 。 r p rm a c 层在出现下列情况之一时发生倒换倒换时间小于5 0 m s ：r p r m a c 层连接中断告警；s d h 层告警：信号丢失( l o s ) 、帧丢失( l o f ) 、指针 丢失( l o p ) 、通道告警指示信号( s ) 、信号劣化( s d ) 。 2 4r p r 的公平算法 带宽管理是r p r 的一个重点，这部分功能主要通过公平算法来实现，以达 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 1 页 间选择最小值公布给上行节点；若当前节点不阻塞，节点就将公平速率向上游