（通信与信息系统专业论文）面向城域的弹性分组环（rpr）公平控制算法研究.pdf

重庆邮电大学硕十论文摘要 摘要 随着现今网络应用的快速发展，各种城域网技术层出不穷，其中弹性分组 环( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g 。r p r ) 集成了i p 的智能化、以太网的经济性和光环网 的高带宽、高可靠性等优点，具有非常好的市场前景。r p r 技术的关键目标表 现在如何为各个节点公平地分配带宽资源，环上的链路获得尽可能高的带宽利 用率以及实现某些链路上的资源重用。因此r p r 网络中的一个核心技术是构造 出能同时满足公平性、高的链路带宽利用率和实现空日j 重用的带宽分配公平算 法。 论文第一章回顾了城域网络的起源，介绍了城域网的现状、发展趋势，城 域网几种热点的组网方案，包括弹性分组环技术( r p r ) 、城域以太网技术、下 一代s d h ，s o n e t 技术( m s t p ) 、城域w d m 技术、a t m 技术等。同时分析了当 前城域网络的不足以及进行改革性建设的必要性、紧迫性。 论文第二章介绍了面向城域光纤环网传输的弹性分组环技术，给出了弹性 分组环传输的参考模型和层次模型，讨论了弹性分组环城域传输帧格式、带宽 管理方式和自动拓扑发现。分析了r p r 的特性、优势以及在城域网中的应用。 论文第三章着重对r p r 的公平性问题进行分析。研究了r p r 公平控制机制， 公平协议，公平协议的目标。对r p r 中m a c 层标准，m a c 支持的服务级别， m a c 的公平性以及m a c 公平性运作进行了详细探讨。 论文第四章着重对r p r 公平算法的原理，算法需要解决的问题，公平算法 的两种速率调整模式进行了一系列的分析研究。同时，对r p r 草案 ( i e e e s 0 2 1 7 d r a f t ) 中公平算法的原理机制进行了详细的分析，并对其存在的 一些待完善的问题进行了说明。 论文第五章针对r p r 草案中公平算法的不足，首先对几种具有代表性公平 算法的性能、优缺点进行了分析比较。然后在此基础上提出了一种性能较为完 善的r p r 宽带公平算法。该算法是基于融，r 环网加权平均分配方案提出的一种 具有代表性的公平算法，它采用p 控制器原理为共享某链路的各数据流合理地分 配带宽资源，符合r i a s 公平原则。算法能够有效保证r p r 宽带分配的公平性， 实现环网中各链路上的资源重用以及使链路资源利用率达到最大化。理论研究 和仿真结果证明，该算法能够有效的解决非平衡流下的振荡问题和h o l 问题等， 并具有收敛时间短，算法复杂度低等良好的性能。该部分是整个论文的核心和 创新部分。 论文最后对整篇论文做了总结，并对未来的工作做了规划。抓住当前城域 重庆邮电大学硕士论文 摘要 网络传输技术研究的机遇，紧跟国际上城域传输新技术研究，掌握一批具有自 己知识产权的核心技术，研发出满足国内城域建设实用化的产品，以最快的速 度推向市场，是非常有意义的。 关键词：城域网，弹性分组环，公平算法，p 控制器，r i a s 公平原则 i i 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fn e t w o r ka p p l i c a t i o nn o w ，v a r i o u sk i n d so fm a n t e c h n o l o g i e se m e r g ei na l le n d l e s ss t r e a m ，a m o n ga l lk i n d so fm a nt e c h n o l o g i e s ， r e s i l e n gp a c k e tr j n g ( r p r ) t a k e so ne x c e l l e n tm a r k e tp r o s p e c tw h i c hi si n t e g r a t e d w i t hm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha st h ei n t e l l i g e n c eo fi p , e c o n o m yo fe t h e m e t ，h i g h b a n d w i d t ha n dr e l i a b i l i t yo fo p t i c a lf i b e rr i n gn e t w o r k s t h ek e yp e r f o m a n c e o b j e c t i v e so fr p r a r et oa c h i e v eh i g hb a n d w i d t hu t i l i z a t i o n , o p t i m u ms p a t i a lr e u s e o nt h ed u a lr i n g s ，a n df m a e s s t h ec h a l l e n g ei st od e s i g na na l g o r i t h mt h a tc a nr e a c t d y n a m i c a l l yt ot h e 自m m c si na c h i e v i n gt h e s eo b j e c t i v e s i nt h ef i r s tc h a p t e r , w el o o kb a c kt ot h eo r i g i n a t i o no fm a n ，i n t r o d u c ei t s c u r r e n ta n df u t u r ed e v e l o p m e n t , a n da n a l y z et h ec u r r e n th o t s p o tt e c h n o l o g i e s ， i n c l u d i n gr e s i l i e n tp a c k e tr i n g ( r p r ) ，m e t r o e t h e r n e tn e t w o r k ( m e n ) ， n e x t - g e n e r a t i o ns d h s o n e t , m e t r o - w d m ，m p l s g m p l s ，a t ma n ds oo n , a n d a n a l y z et h ei n s u f f i c i e n c yo f c u r r e n tm a n a n dt h en e c e s s a r yt or e f o r mm a n i nt h es e c o n dc h a p t e r , w ei n t r o d u c et h em e t r o - o r i e n t e df i b e rr i n gt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y r p r , g i v et h er e f e r e n c em o d e lo ft h er p rt r a n s m i s s i o na n d a d m i n i s t r a t i v el e v e l s ，a n a l y z ei l st r a n s m i s s i o nf r a m e - f o r m a t ，m a n a g e m e n to f b a n d w i d t ha n d a u t o m a t i c a l l y d e t e c t i o no ft o p o l o g y a l s ow ea n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i c ，a d v a n t a g ea n d i t sa p p l i c a t i o ni nm a n i nt h et l l i r dc h a p t e r , w ea n a l y z et h ef a i r n e s sp e r f o r m a n c eo f r p r s t u d yt h er p r f a r i n e s sc o n t r o lm e c h a n i s m ，f a i r n e s sp r o t o c o l ，t h eg o a l so ff a i r n e s sp r o t o c o l ，a n d d i s c u s st h e s ec o n t e n t s ，i n c l u d i n gt h es t a n d a r do fm a c l a y e ri nr p l lt h es e r v i c e c l a s s e so f m a c ，t h ef a i m e s sp e r f o r m a n c eo f m a ca n dt h eo p e r a t i o no f m a c i nt h ef o u r t hc h a p t e r , w ea n a l y z et h ep r i n c i p l eo fr p rf a i r n e s sa l g o r i t h m ，w h a t p r o b l e mt h ea l g o r i t h ms h o u l dr e s o l v e ，t h et w os p e e d i n gm o d e s a n di n t r o d u c et h e i e e e 8 0 2 1 7d r a 矗f a i r n e s sa l g o r i t h m , a n a l y z et h ed e f i c i e n c i e sw h i c he x i s ti nt h er p r d r a f t i nt h ef i f t hc h a p t e r , a i m i n ga tt h ed e f i c i e n c i e se x i s ti nt h ef a i r n e s sa l g o r i t h m s , f i r s t l y , w ea n a l y z ea n de o m p m tw i t hs e v e r a la l g o r i t h m sw h i c ha r ep r o p o s e db a d e d o nt h ef a i r n e s sa l g o r i t h mi nr p rd r a f t t h e n , w ep r o p o s ean e wr p rb a n d w i d t h f a i r n e s sa l g o r i t h mb a s e do nt h e m , w h i c hh a sb e t t e rp e r f o r m a n c e b a s e do nt h er p r n e t w o r kw e i g h t e da l l o c a t e da l g o r i t h m ，t h i sa l g o r i t h mi sar e p r e s e n t a t i v eo n e ，w h i c h 1 1 1 重庆邮电大学硕十论文 摘要 c a nd i s t r i b u t eb a n d w i d t hf a i r l yf o re v e r yt r a f 珏c i tu s e st h ep r o p o r t i o n a lc o n t r o l m e t h o dt oa l l o c a t et h eb a l l d w i d t hf o rt h ef l o w sp a s s i n gb ys o m el i n k ，w h i c hc a n s a t i s f yt h er i a sf a i r n e s sp r i n c i p l e t h i sf a i r n e s sa l g o r i t h mc a na c h i e v et h ef o l l o w i n g g o a l s ：a c h i e v i n gh i g hb a n d w i d t hu t i l i z a t i o n , o p t i m u ms p a t i a lr e u s eo nt h ed u a lr i n g s ， a n df u n e s s t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ep r o b l e m s s u c ha st h es e r i o u st l l r o u g l l p u to s c i l l a t i o na n dh o lc a nb es o l v e dp e r f e c t l y , a n di t h a sg o o dp e r f o r m a n c e s ，s u c ha ss h o r tc o n v e r g e n c et i m e ，l o wc o m p l e x i t ya n ds oo n t h i sp a r ti st h ek e yo f m yt h e s i s t h ef i n a l c h a p t e ro ft h e t h e s i sc o m e st os o m ec o n c l u s i o n sa n ds o m e c o n s i d e r a t i o n s ，d i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n ts y s t e mo fm a n ，p r o p o s e st h ef o r w a r d e x p e c t a t i o nf o rt h en e x tg e n e r a t i o nm a n t r a n s m i s s i o n k e yw o r d s ：m e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k s ( m a n ) ，r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ( r p r ) ， f a i m e s sa l g o r i t h m ，p - c o u n t r o l e r ，r i a sf a i r n e s sp r i n i e p l e ltr94$tta 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖邮血太堂或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：念孢崩签字同期：溯年钿弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆邮电太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权重庆邮虫太堂可以将学位论文的全都或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：蝓施雨名歹丧铆 签字目期：劲。多年6 月弓日 签字日期：l 知台幻日 重庆邮电人学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 城域网络的起源及基本特征 1 1 1 城域网络的起源 城域网络( 又称城域网) 的概念是在2 0 世纪8 0 年代后期引出的，源自于 当时的数据通信。当时随着数据通信网络的发展，根据网络覆盖的地理范围大 小，网络被分为局域网( l o c a l a r e a n e t w o r k , l a n ) 、城域网( m e t r o p o l i t a n a r e a n e t w o r k ，m a n ) 、广域网( w i d ea r e an e t w o r k , w a n ) ，可以类比于电话网络中 的本地交换网( p r i v a t e b r a n c h e x c h a n g e 。p b x ) 、市话网、长话网。 1 9 9 0 年i e e e 正式推出8 0 2 6 分布式队列双总线( d i s t r i b u t e dq u e u ed u a lb u s ， d q d b ) 协议，是第一个真正面向城域传输的协议体系【l l 。美国1 e e e 8 0 2 局域 和城域标准委员会对城域网的最初定义是：以光纤为通信媒质，能提供高速率， 支持数据、话音和图像的综合业务传输，在跨度为5 0 公里( k m ) 一1 0 0 公里( k m ) 的城市覆盖范围内实现高速宽带传输的数据通信网络。 1 1 2 城域网的概念及基本特征 城域网跨接于广域网与接入网之间，是一种主要面向企事业用户的，最大 可覆盖城市及其郊区范围的，提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网。它 是既不同于局域网，又不同于广域网。城域网实际是一种带有某些广域网特点 的本地应用网络，可以说城域网的关键特征是公用多业务网，从而带来了一系 列有别于其它网络的特点。它有以下三个基本特征： 1 ) 覆盖区域比校园网大，比广域网( w a n ) 小； 2 ) 连接两个或两个以上的l a b ； 3 ) 通常覆盖整个城区及郊区。 1 2 城域网的现状 城域网跨接于长途网与接入网之间，受两个关键因素推动，即用户的需求 和支持这些需求的技术。城域环境是通信网中最复杂的坏境，城域网的特点是 必须包容各种不同的网络协议和信道速率。目前城域网正在发生巨大的变化， 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 除了基于技术和用户的机制转变外，城域市场正在迅速成为一个竞争的焦点。 1 2 1 城域网的分层结构 一般来说，城域网分为三层：核心层、汇聚层、接入层【1 ，2 1 2 1 ，如图1 1 所示。 图1 1 典型的城域网络三层体系结构 核心层；主要实现不同区域业务的连接和调度，具有节点集中、业务种类 繁多、业务量大等特点，是宽带城域网企业应用发展的关键环节与瓶颈。核心 层对大量的数据进行快速的响应和可靠的转发，尽可能快速传输数据是它的唯 一目标。核心层要求高可靠性，通过数据链实现高速和冗余；高速，降低延时； 选择一种低耗时的路由协议，如果路由设计失败，任何提高速度和冗余的办法 都是无效的。 汇聚层：实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚，具有节点多、端 口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。汇聚层也可以看成是工作组 层，连接接入层和核心层。它的基本功能是提供路由和过滤，为要到达核心层 的数据流提供最优的路径。 接入层：控制用户访问网络资源，它的功能包括：访问控制和策略；建立 单独的广播域；连接工作组到汇聚层。 1 2 2 城域网面临的主要问题 城域网将面临以下主要问趔2 3 , 4 1 ； 城域网上的业务流量可能远比长途骨干网业务流量大； 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 城域网的业务接口复杂，既有标准的s d h 业务，也有p d h 业务、各种数 据业务；等效节点带宽管理能力； d w d m 在长途干线上的大规模应用和宽带接入的迅猛发展导致城域网的 瓶颈问题。 1 3 城域网的各种技术方案 1 3 1 选择城域网技术方案原则 建设城域网必须注意以下三点：1 针对网络中实际的业务模型，采用合适 的网络拓扑结构( 包括是树状、环状型、双归型、网状网型等) ；2 针对业务颗 粒大小及其分布，采用合适的网络双层结构( 包括二层结构、三层结构等) ；3 考虑网络拓扑结构和分层结构，结合网络可扩展、经济性、网络设备的利用率、 电路调度的灵活等要求，选用合适的技术及产品。 城域网技术方案的选择应综合业务的需求、市场定位、服务对象和现有的 网络资源情况，以节省建设成本，避免单一技术，合理利用现有投资。 1 3 2 城域网的技术方案 目前，就成熟的技术而言，国内外厂家提出的宽带城域网解决方案可归结 为五大类：第一类是以s d h 为基础的多业务平台；第二类是基于第二层( l a y e r 2 ) 交换和第三层( l a y e r 3 ) 选路的方案，主要指基于以太网的宽带口解决方案； 第三类是以a t m 为基础的多业务平台方案；第四类是城域网用w d m 方案， 即以w d m 为基础的多业务平台。第五类是r p r 技术。下面就这几种技术分别 做简要介绍。 1 下一代s d h m s t p 方案 这个方案是利用大家熟悉和信任的s d h 技术，特别是它的保护恢复能力和 确保的延时性能，加以改造来充分适应多业务应用，支持l a y e r 2 l a y e r 3 的数据 智能，基本思路是将多种不同的业务通过v c 级联等方式映射进不同的s d h 时 隙。而s d h 设备和l a y e r 2 和l a y e r 3 及l a y e r 4 分组设备在物理上集成为一个实 体，减少了机架数、机房占地、功耗和架间互连，加快了业务提供速度，改进 了网络的扩展性。而s d h 多业务点还可以方便地完成协议终结和转换。 m s t p 在充分利用s d h 技术优势的基础上，对网络业务支撑层加以改造来 适应多业务应用的需求。m s t p 将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 业务层和传送层一体化的s d h 业务节点，即多业务传送节点。基于s d h 技术 的m s t p 节点设备将传统的s d h 复用器、数字交叉连接器d x c 、w d m 终端、 网络二层交换机和i p 边缘路由器等多个独立的设备集成为一个设备进行统一 的控制和管理。m s t p 通过统计复用提高了t d m 通路的带宽利用率，并减少了 局端设备的端口数，使现有的s d h 基础设施最佳化。 2 基于以太网的宽带i p 方案 作为城域传送网的最初形态，以太网直连被看成是最简单的局域传输组网 方式，它只需要少量的规划、设计和测试工作；作为一种标准技术，以太网互 连操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低；它是一种适应多种媒体的技术， 可以提供与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒体透明的接口，避免了重新 布线的成本；具有良好的扩展性，支持1 0 m b i t s 、1 0 0 m b i t s 、1 g b i t s 和1 0 g b i t s 的速率；以端到端的面目出现，消除了网络边界处的格式变换，减少了网络的 复杂度。 以太网技术用于m a n 主要有三种方式；e o s ( e t h e m e to v e rs d h ) 、e o d ( e t h e m c to v e rd w d m ) 和e o r p r ( e t h e m e to v e rr p r ) ，传统厂商基本选用前 两种方式，而以数据业务为主的新兴厂商选择后一种方式。 但是当以太网应用到城域网时，它的q o s 就得不到保证，无法提供时实业 务所需的q o s 和多用户共享节点和网络所必需的计费统计功能；缺乏安全机制 保证，在m a n 中利用上层来处理安全需求是不能接受的；网络管理能力很弱， 目前只有网元级管理系统；由于是点到点的直连，省掉了交换设备，无法提供 故障定位和性能监视，不支持回环测试和倒环保护。 所以只有解决了上述主要问题，以太网才可以顺利地应用于m a n 和w a n 。 3 以a t m 为基础的多业务平台 a t m 的固有设计已经充分考虑了业务的q o s 问题，因此可以为i p 或其他 任意信号提供面向连接的、带宽可控、安全性好、延时小的高质量业务，特别 是a t mv p 技术可以使s d h 网更有效地承载数据流。 但是其缺点也是很明显的，主要包括： 网络体系结构复杂； 传输效率低下； 速率难以提高； 信令建立复杂，选路灵活性不高； 硬件投资高，运行维护管理复杂； 有较大的带宽损失； 不适应大型m 骨干网应用。 4 重庆邮电大学硕十论文 第一章绪论 所以a t m 为基础的多业务平台不是一个长远的解决方案。 4 城域网w d m 方案 随着技术的进展和业务的发展，w d m 技术正从长途传输领域向城域网领 域扩展采用w d m 后，容量有了大幅度的提高，至少几十倍，还提供某种形式 的w d m 环保护；网络运营者可以提供透明的以波长为基础的业务，不再受限 于s d h 格式；其光接口可以自动接收和适应1 0 m b w s 1 0 g b i t s 的信号；具有 良好的波长扩展性，随时增加新的波长而不影响原有工作波长，这样就可以迅 速提供新的业务。 w d m 系统的主要不足之处在于城域网w d m 系统的主要不足之处在于其 本质上还是以电路的方式提供业务，不能有效灵活地将低速率信号汇聚进较昂 贵的波长通路，尤其是对于突发性数据业务不能进行统计复用传输；此外，不 能动态地配置波长，实现光层灵活连接；最后，目日订其成本仍然较高。 5 r p r 技术 近来，为克服以太网缺乏q o s 支持能力和电信网应用的可靠性，以及s d h 不能对数据业务优化传输的缺点，一种新的城域网络技术弹性分组环技术 ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ，r p r ) 日益受到大家的关注，成为城域网的热点技术之 一。r p r 技术我们将在下章节做详细的介绍。其主要技术特点可概括为：灵活 性；可靠性；兼容性；可扩展性。 1 4 下一代城域网面临的挑战和要求 1 4 1 下一代城域网面临的挑战 由于用户是直接与城域网络打交道，因此接入层就应把重点放在提供灵活 的连接和连接速度、业务、保护和管理能力上。核心层对于企业网和接入层来 说起到一个集中器的作用，它直接与区域网和长途网对接。从目前的发展趋势 看，城域网络主要面临如下的挑战郾捌： 首先，城域网上的业务流量可能远比长途骨干网业务流量要大。从业务流 量的增长趋势看来，主导传输网络的业务随时间发展分别是语音、数据和图像。 在过去的语音业务为主的网络中，城域网的业务流量就明显大于长途骨干网， 这是因为7 0 以上的语音业务都是本地业务。当图像业务进入传输网络后，其 对于带宽的占用量将大大超过前两者。而图像业务的大规模应用，如视频点播 等等，将更多地呈现本地化业务特征，使本地业务流量大大增加。 其次，城域网的业务接口复杂。众所周知，城域网中既有标准的s d h s o n e t 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 业务，也有p d h 业务、视频业务、数掘业务。单单数据业务一项，又包括以太 网、m 路由器以及其它各种数据业务类型。 再有，就是对于城域网而言，制约其发展的关键在于等效节点带宽管理能 力的大小。在城域网中，业务的调度和转接远比骨干网为多。因此，如何提高 等效节点带宽管理能力成了一个大的问题。就国内某一大型城市为例，其网络 调度能力用尽之时，网络的传输容量利用率才不到3 0 。 1 4 2 下一代城域网的要求 为了应付城域网络中的上述挑战，并且使城域网络实用化，同时获得成功， 城域服务提供商已经达成了一致意见，下一代城域网必须提供或达到以下功能 和性能 2 , 3 j 0 , 2 0 l ： 互操作性好：在部署城域网络时，运营商最关注的问题是新设备与原有设 备之间的互操作性和兼容性问题，关注的是从旧设备到新设备之间的升级 是否能够平滑升级，在不影响现有业务的前提下提供新的业务。这意味把 中心机房的设备、业务接入点( p o p ) 设备和客户建筑物里的设备连接到 一起的能力。速率可扩展至数十g b i t s ，节点数目可远远超过传统 s d h s o n e t 的1 6 节点的限制。 多协议支持：城域网必须能够处理很多种协议，并且是有能力从单一的平 台上处理多种协议。因为部署多种基础结构显然是不可行的，特别是对于 服务提供商来说更是这样，因为它们必须向客户提供快速的服务。使用多 协议的系统有很多好处，首先它使得服务提供商能够将现存的基础结构和 技术与新的结构结合使用，继而是可以节省费用，因为传统的设备可以继 续使用。 高可靠性：城域网中提供s d h s o n e t 双环路快速保护的结构是必要的， 第三层设备的智能也是必要的。冗余和智能保证了城域网能够在出现故障 的情况下继续工作。这种结构可以通过被配置成网格形进一步得到支持。 网管能力强：在诸如城域网这样的多协议网络中，网络的管理是极为重要 的。尽管所有的协议都得到支持，但网络管理入员仍然坚持要求基于标准 的、独立于波特率的管理方案，该方案用于集成化的配置，故障定位和性 能监视。 。 成本低：在设计和部署一个城域网络时，成本是一个重要的因素。对于成 本的关注不仅是设备的价格和维护的费用，而且成本的概念已经被扩展到 网络部署的总成本，包括投资费用和运营费用。 业务提供：广城域网的关键性的功能是当更多的客户联机时能够快速顺利 6 重庆邮电大学硕十论文第一章绪论 地提供带宽的能力。在传统的s d h s o n e t 拓扑结构中，业务的提供时间 是按月计的。这包含了规划新的环路和铺设并连通光缆的时间。下一代的 城域网中新业务的建立和提供如果还是按月计算的话肯定是行不通的，下 一代城域网必须保证提供新业务仅仅通过类似点击鼠标，网络就能够自动 的快速建立的能力。目前的城域网络中服务提供商不仅只提供数据，而且 也要提供声音和图像的服务。能够保证从1 m b s 至) j 1 0 g b s 甚至i t b s 之间以 精确的递增方式提供不同的服务带宽，并且能够从一个中心位置很容易进 行配置。甚至能够提供客户端自己也有可以以递增的方式要求不同带宽服 务的能力。服务提供商希望能够分层次提供服务，就像数据流按每个用户 和每个流量的原则进行分级一样。当对于带宽的需求增加时，提供商必须 有办法快速地提供足够的带宽。 智能化：城域网中除了对客户提供带宽的能力以外，对于网络的状况做出 实时的反应也是很重要的。为了更有效率地部署城域网，智能化地提供波 长通道是必要的。只有在网格式拓扑上才有智能，因为这种拓扑有能力为 数据流提供新的路径。网格式的d w d m 结构可以提供这些能力( 连接光波 长和节点的处理能力) 。由于城域网比长距离网络是动态的环境，因此i p 数据流管理协议，比如多协议标记交换( m p l s ) 等，是延伸进入城域网 中，提供城域网络智能的好工具。 保障服务质量：、服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 是在服务内容提供的 基础上进行的。q 0 s 既保证了客户能够得到服务提供商所承诺的带宽量， 也保证了关键的带宽不会被任何客户或应用占用。因特网业务提供商 ( i n e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ，i s p ) 的灵活性能力对于连接两个分开的 i s p 是很重要的，因为它保证了冗余的水平和良好的反应时间。另外客户 还可以为了关键的或不十分关键的数据流选择特殊的整套服务。o o s 工具 可以被用来确保带宽不被浪费。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章城域r p r 技术 第二章城域r p r 技术 市场的需求推动人们去研究、寻找新的技术。s d h 和a t m 技术成功地应 用于m a n ，但是其技术复杂、价格昂贵；以太网技术在局域网中得到了广泛应 用，走的是低价、简单的技术路线，但是缺乏有效的q o s 、网络恢复与保护和 网管机制，不能满足m a n 的可靠性和扩展性方面的要求。人们于是很自然地 想到了在城域范围内构建新的环形拓扑结构，通过传输类似以太网结构的分组 来提供各种增强型业务，在不降低网络性能和可靠性的前提下提供更加经济的 w a n m a n 解决方案1 1 , 2 , 3 a 叼们。r p r 技术正是在这一背景下提出的，很快受到 了多个国际化标准组织、研究机构和网络设备厂商的重视。 2 1r p r 拓扑结构 r p r 技术是一种新型的城域网络技术 6 , 7 , 1 1 , i z l 3 , 1 4 3 3 , 3 4 , 3 5 1 ，采用双纤反向光纤 传输环的拓扑结构，如图2 1 所示。 图2 ir p r 拓扑结构 双环分别称之为内环( i n n e r 或r i n g l e t1 ) 和外环( o u t e r 或r i n g l e to ) 。 r p r 的双环结构可以充分挖掘近年来在城域中铺设的大量的光纤环网资源，同 时r p r 技术可以很方便的与现有的以太网或者s d h s o n e t 传输相兼容，提供 高效的城域多业务传输环境。r p r 环网中的数据业务将会选择最优的环路传输， 环路上的各节点以各自的权重公平的共享环路资源，相互之间通过控制分组交 换信息，实时动态的监控网络状态，完成网络的分布式自动控制。r p r 技术实 现了一种新型的m a c 层接入协议，能够有效的实现城域分组a d m ( a d d d r o p m u l t i p l e x e r ) 功能。r p r 技术融合了千兆以太网的经济性、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。 8 ； 5 j l*；电 ；￥；：i i l 荤 ； 重庆邮电大学硕士论文第二章城域r p r 技术 2 2 r p r 帧结构 2 2 1r p r 帧格式概述 帧格式的实现r p r 传输的关键之一，i e e e 8 0 2 1 7 t 作组定义了4 类帧格式： 数据帧、控制帧、公平帧和空闲帧6 , 7 3 1 , 1 2 , 1 3 3 4 3 3 2 5 1 ，具体的帧格式见表2 1 ( a ) 2 1 ( b ) ，2 1 ( c ) ，2 1 ( d ) 。 表2 1 ( a ) r p r 数据帧格式 b y t e m s bd e f i n i t i o nl a b lt t l lr if el f t ( 2 b )s c ( 2 b ) w ep 6d e s t i n a t i o nm a c 6s o u i c em a c lt t l b a s e 1 e f f f ( 2 b ) lp sls olr e v ( 3 b ) 2h e c 2p r o t o c o it y p e n p a y l o a d 4f c s 表2 1 ( b ) r p r 控制帧格式 b y t em s b d e 矗n i t i o nl a b lt t l l r 1 i f ei f t ( 2 b ) is c ( 2 b ) w er 6d e s t i n a t i o nm a c 6s o u r c em a c 1 c o n t r o lv e r s i o n lc o n t r o lt y p e 2h e c n c o n t r o lp a yl o a d 4 f c s 表2 1 ( c ) r p r 公平帧格式 b y t em s b d e f i n i t i o nl a b lt t l 1r l l f elf t ( 2 b ) i s c ( 2 b ) lw el r 6 s o u r c em a c 2f a i r n e s sc o n t r o lh e a d 2 f a i r n e s sc o n t r o lv a l u e 4f c s 9 重庆邮电大学硕十论文 第二章城域r p r 技术 表2 ，i ( d ) r p r 空闲帧格式 b y t e m s b d e f i n i t i o nl a b lt t l ir i l f ei f t ( 2 b ) i s c ( 2 b ) jw el r 6 s o u r c em a c 4 i d i el o a d 4 f c s 2 2 2r p r 帧格式分析 r p r 帧格式有如下规定 6 , 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 , 3 3 , 3 5 ： 订l ( t i m ei ol i v e ，8 b i t ) ：r r l 域是防止帧分组死循环的跳数记数位。 源节点根据一定的规则设定m 的值( 范围1 - 2 5 5 ) ，每经过一个节点1 t r l 值减l ，当节点收到r r l 为0 的分组帧时就将其丢弃。 r i ( r i n g i d e n t i f i e r , l b i t ) ：环标记。r p r 的拓扑结构是双纤反相环，用1 、 0 分别表示分组所在的内外环。r i = 0 表示外环( o u t e r o r r i n g l e t0 ) ， r i l l 表示内环( i n n e r o r r i n g l e t1 ) 。 ，：f e ( f a i r n e s s e l i g i b l el b i t ) 公平性算法是否适用标记。f e = i 表示适用： f e = o 表示不适用。 f t ( f r a m et y p e , 2 b i t ) ：帧的类型标记，r p r 中定义了三类帧格式：控 制帧格式( f t = 0 1 ) ；公平性帧格式( f t = 1 0 ) ：数掘帧格式( f t = ii ) l f t = 0 0 是保留状态。 s c ( s e r v i c ec l a s s ，2 b i t ) ：定义帧的优先级( 服务) 类别r p r 帧分为 四种优先级，分别是c l a s sc ( s c = 0 0 ) ；c l a s sb ( s c = 0 1 ) ：c l a s s a - s u b c l a s s a l ( s c 2 lo ) ；c l a s sa - s u b c l a s s a 0 ( s c = 1 1 ) s c 的值越大表 示优先级越高。采用不同的帧优先级类别主要为满足不同业务的传输需 求。 w e ( w r a pe l i g i b l e ，l b i t ) ：是否可倒换标记。表示该帧在保护倒换状态 节点上是否可被倒换，w e = i 表示可倒换；w e = 0 表示不可倒换而被丢弃 ( d i s c a r d e d ) 。 r p ( r e v p o l a r i l y , i b i t ) ：数据帧和控制帧该比特保留( r ) ：公平性帧 该比特为极性校验位( p ) 。 d e s t i n a t i o nm a c ( 4 9 b i t ) ：目的m a c 地址中存放帧接收节点的4 8 b i t 标 准以太网地址。 s o u r c em a c ( 4 8 b i t ) ：源m a c 地址存发帧发送节点f l c j 4 8 b i t 杯准以太网 i o 重庆邮电大学硕十论文 第二章城域r p r 技术 地址。 t t l b a s e ( 8 b i t ) ：保留初始化时帧头的r r l 值。 e f ( e x t e n d e df r a m e ，l b i t ) ：扩展帧标记。在e f = 1 时，表示桥接扩展帧； e f = 0 时表示没有扩展。扩展主要用于r p r 环网的桥接( 见第四章) 。 f f ( f l o o d i n gf o r m , 2 b r ) ：表示f l o o d i n g 的方式。f l o o d i n g 机制用于扩展 的数据帧桥接过程中。 p s ( p a s s e ds o u r c e ，l b i t ) ：是否通过源节点标志。p s = i 表示该帧在倒换 后，已经通过了源节点。 s o ( s t r i ao r d e r i n g ，l b i t ) ：严格排序标记比特，表示帧传输过程中是否 遵循严格排序要求。 r e v ( r e s e r v e ，3 b i t ) ：保留用。从耵l b a s e 至l j r e v 的共2 字节( 1 6 b i t ) 为 数据帧中的扩展控制域。 眦c ( h e a d c h e c k s u m ，1 6 b i t ) ：2 字节的头部校验。计算范围从订l 到h e c 的前一个字节。 p r o t o c o l t y p e ( 1 6 b i t ) ：分组类型长度域。这个字段的定义由8 0 2 3 派生 而来，定义净负荷中数据的类型或者表示该分组的长度。 p a y l o a d ：净负荷数据域。帧所传送的数据部分。 f c s ( f r a m e e c h e e k s e q u e n c e ，3 2 b i t ) ：帧校验序列是3 2 比特的c r c 3 2 校 验值，计算的范围是从紧邻h e c 第一个字节到帧负荷数据域结束。 帧头和帧数据分别校验，是因为在高速的数据转发中，将数据复制到内存 作为一个连接的数据块之前应该先确保帧头部信息的正确性。如果帧头有误， 数据就有可能被复制到错误的进程，从而出现延迟甚至错误的转发。r p r 传输 中，帧头的h e c 校验在数据块复制期间进行，而f c s 的校验仅