（计算机应用技术专业论文）弹性分组环技术的研究和实现.pdf

摘要 摘要 弹性分组环( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) 做为一种新兴的城域网传输技术，和m p l s 并称为城域网传输技术的两个奇葩，实现了城域网、大型专网建设的一个技术上 的革新，为用户提供高质量的服务。r p r 基于i e e e 8 0 2 1 7 体制，吸收了s d h 、 a t m 、以太网几大技术体制的优势，避免了它们的劣势。从本质上讲，r p r 是跟 s d h 或现行m s t p 全面竞争的一种技术，但m s t p 可以在一定程度上融合r p r 技术。如将r p r 设计成为m s t p 的一种嵌入式功能模块，可以实现带宽的统计复 用、带宽的公平分配、严格的业务分级、服务质量保障以及真正意义上的用户隔 离功能。 在本论文中，首先介绍了三代多业务传输平台m s t p 的发展历程，r p r 技术 的现状和其在城域传输网中的应用。接着根据电子电气工程学会推出的r p r 草稿 i e e e8 0 2 1 7 对r p r 协议进行分析和理解，包括r p r 参考系统的r p rm a c 结构、 主要帧结构、拓扑发现、保护倒换方式和公平算法等。再接着讨论内嵌入m s t p 传输设备的具有r p r 功能的数据单板r s e b 的框架、软件模块和r p r 协议中的 拓扑保护模块的软件划分，并详细设计了该模块。最后设计了r p r 部分功能的测 试流程并测试和验证了结果。 、 对于本论文文撰写的过程中，本人的主要工作是：对整个r p r 协议进行了研 究和学习；针对r p r 单板的框架和软件模块进行设计，并实现了部分的r p r 功 能；最后针对r p r 功能设计测试方案，对r p r 的功能进行测试和验证。 关键词：弹性分组环，多业务传输平台，拓扑发现，保护倒换 a b s t r a ( 了r a b s t r a c t a san e wt e c h n o l o g y , r p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) a n dm p l s ( m u l t i p r o p o c o l l a b e ls w i t c h i n g ) a r et w ol e a d e ro ft e c h n o l o g yo fw a n t r a n s m i s s i o n , l e yb n n ga r e v o l u t i o nt ot h et e c h n o l o g yo f 删c o n s t r u c t i o na n dp r o v i d eu s e r 、) l r i t hh i g hq u a l i t y $ e n r i c e r p rb a s eo ni e e e 8 0 2 17d m f i i tt a k e sa d v a n t a g eo fs d h ，a t ma n de t h e r n e t , b u tn o tt h ed i s a d v a n t a g e g e n e r a l l y , r p ri st oc o m p e t ew i t l ls d ho rm s t p ，b u tc a n w o r kt o g e t h e rw i t ht h e m a si tg o i tc a l lb r i n gr e s o l u t i o nt ob a n d w i t hr e u s e d , f a i r n e s s ，b u s i n e s se l a s s i f i c a i o n , c o sa n du s e ri s o l a t i o n i nt h i st h e s i s ，f i r s ti n t r o d u c et h ed e v e l o p m e n to ft h r e eg e n e r a t i o n so fm s t p ， c u r r e n ts i t u a t i o no fr p rt e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o ni nw a nt r a n s m i s s i o n t h e n a n a l y z et h ei e e e 8 0 2 17a r a e 【，i n c l u d et h es t r u c t u r eo fr p rm a c ，f o r m a to fs e v e r a l i m p o r t a n tf la m e s ，t o p o l o g yd i s c o v e r y , p r o t e c t i o ns w i t c h i n ga n df a i r n e s sa l g o r i t h m t h e nd i s c u s st h em a i ns l l u c t t t r eo fm s 口d e v i c ew i t hr p rf u n c t i o ne m b e d e dr s e b ， a l s ot h em o d u l eo fs 0 1 a r ea n dt o p o l o g ya n dp r o t e c t i o nm o d u l eo fr p rp r o t o c 0 1 f i n a l l yd e s i g nh o wt ot e s tt h ef u n c t i o no f r p ra n dv e n f yt h er e s u l l m ym a i nj o bo fw r i t t i n gt h i st h e s i s 嬲b e l o w e d ：m a k ear e s e a r c ha n dl e a r n i n go f r p rp r o t o c o l ，d e s i g nt h es t r u c t u r eo f r p rb o a r da n ds o f t w a r em o d u l e ，i m p l e m e n t a t i o n o n e p a r to fr p rf u n c t i o n f i n a l l yb u i l dap r o p o s a lo f r p rf u e n t i o nt e s t i n ga n db r i n g v e r i f i c a t i o n k e y w o r d s ：r e s i l i e n tp a c k e tr i n g , m u l t i s e r v i c et r a n s m i s s i o np l a t f o r m , p r o t e c t i o n s w i t c h i n g ，t o p o l o g yd i s c o v e r y i i 主要符号表 主要符号表 a d m a d d d r o pm u l t i p l e x e r 分插复用器 c i d c u s t o m e ri d e n t i f i e r客户标识符 c i rc o n f i r m e di n f o r m a t i o nr a t e承诺信息速率 c o s c l a s so fs e r v i c e 业务分类 e c ce m b e d d e dc o n t r o lc h a n n e l嵌入式控制通道 e i r e x c e s sh f o r m a t i o nr a t e多余信息速率 f c sf r a m ec h e c ks e q u e n c e 帧校验序列 f s f o r c e ds w i t c h强制倒换 g f pg e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e 通用成帧规程 h e ch e a de r r o rc h e c k 头错误校验 l a p sl i n ka c c e s sp r o c e d u r e s d h链路接入协议s d h l c a s“r l kc a p a c i t ya d j u s t m e n ts c h e m e链路容量调整方案 m sm a n u a ls w i t c h人工倒换 m s p m u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o n 复用段保护 m s t pm u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m多业务传送节点 o a m o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o n & m a i n t e n a n c e 操作、管理、维护 p 瓜p e a ki n f o r m a t i o nr a t e峰值信息速率 p p p p o i n t t o p o i n tp r o t o c o l点对点协议 p m d p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t物理媒体相关 p v i dp o r tv l a ni d e n t i f i e r端口v l a n 标识符 q o sq u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 r p rr e s i l i e n tp a c k e tr i n g 弹性分组环 s d s i g n a ld e g r a d e 信号劣化 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y同步数字体系 s n c ps u b n e t w o r kc o n n e c t i o np r o t e c t i o n 子网连接保护 v i 主要符号表 s t p s p a n n i n gt r e ep r o t o c o l 生成树协议 t t lt i m e t ol i v e生存期 v i dv l a ni d e n t i f i e rv l a n 标识符 a t da t t r i b u t ed i s c o v e r yf r a m e属性发现帧 o a t d o r g a n i z a t i o n s p e c i f i c a t t r i b u t ed i s c o v e r y特殊管理属性发现帧 f r a m e s a t ds t a t i o na t t r i b u t ed i s c o v e r yf r a m e站点属性发现帧 w t rw 甜t t d r e s t o r e等待恢复 t p t o p o l o g ya n dp r o t e c t i o n 拓扑发现和保护 v i i 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 为获得电子科技大学或其它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。 签名： 日期：幽7 年厂月乡日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部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应遵守此规定) 签名：约也、签名：何；嗽二 导师躲妇 导师签名：兰l b 坠压! 日期：幽7 年月夕曰 第一章绪论 第一章绪论 近几年来，由于p t v 、视频图像等新型数据业务的需求激增，城域网已经成 为电信网发展中最大的瓶颈，于是光网络建设的重点逐渐转移到了城域网这边， 这样便催生了许多城域网新技术的诞生。目前，用于构建电信城域网的主流技术 包括了v p l s 、m s r 、r p r 、p b t 以及e a p s 等。本文中讨论的是其中一种技术 弹性分组环r p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) ，也就是在多业务传输平台m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s m i s s i o np l a t f o r m ) 这上面实现r p r 技术。由于这里涉及到 m s t p ，所以这里需要介绍一下它。m s t p 是一个基于同步传输体系s d h 的通用 平台，具有同时多种业务的接入能力，比如a t m 业务、e t h e r n e t 业务、p d h 业务 筮【l 捌 口o 1 1m s t p 发展状况 作为一种成熟的老技术，同步传输体系s d h 一直是电信网中传输t d m 业务 的选择，但是只能适合于以前的语音业务，对于当前的数据业务力不从心。多业 务传输平台的出现可以说是为了满足这个需求的，但是m s t p 还是基于s d h 的 基础上，能够很好的支持语音和数据业务的传送。 到目前为止，m s t p 技术的发展可以说经过了三个阶段：支持以太网透传功 能的第一代m s t p 、支持二层交换功能的第二代m s t p 、支持智能适配功能的第 三代m s t p 。下面对这三代m s t p 进行一个详细的介绍。 ( 1 ) 支持以太网透传功能的第一代m s t p 第一代m s t p 主要是应用于以太网业务，传输的过程当中保持业务透明性， 也就是以太网帧的信息( m a c 地址、v l a n 标识等) 是透明的，相当于以太网 业务的点对点的传递。 不过，第一代m s t p 有着如下的这些缺陷：不具备动态带宽分配，业务粒度 的划分受s d hv c 的大小限制；不提供以太网业务的流量控制和服务质量：链路 带宽不能被共享，不提供以太网业务的流量统计；没有实现真正意义上面的用户 隔离，仅仅是实现了物理层面的隔离；不提供以太网业务的保护，只是提供物理 层上面的保护【3 j 。 电子科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 支持二层交换功能的第二代m s t p 对应于第一代m s t p 的不足，第二代m s t p 引进了以以太网或者a t m 业务 的二层交换模式，实现业务对链路带宽的共享和汇聚功能、数据的统计复用等功 能。二层技术的引入有效地提高了端口和链路带宽的利用，并能以太网的8 0 2 1 q 和8 0 2 1 p ，可以通过v l a n 对不同用户业务进行隔离，业务被划分为不同优先级 来转发，在某种程度上实现了服务质量】。 不过，由于e t h e m e t 业务主要在线性或者网状的拓扑下，在环形网络形状下， 第二代m s t p 也存在很明显的不足：没有完全支持q o s ，不能保证业务的公平性； 由于依赖于s t p r s t p 的保护时延太长，耗时可能几十秒钟，在网元或者传输链 路出现故障时无法快速恢复，不适合实时性比较强的业务；业务粒度的划分依然 是受限于s d h 的v c 大d d 6 , 7 1 。 ( 3 ) 支持智能适配的第三代m s t p 针对第二代m s t p 中的不足，为了提供更好的用户隔离和业务的q o s 能力， 满足以太网业务的新要求，在第三代的m s t p 里面引进了一些新的技术：通用封 装协议g f p 、虚级联v c g 和链路容量调整机制l c a s 等，有效地提高了业务的 传输速率，业务传输的可靠性，业务的服务质量。这样，m s t p 作为以太网、a t m 等和同步数字机制s d h 之间的适配层，能够智能地将以太网、a t m 、p d h 的业 务适配到s d h 虚容器来【8 , 9 , 1 0 】。 总的来说，第一代m s t p 和第二代m s t p 主要是对以太网业务的支持上不能 保证提供比较好的服务质量，主要是因为以太网本身在通信过程是无连接的，没 有服务质量方面的处理能力。因此，在第三代m s t p 中通过引进一个智能适配层 来满足业务服务质量这个需求。当前，智能适配层的技术主要有弹性分组环r p r 和多协议标记交换m p l s ，其中，r p r 使用的范围要稍为多些，r p r 技术能够实 现链路带宽资源共享、5 0 毫秒范围的保护倒换、数据业务高可靠的传输、数据业 务服务质量的实现，可以满足电信网的数据传输服务的高要求i n , 1 2 】。 1 2r p r 技术介绍 在实际的应用中，当今电信设备制造商生产的r p r 产品主要是下面两种类 型：一种就是将r p r 技术和其他技术结合使用，比如多业务平台m s t p ；另外一 种就是完全按照标准的纯粹的p r r 产品。后者对数据业务有着很强的处理能力， 但是对于t d m 的处理能力比较差，所以比较适合于组建业务单一、传输速率要 2 第一章绪论 求比较高的网络。而前者比较适合于要处理多种业务，传输速率相对不太严格的 网络中，如果后者和多业务传输平台m s t p 结合在一块，能很好的满足城域网的 要求，可以提供多业务的接入，快速的保护倒换、用户隔离的实现、高可靠的数 据传输和业务的服务质量掣1 3 】。 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，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i p 等数据业务的r p r 通道带宽。除 了具有标准的s d h 处理功能外，m s t p 设备一般还包括a t m 处理模块、以太网 处理模块，但核心处理仍然是基于s d h 虚容器通道的。 内嵌有r p r 功能的m s t p 功能框架如图1 1 所示【1 4 1 。 p d h 接口 一一一一一一一一一一一一一一一一一一- a n i i 接口 a t m 层处理 l 、 i ， i i v c 复 i 用 i 映 交 段 射 叉 开 以太网、叫 删上 1 剞 连 接口 g f p 个 接 销 处 一同可嚣声 姗 i理 i i l - - - - - i s t m n再生段复用段 接口 开销处理开销处理 ls t m - n i 接口1 丁 再 生 段 开 销 处 理 、 土 裂i 图1 1 内嵌有r p r 功能的m s t p 功能框架 r p r 技术主要有以下几个特点【”】： ( 1 ) 高效的链路带宽利用率 r p r 通过空间重用技术( s r p ) 实现提高环网的链路带宽利用率。在 r p r 环网中，每个节点都可以环0 或者环l 上面发送和接受r p r 帧， 如果r p r 帧到达了目的节点后会被该节点剥离不再转发，这样在源节 点和目的节点传输路径之间以外的链路带宽就可以被其他节点利用。 ( 2 ) 快速的保护倒换机制 r p r 有两种保护倒换方式，源路由保护倒换和绕回保护倒换，并且这 电子科技大学硕士学位论文 两种倒换方式的保护倒换时间和s d h 一样都是在5 0 毫秒以内。如果 r p r 链路发生故障后，环网会等待一段时间叫做拖延时间后再执行保 护倒换操作。而如果执行了保护倒换后，链路或者节点从故障中恢复过 来，环路会等待一段时间叫做等待恢复时间( w t r ) 后执行恢复操作。 ( 3 ) 业务服务质量和带宽的有效共享机制 在以前的交换机中，链路带宽的分配是根据本交换机的各个端口来进行 划分的，这样子的话缺少灵活性，链路带宽可能会被某个端口的以太网 业务给占用过多。r p r 通过公平算法来处理各个节点上环数据的速率， 当环路发生数据拥塞的情况，首先检测到拥塞的节点会往上游节点公布 公平速率，通知上游节点调整业务的上环速率，上游节点接受到公平速 率并做出相应调整后也向自己上游节点公布公平速率，这样逐个节点来 调整上环业务的速率，从而达到所有节点公平利用链路资源。 ( 4 ) 拓扑自动发现 r p r 环网上每个节点可以通过拓扑自动发现来获得整个环路上其他节 点的拓扑信息和属性、环网的拓扑结构，从而了解其他节点在环网中的 位置和保护状态等，当本节点在执行计算公平速率等操作的时候需要使 用到这些信息。r p r 的拓扑发现是通过周期性地发送拓扑保护帧来实 现，可以由环网上某个节点主动发起，比如发生在环网新增加一个节点， 这个节点迫切的需要知道环网的拓扑状态这种情况，或者环网正在初始 化阶段。 1 3r p r 技术发展现状 在国际方面，2 0 0 0 年1 2 月，国际电子电气工程学会( i e e e ) 正式成立了r p r 工作小组( i e e e8 0 2 1 7 ) ，任务是提供一个新型的局域网、城域网、广域网上面 的m a c 层标准。同时，思科、北电、因特尔等知名公司发起并成立了r p r 联盟， 推广r p r 技术。 2 0 0 2 年9 月，8 0 2 1 7 工作小组宣布了p r r 标准的基本框架，以后的工作就 是在此框架的基础上进行深化和细化。 2 0 0 3 年1 1 月，8 0 2 1 7 工作小组j 下式推出了r p rd r a f t 3 0 草案，在该草案中， r p rm a c 模型、数据通路、帧格式、公平算法、拓扑和保护、o a m 等部分已经 完成。 4 第一章绪论 2 0 0 4 年6 月，i e e e 8 0 2 1 7r p rw g 推出并且被正式通过。 在国内方面，已经推出了内嵌弹性分组环( i 冲r ) 的基于s d h 的多业务传 送节点( m s t p ) 技术要求，在采纳i e e e8 0 2 1 7 的标准定义基础上增加了些其 他需求的规范，比如以太网二层交换功能、r p r 链路容量可调整性、r p r 的性能 指标等等。该标准明确了r p rm a c 的物理层为s d h 的虚容器，并且更加注重实 际应用的需求。 在通信设备生产商方面，为了抢得更好商机，许多公司都推出了一系列的 r p r 城域网交换产品。比如，思科的d p t ，北电的i n t e r w a n 等。并且一些半导体 厂商也推出了r p rm a c 芯片，比如v i t e s s e 推出的r p r 芯片v s c 9 1 2 9 ，x i l i n x 公司推出的v h t e x p r of p g a s 等。 1 4r p r 技术在城域网中应用 下面讨论一下r p r 技术分别在城域网的核心层、汇聚层和接入层的应用。 对于城域网的核心层，构成网络的节点少，硬件设备资源丰富。核心层是实 现网络数据流量交换的中心，所以要求设备有很强的汇聚功能和快速的数据处理 速度，相反，对链路带宽的共享的要求并不严格。所以，核心层网络对数据业务 的服务质量方面要求比较高，而我们也知道，以太网技术在服务质量方面的能力 很差，所以以太网技术根本无法满足核心层网络的要求，弹性分组网能够提供相 对较好的业务服务质量。所以，r p r 完全可以应用到核心层网络中来，可以通过 r p r 的空间重用技术对链路带宽共享，藉此缓解核心层网络链路带宽资源吃紧的 问题。此外，由于业务传输在网络核心层一般采用点到点的的透传方式，所以当 数据业务汇聚的时候，对g f p 通道的需求比较多。r p r 环网一个双环的拓扑结构， 所以它只要两个通道就可以实现所有节点的上环业务汇集功能，相对与透传方式 要少了很多，节省了资源f 2 。 对于城域网的汇聚层网络，它的主要工作就是从接入层接受网络边缘的数据 业务，然后把这些数据进行汇聚，再递交给核心层网络，所以，网络拓扑一般式 是环形为主，这个恰好和r p r 的环形结构相符合。并且第一层实现透传，第二层 实习业务共享的模式根本就不能满足汇聚层数据业务的质量和速率兼备传输需 求，而r p r 技术以有着传输业务共享和汇聚功能兼备的特色所以能够很好地解决 汇聚层的上面的问题。 对于接入层网络，是属于网络边缘区域，直接与用户相连，有着下面特点【1 2 】： 电子科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 对持续高速传输要求不高，但是经常业务突发，链路带宽资源能够共享； ( 2 ) 作为网络边缘，接入层是负责接收用户业务的首个节点，链路传输的质 量好坏直接决定了整个业务传输的服务质量。 ( 3 ) 设备的成本不能太高，应该最求性能和成本两方面的平衡。 对于接入层网络，网络拓扑可以有很多种，环形、线性、星形都可以。r p r 的环形结构也可以应用到接入层网络中来( 并且r p r 在环路发生故障后链路从逻 辑上也会变成线性) 。如果将r p r 功能嵌入到接入层的m s t p 设备中，便可以同 时兼顾链路带宽资源高效利用和服务质量保证。不过有一个关键因素就是成本的 问题，因为接入层的设备成本都是比较低廉的，m s t p 设备在内嵌r p r 功能后设 备成本能不能控制下来，是r p r 技术能不能广泛的应用到接入层的首先要考虑因 素【1 3 】。 所以，从中可以看出，r p r 不能大量应用于城域网的核心层，只能作为协助 作用，但是很符合汇聚层网络的各种要求，能够同时兼顾传输速度和质量这两个 方面。对于接入城网络，主要就是设备的价格问题，如果能够解决的话，就可以 大量的应用到接入层中来，并提供很好的业务服务质量保证。 1 5 课题介绍和论文结构 本课题来源于本文在国内某大型网络通信公司的传输部门实习期间的一个项 目，该项目是对以前的m s t p 数据单板增加r p r 功能。在公司的实习阶段，本文 的主要工作为： ( 1 ) 阅读相关的技术资料，熟悉和掌握了r p r 技术的原理，并对部分功能 实现了深入的探索； ( 2 ) 设计和实现了r p r 模块的部分功能； ( 3 ) 测试和验证了该功能。 本文各章的内容组织如下： 第一章绪论 介绍了城域网中的一种技术：多业务传输平台m s t p 技术，简单介绍了 m s t p 的发展历程，r p r 技术的特性。最后介绍了一下r p r 技术在城域 网中的应用。 第二章弹性分组网r p r 的介绍 阐述了弹性分组环的原理：r p r 的系统参考模型( 包括环结构，网络层 6 第一章绪论 次模型和节点模型) ；r p r 的基本帧结构；保护倒换：拓扑自动发现；公 平算法等。 第三章软件系统总体设计 说明了内嵌r p r 的m s t p 单板框架、单板软件模块划分、拓扑保护模块 内部的细分、接口设计和开发环境描述。 第四章拓扑保护模块的设计与实现 详细的设计了弹性分组环中的拓扑发现和保护模块的实现，首先对该模块 的软件功能进行介绍，接着对各个模块的实现过程进行详细说明。 第五章r p r 功能测试和验证 针对r p r 功能模块进行测试设计并对r p r 的实体产品r s e b 相关功能进 行测试和验证。 第六章结论与展望 7 电子科技大学硕十学位论文 第二章弹性分组环r p r 的研究 弹性性分组环r p r 是一种新型的城域网的传输技术，为了解决过去 s d h s o n e t 、a t m 、e t h e r n e t 等技术存在的缺陷性。r p r 的网络拓扑是一种反向 的双环结构，r p r 业务都可以在这两条环上传送，通过每条环都可以到达所有节 点。 r p r 是属于第二层的协议，所以可以直接适应以前s d h 和以太网的物理层， 可以充分地利用以前的网络资源条件。双环结构是r p r 的特征，r p r 的两个环 都是工作通道，充分利用了带宽资源。当链路出现故障的时候，这种双环结构还 有独特的优势，可以快速的将业务切换到另外一条环上，并且可以提供和s d h 一样的5 0 m s 级别的保护倒换时间，网络有很好的健壮性和可靠性。r p r 环适合 传输音像、数据等些业务，比较适合数据业务需求激增的现状。 r p r 的关键技术有：双环拓扑结构、公平算法、拓扑自动发现、保护倒换。 下面对r p r 技术各个要点进行逐步介绍。 2 1r p r 系统参考模型 2 1 1r p r 双环结构 r p r 的网络由一对反向的光纤环网组成，环网上的节点最大可达到2 5 5 节点， 每个节点被分配有一个唯一的二层m a c 地址，类似于e t h e r n e t 。r p r 的网络拓 扑结构如图2 1 所裂16 1 。 图2 - 1r p r 双环拓扑结构 外面的那条环路叫做环o ，也叫做东向环路或者外环，r p r 业务在该环中的 传输方向呈顺时针。里面的那条环路叫做环l ，也叫做西向环路或者内环，r p r 业务在该环中的传输方向呈逆时针。环网上每个节点都能够往者两条坏上面发送 第二章弹性分组环r p r 的研究 和接收数据业务，所以节点在往环上其他节点传送数据的时候，首先会选择短路 径传输，这样传输的效率会大大提高。节点s 2 是节点s 3 的西向邻居节点，同时 也是节点s 3 在环0 的上游邻居节点和节点s 3 在环1 的下游邻居节点，而节点4 则相应是节点s 3 的东向邻居节点。l i n k ( 链路) 指的是本节点和邻居节点之间的 数据链路，环0 和环1 业务传输速率都是一样的，但是可能业务的时延不一样。 s p a n ( 跨段) 指的是某个节点在东向或者西向的两条线路，数据业务经过一个 s p a n ，帧中的t t l 值会相应减l 【2 。 在r p r 环路上可以单播、组播或者广播r p r 业务，由于两条环都可以传输 业务，所以环网不需要额外的带宽就可以实现业务保护倒换。并且p r r 环网结构 很好的适配当前的s d h 网络结构，由于当前电信的s d h 网络一般都是环形网络， 所以可以采用r p ro v e rs d h 的方式，实现r p r 环与s d h 的网络无缝连接。由 于s d h 组网的时候往往出现环形结构，过去多业务传输平台m s t p 通过生成树 协议或者人工配置这种情况发生，r p r 就不用考虑这个问题，所以节省了一部分 资源( 2 3 1 。 2 1 2r p r 网络层次模型 i e e e8 0 2 1 7 从逻辑上将r p r 划分为四个层面：物理适配层，m a c 数据层， m a c 控制层和m a c 客户层，其中后面三个层面都是属于m a c 层，r p r 节点在 每个层次上都有一个对应的实体。r p r 的层次模型如图2 2 所示【1 7 1 。 o s i 参考 模型层次 r p r 层次 更高层 逻辑链路层 广百再西f m a c 控制n 磊雨嚣网 二二至口l 至兰兰i 二至至歪口 g f p 协调子层ifs d h 协调子层 l i 一 s p i - x 卜 il g f p 适配 lfp p p ! l a p s 适配 s d h 物理层 依赖媒介的接l a 叫 l 燮金 图2 2r p r 层次模型 9 m a c 服务接口 物理层 服务接口 一一一一一一一一一一一一 电子科技大学硕士学位论文 物理适配层：i e e e8 0 2 1 7 中没有r p r 物理层的相关定义，r p r 协议是与物 理层无关的，e t h e m e t 物理层、s d h s o n e t 物理层、a t m 物理层都可以作为r p r 的物理层。由于这些物理层有很大的差异，所以r p r 特别定义了一个物理适配子 层，这些物理层就是通过这个子层适配到r p r 的m a c 层面上，具体通过数据原 语和控制原语将物理层的数据映射到m a c 层上面去。这样就可以很容易实现将 r p r 内嵌到其他相关技术上面来实现。在实现中，r p r 适配层有两个实体，东向 p h y 和西向p h y ，负责接收和发送环o 、环1 的链路上的数据【2 2 驯。 m a c 控制子层：r p r 的m a c 控制层面细分为公平算法、保护、环选择、拓 扑发现、操作管理维护( o a m ) 这五个子模块，实现r p r 的管理方面的功能， 比如r p r 环网拓扑状态、节点的保护倒换处理、各类业务流量的控制、公平权重 的设置和计算等，是实现r p r 功能的重要部分。 m a c 数据子层：r p r 的m a c 数据层面主要完成m a c 层的业务的发送和接 受，提供环上其他节点帧的转发和缓冲，本节点上环节点的上环等，同时提供一 些链路的保护倒换功能。 m a c 客户子层：r p rm a c 和网络层的业务信息交换通过m a c 客户子层进 行。网络层下发的客户信息( 比如p 数据包) 到m a c 客户子层，如果是控制信 息，便发送到m a c 控制子层相应模块处理，否则m a c 客户会将其封装到成一 个r p r 数据帧，并发送给m a c 数据子层发送到r p r 环网上去。同样，m a c 层 发送过来的信息，m a c 客户子层经过适配后发送到网络层去。m a c 客户子层保 证高优先级的业务会先得到处理，保证保留带宽业务的传输，并通过缓冲算法对 业务的传输速率进行控制【2 6 捌。 2 2r p r 基本帧结构 由于r p r 协议属于第二层的协议，所以帧的结构和以太网的8 0 2 1 帧的结构 相识。环网上每个节点都有一个6 字节的m a c 地址，r p r 帧传送可以像以太网 一样直接进行二层交换。对于客户信息，比如口包，可以直接填充到r p r 帧的 净荷部分，加上r p r 帧头就可以直接在光纤中传送。由于r p r 帧头没有什么开 销，所以交换机的处理速度比较快，同时交换机的成本也会控制下来【2 8 2 9 , 3 0 】。 在i e e e 8 0 2 1 7 中主要定义四种r p r 帧：数据帧、控制帧、公平帧和空闲帧 【1 4 1 。下面对数据帧、控制帧( 包括拓扑保护帧和属性发现帧) 进行说明一下。 1 0 第二章弹性分组环r p r 的研究 2 2 1 数据帧格式 r p r 的数据帧有两种：基本数据帧和扩展数据帧，这两个帧的区别就是数据 帧的开销d a e x t e n d e d 和s a e x t e n d e d 是否配置，如果这两个域已经被配置，那么这 个数据帧就是扩展数据帧，否则就是基本数据帧，d a e x t e n d 和s a e x t e n d e d 可以包 含1 个m a c 地址或者是一组m a c 地址。数据帧格式类似于以太网帧8 0 2 3 帧的 结构。 最小的数据帧仅有2 4 个字节，由帧头、2 字节p r o t o c o l t y p e 域( 协议类型) 和帧尾组成。 最大的数据帧是j u m o 帧( 巨型帧) ，其净荷部分可以长达9 1 0 0 字节，便于 快速的发送数据业务。 i e e e8 0 2 1 7 中定义的帧结构如图2 3 所示。 搿 b a s e c o n t r o l d a s a n l b 8 5 e e x t e n d e d c o n t r o l h e c p r o t o c o r t y p e 8 e r v i c e d a t a u n i t f c s a ) b a s i cf r a m ef o r m a t p a y i o a d t r a i l e r 搿 b a s e c o n t r o l d a s a 捌b a s e e x t e n d e d c o n t r o l h e c d a e x t e n d e d s a e x t e n d e d p r o t o c o l t y p e s e r v i c e d a t a u n i t f c s b ) e x t e n d e df r a m ef o r m a t p a y l o a d 图2 3 数据帧结构 t t l ：占1 字节，生存时间，标识源节点到达目的节点经过跳数。t t l 初始值为 最大站点数，数据帧每经过一跳，t t l 就减l 。如果t t l 等于0 时，该数据帧就会立 即被丢弃，这样防止了广播风暴现象。 b a s e c o n t r o l 占1 字节，基本的环控制信息，如环选择信息、业务级别等。 d a ：占6 字节t ，目的节点的m a c 地址。 1 1 6 6 1 1 2 2 n 4 电子科技大学硕士学位论文 s a ：占6 字节，源节点m a c 地址。 t t l b a s e ：占1 字节，t t l 的初始值，即最大站点数。 e x t e n d e d c o n t r o l ：占1 字节，扩展的环控制信息。 h e c ：占2 字节，帧头部分的校验结果，校验方式是c r c 1 6 。 d a e x t e n d e d ：占6 字节，扩展目的节点地址，在扩展数据帧中有用，可以是 一个目的m a c 地址，或者一组目的m a c 地址。 s a e x t e n d e d ：占6 字节，扩展源节点，在扩展数据帧中有用，可以使一个m a c 源节点地址，或者一组源节点地址。 p r o t o c o l t y p e ：占2 字节，协议类型，数据帧长度超过1 5 3 6 字节时，标识m a c 客户层协议类型，帧长度低于1 5 3 6 字节则用于表示帧的长度。 s e r v i c e d a t a u n i t ：不定长，用于存放净荷信息。 f c s ：占4 字节，帧校验，对整个帧进行c r c 3 2 验证后的结果。 2 2 2 控制帧格式 控制帧一般都是以广播帧的形式在环网上广播，不过也可以点对点单播。 i e e e8 0 2 1 7 中定义的控制帧结构如图2 4 所示。 n 4 搿 棚r o t i n s a 捌8 a s e e x t e r k e d c o n t r o h e c c o n t r o r t y p e o o n t r o v e r s o n c o o r o d a t a u 蝤 f c s p a y l o a d t r a i l e r 图2 4 控制帧结构 t t l ，b a s e c o n t r o l ，d a ，s a ，e x t e n d e d c o n t r o l ，h e c ，f c s 值同数据帧。 c o n t r o l t y p e ：占l 字节，表示帧的类型，详细定义如表2 1 所示。 c o n t r o l v s e r s i o n ：占1 字节，标识帧的版本信息，标准规定为固定值为0 。 c o n t r o l d a t a u n i t ：不定长，存放控制信息。 1 2 第二章弹性分组环r p r 的研究 表2 - 1r p r 控制帧种类 变量值变量名称描述 0 1c ts t a t i o na t d节点额外信息发现帧 0 2c tt o p op r o t拓扑发现和保护帧 0 3c tt o p oc h k s u m拓扑发现校验帧 0 4c ti r t tr e q链路往返时间请求帧 0 5c ti ，r t tr s p链路往返时间回应帧 0 6c tf d d 公平延时帧 0 7c to a me c h or e q运作管理响应请求帧 0 8 c to a me c h or s p运作管理响应回应帧 0 9c to a mf l u s h运作管理帧 0 ac to a mo r g管理运作群体特定帧 保留 2 2 3 拓扑保护帧格式 拓扑保护帧属于控制帧中的一种，当控制帧中开销c o n t r o l t y p e 的值为 c tt o p op r o t 时。r p r 环网上每个节点都周期性地向环上广播该帧，该帧包 含本节点的拓扑和保护相关的属性信息。 i e e e8 0 2 1 7 定义的拓扑保护帧结构如图2 5 所示。 t t l b a s e c o n t r o l t t l b a s e e x t e n d e d c o n t r o l h e c c o n t r o l t c o n t r o l v e r s i o n t s t a t u s p a y l o a d t r a i l e r 图2 5 拓扑保护帧结构 t t l ，b a s e c o n t r o l ，d a ，s a ，e x t e n d e d c o n t r o l ，h e c ，f c s ，c o n t r o l t y p e ，c o n t r o l v e r s i o n 值同控制帧。这里需要说明一下，t t l 用于计算本节点和源节点的距离( 最大站点 1 1 6 6 1 1 2 l 1 l 1 4 电子科技大学硕士学位论文 数- - t t l 值+ 1 ) 。 p r o t s t a t u s ：占l 字节，标识源节点的保护状态配置； p r e f s ：占1 字节，其他配置，包括节点的w r a p p e d 属性配置，j o m b o 属性配 置和拓扑帧的顺序号等。 p r o s t a t u s 字段描述： ( 1 ) e s w ：占l b i t ，节点西向系统口的边缘状态； ( 2 ) e s e ：占l b i t ，节点东向系统口的边缘状态； ( 3 ) p s w ：占3 b i t ，节点西向系统口的保护状态； ( 4 ) p s e ：占3 b i t ，