（计算机应用技术专业论文）基于rpr技术的小数据包优先发送算法.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学计算机应用技术 研究方向：计算机在通信中的应用 作 者：j 塑级研究生 戴尔晗 题目：基于r p r 技术的小数据包优先发送算法 英文题目：r p rb a s e ds m a l lp a c k e tf i r s ts e n d i n ga l g o r i t h m 主题词：弹性分组环小数据包优先权算法服务质量 k e y w o r d s ： r p rs m a l lp a c k e t p r i o r i t ya l g o r i t h mq o s 南京邮电大学硕士学位论文 摘要 8 0 2 1 7 ( r p r ) 是i e e e8 0 2 家族中的一个成员，众所周知，i e e e8 0 2 家族是美国 电气和电子工程师协会制定的关于局域网和城域网的协议族。i e e e8 0 2 这一类的 标准是国际标准化组织制定的开放系统互联网络参考模型中所定义的物理层和 数据链路层的标准。 所谓r p r 网络是一种基于包交换的环状网络，采用了类似8 0 2 5 f d d i 这样的 环状网络，也继承了s d h 在线路保护方面的优点，被目前所新起的以包服务为基 础的城域环网所采用。已有的城域环网以s o n e t 环网和e t h e m e t 环网为代表， s o n e t 环网采用基于电路交换的拓扑结构以及点到点的通信机制，尽管能在带 宽分配上满足一定的公平性要求，但带宽资源的利用率不高，且带宽分配的粒度 粗糙，拓扑结构的实现复杂。而e t h e m e t 环网相比于s o n e t 环网能获得较高的 带宽利用率，但公平性得不到满足。而r p r 环网吸收了这两种环网的优点，具 有响应快，效率高。可扩展性好的特点，因此能很好地应用到城域环网中来。 r p r 网络具有以下特点：r p r 支持多等级的优先权；因为采用了空间再利用 协议，从而提高了带宽的利用率：r p r 中媒体访问控制层采用了一种公平算法， 这种算法可以实现对资源的公平性访问机制；r p r 还实现了类似s d h 的智能保护 切换机制以提高网络的可靠性。 本文对r p r 网络的媒体访问控制层的参考和服务模型、媒体访问控制层的数 据路径、数据链路层帧格式、r p r 网络的公平算法进行了研究。在此基础之上， 提出了一种基于r p r 技术的小数据包优先发送算法。本文的结尾针对该算法在 r p r 网络上进行了系统仿真，并给出了仿真结果。该算法可以在不增加数据流量 的前提下，略微降低c l a s s a 优先级别数据包的发送延时，大大降低i p 数据包的r t t 时间显著提高i p 用户的服务质量。 关键词：弹性分组环，小数据包，优先权，算法，服务质量 曼! 墼璺查竺堡主堂堡竺塞 a b s t r a c t 8 0 2 1 7 ( r p r ) i sam e m b e ro f i e e e 8 0 2f a m i l y , a se v e r y b o d yk n o w , i e e e8 0 2i sa n e t w o r kp r o t o c o lg r o u pb e i n gs t a n d a r d i z e db yi e e e i e e e8 0 2 ，s u c hk i n do f p r o t o c o l ， b e l o n g st ot h ep r o t o c o lo f p h y s i c a ll a y e ra n dd a t al i n kl a y e ro f o p e ns y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n ( o s i ) b e i n gs t a n d a r d i z e db yi s o w h a ti sc a l l e dr p rn e t w o r ki sak i n do f p a c k e ts w i t c h i n gb a s e d r i n gn e t w o r k i t u s e st h er i n gs t r u c t u r et h a ti ss i m i l a rt o8 0 2 5 f d d i i ta l s oi n h e r i t st h ea d v a n t a g eo f s d hi nl i n ep r o t e c t i o n 。i ti su s e di np r e s e n t l yr i s i n gp a c k e ts e r v i c eb a s e dw a n s o n e tr i n gn e t w o r ka n de t h e m e tr i n gn e t w o r ka r et h er e p r e s e n t a t i o no f e x i s t i n g 。f 绡s o n e tr i n gn e t w o r ku s e sc i r c u i ts w i t c h i n gh a s e dt o p o l o g ya r c h i t e c t u r ea n d p o i n t - t o - p o i n tc o m m u n i c a t i o n t h o u g hi ts a t i s f i e st h er e q u i r e m e n to f f a i m e s si n b a n d w i d t hd i s t r i b u t i o n ，t h eu s a g eo f b a n d w i d t hr e s o u r c ei sl o w , a n dt h eg r a n u l a r i t vo f b a n d w i d t hd i s t r i b u t i o ni sc o a r s e t h ei m p l e m e n to fi t st o p o l o g yi sv e r yc o m p l i c a t e d e t h e m e tr i n gn e t w o r kc a na c h i e v em o r ea d v a n t a g e so f t h eu s a g eo f b a n d w i d t h 也a n s o n e t r i n gn e t w o r kd o e s ，b u tt h ef a i r n e s sc a nn o tb es a t i s f i e d r p rr i n gn e t w o r k a b s o r b st h ea d v a n t a g e so f t h et w ok i n d so f r i n gn e t w o r k ，i th a sf a s tr e s p o n s es p e e d ， h i g he f f i c i e n c y , g o o de x p a n s i b i l i t y , s or p r c a nb ea p p l i e dt o f a nc o m p a t i b l y , r p rn e t w o r kh a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c ：r p rs u p p o r t sm u l t i l e v e lp r i o r i t i e s ；r p r u s e ss p a t i a lr e u s ep r o t o c o l ，i ti m p r o v e st h eu s a g eo fb a n d w i d t h ；r p ru s e sak i n do f f a i r n e s sa l g o r i t h mi nm a c l a y e r , t h i sa l g o r i t h mc a nr e a l i z et h ef a i ra c c e s sm e c h a n i s m t or e s o u r c e ；r p ra l s oi m p l e m e n t si n t e l l i g e n tp r o t e c t i n gs w i t c h i n gm e c h a n i s mt h a ti s s i m i l a rt os d h ，i ti m p r o v e st h er e l i a b i l i t yo fn e t w o r k t h i sa r t i c l ee x p l a i n st h er e f e r e n c ea n ds e r v i c em o d e lo f m a c ，d a t a p a t ho f m a c f r a m ef o r m a to fd a t al i n kl a y e r , t h ef a i m e s sa l g o r i t h mo fl i p rn e t w o r k t h i sa r t i c l e g i v e sr p rb a s e ds m a l lp a c k e tf i r s ts e n d i n ga l g o r i t h m w ea l s oc a r r i e s0 u tt h es y s t e m s i m u l a t i o no f t h i sa l g o r i t h m a n dg i v e st h er e s u l to f t h es i m u l a t i o n t h i sa l g o r i t h mc a i l d e c e a s el i g h t l yt h es e n d i n gd e l a yt i m eo ft h ep a c k a g eo fc l a s s ap r i o r i t y , r e d u c er 竹 o f i pp a c k a g e o b v i o u s l yi m p r o v et h eq o so f i ps u b s c r i b e r , w i t h o u ti n c r e a s i n gt h e d a t af l u x k e y w o r d ：r p r ，s m a l lp a c k e t ，p r i o r i t y ，a l g o r i t h m ，o o s 南京邮电大学硕士学位论文 日l j 舀 8 0 2 1 7 ( r p r 【l 】1 2 11 3 】) 是i e e e8 0 2 家族中的一个成员，是一个支持双环 配置结构的城域网技术1 4 l 。众所周知，i e e e8 0 2 家族是关于局域网和城域网的 协议族【5 】。8 0 2 1 7 在8 0 2 家族中所处的地位可以参见图0 1 。 厂 国 图0 18 0 2 家族 i e e e8 0 2 这一类的标准是i s o ( i n t e m a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ) 中 o s i ( o p e ns y s t e m si n t e r c o n n e c t i o n ) 网络标准参考模型【6 】所定义的物理层和 数据链路层的标准。 r p r 采用了类似8 0 2 5 【7 】f d d i 【8 】这样的环状网络，也继承了s d h 在线 路保护方面的优点。但是从根本上看来，其实现的方法和以前的所有其它的8 0 2 系列的媒体访问方式是不同的。因为采用了空间再利用协议。发送的数据不会绕 环一圈最后回到发送地点：优先权的概念和8 0 2 5 f d d i 也不相同。 本论文在研究r p r 标准技术的基础之上，提出了- 7 十基于具有优先权概念的 网络的小数据包优先发送算法，该算法可以在不增加数据流量的前提下，降低i p 数据包的l u t 时间，从而提高用户的q o s 。 本论文的第一章介绍了r p r 的一些基本概念及其网络特性；第二章介绍了 r p r 网络的媒体访问控制层的参考和服务模型：第三章介绍了r p r 网络的媒体访 问控制层的数据路径：第四章介绍了r p r 技术的数据链路层帧格式；第五章介绍 了r p r 网络的公平算法；第六章介绍了对r p r 网络的分组传输延迟进行了分析并 提出了小数据包优先发送算法：第七章对小数据包优先发送算法进行了系统仿 真，并给出仿真结果；第八章给出了本文的最终结论。 6 南京邮电大学明士学位论文 1 1r p r 应用范围 第一章综述 r p r 定义了在环形拓扑状的城域网和局域网上运用弹性分组环访问方法的 数据互连设备的可兼容连接及其协议。 1 2r p r 的实现目标 r p r 的目的是要为一个可升级的l a n m a n m ，a n 网络提供共享的访问方法、 空间复用技术和错误保护。根据这些这项标准将： 最小也要支持1 5 5 m b s 的速率。并可以升级到更高的速度。 支持光纤或铜介质互连的双环结构 支持空间复用技术和最小协议开销 更有效的利用带宽 支持3 种以上通信类型 可以容纳大量的节点 支持即插即用技术 有利于环上的所有的节点公平性 象s o n e t 一样支持环冗余 在m a c 层和物理层之间提供媒体独立服务接口，提供媒体独立性 1 3r p r 提供的服务 r p r 支持的服务，包含了当今网络应用的全部范围：音频，视频和数据等等。 弹性分组环技术可以提供高效的应用：因为在环上的任意两点间有两条路径，其 中的一条失效不会阻碍应用的运行。 网络的典型应用包括因特网的访问，在这种情况下，大量的通信量从r p r 进 入w a n 以传递到远距离的站点。r p r 还支持v p n 等业务。 7 1 4r p r 的网络特性 1 4 1r p r 的网络规模 r 技术被优化以满足城域网的需要，几百千米的圆圈网络拓扑是最常见 的。尽管如此，也可以使用在如下情形：作为一个建筑或校园的网络。 r p r 最大可以达到几千千米的环状拓扑，它的错误保护和带宽管理特性使得 它具有很大的吸引力。 为r p r 设计的数据传送速率覆盖了很大一个范围，这些协议包括了多种物理 层，包括s o n e t s d h 、以太网、波分复用光纤网。当高速率的物理网络不断出 现时，r p r 也能够在它们上工作。 1 4 2r p r 的拓扑结构 r p r 的拓扑结构为环形拓扑。在这种网络上，任意源节点和目的节点之间都 有两条路径。 1 4 3 双环结构 r p r 使用双向双环结构。与以往的环网不同的是，r p r 环网不需要采用令 牌( t o k e n ) 机制【9 】。这可以被看作两个互相对称的但是方向相反的环。两个环上 的网络协议是一样的。为了区分这两个环，一个叫做内环，另一个叫做外环。 这种双向的环结构允许两种保护机制来防止媒体或节点的故障，一种是类似 于在f d d i 或s o n e t s d h 中采用的环回技术( r i n gw r a p ) ；另外一种是在 s o n e t s d h 中采用的源端定向技术( s o u r c es t e e r i n g ) ，源端定向是在源节点发 送数据进行判断，在媒体或工作站故障时选择好的一条环路传送数据。 当r p r 协议在一个方向传送数据时，它的响应控制信息则在相反的方向传 送。 节点在发送数据时可以选择在两个环上的任意一个环上传送数据，换句话 说在顺时针方向和逆时针方向都可以传。一般来说。节点会使用从源节点到目的 节点路径短的一条路径来传送数据。如何选择较短的一条路径是基于拓扑发现机 制的。但是有的时候情况会发生改变，例如，当链路发生拥塞和故障时，可能会 选择路径长的链路来传送数据。 每个节点的结构可以被看作一个输入通信量数据输出通信量的多路复用器， 这些输入通信量转换包括： 从上游的节点接收的通信量 本地传送队列加在环上的通信量 8 南京邮电大学硕士学位论文 这些输出的通信量包括： 本节点增加的通信量 需要转发给下游节点的通信量( 来自上游其它节点) 当然，多播通信和广播通信的数据包会被接收者拷贝后再转发给下游节点。 双环的使用使得系统的承载能力有很大的提高。因为到任意一个目的节点，都有 两条路径。这使得通信量可以从最短的路径传送数据而不是从较长的路径。因此， 对于任一节点来说，发送通信量时最长的路径也只是环的总长度的一半。如果目 的节点是随机的分布在环上的话，那么平均路径长度是环总长度的四分之一。由 于数据包在目的节点上被剥离，将使空间复用得以实现，使得双环的总吞吐量接 近单环光纤的8 倍。 1 4 4 共享媒介 一个r p r 的环路可以看作是一个广播网，在这种网络里，一个传送的数据包 可以被发往网络上的所有节点。这意味着广播网络( 例如以太网) 的某些运行机 制。仍然适用于r p r 。这样的例子包括a r p 协议，生成树协议和大部分的第三层 协议。 即使在保护切换的条件下，环作为双向总线运行，这些广播网的特性仍然会 保持。因为保护切换机制是r p r 的一种内部功能，不会影响高层协议。 1 4 5 分组工作 r p r 数据的基本单位是分组数据包。 1 4 6 弹性工作机制 这种到目的节点有两条路径的工作方式所提供的冗余，为媒体或节点的故障 提供了保障，而不需要分配额外的光纤链路来作为备份，在正常的运作下，所有 的路径都传输通信量。 因此当网络发生故障时( 比如光纤链路断线或者是节点失灵) ，r p r 仍然可 以继续工作。尽管此时没有发生故障的节点可能会继续工作，但是此时网络的吞 吐量可能会明显减少。 1 4 6 1 源端定向技术( s o u r c es t e e r ；n g ) 任意的节点到目的节点有两条路径，如果一条失效了另一条会被使用源 端节点的m a c 必须能直接的觉察到故障的出现，在一条线路故障时它可以向 的另外一条线路传送数据。 9 南京邮电大学硕士学位论文 1 4 6 2 环回保护( w r a p p i n gp r o t e c t i o r ) r p r 环是由两个环组成。如果一个节点或链路发生故障，正在故障环上的传 输的通信量将会环回到相反的环上，环回是在邻近故障的节点中起作用的。 1 4 7 空间复用 空间复用【l o 【1 1 】是用来增加环的总带宽的技术。因为点对点通信仅使 用环上的源节点和目的节点之间的链路，而不象早期的f d d i 和令牌网技术在通 信时使用整条环路。 图1 2 勾画了空间复用的轮廓。在这个例子中，节点1 传送通信量到节点4 ，节 点2 传送通信量到节点3 ，节点5 传送通信量到节点6 。在目的节点剥离点对点通信 的数据包的机制下，允许环上的其他节点充分利用环的带宽。在这个例子里，节 点5 可以使用链路上的所有带宽发送数据给节点6 时，其他的通信量可以在环的其 他部分运行。 图1 2 空间再利用 1 4 7 1 目的节点剥离 r p r 通过在目的节点从环上剥离数据来完成对链路的高度利用。这与8 0 2 5 令牌环网和f d d i 形成了对比，在这些网络中，分组数据包被接收后，仍然在环 上运行，直到发送该数据包的源节点把它剥离。 当目的节点不存在时或者接收失败时，按照规定由包头的1 r l 来计算数据包 是否充分循环，然后决定剥离他们。 1 4 7 2 多播通信 这种目的节点剥离的一个例外是多播数据和广播数据。因为不能确认哪一个 目的节点可以剥离数据包，所以数据包剥离工作由发送数据的源节点完成。 0 南京邮电大学硕士学位论文 当t t l 域减少到o 时，多播通信的数据也将从环上剥离。 1 4 8 带宽管理特性 在r p r 系统里，众多节点的合作可以使得通信量达到环上的最大通信量。他 们发送关于当前负荷( 带宽) 的信息给其他节点，使得其他节点可以通过计算从 而得到本节点可以发送的通信量的多少。 1 4 9 公平性 既然这个环是共享媒介的，那么需要一些访问控制信息来确保公平性【1 2 1 【1 3 】【1 4 1 【1 5 】。访问控制可分为两种类型： 全局访阔控制控制访问使得每个工作站公平的共享全部带宽 局部访问控制除给每个节点分配固定的带宽外，授权单个节点以额外 的通信量，给尚未充分利用的网络资源以获得最大带宽利用率。 1 4 1 0 物理层的独立性 r p r 可以支持不同的物理层。不同的基于光纤的物理层，比如g i g a b i t 太网 或是s d h s o n e t 等等，都可以被采用。r p r 使用p l c p ( p h y s i c a ll a y e r c o n v e r g e n c ep r o c e d u r e s ) 技术来处理不同的物理层。该技术包含如何在物理层和 数据链路层之间进行普通数据包和控制信息的传送。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章媒体访问控制层参考和服务模型c 。聊 本章说明了m a c 层以及m a c 层提供的服务类型。m a cc l i t 层包括l l c 实 体，桥接实体等等。r p r 与i s o 的o s i 参考模型之间的关系参见图2 1 。从图2 1 可 以看出，r p r 技术仅仅涉及网络七层协议的低两层，即物理层和数据链路层。 i i l l 喇r 叽 ， ， ， ， ， ， 啊t n l q o _ i 瞳e 岫_ i m i c d i a 日 a r i 嘉 r 1 瓣积1 厂百r p 确_ l 。! “。“。”。 圈2 1r p r 与i s oo s i 参考模型之间的关系 2 1m a c 层服务总览 由m a c 层提供的服务如下： 为本地l l c 和远地l l c 提供数据交换服务 为本地l l c 与本地m a c 提供交换弹性分组环参数服务 为网桥的中继实体与m a c 提供交换数据服务 为一个无l l c 的本地m a cc l i e n t - 锄的对等实体提供数据交换服务 m a c 为数据传输提供三种等级的服务：c l a s s a ，c l a s s b 和c l a s s c c l a s s a l l l 务提供一种分配的，有保证的，低传输延时和抖动的传输服务。并 且分成两个子服务等级：s u b c l a s s a 0 和s u b c l a s s a l 。s u b e l a s s a o 保留给将来使用， 而s u b c l a s s a l 是一种可分配可回收的带宽。公平算法对c l a s s a j 务不起任何作用。 c l a s s b 也分成两个子服务等级：c l a s s b - c i r ( 承诺信息速率，t h ec o m m i t t e d i n f o r m m i o nr a t ep o r t i o no f c l a s s b ) 和c l a s s b - e i r ( 超额信息速率，t 1 1 ee x c e s s i n f o r m a t i o nr a t ep o r t i o no f c l a s s b ) 。c l a s s b c i r 服务可以提供一种分配的有保证 的低传输延时和抖动的传输服务。c l a s s b e i r 属于超出约定带宽之外的c l a s s b 级别的传输流。 c l a s s c 提供一种无保证的数据传输服务，主要用于传输那些对螭到端的延迟 和抖动都不敏感的业务。 和抖动都不敏感的业务。 戳 | i | 南京i | | | f l u 人学坝i 学位论史 2 2m a c 为m a cc l i e n t 提供的服务类型 p h y im a cc 。n f m i $ u b l a y s r 胁m 如r m gf n 5 m # f l喻。”i 妇m 。 m a cd a t a p 乱hs u b l a y s r h 。：咖。t。i 怕。t i 一* “叫帅mlr e * ”j 佃m e 图2 2 ，m a c 的服务模型 参见图2 2 ，m a c 有四种服务原语提供给l l c 接口 一m ad a t a r e q u e s t m ad a t a i n d i c a t i o n m ac o n t r o l r e q u e s t m ac o n t r o l i n d i c a t i o n 2 2 1m a _ d a t a r e q u e s t 这个原语定义了数据从m a cc l i e n t 传送到对等的实体或者多播通信中对等 实体。该服务原语的语义如下： m ad a l a r e q u e s t fd e s t i n a t i o na d d r e s s s o u r c ea d d r e s s ， m a cs e r v i c ed a t au n i t ， f r a m ec h e c ks e q u e n c e s e r v i c ec l a s s ， r i n g l e t i d ， m a c _ _ p r o t e c t i o n ， m a r kf e ， s t r i c to r d e r ， d e s t i n a t i o na d d r e s se x t e n d e d ， s o u r c ea d d r e s se x t e n d e d ， f l o o d i n g _ f o r m ) 南京邮电大学硕士学位论文 2 2 2m a _ d a t a i n d i c a t i o n 下 这项原语定义了从m a c 层传送至u m a cc l i e n t 的数据。该服务原语的语义如 m ad a l 阪i n d i c a t i o n ( d e s t i n a t i o n a d d r e s s ， s o u r c ea d d r e s s ， m a cs e r v i c ed a t au n i t ， f l a m e _ c h e c k _ s e q u e n c e ， r e c e p t i o n _ s t a t u s ， s e r v i c e _ c l a s s ， r i n g l e ti d ， f a i r n e s s _ e l i g i b l e ， s t r i c t0 r d e r , e x t e n d e df r a m e ， d e s t i n a t i o na d d r e s se x t e n d e d ， s o u r c ea d d r e s se x t e n d e d ) 2 2 3m a _ c o n t r o l r e q u e s t 这项原语定义了从m a cc l i e n t 发往m a c 控制子层的控制信息。该服务原语的 语义如下： m a _ c o n t r o l r e q u e s t ( o p c o d e ， r e q u e s t _ o p e r a n d _ l i s t ) 2 2 4m a c o n t r o l i n d i c a t i o n 这项原语由m a c 控制层向m a cc l i e n t 传送控制状态指示信息。该服务原语的 语义如下： m ac o n t r o l i n d i c a t i o n (o p c o d e ， i n d i e a t i o n _ o p e r a n d _ l i s t ) 1 4 南京邮电大学硕j ：学位论文 2 3m a c 参考模型 m a c 可以分成两层：m a cc o n t r o l 子层，m a cd a t a p a t h 子层。参考模型如图 2 3 所示。 图2 3 m a c 参考模型图 2 3 im a cc o n t r o l 子层 该子层的功能如下： a ) 完成对上层的服务接口 b 】完成公平算法 c ) 完成保护切换 d ) 维护拓扑图和拓扑数据库 e 1 完成操作维护管理功能 d 控制帧的发送和接收 2 3 2m a c d a t a p a t h 子层 该子层主要有两个实体：环选择实体和环d a t a p a t h 实体。环选择实体( r i n g l e t s e l e c t i o n ) 的功能如下： a ) 针对每一个数据帧选择发送的环 b ) 决定是否或者采取何种措施处理帧的溢出 c ) 决定数据传输的帧格式 j 不d a t a p a t h 实体的功能如下： a 1 封装需要发送的帧，解封装接收的帧 b ) 业务量整形 c ) 将属于本节点接收的帧拷贝后传送给m a cc l i e n t 和m a cc o n t r o l 子层 d 1 将错误的帧从环上剥除 e ) 发送接收帧 南京邮电大学硕士学位论文 第三章m a c 层的d a t a p a t h 3 叼 本章介绍m a c 层的数据路径( d a t a p a t h ) 。具体的数据路径参见图3 1 。最左侧 的箭头表示来自于上节点的数据，该数据进入本节点后先经过检查后，将属于 本节点的数据送给网络上层，不属于本节点的数据进k t r a n s i t 缓冲区：本地节点 需要发送的数据先进入本地的t r a n s m i t 缓冲区；处于缓冲区中的各种数据在公平 算法的控制下依次进行数据的发送，发送的数据通过最右侧的箭头进入下一节 点。图中大量出现的以s h 开头的椭圆形方框是各种整形器。 l o g o n d ：t h a o ：s u b d n t l a 0 = h = p o r = h a l ：| u b d a s s a ls h a p = ts h b ：c l a n # li h l p e r s h d ：d o v a l l l t r 崔k ns h a d grs h f ：佃i m a a se l i g l b l as h a p e ri h l ：i d l os l l p = r s h m ：m a cc o n t r o ls h a p e r - _ _ n o r 啊ii i i i i i l l i i - - i a 怕m a t i 帕n u 口l - m a ci n t m e i f 曙m o p a t h f r a m e d a 们i n t o r m a t f o np a t h 图3 1 ，m a c 层的数据路径 3 1t r a n s i t ，t r a n s m i tb u f f e r 图3 2 是图3 1 中去除了各种整形器和各种控制信息的简略画法，该图表明了 m a c 内部的两种缓冲器，t r a n s i t 缓冲器和t r a n s m i t 缓冲器。t r a n s i t 缓冲器的目的 是为了转发数据；t r a n s m i t 缓冲器用于对本地发送的数据进行缓冲。实际中，可 以使用一个或是两个t r a n s i t 缓冲器。r p r 网络节点中至少需要一个t r a n s i t 缓冲器， 另外一个是选配的。当使用两个t r a n s i t 缓冲器时，通信曩将被分成三个优先级； 高优先级中等优先级和低优先级。其中，高优先级的通信量将会被送入一个 t r a n s i t 缓冲器；中等优先级和低优先级的通信量将会被送入另外一个t r a n s i t 缓冲 器。当使用一个缓冲器时所有的不同类型的通信量将会送入一个t r a n s i t 缓冲嚣 6 南京邮电大学硕士学位论文 图3 2 ，m a c 内部的t r a n s i t t r a n s m i tb u f f e r 3 2m a c 的发送数据操作 经由r p r 节点发送的数据包一共有五个来源( 队列) ： 1 ) 来自于h i g hp f i o f i t yt r a n s i tb u f f e r 的高优先级数据包 2 ) 来自于l o wp f i o d t yt r a n s i tb u f f e r 的低优先级数据包 3 ) 来自于本i 也h i g hp r i o r i t yf i f o 的高优先级数据包 4 1 来自于本：l 也m e d i u mp r i o r i t yf i f o 的中优先级数据包 5 1 来自于本j c l 虹l o wp r i o r i t yf i f o 的低优先级数据包 在c i r ( c o m m i t t e di n f o r m a t i o nr a t e l 范围内的中优先级数据包被系统看作是 高优先级数据包( 两者处理方法相同) ，在c i r 范围之外的中优先级数据包被系 统看作是低优先级数据包( 两者处理方法相同) 。 3 2 1 单t r a n s i t 缓冲区 在单t r a n s i t 缓冲区方式下，r p r 会首先发送该缓冲内的数据帧，然后会依次 发送高优先级t r a n s m i t 缓冲区、中优先级t m n s m i t 缓冲区和低优先级t f m s m i t 缓 冲区中的数据帧。- - + t r a n s m i t 缓冲区中的内容都会被速率整形。本地的低优先 级和中优先级的数据帧会受到p p r - f a 算法的限制。 南京邮电大学硕士学位论文 3 2 2 双t r a n s i t 缓冲区 在双t r a n s i t 缓冲区方式下，高优先级的t r a n s i t 缓冲区内的数据帧被最先发送， 其次，高优先级的t r a n s m i t 缓冲区内的数据会被发送( 只要低优先级t r a n s i t 内的数 据没有满) ，再其次是发送满足c i r 的中优先级的t r a n s m i t 内的数据帧( 只要低优 先级t r a n s i t 内的数据没有满) 。 其后，满足r p r - f a 算法要求的e i r 中优先级的数据帧和低优先级的数据帧会 被发送。( 当然，低优先级缓冲内的数据帧不能超过一个阀值，否则就会溢出) 。 如果没有其它的数据帧需要发送的话，存在于低优先级t r a n s i t 缓冲区内的数 据帧被发送。 对于上述的三个t r a n s m i t 缓冲区和两个t r a n s i t 缓冲区的输出数据都必须进行 速率整形。上述两种情况的数据发送流程图可以参见图3 3 。 南京邮电大学硕士学位论文 图3 3 。发送数据流程图 3 3m a c 的接收数据操作 r p r 的一个节点接收到一个数据帧之后，如果数据帧的d e s t i n a t i o na d d r e s s ( d a ) 与本节点的m a c 地址匹配的话，会将该数据帧拷贝进入一个接收缓冲区， 如果数据帧是个点到点的数据帧。该数据帧会从网络上剥除。只有在下面两种情 况下，对予接收到的数据帧会被节胁t r a n s i t 缓冲区且让它沿着网络继续传 送：接收帧的d e s t i n a t i o na d d r e s s ( d a ) 与本节点的m a c 地址不匹配；该帧是个 广播帧，多播帧且其s o u r c e a d d r e s s ( s a ) 本节点的m a c 地址不匹配对于上述的 数据帧必须满足t t l 的限制且满足帧头c r c 校验正确。 9 堡曼塑皇查竺堡圭兰些堡兰 对于接收数据的处理流程图可以参见m 3 4 。 y 日b y e s y e s y 8 5 卜 n o 3 4t r a n s i t 操作 n n o y e s t oc o n tr o s i j b l a y e r s e n dp a c k e t t o a cc i i e n t v e s 叫善粼：徽 ”嚣苫裂“” 一协 图3 4 ，接收数据流程图 y e 0 对于接收到的数据帧先进行判断，判断的依据是帧类型，帧的源地址和目的 地址。接收到的帧可能是一个控制帧，或者是个普通的数据帧。保护帧是一个 广播帧这个帧必须发送给网络上的所有节点。控制帧可能是h o pb yh o p t 贞、广 令 燕丫 t ：& 、 吣一 黑丫 e p 、 v r 、 南京邮电大学硬士学位论文 播帧，也可能是点到点的数据帧。h o pb yh o p 帧是个m a c 地址为全o 的帧；广 播帧是一个m a c 地址全l 的帧。一旦当控制信息被取出后，控制帧也将被从网络 上剥除。帧的接收和剥除可以参见图3 4 。接收和剥除数据帧的规则如下： 1 ) 帧的目的地址和节点地址匹配时被剥除。 2 ) 如果链路没有工作在w r a p 方式下，对于接收到的数据帧的环标识和接收 链路的环标识不匹配的话，将不处理该数据帧并丢弃。 3 ) 如果帧的类型不是合法类型的数据帧，将不处理该数据帧并丢弃。 4 ) 如果帧头校验出错，将丢弃该数据帧， 5 ) 如果帧校验出错，可以选择丢弃，不丢弃该数据帧。 6 ) 对于接收到的数据帧，如果接收帧的目的地址与本节点地址匹配但是帧校 验出错，可以选择丢弃，不丢弃该数据帧。 7 ) 类型为4 的保护信息必须拷贝给m a cc o n t r o l 子层。 8 ) 类型为5 的控制信息可以接收并且剥除( 如果接收帧的目的地址与本节点 地址匹配) 9 ) 如果接收到的帧的源地址和环标识和本节点匹配的话，将被剥除。如果链 路工作在w r a p 方式下，只要帧的源地址与本节点的地址匹配，也必须剽除。 l o ) 如链路工作在s t e e r i n g 方式下，数据帧将被剥除在发生故障的节点上。 1 1 ) 对于接收数据帧的1 v r l 进行减1 操作，如果为0 的话，该帧被剥除。只有 下述情况下，对于接收数据帧的t t l 不进行减l 操作：w r a p i 作模式下且接收到 的数据帧的环标识和链路本身的环标识不同。 3 5 循环数据帧的检测 在某种错误情况下，帧可能沿着环路一直运行下去，通常情况下，点到点的 数据帧会被目的节点或者源节点剥除( 在目的节点发生错误的时候) 。如果源节 点和目的节点都因为某种错误脱离网络时，帧可能沿着环路一直运行下去。 为了解决这个问题，数据帧中使用了t t l ( t i m ct ol i v e ) 字段，并且把它的 初值设置成环路上的节点数( 或者是m a xs t a t i o n ) 。对于环路上的每个节点 而言，接收到数据帧之后都会对订l 进行减l 的操作。如果t t l 交成了0 ，接收的 节点将会把数据帧从链路上剥除。为了支持具有2 5 6 个环路的r p r 环状网络，给 出如下建议：w r a p - - 作模式下且接收到的数据帧的环标识和链路本身的环标识 不同时。节点对t t l 不进行减1 操作。一旦环路从w r a p 模式变成正常模式后，t t l 将会被每个接收的节点继续进行减l 的操作；采取了上述策略。将会避免循环帧 的出现。 3 6w r a p p i n g 时对数据帧的处理 正常情况下，数据帧被发送给下游的节点。可是如果一个节点工作在w r a p 方式下的时候，接收的数据包会在相反的方向上发送给上游的节点。类型为3 的 数据帧用于s t c c r i n g 方式下，此时发生w m p 的节点接收到了一个类型为3 数据帧 后，这样的帧会被剥除。 南京邮电大学颈士学位论文 3 7p a s s - t h r u 模式 对于一个节点而言。应支持p a s s - t h r u 模式。在该模式下，节点本身不接受 任何数据，也不产生任何数据，只是透明的转发数据帧。当然，节点还可以选择 对接收的数据包进行简单的处理；只对t t l 进行减i 的操作。该节点也不会产生 控制数据帧，可以把该节点看作是一个中继器。一个节点本身的错误或者是操作 员的命令都可以使得某个节点进入p a s s t h r u 模式。 南京邮电大学硕士学位论文 4 1 综述 第四章帧格式 乜州 本章详细介绍r p r m a c 层所采用的帧的结构，包括不同数据帧的语法和语 义。主要介绍四种帧格式： a ) r p r 普通数据帧格式( b a s ed a t af r a m e ) b ) r p r 控制帧格式( c o n t r o lf r a m e ) c ) 公平帧( f a i r n e s sf r a m e ) d ) 空闲帧( i d l ef r a m e ) 这些帧用于在两个通信实体的链路层之间传输。最大的帧长度是9 2 1 6 字节。 4 2r p r 普通数据帧格式 图4 1 给出了m a c 层基本数据帧的格式，这个格式不包括物理层的定界字符。 不同的物理层，所需要的定界字符是不同的。 b a s ed a t af r a m e t t l b a s er i n gc o n t r o l d e s t i n a t i o na