（计算机软件与理论专业论文）弹性分组环技术的拓扑发现过程.pdf

重庆大学硕十学位论文 中文摘要 摘要 弹性分组环技术是 种优化的 用于光纤环型拓扑的 并具有强壮和高效特 点的技术 该技术综合了广泛的性能监视 主动的网络恢复以及灵活的调度能力 弹性分组环网络能够承载多种业务 包括对抖动和时延敏感的如话音和视频流量 以太网和i p 业务等 弹性分组环将s o n e t s d h 和以太网中的优点集成到了一层 中 从而最佳地适应了传输各种业务 弹性分组环足一种新的m a c 层协议 是为优化数据包的传输而提出的 它不 仅有效地支持环形拓扑结构 在光纤断开或连接失败时可实现业务的快速恢复 而且具备数据传输的高效 简单和低成本等典型以太网特性 本论文的研究和讨论基于内嵌r p r 技术的实现 即将r p r 的处理功能集成在 一块单板上 并将该单板配置到s d h 设备的相应槽位 在用户侧可提供多个f e 或g e 接口 该单板将进入以太网接口的数据包直接透传或经二层交换 v l a n 处 理后适配到r p rm a c 层 即利用r p r 的核心芯片进行r p rm a c 层的处理 包括业务分类 c o s 拓扑发现和环保护 公平算法 操作维护管理等 然后通过 g f p 封装 议将r p r m a c 数据包映射到s d h 系统侧的1 个或多个v c 通道中 本论文致力于内嵌r p r 技术相关软件功能的设计和实现 提出了r p r 拓朴发现算 法和软件的设计和实现过程 r p r 拓扑发现协议为环上每一个站点提供了环上其它站点的数量和排列的信 息 这些汇集到一起的信息称作拓扑映像 每个站点维护了表示整个环拓扑映像 的一份拷贝 但是在开始时站点的拓扑映像中仅包含自身信息 环拓扑发现过程是周期性的 但是也可以根据需要即时启动 在拓扑映像或 协议中任何站点都不占有主导地位 拓扑映像包含所有已发现的环的分段 沩 议 的实现不需要环是完全连接的 除站点识别符和物理连接关系之外 拓扑发现协议也可传播附加的站点信息 以用于标准的其它部分 r p r 拓扑发现协议发送的消息中 r p r 的帧头标识为控制帧 关键词 弹性分组环 心 拓和发现 l 垩壁型苎 坠堂笪堡塞 萎塞塑墨 a b s t r a c t r e s i l i e n tp a c k e tr i n g r p r t e c l m o l o g yi so p t i m i z e df o rr o b u s ta n de f f i c i e n t p a c k e t n e t w o r k i n g o v e raf i b e r r i n gt o p o l o g y t h i st e c h n o l o g yi n c o r p o r a t e se x t e n s i v e p e r f o r m a n c em o n i t o r i n g p r o a c t i v e n e t w o r k r e s t o r a t i o n a n d f l e x i b l e d e p l o y m e n t c a p a b i l i t i e s r p rn e t w o r k sh a v et h ea b i l i t yt oc a r r ym u l t i p l es e r v i c e s i n c l u d i n gj i t t e r a n dl a t e n c y s e n s i t i v et r a f f i cs u c ha sv o i c ea n dv i d e oi na d d i t i o nt oe t h e m e ta n di n t e m e t p r o t o c o l i p ls e r v i c e s r p rc o m b i n e st h eb e s tf e a t u r e so fl e g a c ys y n c h r o n o u so p t i c a l n e t w o r k s o n e t 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 s d h a n de t h e m e ti n t oo n el a y e rt o m a x i m i z e p r o f i t a b i l i t yw h i l ed e l i v e r i n gc a r r i e r c l a s ss e r v i c e r p ri san e wm a c p r o t o c o l i ti sd e s i g n e dt oo p t i m i z e t h ed a t a t r a n s p o r t i to f f e r s t w ok e yf e a t u r e st h a th e r e t o f o r eb e e ne x c l u s i v et os d h s o n e t e f f i c i e n ts u p p o r tf o r r i n gt o p o l o g ya n df a s tr e c o v e r yf r o mf i b e rc u t sa n dl i n kf a i l u r e s a tt h es a m et i m e p a c k e tr i n gt e c h n o l o g yc a np r o v i d ed a t ae f f i c i e n c y s i m p l i c i t y a n dc o s ta d v a n t a g e st h a t a r et y p i c a lt oe t h e l n e t t h er p r t o p o l o g yd i s c o v e r yp r o t o c o lp r o v i d e se a c hs t a t i o n o nt h er i n gw i t h k n o w l e d g eo f t h en u m b e ra n da r r a n g e m e n to fo t h e rs t a t i o n so nt h er i n g t h i sc o l l e c t i o n o fi n f o r m a t i o ni sr e f e r r e dt oa st h et o p o l o g yi m a g e e a c hs t a t i o nm a i n t a i n si t so w nl o c a l c o p yo f t h et o p o l o g yi m a g ef o rt h ee n t i r er i n g i n i t i a l l y t h es t a t i o n st o p o l o g yi m a g e c o n t a i n si n f o m r a t i o no n l ya b o u ti t s e l f r i n gt o p o l o g yd i s c o v e r yi s i n i t i a t e do n l ya sn e e d e d l o c a lt o p o l o g yv a l i d a t i o n e l i m i n a t e st h en e e df o ra c k n o w l e d g e m e n t so rp e r i o d i cb r o a d c a s t s n os t a t i o na c t sa sa m a s t e rf o rt h et o p o l o g yi m a g eo rf o rt h ep r o t o c 0 1 a l lr i n g l e ts e g m e n t st h a tc a nb e d i s c o v e r e da r ei n c l u d e d af u l l yc o n n e c t e dr i n gi sn o tn e e d e df o rt h ep r o t o c 0 1 i na d d i t i o nt os t a t i o ni d e n t i f i e r sa n dp h y s i c a lc o n n e c t i v i t yr e l a t i o n s h i p s t h e t o p o l o g yd i s c o v e r yp r o t o c o l i sa l s ou s e dt op r o p a g a t ea d d i t i o n a ls t a t i o ni n f o r m a t i o n b o t ht h a tw h i c hi su s e df o ro t h e rp a r t so ft h i ss t a n d a r d a n do p t i o n a l l y i n f o r m a t i o n b e y o n dt h e s t a n d a r d t h em e s s a g e ss e n ta sp a r to ft h er p rt o p o l o g yd i s c o v e r y p r o t o c o la r ei n d i c a t e di nt h er p r f r a m eh e a d e ra sc o n t r o lf l a m e s k e y w o r d s r e s i l i e n t p a c k e tr i n g t o p o l o g yd i s c o v e r y 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 u t i l i z a t i o ni nb u i l d i n gm a t e r i a l s s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k m u l t i p l e s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m i i 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 1 问题的提出 城域网络是介于接入网络和骨干网络之间的技术 d w d m 技术和o x c 0 a d m 在骨 干网的应用极大的提高了骨干网络的信息容量 而接入网络经过这几年的改造 大量的宽带接入技术如 x d s l 1 0 0 1 0 0 0 m 以太网 h f c l m d s 的使用能够提供足 够的带宽 满足用户不断发展的多业务接入需要 但是在城域嘲络一直没有一种 合适的技术能够有效的融合接入网络和骨干网络 目前城域网络的主要技术有s d h a t m 和以太网技术 它们各有优缺点 s d t 和a t m 技术复杂 价格昂贵 在传输分组业务时对线路资源利用效率不高 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 网络恢复与保护及网管机制 不能满足城域网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同时具有s d h a f m 和以太网技 术优点的新的环形拓扑结构 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m a n w a n 解决方案 弹性分组环 r e s i l l e n tp a c k e tr i n g r p r 技术即是在这样的背景卜提出的 1 1 2 研究意义 r p r 主要是面向城域网络的技术 是为了优化在当前环拓扑光网络上的基于分 组数据业务传输而设计的一种新的方案 它融合了千兆以太网 g e 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 r p r 技术 定义了一种新型的m a c 层协议 采用了共享介质传输和空间重用协议以及故障保 护时的弹性机制 弹性分组环技术使得运营商在城域网内以低成本提供电信级的服务成为可 能 在提供s o n e t s d h 级网络生存性的同时降低了传送费用 r p r 最突出的特点就 是以太网的成本 s d h 的可靠性和a t m 的多业务和服务质量 r p r 能够满足如下应 用 提供多个城域的i s pp o p 间通过r p r 传输高效互联 为城域范围内地理位置分散的企业提供v p n v l a n 业务 为城域范围内校区网提供互联和广域网接入 为城域普通个人用户提供城域接入和因特网接入 霓庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1 r p r 技术的标准化情况 r p r 技术一经提出 便受到各方面的重视 多个国际组织成立了相关工作组 致力于其标准化工作 在国际上 有3 个国际组织在进行r p r 的标准化工作 i e e e i e t f 和r p r 联盟 这3 个组织之间相互协作 各有分工 i e e e 8 0 2 1 7r p rw g r e s i l i e n tp a c k e tr i n gw o r k i n gg r o u p i e e e 8 0 2 1 7 负责r p r 相关基本协议的标准化工作 i e e e 从2 0 0 0 年初开始关 于r p r 的论证工作 在汇总众多设备厂商和电信运营商意见和建议的基础上 于 2 0 0 1 年1 1 月正式成立i e e e 8 0 2 1 7 弹性分组数据环工作组 开始进行标准化工作 具体规范r p r 接入协议在本地 城域和广域网中的使用 i e e e 8 0 2 1 7 工作组包括 c i s c o n o r t e l l u m i n o u s d y n a r c l a n t e m 等公司 2 0 0 1 年3 月已讨论通过了 工作组关于r p r 协议的标准化目标 其中的部分目标是 1 支持双计数器 d u a l c o u n t e r 轮换环形结构 2 与i e e e 的8 0 2 构架以及8 0 2 1 d 8 0 2 1 q 和8 0 2 1 f 全面兼容 3 故障切换时间小于5 0 m s 的保护机制 4 终点数据包分离 5 采用现有物理层媒体避免技术风险 i e e e 8 0 2 1 7 工作组正在加紧制定弹性分组环 r p r 的标准 2 0 0 2 年1 月底 i e e e8 0 2 1 7 推出r p r 的1 0 版本 目前已发布的正式版本是d 2 6 预计最终的 i e e e 8 0 2 1 7r p r 标准要等到2 0 0 4 年3 月份左右才会出台 i e t fi po v e rr e s i l i e n tp a c k e tr i n gw o r k i n gg r o u p i p o r p r 在i e e e8 0 2 1 7 工作组对r p r 进行标准化的同时 i e t f 于2 0 0 0 年1 2 月正式 成立了i p o r p rw g i po v e rr p r 工作组 研究r p r 如何同动态路由协议和m p l s 相结合 并制定了多厂家互通标准 r p r 联盟 2 0 0 0 年1 月 l u m i n o u s l a t e r n r i v e r s t o n e c y r a s d y n a r c 等新兴通信 公司以及c i s c o 和n o r t e l 等大通信公司成立了弹性分组数据环联盟 r e s i l i e n t p a c k e tp i n ga l l i a n c e 他们的工作目标在于支持i e e e 8 0 2 1 7 工作组的工作 促进r p r 技术规范的制定 致力于电信界对r p r 的认知和推广工作和加速支持r p r 产品的推广过程 其工作侧重于多厂家互通标准制定及互通演示 以成为作为r p r 设备供应商和电信服务提供商间的桥梁 r p r 技术在我国的标准化情况 在2 0 0 2 年1 0 月末的中国通信标准化协会的传送网与接入网标准研究组全会 上 确定由信息产业部电信传输研究所来承担制定 弹性分组环 r p r 的技术要 求 目前国内正在密切跟踪r p r 的国际标准化情况 计划在i e e e 8 0 2 1 7 标准基 本稳定后推出征求意见稿 此外 新的m s t p 标准 内嵌r p r 的基于s d t t 的多业 重鉴莶堂堡圭兰鱼堡茎 笪笙 务传送节点 m s t p 技术要求 确定由华为和叶1 兴公司共同承担来制定 2 0 0 3 年 4 月通信标准组已评审了征求意见稿 目前 i f 在近一步完善 1 2 2 国外研究现状 虽然i e e e 8 0 2 1 7 工作组还在进行r p r 标准化工作 r p r 的正式商用还要在一 年以后 但是由于预期的良好市场前景 许多公司都已推出了不同的非标准r p r 城域交换产品 以期在激烈的市场竞争中占得先机 最具代表性的产品有c i s c o 的d p t s r p n o r t e ln e t w o r k s 的o p e s 以及l u m i n o u sn e t w o r k s 的p a c k e t w a v e c i s c o 的d p t s r p 方案 c i s c o 的i p t s r p 方案采用基于路由器模型 c i s c o 的6 2 2 m 2 5 g 1 0 g 实现姒c 功能的路由接 j 卡与该公司的g b i t 路由器相融合 提供i p 协议在城域环网上的高效运行 c i s c o 支持d p t 方案的产品主要有配置了 d p t 线路接口卡后的7 2 0 0 7 6 0 0 1 2 0 0 0 17 2 0 0 等系列因特网路由器 虽然c i s c o 的 有关人员指出采用路由器模型能够为网络供应商创造更多的机会提供更多的业 务 而不仅仅局限于b i t 传输 但是正是由于基于路由器的模型使其受到诸如复 杂路由器不但成本较高 而且限制了数据高速转发等指责 同时d p t s r p 方案只 能支持两类数据优先级 对d i f f s e r v 的支持不够好 目前d p t 技术在国内的应用 主要有 杭州将使用c i s c o 的d p t 技术建立国内最大的宽带i p 城域网 河南电信 在其辖内的宽带城域网和武汉有线宽带i p 城域网也使用了c i s c o 的d p t s r p 技术 能够提供包括视频 数据 声音等在内的综合业务及增值服务 并可实现各种业 务的无缝连接 n o r t e l 的o p e s 方案 北电网络的r p r 方案称之为o p t e r ap a c k e te d g es y s t e m o p e s 以前也称之为i n t e r w a n 北电网络基于r p r 的以太网解决方案主要部分 的o p e s 是 种接口卡 与n o r t e l 的o p t e r a m e t r o3 0 0 0 多业务平台系列协同工 作 在s o n e t 物理基础设施上同时提供有效的分组传输和t d m 业务传输 北电网 络作为r p r 协议的积极倡导者和标准化的积极参与者 早在2 0 0 0 年3 月就开始商 用其o p e s 技术扩容北美运营商b e l ln e x x i a 的传输网络 o p e s 采用了基于第二层 交换的模型 沿用了s d h s o n e t 的t d m 原理 主要面向城域网络传输 虽然第二 层的连接可以满足高速的数据转发 但是基于点到点连接的t d m 方式可扩展性值 得商榷 同时在效率上不如共享介质传输 r p r 的标准化过程中没有采用该t i m 的 传输方式 n o r t e l 的r p r 应用主要面向北美地区 在国内尚未见报道 l u m i n 叫s 的p a c k e t w a v e 方案 l u m i n o u s 的p a c k e t w a v e 城域网平台以弹性 分组传送 r e s i e n tp a c k e l7 l r a n s p o r t 简称r p t 技术为基础 推出业内第一 个 电信级的城域网光以太网解决方案 可以在一个基于分组的光网络平台上支持话 音 数据和视频业务 显著地降低了城域网的建设和运营成本 该设备致力于简 化数据传输网络的层次避免使用a t m s d i t 作为底层骨干传输增加额外的丌销字节 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 运营商无需对a t m s d h 设备再进行投资 但是同时又可通过p a c k e t w a v e 设备承载 各种业务提供原来由a t m s d h 提供的q o s 和环自愈保护 p a c k e t w a v e 的接口分为 骨干网接口和用户接口模块 通过骨干网接门组成的城域环网最高速率可以达到 1 0 g 用户接l 模块的使用非常灵活 可以支持1 0 l o o m b i t s 1 g b i t s 以太网 t t g l d s 3 o c 一1 2 p o s a t m 多种业务的汇聚 在国内 中国网通已在9 个城市采 用了l u m i n o u s 的p a c k e t w a v e 多业务弹性分组数据传送平台技术 并已经开始从 h 海证券交易所等广大用户中获得利润 除了上谣三家能够提供非标准r p r 产品的厂商外 其他能够提供类似产品的 厂商有a p p i a nc o m m u n i c a t i o n s c o r r i g e n ts y s t e m s l a n t e r nc o m m u n i c a t i o n s r i v e r s t o n en e t w o r k s s u nm i c r o s y s l e m s 但在正式标准未出台前 以上方案都 属于前瞻性的技术 虽然每个供应商都承诺 一旦8 0 2 1 7 标准出台 就改造其产 品以符合8 0 2 1 7 标准 但在规范形成前造就事实上的工业标准以影响标准的制定 也剐 能是所有供应商的目的 1 2 3 国内研究现状和产品情况 国内的通信企业 高校和相关研究机构一直能够紧跟r p r 的标准化情况 中 兴 华为两家国内知名通信企业也是r p r 联盟的成员之一 但是国内尚没有真正 的产品出现 上海交通大学宽带光网技术研究丌发中心承接了国家8 6 3 计划的r p r 技术研究课题 在紧跟国际r p r 研究的同时 力争获得自己在r p r 技术中的相关 专利 并筹划在1 2 年内研究开发出实用产品 同时实现产业化 r p r 的研究开发只是上海交大光网中心城域网络技术研究的一部分 在分析未 来技术的走向 业务的应用趋势 特别是深入分析现有各项技术优劣的基础上 中心正着手研发集成了m p l s 技术 r p r 技术 波长路由技术的新一代宽带城域网 络提供平台 r p r 是否能够获得如同以太网的经济性 关键在于能否有廉价的r p r 姒c 芯片 的支持 目前已经宣布推出的r p r 芯片有敏迅科技 m i n d s p e e d 的c x 2 9 9 5 0 r i n g m a k e r 环路处理单元以及i n f i n e o n 宣称他们能够提供支持o c 一1 9 2 的r p r m a c 芯片 c i s c o 己经开始使用c x 2 9 9 5 0 r i v e r s t o n en e t w o r k s 近期确认它也正在其 前期的r p r 相关设计中使用该芯片 虽然其它 些半导体生产厂商 如 c h i p e n g i n e s c o r t i n a k m c c 也宣布即将推出r p rm a c 层芯片 但是芯片的价 格是否能够降下来将是一个关键 虽然环网的结构对于路由非常方便 r p r 技术也采用了较多的新机制提高环网 的资源利用效率 但是纯环的结构在一定程度上会造成带宽的浪费 资源利用率 不如网状网好 如何把纯环状r p r 扩展成支持网状传输 值得进行深入研究 一 种可能的设想是多个r p r 环相互相交或相切以共享某段环路或者某些节点 构成 4 墅鲨塑望塑堕 堑丝 逻辑上是环传输但拓扑是网状 这同由点到点链路组成的网状网不同 是由众多 的环嘲构成 可以称之为网构网状网 同时由于传输仍旧是环状 可以保留r p r 的5 0 m s 的源路由保护等优点 还有一种可能的方向是r p r 与m p l s 结合 构成点到点传输的链路网状网 可 以充分利用资源效率 但是很有可能将失去环状网的优势 比如快速保护 简单 路出等 目前r p r 标准化过程中使用单波长传输数据 没有定义使用波分复用技术 虽然单纤的速率可以达到1 0 6 b i t s 双向总速率可达2 0 6 b i t s 但是对于大都市 的骨干城域传输 在节点个数较多情况下 每个节点占用的带宽将很有限 充分 利用光纤资源巨大容量的最好方法是使用w d m 技术 r p r 扩展后支持w d m 技术融合 m p i s 将是一个有希望的方向 对于r p r 业界还有 些不同的声音 考虑到r p r 的诸多优势 我们认为r p r 技术在城域网络中将大有可为之处 1 3 论文背景 由于r p r 标准尚未形成 国内还没有真正的商用产品出现 本文作者所做的 工作是跟进该项技术的发展 在r p r 标准尚处在草案阶段时开始相应的研究与开 发工作 1 4 本文的主要研究内容 本文是基于s d h 的多业务传送节点 m s t p 的内嵌r p r 的实现 主要解决r p r 软件系统拓朴发现模块的设计和实现 目的在于实现i e e e8 0 2 1 7 标准草案中提 m 的关于拓朴发现部分的功能 r p r 的软件系统的目的在于实现1 e e e8 0 2 1 7 标准草案中提出的功能和性能要 求 并使r p r 设备能够在传输网络上正常运转并且各 一商设备能实现互连互通 图1 1 是一个比较典型的应用 通过s o n e t s d h 和以太网提供r p r 服务 在 r p r 环之间通过广域网的s o n e t s d h 环相连 并向用户提供以太网接口 为增强功 能并简化r p r 站点设计 还可以在用户进入r p r 环之前配置以太网交换机以完成 会聚和本地交换功能 墅型墨塑鲨l 一 堑堡 m c hw a n m e t r ot oc i 唾o t i l e m 图1 1 在s o n e t s d h 之上提供以太网接口的r p r 应用 f i 9 1 1 r p ra p p l i c a t i o no v e rs o n e t s d i l r p r 软件系统运行的板卡可能安装在m s f p 上 也可能独立运行 另外r p r 软 件还通过两个环与其它r p r 站点上的r p r 软件交换控制信息 本文在理论和实践上主要完成以下几个方面的工作 为环上的r p r 站点提供了一种可靠而精确的方法以发现环上拓扑以及拓扑 的任何变化 确定及验证环上站点的连接性和次序 确认环上所有站点在绕环一周时间内汇聚到一个统一 最新的拓扑映像 能容错消息 数据信息和控制信息 丢失事件 操作过程无需在环上设置一个主站 所有站点地位平等 操作过程独立于并且无需任何管理系统的参与 支持在各种拓扑形式中使用 环型 总线型 断裂的环 和孤立的站点 支持在环中动态增加和移去站点 支持站点间连接中断检测 环i d 的静态本地赋值 提供共享站点间附加信息的方法 1 5 缩略词 f af a i r n e s s a l g o r i t h m 公平算法 i pi n t e m e tp r o t o c o l 互联网协议 l m e l a y e rm a n a g e m e n te n t i t y 层管理实体 m a cm e d i a a c c e s sc o n t r o l 媒体访问控制 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 m n t e n a n c e 操作管理及维护 p h y p h y s i c a ll a y e r 物理层 r f c r e q u e s t f o rc o m m e n t s 请求注解 i n t e r n e t 标准 草案 r p rr e s i l i e n tp a c k e tr i n g 弹性分组环 重庆人学硕士学位论文 1 绪论 r s v d s a s d s d h s f s o n e t t d m t t l v l a n t d v c r e s e r v e d 保留字节 s o u r c ea d d r e s s 源地址 s i g n a ld e g r a d e 信号劣化 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 同步数字系列 s i g n a lf a i l 信号失败 s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k 同步光纤网络 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 时分复用 t i m e t o 1 i v e 存活时间 v i r t u a ll a n 虚拟局域网 t o p o l o g yd i s c o v e r y 拓朴发现 v i r t u a lc o n t a i n e r 虚拟容器 7 至塑型兰塑生竺型塑 生一一 垦 垦 登堡坌垫塑 垫查坌塑 2r p r 弹性分组环 技术介绍 2 1r p r 技术概要 目前r p r 的技术标准只出台了草案 尽管各个厂家的技术和设备接口都有所 不同 但是技术原理都是相似的 弹性分组环技术都采用环状拓扑 双环结构 外环顺时针和内环逆时针同时 取向传输数据 有的r p r 技术支持各环分别传输各自的数据和控制信息 有的厂 家则支持各环传输另外一个反向环的控制信息 其原理图如下图 图2 1 所示 图2 1r p r 工作原理图 f i g2 1 r p rw o y kp r jn c i p l e 制信息 2 1 1 点到点协议 一般认为 r p r 是点到点的协议 它依靠控制层的 系列的功能来提高环型 网的服务质量 高效性和可管理性 在r p r 环形结构中 每个节点均有上行和下行两个邻居 网络结构相当简单 分组环上的所有节点被配以唯一的逻辑m a c 地址 可标识2 5 4 个节点 所有节点 都可以基于逻辑 a c 地址进行快速的二层交换 在图2 1 中 如节点a 要将 业 务流传向节点d 则此业务流结点逻辑m a c 地址指向节点d 由于环支持空间复用 技术 此业务流可快速的传送到节点d 中途经过的节点b 和c 根据业务流的逻辑 m a c 地址可判断业务目的节点 不做任何处理仅对业务快速传送 8 重庆大学硕士学位论文 2 r p r 弹性分组环 技术介绍 一般情况下 节点仅掌握入节点链路入口光纤状态 节点间没有任何关于拓 扑信息的更新 当以下三种情况发生时 环初始化 新节点加入环中和环发生保 护切换时 网络处于自动拓扑识别状态下时 触发器触发节点向环内所有节点 基 于每个节点的逻辑m a c 地址 发出链路层消息时 各个节点根据此消息可判断哪 两个节点问链路状态发生了变化 最终所有环上的节点都得到网络的拓扑图和每 条链路的状态 当故障发生时 r p r 节点可快速进行业务倒换 故障点两侧的节点向其他节点 广播故障消息 然后每个节点在小于5 0 m s 的时间内对有保护要求的业务向反方向 环作快速倒换 并根据新的网络拓扑依次恢复无保护要求的业务 r p r 的净负荷可 以是各种用户数据 如1 p i p x m p e g t i e 1 或o c n s t m n 等t d m 业务 以及其 他各种业务 2 1 2 环同步 r p r 技术支持时钟同步 能从高等级时钟源提取或从线路上提供同步时钟信 号 这样 它就能提供包括t 1 e 1 d s 3 0 c 3 s t m l o c l 2 s t m 4 在内的电信级 t d m 专线服务 由于r p r 环是双向反向环 时钟同步分组信令沿光纤方向传送 同时具备了 冗余备份的功能 从而保障环在任何情况下都保持同步 2 1 3 分组环的空间复用技术 r p r 技术都支持空间复用技术 s r p 即s p a t i a lr e u s ep r o t o c o l 它是 个 独立于介质的m a c 层协议 s r p 在数据包环上提供了寻址 读取数据包 带宽控制 和控制信息传播的基本功能 在分组环路上 数据包被目的节点从环卜读走 而 不象f d d i 那样要经过整个环路最后由源节点读走 这样 分组环使得有多个节点 成多段同时传输数据 而不会互相影响 充分利用了整个环路的带宽 例如环上依次有4 个节点a b c d 业务经过a 节点到达b 节点下环 新 业务允许从b 节点插入并经c 传送到d 节点 从而有效的利用了环上a 到d 的带 宽 空间重用可以保证对各种等级业务的q o s r p r 可根据用户需求分配带宽 而 不是象s d h 那样分配固定时隙 而且可以对不同等级业务的采取不同的保护方式 s r p 光纤环使用因子为2 光纤使用率相对s d h 提高一倍 从而最大限度地利用光 纤的传输带宽 2 1 4 多等级 可靠的q o s 服务 r p r 可提供严格的c o s 分类 可靠的保障高优先级业务的服务 规范了a b c 三种业务等级 a 类业务又可以细分成a o 和a 1 a 类业务被分配一个c i r 速率 提供最短的端到端的延时和时延抖动 b 类业务被分配一个c i r 速率 对于c i r 以 霓庆人学硕士学位论文 2 r p r 弹性分组环 技术介绍 内的流量提供有边界的端到端延时和时延抖动 对于超过c i r 的流量 被标记为 e i r 流量 这一部分流量与c 类业务一起参加带宽公平 c 类业务即提供尽力而为 的业务 其中控制信令是默认的最高优先级 并无需定义其级别 2 1 5 环自愈保护 当r p r 环中光纤传输中出现严重故障或者发生光纤中断后 光纤中断处两端 节点会发出2 层的控制信令 沿光纤方向通知各个节点 业务流源节点接收到这个 信息后 立即向另一个方向的光纤上发送业务 在环保护切换时 会按业务流的 不同服务等级 根据同终点业务一起倒换原则 依次向反向光纤倒换业务 r p r 和s d h 一样 能保证业务的倒换时间小于5 0 m s r p r 技术为数据业务和语音业务提供了一个二层的统计复用的平台 不论是语 音业务还是数据业务接入之后都会被分配到不同的优先级上 语音可以在在e 1 入 口处分组化 自动配以e f 服务等级 具有恒定承诺速率 有严格的延时 抖动保 障机制和时钟同步机制 而对数据业务则提供b f a f i a f 2 b e 服务等级 2 1 6 物理层开放 作为二层 l 2 的m a c 协议 r p r 的物理层 l 1 是开放的 可分为基于s d h s o n e t 和基于w a n l a n 以太网两种 其中前者采用g f p 或字节同步的类似于h d l c 的成帧 来支持s d h s o n e t 的p h y 并工作在1 5 5 m b i t s 到9 9 5 g b i t s 的速率 后者支 持g e 和1 0 g e 的p h y 本文就是基于s d h s o n e t 来制定的方案 2 2r p r 层模型 r p r 层模型与开发系统互连 o s i 参考模型的对应关系如下图 图2 1 所示 标准中定义了m a c 控制子层 m a c 数据通路子层和协调子层 以作为这些子层支持 的m a c 业务接口和物理层业务接口 重庆大学硕十学位论文 2 r f r 弹性分组环 技术介绍 a p p l i c a t l 0 n p r e s e f 盯a t i o n s e s s l 0 k t r a n 旧p o r t n 酐w o r k d a t al i n k p h y s i c a l h i g h e rl a y e r s 图2 2r p r 层模型与o s i 参考模型对应关系 f i g 2 2r p r l a y e rm o d e l o s i r e f e r e n c em o d e m a cs e r v c e l m r r f a c e c l a u s e5 m a cf r a m e i n t r r 融c b p h ys e r t i c e i n t e r f a c e c l a u s e7 m a c 业务接口将来自m a c 客户的数据传送到远端的一个或多个对端m a c 客户 同时将m a c 的本地控制信息传递到m a c 客户 m a c 控制子层完成与特定环无关的工 作以及维持m a c 状态的控制动作 m a c 控制子层使用m a c 数据通道子层提供的m a c 帧的发送和接收 m a c 数据通道子层支持对特定环的访问控制和数据传输功能 物理层业务接口被m a c 数据通道子层在物理介质上用于传输和接收帧 协调 子层定义了在物理层中物理层业务接口和介质无关接口之间的映射关系 本标准 的范围仅包括那些协调子层被明确定义的物理层 在以下情况中支持明确的协调予层 物理层的适配子层执行类似于h d l c 的成帧和 或通用成帧过程 g f p 物理层的适配子层仅执行g f p 本文所做的工作就是m a c 控制予层中t o p o l o g y 部分的软件过程实现 2 3 主要模块介绍 2 3 1 公平模块 当在环上发生拥塞时 是不允许站点使用超过加权带宽份额的之外部分的 这个限制使得站点不能通过牺牲上游站点的利益来使用不成比例的带宽份额 该 比率限制是通过m a c 数据同路子层中的整形器实现的 下图示了无规则访问和加 赫一 旺 里型 塑主堂垡堡奎 坚 壁丝坌望墅 垫查坌塑 权公平访问两种情况 在左面无规则访问情 兕r 站点s 1 和s 2 在棚塞情况下可 以使用所有的可用带宽 使得处于卜游的站点没有机会加入流量 在加权公甲访 问的情况下 整形器在拥塞状况下限制对可用带宽的使用 降低卜游站点的带宽 访问优势 对公平符合条件流量的整形参数的计算足使用分布式公平算法 f a 实现的 f a 需要周期性地在数据流量的反向环上发送公平消息 每个站点都处理公平消息 该消息带有识别遇到的最拥塞的站点 按时问平均进入速率或公平速率 另一种 公平消息是拥塞站点周期性地进行广播 姒c 控制不会处理这种消息 两是将其送 往客户端以便支持与拥塞有关的队列 2 3 2 保护 r p r 的双向拓扑结构保证当链路或站点失效时 在源站点和目的站点之间具有 备用的路径 保护方式有s t e e r i n g 源站点保护 和w r a p p i n g 环回 两种 可 以将业务中断时间降低到5 0 毫秒以内 所有站点必须支持s t e e r i n g 方式 在收到来自去往目的站点通路上的故障指 示后 源站点将单播流量转发到仍然能到达目的站点的方向上来 住此情况下 组播和广播传输的流量改为向两个方向h 发送 以便能够到达环上所有站点 对w r a p p i n g 方式的支持是可选的 只有当环上所有站点都支持时才能够提供 这种能力 流量在发生故障的点处转向另一个环 以便到达所能到达的站点 w r a p p i n g 对于源站点是透明的 2 3 3 拓扑发现 采用分布式的拓扑发现算法 为每个站点提供相同的拓扑结构 该结构可以 是 个由站点组成的环 也可以是环在一个或多个点断裂后形成的线形结构 完整环拓扑图如下 图2 3 图2 3 完整环的拓扑图 f i g2 3c o m p l e t er i n g l e tt o p o l o g y 链状拓扑图如下 图2 4 假设f 和e 间相向的两条l i n k 均故障 里塑型苎堑生兰兰笪 垫 垦 呈 堂堂坌塑堑 垫查坌丝 外环厂 r i n g l e t0 图2 4 链状拓扑图 f i g2 4l i n kt o p o l o g y 出现孤立站点的情况 c 站点的东西两侧的接收方向均发生 s f 时 图2 5 出现孤立站点 f i g2 5 i s o l a t e dp o i n t 拓扑发现算法描述了在环上广播拓扑消息的规则 该消息中包含了关于发出 消息的站点信息及该站点当前拓扑信息 状态消息可以周期性地也可以是在检铡 到环状态变化后产生 在发现与环 链上所有其它站点描述的拓扑结构与本地拓扑 结构 致后 确定拓扑工作完成 2 3 4 操作维护与管理 o a m r p r 的操作 管理和维护提供了一套控制功能和指示 以支持配置管理 故障 管理和性能管理 r p r 采用专门的控制帧 在r p r 层上实现故障的检测和孤立 这些帧可用在提 供服务期间或一直持续使用 最小化异常操作的纠正时间 2 4 典型应用 r p r 网络应用定义了环形拓扑 其提供的是共享的广播媒质 媒介访问控制 m a c 通过特定的访问机制 实现在环形媒介上传递业务帧和空间复用的目的 r p r 技术吸收了千兆以太网的经济性 s d h 系统5 0 m s 环保护特性 r p r 采用类 似以太网的帧格式 结合m p l s 标记 基于m a c 高速交换 简化i p 前传 r p r 帧封 重庆大学硕士学位论文2 r p r 弹性分组环 技术介绍 装比p o s 更简化 更灵活 r p r 同时具有空间复用机制 r p r 技术可以支持更细致 的带宽颗粒 网络成本