弹性分组环.doc

RPR（Resilient Packet Ring，弹性分组环）2009-01-09 11:56RPR（Resilient Packet Ring，弹性分组环）是一种新型的MAC（Media Access Control，媒体访问控制）协议，可运行于SONET（Synchronous Optical Network，光同步网络）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）、DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密级波分复用）和以太网之上，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。RPR技术是为了在城域网中支持大容量的数据业务而设计的，具有以下技术特点： 物理层多样性 带宽利用率高 支持广播和组播 拓扑自动发现机制 快速保护机制 通过支持带宽预留业务以及速率限制提供流量等级保证 公平的节点带宽分配RPR环网结构RPR采用逆向双环结构，数据沿环网在节点之间进行转发，如图1所示。 0环：RPR双环中，数据帧发送方向为顺时针的称为0环，也称Outer Ring（外环）。 1环：RPR双环中，数据帧发送方向为逆时针的称为1环，也称Inner Ring（内环）。 节点（Station）：RPR环网上的设备，负责接收和转发数据帧。 链路（Link）：连接相邻节点的一段传输通道。相邻节点之间由方向相反的两条链路连接。 段（Span）：RPR环网上两个相邻节点之间的链路，由方向相反的两条链路组成。 西向接口：在1环上发送数据帧，在0环上接收数据帧的物理接口定义为西向接口。 东向接口：在0环上发送数据帧，在1环上接收数据帧的物理接口定义为东向接口。 边（Edge）：当段或和段相邻的节点出现故障时，段不能转发数据就成为边。 环状态：分为闭环和开环。不存在边的环为闭环，存在边的环为开环。RPR数据操作在RPR环网中，节点与环配合，完成数据操作。RPR环上的节点对数据帧的基本数据操作包括： 上环：节点把来自环网外的数据帧插入到RPR环网的数据流中； 下环：节点从RPR环网的数据流中接收数据帧，并将数据帧交给上层作相应处理； 过环：节点将途经本节点的数据帧转发到下一个节点； 剥离：节点不再往下转发途经本节点的数据帧，即终止数据帧在RPR环网上的转发；各节点分别采用上述基本数据操作及其组合来提供对单播、广播和组播的支持：1.单播实现：图2 RPR单播实现示意图图2是单播的实现示意图，各节点的操作如下： 源节点：采用上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中； 中间节点：只执行数据过环操作； 目的节点：对数据执行下环和剥离操作。可以看到，对于单播流量，RPR采取的是目的节点剥离方式，不同于传统环网技术的源节点剥离。目的节点剥离能够有效提高带宽的利用率，使得带宽的空间重用技术更高效。2.广播实现图3是广播和泛洪的实现示意图，各节点的操作如下： 源节点：采用上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中； 中间节点和目的节点：执行数据过环和下环操作； 源节点剥离：当数据帧回到源节点或TTL值为0时执行剥离操作。3.组播实现图4是组播的实现示意图，各节点的操作如下： 源节点：采用上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中； 中间节点：执行数据过环操作； 目的节点：执行数据过环和下环操作； 源节点剥离：当数据帧回到源节点或TTL值为0时执行剥离操作。拓扑发现RPR通过拓扑发现来收集环网节点的数目、环状态、节点之间的排列顺序等信息，并生成拓扑数据库。当环网拓扑稳定后，对应的拓扑数据库不再变化。1. 拓扑数据库每个RPR节点都会维护一个拓扑数据库，拓扑数据库中保存着整个RPR环网的拓扑信息，是节点生成选环表的主要依据。拓扑数据库包含三个部分： 环网的拓扑信息，如：环网MTU、节点个数、环状态和可用带宽。 本节点的拓扑信息，如：MAC地址、保护类型、节点保护状态、节点名称、本节点的拓扑信息校验和以及邻居节点的拓扑信息校验和。 其它节点的拓扑信息，如：MAC地址、有效状态、可达状态、保护类型、节点索引、保留带宽以及节点名称。2. 拓扑发现过程RPR拓扑发现过程使用的控制帧主要有ATD（Attribute Discovery）帧、TP（Topology Protection）帧、TC（Topology Checksum）帧三种。RPR环上的每个节点都利用TP帧来广播自己的配置和状态信息，其他节点根据收到的TP帧来更新自己的拓扑数据库，最后使得环上的每一个节点对环的拓扑信息都有一个一致的认识。TC帧用来在相邻节点间传递拓扑信息校验和，用于校验邻居节点和本节点的拓扑数据库是否匹配，以判断RPR环网拓扑是否稳定。ATD帧用于传递MAC地址、节点名称等与本节点有关的属性参数，这些属性参数值也会保存在拓扑数据库中。ATD帧、TP帧、TC帧都是周期性发送的，且周期长度都可以进行配置。其中，TP帧和TC帧有两种发送周期：快速发送周期和慢速发送周期。当环上节点初始化，或者环上节点检测到拓扑发生变化时，将触发TP帧的快速发送，迅速将网络拓扑信息传遍整个网络。以快周期发送8个TP帧后，帧的发送周期变长，再以慢周期发送。当环网拓扑稳定并收敛后，将触发TC帧的快速发送，以快周期发送4个TC帧后，再以慢周期发送。无论拓扑情况如何，ATD帧都是按用户设置的周期定时发送。故障响应方式RPR故障自愈能力非常强，其保护机制可实现事件检测、快速自愈，以及在光纤或节点故障后业务快速恢复，从而使网络能够迅速检测到故障并作出适当反应，保证业务不中断。RPR支持的故障响应方式有以下两种：1. PassthroughPassthrough主要用于节点故障。当节点检测到内部故障时，可以进入passthrough模式，此时节点就类似于一个中继，本地不再接入任何的业务。这时，到达该节点的任何数据帧都以透明方式直接转发，且该节点在环网的拓扑图中不可见，如图5所示。2. 保护倒换如果节点不再具有转发数据帧的能力，比如掉电或光纤断开等原因造成的故障，节点就需要进入保护模式了。(1) 保护模式保护模式有两种： Wrapping模式当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点处自动环回，即把外环和内环连在一起，形成一个闭合单环。如图6所示，原来从A到B的0环上的流量，将在故障邻节点处环回到1环传输。Wrapping模式可以保证节点快速倒换，数据帧基本不会丢失，但会浪费一半的带宽。 Steering模式当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点首先更新自己的拓扑数据库，然后快速发送TP帧给RPR环网上的其它节点，其它节点根据收到的拓扑信息更新拓扑数据库。有了新的拓扑信息，节点只需要直接按新的拓扑发送数据帧即可。如图7所示，原来从A到B的0环上的流量，将被直接重定向到1环上传输。Steering模式避免了带宽的浪费，但是由于需要重新收敛，恢复时间较长，可能会造成一些业务的中断及部分数据帧的丢失。(2) 保护倒换RPR的保护倒换包括6个优先级，按照优先级从高到低的顺序依次为： FS（Forced Switch）：强制倒换； SF（Signal Fail）：信号失效，与当前物理状态相关； SD（Signal Degrade）：信号衰减，和当前物理状态相关； MS（Manual Switch）：手工倒换； WTR（Wait to Restore）：等待恢复； IDLE：空闲。保护倒换发生的条件是保护请求，即只有环上节点发出保护请求时，RPR环才会进入保护模式。保护请求的取值和优先级与保护倒换一致。其中，FS和MS是手工配置的保护请求，SF、SD和WTR是自动保护请求。当节点发出MS保护请求时，若环上存在优先级更高的保护请求，MS保护请求将不会被处理。当由于链路故障引发SF、SD等自动保护请求时，若链路的当前人工保护请求为FS，由于FS保护请求的优先级比SF、SD高，SF、SD的保护请求不能被立即执行，只有在FS保护请求被清除时，SF、SD保护请求才能被处理。RPR定时器RPR协议运行时存在多个定时器同时工作，其中可供用户配置的定时器有： TP帧快速发送定时器：定义TP帧的快速发送周期。当环上节点初始化，或者环上节点检测到拓扑发生变化时，将按快速发送周期发送TP帧八次，之后按照慢速发送周期发送TP帧。 TP帧慢速发送定时器：定义TP帧的慢速发送周期。当环网拓扑比较稳定时，将按慢速发送周期发送TP帧。 TC帧快速发送定时器：定义TC帧的快速发送周期。当环网拓扑稳定并收敛后，将按快速发送周期发送TC帧四次，之后按照慢速发送周期发送TC帧。 TC帧慢速发送定时器：定义TC帧的慢速发送周期。当环网拓扑比较稳定时，按照慢速发送周期发送TC帧。 ATD定时器：定义ATD帧的发送周期。 WTR定时器：当节点因为链路故障而发生保护倒换事件时，节点将进入自动保护状态；链路故障恢复后，节点将进入IDLE状态。WTR定时器定义了节点从自动保护保护状态进入IDLE状态的时间间隔。 Hold Off定时器：RPR节点物理层检测到链路故障到上报保护请求的时间间隔。 Keepalive定时器：公平算法帧SCFF（Single Choke Fairness Frame）点对点传