RPR-内嵌RPR技术及产品介绍.ppt

背景介绍 RPR技术于2000年提出 主要是为了解决城域网中已较大规模应用的SDH ATM以及以太网技术的一些局限 SDH作为TDM通道 对分组业务的支持较差 资源利用率不高 用其组建城域网结构较复杂 很难做到带宽共享 一般仅用于在原有的TDM网络中补充数据业务 ATM虽然在QOS等方面有一定优势 但其技术的复杂度导致了昂贵的价格和较高的信元开销 并且与网络的IP化发展不相一致 以太网技术作为一种廉价 相对简单的技术 广泛应用于局域网中 但其缺乏有效的QOS 网络恢复与保护以及网管机制 不能满足电信营运的需要 RPR则参照了SDH与以太网技术的优势 通过使用环的拓扑结构 实现带宽的共享与保护 目前MSTP的问题 目前MSTP设备可以提供的数据接入手段主要还是EOS方式 通过SDH的虚容器传输以太网帧 为了提高带宽利用率一般通过802 3的交换进行汇聚 这种方式带来的问题主要有 1 配置复杂 站点与站点间的业务配置需要一一配置 中间经过的站点需要配置直通 网络复杂时配置以及维护工作量很大 2 缺少共享的特性 业务之间的通过VC连接 这些链接作为一条业务的承载体无法与其它链接共享自身带宽 3 带宽利用率较低 为了防止广播风暴 需要运行STP协议 部分带宽无法充分利用 另外因其自身无快速保护机制 STP秒级保护太慢 需要利用SDH的保护 而SDH的保护速度虽快却要浪费50 的带宽 目前MSTP的问题 4 对汇聚比的要求 在汇聚型的网络中 需要单板具有众多系统方向以完成各个站点到汇聚站点的链接请求 5 组建环网时对QOS较难保证 EOS设备虽然可以通过组建以太环网部分避免以上问题 但802 3的网络天生就不是为环网设计的 所以组建环网时 以上问题仍很难避免 同时还将带来上下游站点间业务互相影响的问题 QOS无法保证 至今很少有这样应用 而这些问题也就是RPR技术需要解决的问题 RPR特点 一 较高的带宽效率 传统的SDH网络需要环带宽的50 作为冗余 RPR则不然 它保持了类似于SDH中APS的保护机制 利用两个反向的环来保护业务 同时还允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上全速传输 不需要保留50 的带宽 使用的是空间重用技术 目的节点从环中剥离到达本点的数据帧后就不再占用环的带宽 释放给下游段使用 RPR特点 二 较公平的带宽分配协议 QOS的保证 通过简单有效的公平算法 实现数据业务的带宽共享 因为在网络中 用户接入端的通信业务量从本质上来说是突发性的 而网络核心部分的业务量较为平稳 所以具有一定的可预测性 RPR通过业务的分级可以允许营运商只在带宽有空余时 才提供优先级较低的网络接入服务 如一些数据业务 充分的利用了这些业务量所固有的特性 也可以避免了上下游站点间的带宽不公平 RPR特点 三 快速的保护机制 RPR可以提供50ms的业务保护 这与SDH的APS相类似 目前可以通过业务环回 Wrapping 或者绕开 Steering 两种方法来避免发生的故障 采用 环回 时 和故障邻近的节点会把一个环上的业务环回到另一个环上 比如把内环上的业务环回到外环上 类似于SDH的APS 这种方法使数据流在经过很长一段路径到达目的节点时 都会保持连续 顺序 性 绕开 这种方法实际上是让数据流掉转方向 通过另一段路径到达目的节点 RPR特点 四 与SDH网络的无缝连接 内嵌于SDH的RPR系统在组网方面可以与SDH网络无缝连接 SDH的网络一般以环网为主 RPR需要的正好也是环的结构 因此可以实现无缝的连接 充分利用环网的带宽 而不像已有的MSTP一样需要通过STP协议或手工配置在SDH环网中防止业务成环 有时会因此浪费掉一部分带宽 RPR特点 五 简单的业务配置 RPR的目标之一是分布式接入 分布式接入 快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入和删除提供了即插即用机制 RPR也是一项在环内使用共享带宽的分组交换技术 每一个节点都知道环的可用容量 在传统的电路交换模式下 全网的每个连接都需要点到点的一一配置 而RPR只需要配置一下接入端与环的连接关系 不需要配置环内各点之间如何相连 业务如何流向 这样就大大简化了工作 另外这样的业务配置也避免了传统的EOS设备中存在的汇聚比的问题 在忽略带宽限制的前提下 RPR几乎可以做到无限的汇聚比 空间重用协议 RPR技术中采用了空间重用协议 SpatialReuseProtocol简称SRP 空间重用指在空间上没有重复的业务流可以互不影响地利用各自的线路带宽 简单的说是正常情况下数据在源节点和目标节点之间的最短弧上传输 同一时间可以有多个节点相互通信 这样 许多节点可以同时收发分组 提高了环带宽的利用率 特别在环上节点数较多的情况下 带宽的利用率改善尤为明显 RPR环网结构 RPR为双环结构 与SDH双向复用段环拓扑类似 是由两个相反方向的环组成 顺时针方向的环称为环0 逆时针方向的环成为环1 环上的各个节点成为站点 通过48bit的站点地址进行标识 站点之间的连接成为SPAN 每个SPAN对应TTL为一跳 环0 环1 站点1 站点2 站点3 站点4 SPAN RPR环网结构 RPR的数据传输支持单播 组播和广播机制 在组播和广播时 源节点发出数据后 每个节点都能够检测到数据 节点分析帧头部地址信息 如果满足地址条件 则拷贝下数据 同时继续转发 回环一周后在源节点被剥离 在单播情况下 数据分组仅在源节点和目标接点之间的最短弧线上传输 源节点发出数据 目标节点接收数据 同时把该数据分组从环上剥离 这比城域FDDI环状网络和令牌网络提高了利用率 RPR技术原理 RPR参考模型RPR系统结构RPR帧结构RPRMAC对数据帧的处理RPR公平算法原理简介RPR拓扑发现原理简介RPR保护原理简介 SDH内嵌RPR的参考模型 参考模型说明 根据IEEE的标准框架结构 802 17和802 3是平级的协议 都是链路层的协议 RPR可以兼容多种数据速率 它可以在一系列的物理层上工作 如 SONET SDH 千兆以太网 IEEE802 3ab 10Gbit s以太网 IEEE802 3ae 等 RPR同样也属于广播型网络 一个数据包可以到达环上所有的节点 这意味着多种施用于广播型网的技术能够继续施用于RPR上 如地址解析协议 ARP 生成树协议 802 1D 和三层协议等 RPR的基本数据单元是数据帧 RPR帧的最大长度是9216字节 数据帧的格式类似于以太网帧 SDH内嵌RPR的系统结构 SDH内嵌RPR的系统结构 RPR标准帧结构 数据帧结构 控制帧结构 公平帧结构 空闲帧结构 TTL TimeToLive 生存时间 这一个字节记录的是报文到达目的节点前能经过的最大节点数 每经过一个节点 该字段数字减一 减到为0时从环上剥离 通过这种机制可以防止帧在RPR环上无限次的循环转发 帧中该字段的初始值应不小于已知目的节点和本节点相隔的跳数 该字节也决定了RPR环最多只能255个站点 BaseControl RI 环标识 该比特记录的是该帧生成时 被发送的环路方向 FE 公平适从 该比特用于标记一个帧是否参与公平算法 FT 帧类型 这两个比特标志帧的4种类型 SC 服务类型 这两个比特标志一个帧所属的服务类型 WE Wrap适从 该比特标记帧在发生Wrap保护时 能否被环回 1表示帧可被环回 P 环控制校验bit 该比特提供对BaseControl字段的奇偶校验 对于公平算法帧和IDLE帧 校验值必须使环控制字段所有比特 包括Pbit自身 中值为1的比特数目为奇数个 对于数据帧和控制帧 该比特保留 置0 接收时被忽略 BaseControl FT定义 SC定义 SC与FE决定服务等级 SC与FE决定公平适从 ExtendedControl EF 扩展帧标识 定义数据帧使用的是基本帧格式还是扩展帧格式 FI 洪泛标识 指示帧在环上的洪泛方式 包括 不洪泛 单向洪泛和双向洪泛 PS 过源站点标识 表示在Wrap保护中帧是否从反环经过源站点 SO 严格次序标识 表示帧的次序在传输过程中是否需要严格保证次序 站点地址 DA SA DA SA都是一个48bit的地址域 分别用于确定帧的目的站点和源站点地址 定义方式与802 3网络一致 广播目的地址也为0 xFFFFFFFFFFFF 源站点地址由上层网管确定 目的站点地址则由路由算法根据拓扑发现决定 TTLBASE 与TTL基本一样 表示帧从源站点发出时TTL值 该域在传输过程中不被修改 目的站点可以根据TTL和TTLBASE判断出源站点与本点之间的跳数 HEC 在数据帧和控制帧中有一个16bit的HEC域 用于对16字节的帧头 TTL BaseControl DA SA TTLBASE ExtendedControl 进行CRC 16的校验 HEC错误的数据帧和控制帧将被从环上剥离 不同服务类别的比较 各等级业务面向的服务 CLASSA0 RPR的MAC协议提供一种预留环上带宽的机制 这些带宽对RPR的公平算法是不可见的 必须由RPR的MAC客户实体完全控制 其它三个等级的业务不能使用这些预留的带宽 即使这些带宽空闲 该等级业务主要用于模拟TDM业务 CLASSA1 主要用于实时业务 如语音和视频 具有低抖动和低时延特性 如果带宽未被使用将在公平算法控制下和其它节点共享 也可以用于模拟VPN业务 CLASSB 主要用于对时延不敏感但要求带宽保证的业务 如一些要求比较高的数据业务 在网络带宽有空闲时可以占用更多带宽 CLASSC 主要用于要求不高的数据业务 属于尽力而为的业务 没有保证带宽 受网络实际流量影响大 特别是保护时带宽受影响很大 时延和抖动都较大 RPRMAC对数据帧的处理 RPRMAC对数据帧的处理有 上环 本点用户口向环上其它站点发送 需要进行上环操作 通过拓扑发现和路由表项决定其目的站点地址以及环选择 根据对应的优先级送入相应的队列 最后产生RPR帧头后插入到各环端口 下环 本点从环上接收其它站点发送过来的到本点的单播帧或多播帧 经过StackVLAN过滤可以接收 对于单播帧将其从环上剥离并发送到用户端口 对于多播帧发送到用户端口同时进行过环操作 转发 本点从环上接收的帧根据其优先级 A B C 分别放入PTQ和STQ转发通道 发送时将PTQ和STQ队列中的数据帧直接插入源环发送端口 剥离 本点从环上接收的帧不再继续向下传递 到本点终结 RPRMAC对数据帧的处理 过环队列 PTQ STQ SPAN0 SPAN1 上环队列 A B C 本地入端口 调度器 过环 上环 用户分组Policer限速 环接收队列 下环队列 AB C 本地出端口 下环 路由判决 Shaper整形 公平算法 RPR公平算法特点 RPR公平算法是一种保证环上所有站点之间公平性的机制 通过这种算法可以达到带宽的动态调整和共享的目的 RPR公平算法应用于从MAC客户来的低优先级服务和超额中优先级服务 即中优先级服务中EIR数据帧 的业务 对于B类CIR以及A类业务不进行控制 RPR公平算法可以分别控制两个子环的公平带宽 即每个RPRMAC有两个互相独立的公平协议分别调整上环的带宽 公平算法带宽调整方法 RPR公平算法是通过对阻塞的检测来触发带宽的调整 如果一个节点发生阻塞 它就会在相反的环上向上行节点发布一个公平速率 fairrate 通过本点的add rate和归一化的权重得到 当上行站点收到这个公平速率时 就调整自己的发送速率以不超过公平速率 接收到这个公平速率的站点会根据不同情况作出两种反应 若当前节点阻塞 它就在自己的公平速率 通过本点的add rate和归一化的权重得到 和收到的公平速率之间选择最小值公布给上行节点 若当前节点不阻塞 节点就将公平速率向上游继续传递 RPR环中两种情形可能引发阻塞 1 某节点原先没有充分利用自己的带宽而被其他节点占用 现在要充分利用自己的带宽而发生阻塞 2 某节点突然有大量突发流量导致阻塞 公平算法带宽调整示例 图中RPR环非保留带宽 环带宽 A0业务保留带宽 为500M 表示公平算法最大可以控制500M的环带宽 站点1 2 3之间为汇聚型业务 1 2向3汇聚 环0 环1 站点1 站点2阻塞 站点3 站点4 250MC类业务300MB 100MeB100MC类业务 250MC类业务100MC类业务300MB 100MeB FA控制 公平算法模块功能 接收和处理公平帧 计算本地节点的公平允许速率 使用shaper控制公平业务速率 确定要公布的公平速率 产生并发送公平控制消息 公平算法模块框图 802 17egress 公平速率协调模块 更新本地公平速率 802 17ingress 业务统计模块 公平帧接收和处理模块 公平帧分析和处理 Rx FIFO 生成公平消息 计算公平速率 Tx FIFO ShaperC RPR拓扑发现 一 可处理多种拓扑结构变化 增加和删除节点 链路中断等每个节点自动发现拓扑采用类似于OSPF的链路状态协议采用相应的控制消息来传递信息采用触发器触发节点发出消息拓扑发现的基本过程在拓扑图发生变化时立即发出信息每个节点掌握相邻节点的状态每个节点向所有节点广播拓扑信息 RPR拓扑发现 二 RPR的拓扑发现是为了每个站点都能了解环的完整结构 各点距离自身的跳数 以及环上各个站点所具备的能力等 从而为环选择 公平算法 保护等单元提供决策依据 RPR拓扑发现的是一种周期性的活动 但是也可以由某一个需要知道拓扑结构的节点来发起 也就是说 某个节点可以在必要的时候产生一个拓扑信息帧 如此节点刚刚进入RPR环中 接收到一个保护切换需求信息或者节点监测到了光纤链路差错 拓扑信息产生周期可以配置为 50ms至10s 以50ms为最小分辨率 默认值为100ms RPR拓扑发现帧 拓扑发现帧属于控制帧的一种 帧头的ControlType值为1 拓扑帧由源站点同时广播到两个环上 TTL设置为255 拓扑帧由源站点根据源MAC地址剥离 拓扑信息是一个可变长度的消息 拓扑帧不光可以用来发现环的拓扑连接 更可以用来传送一些站点的配置信息 如保留带宽 站点权重 是否支持WRAP保护 是否支持Jumbo帧等 通过拓扑发现可以检测到光纤错联 重复MAC地址 环站点过多等错误 RPR拓扑发现帧结构 一 RPR拓扑帧通过TLV Type Length Value 来传递信息 一个拓扑帧可以有多个TLV域 每个TLV包括 该TLV的类型 长度以及实际内容 RPR拓扑发现帧结构 二 已定义的TLV如下 权重TLV 用于申明本点的权重 总保留带宽TLV 用于申明站点在各个环上总的A0业务保留带宽 站点能力TLV 用于申明本点是否支持Jumbo帧以及是否支持Wrap保护方式 相邻站点TLV 用于申明本点的东向和西向站点地址 各保留带宽TLV 用于申明各个环上站点与各个站点之间的A0业务保留带宽 各站点的保留信息按距离源站点的跳数排序 站点名称TLV 该TLV是可选项 用于申明本站点的ASCII名称 卖方特殊TLV 该TLV是可选项 用于卖方传递站点特殊信息 RPR保护 RPRMAC层保护可支持Steering保护或Wrapping保护 用户可以指配是否同时采用RPRMAC层的保护和SDH物理层的保护 当RPRMAC层保护与SDH的保护同时使能时 可以采用拖延RPR层倒换时间来支持层间倒换以保证两种倒换不会重叠发生 RPRMAC层在出现下列情况之一时自动倒换 1 RPRMAC层连接中断告警 LOC keepalive 2 物理链路误码过大导致SD产生 3 SDH物理层告警 信号丢失 LOS 帧丢失 LOF 指针丢失 LOP 通道告警指示信号 AIS RPR保护时间 拖延时间 检测到业务失效到启动倒换之间的等待时间 在这一段时间内如果业务恢复 将不发生倒换 范围0 10秒 步进级别为100ms 等待恢复时间 从故障恢复到业务故障状态清除 取消保护状态 之间的等待时间 在这一段时间内如果业务失效 业务故障状态将不再清除 范围0 1440秒 步进级别为秒级可设置 默认为10秒 RPR保护步骤 一 断纤之前 S4 S5 S0 S1 RPR保护步骤 二 断纤之后 Wrap保护 S4 S5 S4 S3 S2 S1 S0 S1 RPR保护步骤 三 断纤之后 Steering保护 S4 S3 S2 S1 中兴内嵌RPR 以插板形式提供内嵌RPR功能 单板名称 RSEA 一块单板实现完整的RPR站点 提供全部RPRMAC功能 可以组建622M或155MRPR环网 用户侧提供8个10M 100M自适应以太网口以及一个GE光口 支持VlanStack CID 增加VLAN的容量 基于VLAN的用户业务配置 不同优先级的业务的带宽和峰值速率可以设置 支持公平算法 支持拓扑发现和保护功能 中兴内嵌RPR 支持强大的用户分类功能 可以根据用户类别进行区分 支持4K用户的RPR优先级设置 支持1K用户组的上环流量控制 支持站点的即插即用 配置非常简便 并能主动发现光纤错联 RPR层支持Wrapping和Steering两种保护方式 可以通过设置拖延时间避免SDH与RPR层间保护倒换的冲突 基于二层交换的RPR设备 支持点到点 点到多点 多点到多点的业务流向 中兴内嵌RPR 支持基于VLAN的业务透传模式 超大的MAC地址容量 每个站点最大可以支持64KMAC的学习能力 在组建较复杂网络时避免了不必要的洪泛帧 减少了带宽的浪费 拥有自主知识产权的公平算法 可以合理的共享环路带宽 调整能力强 带宽波动小 内嵌RPR近期应用 RPR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SONET SDH级网络生存性的同时降低了传送费用 RPR最突出的特点就是以太网的成本 SDH的可靠性和ATM的多业务和服务质量 接入层 业务流经过RPR网到达广域网 其主要优点是带宽可以完全共享 保护通道平时也可以传输业务 带宽利用率以及站点公平性很好 另外配置非常简单 故障定位也比较方便 汇聚层 RPR环拓扑的特点可以用来实现大汇聚比的以太网业务 基本不受EOS方式下系统方向的限制 VPN的部分应用 因RPR的A B类业务能够提供保证带宽 通过中兴用户组分类功能可以实现VPN 并且有着更好的线路利用率和更低的成本 802 1Qin802 1Q 802 1Q标识 以太网中802 1Q标识是一个用于用户隔离的标识 功能较强的交换机 路由器等数据设备都支持对其的处理 该标识包含3bit的QOS标志 也称802 1p优先级 以及12bit的VID QOS标志用于指定帧的优先级 以便在交换时能够优先转发 3bit的802 1p优先级标识共可以设定8个优先级 12bit的VID用来进行隔离 不同VID的用户属于不同的广播域 无法直接通讯 需要通过三层设备转发 由于802 1Q标识目前在数据网络中已得到大量应用 在营运商组网时有可能出现用户数据已携带一层标识的情况 此时如果营运商就需要给用户管理其标识 避免不同的用户使用相同的标识 因此为了能够将用户数据透明处理 营运商非常需要设备商能够提供额外的标识专门用于给营运商进行用户隔离 而不是修改用户的已有标识 因此802 1Qin802 1Q这种方式就浮出了水面 它通过在用户已有的标识前在添加一层802 1Q标识实现双层的隔离 用户自用一层 营运商用一层 这种方式也称为VlanStack DoubleVlan等 802 1Qin802 1Q 在RSEA单板中 由于802 3交换单元硬件的限制 对用户侧接入的数据帧处理后只允许有一层802 1Q标识 也就是说在接入模式下 如果用户接入的帧不带VID 则可以加一层标识 但如果用户接入的帧已经有一层802 1Q标识 就无法再加一层标识了 直接丢弃 如下图所示 第一个帧没有VID 交换单元根据PVID配置添加一层标识 第二帧已带有VID 交换单元丢弃 以上的限制导致用户如果带VID 我们的设备只能处于干线模式下 并且只能使用用户的VID设置 不能将其忽略 这样在组网中 不同的用户 如银行和商场两个用户 都自带VID并且相同时将无法隔离 需要用户修改自己的VID 802 1Qin802 1Q 因此为了能隔离相同VID不同用户 RSEA板中通过RPR芯片重新添加了一层标识 802 1Qin802 1Q 添加的标识处于最外层 并将其称为CID 由于RPRMAC已经无法识别帧的源用户端口 因此添加CID的依据只能是基于已有的VID 所能实现的是不同单板相同VID不同CID时可以做到互相隔离 但由于不能基于端口添加 并不能做到真正意义上的用户域隔离 在网管中 RSEA中CID的添加是通过客户域的配置实现的 当单板配置了CID与端口的关系以及VID与端口的关系后 单板软件将其转换成VID与CID的关系 并设置给RPRMAC RSEA业务概念 RSEA的业务实际上就是用户数据流的概念 具有如下属性 优先级和业务带宽 优先级的选择针对每个12bit的VID标识可以直接选择A B C三类业务 A C类业务合计1K条 带宽属性则与优先级配置有很大关系 如优先级为A类 则带宽配置中只需要配置A类业务的保证带宽 如优先级为B类 则带宽配置中需要配置限制带宽和保证带宽 如优先级为C类 则带宽配置中只需要配置C类业务的限制带宽 内嵌RPR组网 SDH RPR155M 622M STM N SDH内嵌的RPR环并不关心SDH是否物理上成环 只要逻辑连接上保证RPR业务成环即可 内嵌RPR组网 点到点 内嵌RPR组网 多点到一点 内嵌RPR组网 多点到多点 内嵌RPR组网 跨环业务 国外厂商情况 虽然IEEE802 17工作组还在进行RPR标准化工作 RPR的正式商用还要一段时间 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RPR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Cisco的DPT SRP NortelNetworks的OPES 以及LuminousNetworks的PacketWave 国外厂商情况 Cisco的DPT SRP方案 Cisco的DPT SRP方案采用基于路由器模型 Cisco的622M 2 5G 10G实现MAC功能的路由接口卡与该公司的Gbit路由器相融合 提供IP协议在城域环网上的高效运行 Cisco