内嵌RPR技术白皮书-发布.doc

RPR技术白皮书内嵌RPR技术白皮书Version 1.0目录1RPR产生背景32RPR技术优势52.1高效的带宽使用策略：52.2接入控制与全网公平机制：62.3强大的保护和恢复能力：72.4即插即用：82.5支持单播、多播和广播：82.6强大的OAM功能提供对业务的支持环境：92.7RPR的橹棒性主要表现在：93内嵌RPR技术及其应用：103.1内嵌RPR的MSTP设备相比纯RPR设备的优势：104RPR业务应用：114.1RPR业务承载特点：114.2RPR业务分类服务：114.3在不同网络层中使用RPR业务的策略115华为内嵌RPR特性115.1内嵌RPR特性概述：115.2内嵌RPR支持ITU定义的EVPL/EVPLn业务125.3RPR提供业务类别分析及与以太网单板的比较155.4RPR环网提供多种业务融合的解决方案15RPR技术白皮书关键词： RPR、SDH 、以太网、动态分配、统计复用、公平算法、环网保护摘 要：本文主要介绍RPR技术的产生背景、技术特点以及业务应用缩略语清单： RPR：Resilient Packet Ring CoS：Class of Service MAN：Metropolitan Area Network ATM：Asynchronous Transfer Mode QoS: Quality of Service MPLS: Multiprotocol Label Switching MSTP: Multi-Service Transport Platform ttl ：time to live FEC：Forward Equivalence Class1 RPR产生背景随着IP技术的发展，数据业务逐渐成为主要的通信业务，这对城域网（MAN）和广域网（WAN）都提出了更高的带宽要求，在网络的骨干层，随着DWDM技术的普遍应用，骨干带宽已经解决；在网络的接入层，FE技术正得到大规模推广，GE接入需求也在增加；网络中承上启下的城域网则成为了主要瓶颈，正在成长为新的竞争焦点。城域网具有业务种类多、业务调度转移多、业务流量变化大等特点，应用技术呈现多样化求，具有通信网中最复杂的使用环境，需要在提供更高带宽的同时适应分组交换的突发特性，提高城域网的带宽利用率，降低每比特数据流的成本。目前主要的解决方案有基于SDH、基于ATM、基于以太网等。ATM技术已成功地应用于城域网，主要优点是网络可靠性高，有QoS保证，但是其技术复杂、价格昂贵，而且灵活性较差（二层业务映射进物理层时仍然是静态带宽分配），不能满足数据业务对带宽的动态需求；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，易于扩容、动态带宽共享，但是缺乏独立自主的QoS、网络恢复与保护和网管机制，不能满足城域网的性能和可靠性要求。结合传统SDH网络和分组网络的优势，确保对每个业务流提供服务质量保证，并具有高带宽利用率特性、高可靠性的解决方案应运而生， RPR（Resilient Packet Ring）就是在这样的背景下提出的，并很快受到了多个国际化标准组织、研究机构和网络设备厂商的重视。 弹性分组环RPR是一种新的MAC层协议，是为优化数据包传输而提出的，由IEEE发起并正在由802.17工作组进行标准化，目的是建立传输媒质带宽公平共享的以太城域网标准；RPR技术结合了以太网带宽使用效率高、多业务接入和光网络带宽大、自愈能力强的优点，具有双环结构、空间复用机制、灵活的业务带宽颗粒、带宽动态共享和分配、统计复用、支持业务级别、自动识别网络拓扑结构、基于源路由的保护倒换等主要特点。 图1 RPR的层次位于链路层RPR环图2 RPR环网拓朴 2 RPR技术优势2.1 高效的带宽使用策略：RPR采用双环结构，并通过下列技术保证了带宽的高效使用。l 空间复用技术：空间复用技术是RPR关键技术，通过目的节点剥离技术实现了在非重叠段复用带宽(出于可靠性考虑，还有源节点剥离和基于ttl的剥离，有效避免了无效帧在环上死循环占用带宽)。RPR环环0环1 图3 RPR非重叠段的空间重用l 双环同时工作：SDH需要保留相应的保护带宽，RPR的双环同时用来传输数据和控制信息，并互为备份和保护，控制帧优先于数据帧发送，同时也会根据业务级别进行整形处理。 环0数据RPR环环0环1环1数据环1控制环0控制 图4 RPR双环同时工作互为备份l 带宽统计复用和动态争用：将业务进行优先级划分，并依此划分了保留带宽、可回收带宽和争用带宽，通过对可回收带宽的争用和非重叠段争用带宽的复用，实现了带宽的统计复用和动态争用。业务等级划分和服务类型： 2.2 接入控制与全网公平机制：对于RPR环带宽的统计复用部分，管理和控制是分布式的，通过权重划分、按业务类别整形、双缓冲队列和拥塞指示控制等多方面技术，以及相应的公平算法和调速策略（包括优化带宽利用率和优化速率稳定性两种，其中优化速率稳定性的调速方法平滑了调速过程），保证了低优先级业务的带宽公平接入，并根据业务优先等级的划分（classA、classA1、classB（CIR、EIR）、classC），保证了不同等级的QoS（CoS），每个环都支持独立的公平操作。例：如下图环0在S6发生拥塞后，通过环1向相关上游节点S1S5发送拥塞公平速率，相应站点的上环0业务受限公平速率。 , 说明：是不受公平算法控制的CLASSA/CLASSB-CIR业务占链路带宽的比例，是拥塞相关上游节点根据公平速率和公平权重计算的相应站点公平速率b1RPR环环0环1环0在S6拥塞反馈: fairRateb2b4S1S2S3S4S5b3S6b6b5图5 RPR环的公平带宽共享2.3 强大的保护和恢复能力：双环拓朴和分布式管理控制保证了当光纤中断或站点故障时改变路径进行保护，并通过设置站点穿通（根据站点硬件检测结果可选择设置穿通模式，穿通模式不影响环拓朴）或保护，将影响降到最低限度，保护有环回和源路由倒换两种方式，环回保护方式（Wrapping）是可选方式，响应时间短，有效减少了故障发生时的帧丢失，源路由保护方式（Steering）是所有站点都缺省支持的方式，可有效改善环带宽的使用效率，实现最佳路径传送，但响应时间较长（需要在拓朴稳定后根据新的拓朴决定新路由），故一般采用先环回后源路由的两步保护（华为公司专利技术），服务中断时间50ms。在保护切换过程中，RPR会按照业务流的不同服务等级决定倒换次序和带宽分配策略，实现了多等级可靠的QoS服务。 RPR环环0环1S1S2S3S4S5S6 图6 S4站点故障时可选择设置为穿通模式环0RPR环环0环1S1S2S3S4S5S6RPR环环1S1S2S4S5S6断纤前断纤后环回（Wrapping）断纤后源路由倒换（Steering）RPR环环0环1S1S2S3S4S5S6 图7 保护倒换的两种方式及配合2.4 即插即用：自动拓朴发现、环保护信息和站容量信息的定期发布使系统能自动调度，无需手动干预。包括环初试化、环站点插入、移去或重选路由、保护切换等操作，都能实现自动配置。2.5 支持单播、多播和广播：多播帧、广播帧在环上传输，站点只需简单的转发，环上只需要传送一个拷贝并采用源站点剥离，避免了象SDH的向多点进行拷贝，带来的带宽浪费和广播风暴问题。l 单播帧采用目的站点剥离方法l 多播帧在环上传输，多播组成员通过目的站点识别，多播帧采用源站点剥离或基于ttl进行剥离。l 广播帧通过源站点剥离基于ttl进行剥离。 SDH环RPR环图8 SDH环网和RPR环网多播和广播方式比较 2.6 强大的OAM功能提供对业务的支持环境：l 发送echo帧校验链路可达性l 当环拓朴发生变化，需要重新选定发送路径，在采用新路径发送帧之前对原发送路径发送flush帧，进行遗留帧发送完毕确认，确认后再按新路径发送，避免了帧乱序。l 特别定义了MIB (Management information base)用于RPR的操作运行管理（支持配置、故障、性能和安全等方面管理）。2.7 RPR的橹棒性主要表现在：l 站点或链路故障引起的服务恢复时间50msl 队列和整形特性避免了正常运行时的帧丢失l 分布式控制结构排除了单点失效l 支持超长帧（Jumbo帧）l 强大的OAM.（Operations, administration, and maintenance）功能提供业务支持环境l RPR 最多可支持255个站点，网径最大为2000公里，l 可在以太网、SDH、DWDM甚至裸光纤等物理层上工作，具有物理层无关性。3 内嵌RPR技术及其应用：目前，RPR技术在城域传送网中的应用方式可分为两种： l 内嵌RPR：基于SDH内嵌RPR的MSTP设备l 纯RPR：基于分组传送技术的RPR设备 。内嵌RPR的MSTP方案在帧结构与光接口上仍然采用SDH的标准，在用户侧提供以太网接口FE/GE，通过以太网业务处理后（包括透传、二层、L2VPN等功能处理）适配到RPR MAC，利用RPR核心技术处理多级CoS、拓朴发现、环保护、公平算法和OAM管理等项功能，并通过GFP/LAPS等封装协议将RPR MAC数据映射到SDH的VC通道中，还可使用虚级联和LCAS协议提供多路径传输、带宽动态调整保护和灵活的带宽扩展，内嵌RPR方案的效率略低于纯RPR方案（多了SDH开销），但具有对多种业务的支持，对SDH设备的无缝兼容并拥有SDH的电信级可靠性，可利用已有SDH资源保护用户投资，更可利用现有的网络建设，组成大规模复杂网络，基本不受地域和网络拓朴的限制，还可将SDH固有的多种保护机制和RPR保护机制结合一起构成业务的双重保护机制，当SDH保护失败时，才启动RPR保护，大大提供了业务保护的可靠性。总的来说，将RPR业务在SDH上传送，其组网能力、保护能力都有很大提高，并能通过使用现有的SDH网络传输，最大限度的保护运营商的已有投资，降低运营风险。基于SDH的MSTP补充了内嵌RPR功能后，在业务处理速度、扩展性、CoS、保护倒换时间、带宽利用率、抑制广播风暴、拓扑自动发现等多方面都具有较强的优势，特别是具有了环路带宽的公平分配机制，克服了生成树(STP)的固有缺陷，内嵌RPR作为MSTP的补充正成为MSTP技术的新亮点。3.1 内嵌RPR的MSTP设备相比纯RPR设备的优势：l MSTP可以通过SDH 提供高效、优质的TDM业务服务；l 利用SDH固有的多种保护机制和RPR保护机制可构成双重保护，优先启用SDH保护时可避免RPR倒换带来的带宽下降l 带宽可动态调整，根据业务容量增长而增加环网带宽，真正做到带宽可运营。l 保证了用户的前期投资，对用户的网络不会带来任何冲击，提高了稳定性，并且在组网能力方面有了较大提升，支持大型组网的实现。4 RPR业务应用：4.1 RPR业务承载特点：l 可在现有城域网上开展以太专线业务和VPN业务等l 在有QoS保证的前提下改善业务的带宽共享和公平竞争4.2 RPR业务分类服务：l 对QoS有较高要求的业务，如VOIP、电视会议、可视电话、视频点播、远程教育等通过设置较高的业务优先级提供较好的带宽保证和服务保证，也可结合MSTP共同实现。l 对于QoS要求较低的intenet上网业务、E-mail、FTP等，设置为较低优先级，提供较好的带宽共享和竞争机制，而且考虑将不同时段使用网络的用户配置在相同的环上，方便分时使用时可以达到更好的服务和资源利用。4.3 在不同网络层中使用RPR业务的策略l 在城域网的核心层的业务已经经过了汇聚和带宽收敛，主要使用点对点的透传方式，在带宽紧张时可以考虑采用内嵌式RPR作为补充解决方案。l 在城域网汇聚层主要是环形网拓扑，使用RPR能同时满足QoS和带宽资源利用率，在CoS的保证前提下有效改善带宽动态复用，解决数据业务流量突发问题和带宽统计复用问题。l 在城域网接入层，需要兼顾考虑成本和性能，尤其是比较光纤通道和RPR环网附加成本，有选择的使用RPR技术。5 华为内嵌RPR特性5.1 内嵌RPR特性概述：华为公司内嵌RPR单板是在SDH设备上提供的以太网环网处理的单板，可以实现多路快速以太网和千兆以太网的接入；支持以太网数据的二层交换、用户隔离、流分类、数据流量控制、VLAN的管理、优先级配置（CLASSA/B/C）和映射等数据特性功能；采用RPR技术实现空间重用、公平访问、智能保护倒换(50ms)、路径优化等环网功能；最大可提供1.25G环网带宽(双环2.5G)，带宽从VC3-1V VC4-nV灵活调整，可实现ITU定义的EVPL/EVPLn业务，华为RPR单板同时支持MPLS技术，并可基于LSP ID区分业务等级，提供基于MPLS的差分服务，从而提供端到端的业务QoS保证；并且华为内嵌RPR环带宽可调，华为已经在业界率先发布RPR设备商用系统。 图9 RPR单板功能框图图10 国内首家商用RPR环网由华为承建MSTP内嵌RPR接入DSLAM上网业务，到中心站点汇入GSR接入IP骨干网络； 在RPR环网上为此类业务分配B类级别，实现环网带宽统计复用公平共享。5.2 内嵌RPR支持ITU定义的EVPL/EVPLn业务华为内嵌RPR通过隔离技术、二层交换技术、MPLS技术和VLAN/StackVLAN等项技术提供对ITU定义的EVPL/EVLPLn业务的支持，同时具有了RPR统计复用、公平共享和保护等优势功能，实现了大颗粒接入和高的带宽利用率。RPR单板实现的EVPL业务举例：利用MPLS技术和RPR环路配置相结合，可以实现RPR环网范围内的虚拟专线业务。同时为不同站点的不同连接点之间配置LSP通路实现虚拟专线业务。连接点可以是物理端口，也可以是端口VLAN的方式。CABDRPR环路 LSPVLAN1VLAN2VMAN1上层网络LSPLSPLSPLSP图11 以MPLS标签方式实现RPR环网的EVPL业务上图中共实现了五条虚拟专线(事实上每条专线对应两条反向的LSP)，用虚线标识。其中在A站点的一个物理端口上(用蓝色矩形框表示)实现了两条基于PORT+VLAN的虚拟专线，分别对应VLAN1和VLAN2。从用户边缘网络设备(CE)来的报文可能带标签，也可能不带标签。在这种应用方案中，RPR站点主要起到了接口转换和纤缆拉远的作用，多用于业务的混合接入。RPR单板以VMAN实现的EVPLn业务举例：这种方式是充分利用了RPR环路共享介质的特性，实现逻辑上的VB之间的全互联。通过引入VMAN标签来标识不同的用户域，并通过VB上的不同VLAN标识来进一步区分用户。在不同VMAN域中的VB端口可以具有相同的VLAN，从而起到了节省VLAN标识的作用。组网如下图所示： A CVBVBVMAN2VMAN1 BDVBVBVBVBRPR环路VMAN2VMAN1VMAN2VMAN1VMAN1VLAN1VLAN2VLAN1VLAN1VLAN2VLAN1VLAN1VLAN2VLAN2VBVBVMAN2VMAN1上层网络图12 以VMAN标签方式实现RPR环网的EVPLn业务图中在RPR环路上存在两个VMAN域，红色的是VMAN1，蓝色的是VMAN2，从而构成两个EVPLn，即EVPLn1和EVPLn2每个站点的VB分别属于VMAN域1和VMAN域2。各个VB可能包含存在于自己的VMAN域中的多个VLAN，如VLAN1、VLAN2。同RPR端口相连(图中紫色圆圈标识)的VB逻辑端口同时属于所有VLAN，RPR端口同时属于所有VMAN。同各个VLAN用户侧端口相连的可以是用户网络边缘设备，也可以是用户终端设备。各站点最终通过A站点连接到上层网络。5.3 RPR提供业务类别分析及与以太网单板的比较l 专线业务：目前以太网处理板可支持专线、虚拟专线等业务，内嵌RPR单板可以完成与以太网业务处理板QoS保证相同的虚拟专线业务，但不支持通道独占专线业务，同时部署设备时RPR需要成环，也对专线业务的开展造成一定程度的不便。从实用角度不建议使用RPR组建大客户专线，原因是大客户专线从结构上一般具有业务接入点多、分布广的特点，不太适合使用RPR的单环结构支撑；大客户专线一般业务带宽需求较小（2M颗粒），而R