RPR和RRPP技术介绍
1. RPR(ResilientPacketRing，弹性分组环)技术是为解决城域网中已大规模应用的SDH、ATM以及以太网技术的一些局限性而提出的。
&& 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；
&& 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，虽然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，远远不能满足电信运营的需要。而RPR技术则结合了SDH与以太网技术的优势，通过使用环结构，实现带宽的共享与保护。
&&& 2& RPR技术简介
&&& RPR技术是一种在环型结构上优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层(如SDH、以太网、DWDM等)，可有效地传送数据、语音和图像等多种业务类型。它融合了以太网技术的经济性、灵活性和可扩展性等特点，同时吸收了SDH环网的50ms快速保护的优点，并具有网络拓扑自动发现、环路带宽共享、公平分配、严格的业务分类(COS)等技术优势，目标是在不降低网络性能和可靠性的前提下提供更加经济有效的城域网解决方案。下面我们就来了解一下RPR中的关键技术。
&&& (1)帧结构
&&& RPR位于数据链路层(DataLink)，包括逻辑链路控制子层(LLC)、MAC控制子层、MAC数据通道子层。LLC与MAC控制子层之间是MAC服务接口。MAC服务接口支持把来自LLC的数据传送到一个或多个远端同样的逻辑链路控制子层。MAC控制子层执行与特定小环无关的数据寻路行为和维护MAC状态所需要的控制行为。MAC控制子层与MAC数据通道子层之间发送或接收RPRMAC帧。MAC数据通道子层则与某个特定的小环之间执行访问控制和数据传送。物理层服务接口用于MAC数据通道子层向物理媒介发送或从物理媒介接收RPRMAC帧。
&&& (2)RPRMAC对数据帧的处理方式
RPRMAC对数据帧的处理方式有上环、下环、过环以及剥离4种。
&&&&上环是指本点用户端口向环上其它站点发送信息时需要进行上环操作，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；
&&& 下环是指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过滤后接收，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，将其发送到用户端口的同时进行过环操作；
&&& 过环是指本点从环上接收的帧根据其优先级(A、B、C)分别放人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；
&&& 剥离是指本点从环上接收的帧不再继续向下传递，到本点终结。
&&& (3)公平算法原理
&&& RPR技术所采用的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公平算法的主要作用有两个：一是应用于从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；二是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。
&&& RPR公平算法是通过对阻塞的检测来触发带宽调整而实现的。当环上某一个节点发生阻塞时，它就会在相反的环上向上行节点发布一个公平速率，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。
&&& (4)拓扑发现原理
&&&& 通过RPR的拓扑发现原理，可以使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拓扑发现是一种周期性的活动，但是也可以由某一个需要知道拓扑的节点发起，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)。
&&& RPR的拓扑信息产生周期可以任意配置，一般为50ms-10s，以50ms为最小分辨率，默认值为100 ms。&
&&& (5)保护原理
&&& 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。当同时采用RPRMAC层保护和SDH保护时，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。&
&&& RPR的保护时间有拖延时间和等待恢复时间两种。拖延时间为检测到业务失效到启动倒换之间的等待时间(时间范围为0-10s，步进级别为100ms)，在这段时间内如果业务恢复，将不发生倒换；等待恢复时间为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(时间范围为0-1440 s，步进级别为秒级可设置，默认为10 s)，在这段时间内如果业务失效，业务故障状态将不再清除。
&&& 3& RPR技术在城域网中的应用
&&& 目前，国内外各主流厂商都已推出了自己的RPR设备，有以Luminous公司为代表的纯RPR设备，也有以中兴通讯为代表的内嵌RPR的MSTP设备，但国内主流光通信设备厂商大部分选择开发内嵌RPR的MSTP设备。Luminous的PacketWaveRPR设备是以弹性分组传送(ResilientPacket Transport，RPT)技术为基础的，利用一个基于分组的光网络平台支持语音、数据和视频业务，通过Packet Wave设备承载各种业务并提供原来由ATM/SDH提供的QoS和环自愈保护。中兴通讯的新一代MSTP设备通过内嵌RPR单板，提供强大的Policer和Shaper功能，有效地支持Class A0、A1、B-CIR、B-EIR、C业务的流量监管，监管颗粒可达16 kbit/s；同时，通过在RPR中引入CID(Customer ID)实现(用户域+VLAN ID)双重隔离和RVPLAN(RPR based Virtual Private LAN)。重要的是，CID+VLAN ID在隔离用户的同时，能够实现用户VLAN ID的透明传送，不同的用户可以使用相同的VLAN ID。
&&& 目前通信运营商的竞争重点已经从骨干网转向了城域网，建立经济、高效、支持多业务的城域传送网已成为各大运营商的共同目标。RPR作为以太网的低成本、SDH的可靠性和ATM的多业务及服务质量三者完美的结合体，已经逐渐走进城域传送网领域，并成为热点之一。
&&& 在城域网不同层次，RPR技术都可以较好地得到应用。RPR技术应用于接入层时，业务流经过RPR网到达广域网，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好、配置非常简单、故障定位方便；RPR技术应用于接入层时，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。此外，因RPR的A、B类业务能够提供保证带宽，通过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。
&&& 从当前网络应用范围来看，内嵌RPR的MSTP适用于建设以目前TDM业务和数据业务并存的网络以及在兼容现有SDH网络的前提下提供数据业务传送能力的网络升级改造；纯RPR设备适用于建设以提供数据分组业务为主的运营商网络。
&&& 随着RPR标准化以及在MSTP标准中地位的确立，相信RPR的跨环组网能力、组大网能力将追随MSTP成长的足迹，会有进一步的突破。
RPR技术是目前业界最新、最先进的环网技术，采用华为RPR技术构建大型教育城域网的解决方案已在业界获得广泛应用。
&&& 华为公司作为RPR联盟的成员，一直积极参与RPR标准的制定和讨论，跟随最新RPR的进展。在产品发展上，将完善接入层、汇聚层和核心层的RPR产品，并在传输设备、路由器和交换机等设备上全面支持RPR；支持622M～10G的速率，并提供支持以太网和SONET/SDH物理层的RPR产品。如下图所示(以Quidway系列产品为例)：
&&& 华为的IP环网，提供优化的保护倒换机制，并结合上层协议的QOS，可以提供更加完善的解决方案。
&&& RPR环网主要应用于建立低成本高性能的IP城域网，作为城域网中IP业务的承载网络，由于其具有较好的QOS特性和带宽保证，因此也可应用于接入网和VPN业务。
&&& 华为公司也是业界最先推出RPR环网的技术厂商，并应用在城域网中。RPR环上的节点可以采用NE80/40系列核心路由器，各学校校园网就近接入到环上的节点。华为公司能够提供2.5G/622M的RPR环网解决方案，并应用在山西广电城域网、西安教育城域网中。
华为的RRPP（快速环网保护协议）
&&&&& RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）是一个专门应用于以太网环的链路层协议。它在以太网环完整时能够防止数据环路引起的广播风暴，而当以太网环上一条链路断开时能迅速恢复环网上各个节点之间的通信通路。
和STP协议相比，RRPP协议有如下特点：
专用于以太网环形拓扑
& 响应速度快
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城域网传输技术发展分析
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浅谈城域网光传输技术
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近年来，光传输网络有了长足的进步，无论是光传输技术还是光传输网络的部署和应用都有了新的发展。而光城域传输网的建设也正面临新的挑战。
城域传送网不是一个新的概念，非凡是对于已经拥有庞大城市传输网的运营商（例如中国电信）同时也包括众多企业网络（例如政府、电力、金融），今天我们谈论的建设城域网的建设，绝对不是重新敷设一张新的传输网（专门承载数据业务），而是在城域地区对以前建设的传输网进行优化和改造。目前城域网由上至下可纵向划分为三种网络：业务网、传送网、光缆网。城域网技术的发展有三个主流方向，即IP城域网技术、城域以太网技术、光城域网技术。
其中IP城域网技术和城域以太网技术均属于城域数据网范畴。光城域网属于传送网，目前城域网光传送技术主要可分为SDH多业务平台即MSTP/MSPP技术、RPR技术和DWDM/CWDM技术等。
一、SDH多业务平台
过去的SDH传输网支持的主要是固定速率的业务(如传统话音业务)，SDH很轻易将其适配到固定容量通道中，但对于可变速率的数据业务和任意速率业务，SDH则显得不够灵活，非凡是传送效率不高。但由于SDH设备应用普遍、标准统一、治理能力健全且具有完善的保护机制，所以在原来SDH技术基础上增加“多业务”能力，建立统一的多业务传输平台（MSTP/MSPP），可充分发挥SDH技术的优点。
新一代的MSTP/MSPP技术的主要优点可归纳如下：
（1）提供多种物理接口，满足新业务快速接入。在保证兼容传统TDM业务的同时，能够提供多业务灵活接入。典型的接口有：SDH光/电接口、ATM接口、以太网接口（10/100Base－T）、GE、E1等。
（2）简化网络结构。MSTP/MSPP系统通过增加可扩展的更细粒度业务交换控制模块，支持VC级别的连续级联和虚级联，保证多种协议高效地复用传输，有效地利用光纤带宽。同时MSTP/MSPP系统接口与协议相分离，通过可编程ASIC芯片技术，可以实现对新业务的灵活支持。典型的业务主要有：IP、ATM、SDH、Ethernet/FE/GE、TDM。随着新一代宽带接入设备的应用还将会出现许多新业务。
（3）光传输的容量保证低成本的容量提升。接入技术的发展刺激了用户更高的带宽需求，MSTP/MSPP系统提供带宽容量从155M到622M到2.5G到10G、波长复用窗口从1310nm到1550nm的DWDM的平滑扩容，实现运营商的低成本扩容。
（4）传输的高可靠性和自动保护恢复功能。MSTP/MSPP继续了SDH的保护特性，实现99.999％的工作时间、硬件冗余、小于50ms的自动保护恢复，保证网络用户对服务的满足程度。
（5）高度多网元功能性集成，有效带宽治理。MSTP/MSPP可集传统SDH网ADM/DXC功能于一体，具有更细粒度的交换和交叉连接模块，网络拓扑结构（线、网、环）的逻辑结构与物理结构相分离，实现了线路连接的快速提供，在任意节点提供业务内部处理，这样避免了大量的手工线路连接和复杂的网络间协调，从而大大降低了运营商的治理运营成本。
MSTP/MSPP的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备，简化了节点结构，降低了设备成本，减少了机架数、机房占地、功耗和架间互连，简化了电路指配，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了运营维护和培训成本，还可以支持各种数据业务。非凡是集成了以太网、帧中继、ATM乃至IP选路功能后，可以通过统计复用和超额订购业务来提高TDM通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数使现有SDH基础设施最佳化。随着网络中数据业务份量的加大，MSTP/MSPP正从简单的支持数据业务的透传方式向更加灵活有效支持数据业务的新一代系统演进和发展。最新的发展是支持通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)、弹性分组环(RPR)和自动交换光网络(ASON)标准。非凡是实现了在协议层面上的多厂家设备互连互通后，可以避免支路口互连带来的网管复杂性和成本开销，有利于MSTP/MSPP的广泛应用。
某些厂家的多业务平台可以实现将GFP、LCAS和RPR几种标准功能集成在一起，再配合核心智能光网络的自动选路和指配功能，不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力，而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘，增强整个网络的智能范围。总的来看，SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点来支持混合型业务量非凡是以TDM业务量为主的混合型业务量。不仅适合缺乏网络基础设施的新运营者应用于局间乃至大企事业用户驻地，对于已敷设了大量SDH网的运营公司，SDH多业务平台也可以更灵活有效地支持分组数据业务，增强业务拓展能力，降低成本，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。
MSTP/MSPP技术可以很好地融合原有网络及新的业务需求，但它仍然无法从根本上解决带宽利用率低的问题。
二、RPR（弹性分组环）多业务平台
面对数据业务快速增长的带宽需求，RPR技术显现了它绝对的优势。RPR技术吸收了SDH系统50ms环保护特性和吉比特以太网的经济性，同时具有很好的带宽公平机制和拥塞控制机制。RPR采用类似以太网的帧格式，结合MPLS标记的思想，基于MAC高速交换，简化IP传送。RPR帧封装比POS更简化、更灵活，RPR同时具有空间复用机制。RPR技术可以支持更细致的带宽颗粒，网络成本较低，可以承载具有突发性的IP业务，同时支持传统语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。RPR环是在整个环(不是单独链路)上实行公平机制，因而轻易实行全局的公平机制。服务供给商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。带宽策略答应在无拥塞的情况下把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有SDH那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。
RPR简化了数据包处理过程，不必像以太网那样让业务流在网络中的每一个节点进行IP包的拆分重组，实施排队、整形和处理，而可以将非落地IP包直接前转，明显提高了交换处理能力，较适合分组业务；RPR又能确保电路交换业务和专线业务的服务质量(能做到50ms的保护倒换时间)；RPR具有自动拓扑发现能力，可以自动识别任何2层拓扑变化，增强了自愈能力，支持即插即用，避免了人工配置带来的耗时费力易出错的毛病；RPR可以有效支持两纤双向环拓扑结构，可以在环的两个方向上动态地统计复用各种业务，同时还能按每个用户每种业务为基础保留带宽和服务质量，从而最大限度地利用光纤的带宽，简化网络配置和运行，加快业务部署；RPR还具有较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。
RPR一般采用双环结构，由两根反向光纤组成环形拓扑结构。其中一根顺时针，一根逆时针，节点在环上可从两个方向到达另一节点。每根光纤可以同时用来传输数据和同向控制信号，RPR环双向可用。利用空间重用技术实现的空间重用，使环上的带宽得到更为有效的利用。RPR技术具有空间复用、环自愈保护、自动拓扑识别、多等级QoS服务、带宽公平机制和拥塞控制机制、物理层介质独立等技术特点。
三、WDM多业务平台
WDM（波分复用）这种技术是使用多个激光器并同时在一条光纤上发送几种波长的光（lamdas）。每个信号都在其独有的色带上传输，数据（文本、语音）调制在这个色带上。WDM极大地增加用户已有的光纤基础设施。
随着技术的进展和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。城域WDM分为CWDM(粗波分复用)和DWDM（密集波分复用），CWDM和DWDM原理上是一致的，都是采用波分复用方式进行数据的同步传输。它们的不同之处在于城域CWDM支持8个标准波长，DWDM支持32个波长。CWDM在波分复用（WDM）中采用更广跨度的信道。也称为“宽WDM”，信道间距通常是几个nm到20nm，而密集WDM（DWDM）则经常是小于1nm。CWDM系统无论是对激光器输出功率要求，还是对温度的敏感度要求，对色散容忍度的要求以及对封装的要求都远低于DWDM激光器。
目前业界的城域DWDM系统，均可实现在一对光纤上可支持32个保护波长或64个非保护的波长，即达到系统容量带保护的320G。城域波分系统具备“透明”传输的特性，每个波长可以传输比特率和协议独立的业务。
综上所述，目前光城域网技术发展较快（MSTP/MSPP、RPR、WDM），而且它们都具有各自的特点，例如RPR技术更适合以太网业务为主的环型网络、WDM技术主要适用于光纤资源紧张情况或者容灾网络中、MSTP/MSPP技术则更适于融合传统业务及数据业务于同一平台且适合多样的网络结构。因此建设城域网时应根据业务种类的不同、网络规模的大小选用不同的城域网技术。
作者：付俊峰江西电力通讯信息有限责任公司
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MSTP技术及其应用
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