摘要
隨著城域網(wǎng)的發(fā)展,光傳輸技術(shù)在城域網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了新的光傳輸技術(shù)-彈性分組環(huán)技術(shù),并與其它在城域網(wǎng)應(yīng)用的傳輸技術(shù)做了比較。
關(guān)鍵詞
RPR (Resilient Packet Ring)―彈性分組環(huán)
RPT-(Resilient Packet Transport)
DPT (Dynamic Packet Transport) SRP
1.前言
近年來(lái),隨著通信業(yè)務(wù)量的逐年遞增,155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s等SDH系列設(shè)備已經(jīng)大量采用;DWDM(密集波分復(fù)用)技術(shù)更進(jìn)一步增加了光纖容量,從2×2.5Gb/s、4×2.5Gb/s、8×2.5Gb/s甚至n×10Gb/s、n×20Gb/s、n×40Gb/s的DWDM系列正在開(kāi)發(fā)并逐步進(jìn)入市場(chǎng)。
另一方面,由于Internet的迅速發(fā)展,IP業(yè)務(wù)正以指數(shù)速率迅速增長(zhǎng),并向傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的滲透,傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)與IP融合的步伐大大地加快。由于傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)不是針對(duì)基于分組的業(yè)務(wù)、其復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用方法、語(yǔ)音編碼和64kb/s的交換速率等已不能適應(yīng)未來(lái)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求,IP
over ATM、IP over SDH和IP over
WDM等紛紛涌現(xiàn),但是,以上技術(shù)都有著這樣或者那樣的不足,于是新的傳輸技術(shù)-基于IP的彈性分組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
技術(shù)應(yīng)用
從國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,采用分組環(huán)技術(shù)組網(wǎng)開(kāi)始成為城域網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。彈性分組環(huán)技術(shù)是一種全新的為IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的光纖傳輸技術(shù),采用環(huán)行組網(wǎng)技術(shù),將數(shù)據(jù)、話音、圖象業(yè)務(wù)合一,并解決了QOS分類(lèi)、環(huán)保護(hù)等問(wèn)題。在具備了千兆以太網(wǎng)比較經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)的同時(shí),幀封裝比POS更為簡(jiǎn)化和更靈活,同時(shí)具有空間復(fù)用機(jī)制和50ms環(huán)自愈保護(hù)特性,分組環(huán)設(shè)備可以承載具有突發(fā)性的IP業(yè)務(wù),有的設(shè)備還能支持傳統(tǒng)語(yǔ)音傳送,是適用于中小型城域網(wǎng)骨干到接入和大型城域網(wǎng)接入的技術(shù)。
2.彈性分組環(huán)技術(shù)概要
目前RPR的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只出臺(tái)了草案,盡管各個(gè)廠家的技術(shù)和設(shè)備接口都有所不同,但是技術(shù)原理都是相似的。例如:Cisco、Luminous公司分別發(fā)展出了DPT(動(dòng)態(tài)分組傳送)和RPT技術(shù),它們都屬于彈性分組環(huán)技術(shù)。
彈性分組環(huán)技術(shù)都采用環(huán)狀拓?fù)洌p環(huán)結(jié)構(gòu)。外環(huán)順時(shí)針和內(nèi)環(huán)逆時(shí)針同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù),有的RPR技術(shù)支持各環(huán)分別傳輸各自的數(shù)據(jù)和控制信息,有的廠家則支持各環(huán)傳輸另外一個(gè)反向環(huán)的控制信息。
原理圖如下圖所示:
RPR工作原理圖
2.1 點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議
一般認(rèn)為,RPR 是點(diǎn)到點(diǎn)的協(xié)議, 它依靠控制層的一系列的功能來(lái)提高環(huán)型網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量、高效性和可管理性。
在RPR環(huán)形結(jié)構(gòu)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有上行和下行兩個(gè)鄰居,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單。分組環(huán)上的所有節(jié)點(diǎn)被配以唯一的邏輯MAC地址,可標(biāo)識(shí)254個(gè)節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)都可以基于邏輯MAC地址進(jìn)行快速的二層交換。如節(jié)點(diǎn)1要將一業(yè)務(wù)流傳向節(jié)點(diǎn)4,則此業(yè)務(wù)流終點(diǎn)邏輯MAC地址指向節(jié)點(diǎn)4,由于環(huán)支持空間復(fù)用技術(shù),此業(yè)務(wù)流可快速的傳送到節(jié)點(diǎn)4。中途經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)2和3根據(jù)業(yè)務(wù)流的邏輯MAC地址可判斷業(yè)務(wù)目的節(jié)點(diǎn),不做任何處理僅對(duì)業(yè)務(wù)快速傳送。
一般情況下,節(jié)點(diǎn)僅掌握入節(jié)點(diǎn)鏈路入口光纖狀態(tài),節(jié)點(diǎn)間沒(méi)有任何關(guān)于拓?fù)湫畔⒌母隆.?dāng)以下三種情況發(fā)生時(shí):環(huán)初始化、新節(jié)點(diǎn)加入環(huán)中、環(huán)發(fā)生保護(hù)切換時(shí),網(wǎng)絡(luò)處于自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別狀態(tài)下時(shí),觸發(fā)器觸發(fā)節(jié)點(diǎn)向環(huán)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)(基于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的邏輯MAC地址)發(fā)出二層消息。各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)此消息可判斷哪兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間鏈路狀態(tài)發(fā)生了變化,最終所有環(huán)上的節(jié)點(diǎn)都得到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D和每條鏈路的狀態(tài)。
當(dāng)故障發(fā)生時(shí),RPR節(jié)點(diǎn)可快速進(jìn)行業(yè)務(wù)倒換,故障點(diǎn)兩側(cè)的節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)廣播故障消息,然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)在小于50ms的時(shí)間內(nèi)對(duì)有保護(hù)要求的業(yè)務(wù)向反方向環(huán)作快速倒換,并根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟来位謴?fù)無(wú)保護(hù)要求的業(yè)務(wù)。RPR的凈負(fù)荷可以是各種用戶數(shù)據(jù),如IP/IPX,MPEG、T1/E1或OCn/STMn等
TDM業(yè)務(wù)、 以及其他各種業(yè)務(wù)。
2.2 環(huán)同步
有的RPR技術(shù)例如Luminous的RPT
技術(shù)支持時(shí)鐘同步,能從高等級(jí)時(shí)鐘源提取或從線路上提供同步時(shí)鐘信號(hào),這樣,它就能提供的包括T1/E1、DS3、 OC3/
STM1、OC12/STM4在內(nèi)的電信級(jí)TDM專(zhuān)線服務(wù)。
RPT同步機(jī)制類(lèi)似于PDH的同步機(jī)制,環(huán)上有且僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置為CO節(jié)點(diǎn),CO節(jié)點(diǎn)上可設(shè)兩個(gè)外時(shí)鐘源,一個(gè)為主時(shí)鐘,一個(gè)為次時(shí)鐘,其他節(jié)點(diǎn)設(shè)置為CPE節(jié)點(diǎn),CPE跟隨CO提供的時(shí)鐘。RPT以最高優(yōu)先級(jí)分組的方式發(fā)布晶振時(shí)鐘信號(hào)。RPT是異步傳輸標(biāo)準(zhǔn),RPT幀長(zhǎng)可變,并且只有有業(yè)務(wù)時(shí)RPT幀才傳送,單純依靠幀邊界定位的方法不能提取時(shí)鐘信號(hào)。RPT通過(guò)向線路上每125us插入一個(gè)8
bit的控制信息"tick"向環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)發(fā)布時(shí)鐘信息,這個(gè)字節(jié)可插入RPT幀中或位于幀間。
由于RPT環(huán)是雙向反向環(huán),時(shí)鐘同步分組信令沿光纖方向傳送,同時(shí)具備了冗余備份的功能,從而保障環(huán)在任何情況下都保持同步。另外,RPT設(shè)備內(nèi)部有晶振3級(jí)時(shí)鐘,即使外部時(shí)鐘丟失,RPT設(shè)備仍可保持網(wǎng)絡(luò)同步。
2.3 分組環(huán)的空間復(fù)用技術(shù)
RPR技術(shù)都支持空間復(fù)用技術(shù)(SRP),即Spatial Reuse
Protocol,它是一個(gè)獨(dú)立于介質(zhì)的MAC層協(xié)議,SRP在數(shù)據(jù)包環(huán)上提供了尋址、讀取數(shù)據(jù)包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能。在分組環(huán)路上,數(shù)據(jù)包被目的節(jié)點(diǎn)從環(huán)上讀走,而不象FDDI那樣要經(jīng)過(guò)整個(gè)環(huán)路最后由源節(jié)點(diǎn)讀走。這樣,分組環(huán)使得有多個(gè)節(jié)點(diǎn)成多段同時(shí)傳輸數(shù)據(jù),而不會(huì)互相影響,充分利用了整個(gè)環(huán)路的帶寬。
例如環(huán)上依次有4個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C、D,業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)A節(jié)點(diǎn)到達(dá)B節(jié)點(diǎn)下環(huán),新業(yè)務(wù)允許從B節(jié)點(diǎn)插入并經(jīng)C傳送到D節(jié)點(diǎn),從而有效的利用了環(huán)上A到D的帶寬。
空間重用可以保證對(duì)各種等級(jí)業(yè)務(wù)的QOS,RPR可根據(jù)用戶需求分配帶寬,而不是象SDH那樣分配固定時(shí)隙,而且可以對(duì)不同等級(jí)業(yè)務(wù)的采取不同的保護(hù)方式。SRP光纖環(huán)使用因子為2,光纖使用率相對(duì)SDH提高一倍。從而最大限度地利用光纖的傳輸帶寬。
2.4 多等級(jí)、可靠的Qos服務(wù)
各種RPR技術(shù)都定義了幾種服務(wù)類(lèi)別,比較普遍的定義包括快速前傳-Expedited Forwarding (EF),
保障前傳-Assured Forwarding,和Best Effort (BE),其中控制信令是默認(rèn)的最高優(yōu)先級(jí),并無(wú)需定義其級(jí)別,
以下是某廠家RPR設(shè)備中定義的4個(gè)業(yè)務(wù)等級(jí):
RPR服務(wù)類(lèi)別COS(Class of Service)吞吐量延遲抖動(dòng)幀丟失
快速傳送(Expedited Forwarding)EF恒定速率,有保證極低,有保證機(jī)制極低,有保證機(jī)制極低
保障傳送(Assured Forwarding1)AF1速率可變,有保證低可變低
保障傳送(Assured Forwarding2)AF2可超量配置,優(yōu)先于BE無(wú)要求無(wú)要求中
盡力傳送Best Effort(BE)無(wú)保證,視網(wǎng)絡(luò)情況而定無(wú)要求無(wú)要求高,視網(wǎng)絡(luò)情況而定
EF類(lèi)
EF服務(wù)等級(jí)具有嚴(yán)格的延時(shí)、抖動(dòng)保障機(jī)制和時(shí)鐘同步機(jī)制。EF業(yè)務(wù)速率恒定,
無(wú)論在從用戶接口上環(huán)或者在經(jīng)過(guò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),都會(huì)被優(yōu)先處理,幾乎沒(méi)有抖動(dòng),延遲也相當(dāng)?shù)男。基于EF服務(wù)等級(jí),RPR設(shè)備可傳送語(yǔ)音業(yè)務(wù),圖像業(yè)務(wù),提供虛擬專(zhuān)線業(yè)務(wù)等。
AF1類(lèi)
AF1服務(wù)等級(jí)的業(yè)務(wù)帶寬可在一定范圍內(nèi)浮動(dòng),主要用于對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)無(wú)特殊要求,承諾一定帶寬、無(wú)突發(fā)的圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
AF2類(lèi)
AF2服務(wù)等級(jí)用于要求有承諾帶寬和突發(fā)帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。AF2突發(fā)部分采用盡力傳送的機(jī)制,單優(yōu)先于BE業(yè)務(wù)享用帶寬。
BE類(lèi)
BE業(yè)務(wù)用于盡力傳送的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),如上網(wǎng)業(yè)務(wù)。
以上的業(yè)務(wù)級(jí)別只是一般情況下的缺省定義,不少?gòu)S家在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中都可以根據(jù)客戶需求或者不同業(yè)務(wù)的需求定義新的業(yè)務(wù)級(jí)別。
2.5 環(huán)自愈保護(hù)
當(dāng)RPR環(huán)中光纖傳輸中出現(xiàn)嚴(yán)重故障或者發(fā)生光纖中斷后,光纖中斷處兩端節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)出2層的控制信令,沿光纖方向通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)。業(yè)務(wù)流源節(jié)點(diǎn)接收到這個(gè)信息后,立即向另一個(gè)方向的光纖上發(fā)送業(yè)務(wù)。在環(huán)保護(hù)切換時(shí),會(huì)按業(yè)務(wù)流的不同服務(wù)等級(jí),根據(jù)同終點(diǎn)業(yè)務(wù)一起倒換原則,依次向反向光纖倒換業(yè)務(wù)! PR和SDH一樣,能保證業(yè)務(wù)的倒換時(shí)間小于50ms.
RPR技術(shù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)提供了一個(gè)二層的統(tǒng)計(jì)復(fù)用的平臺(tái)。不論是語(yǔ)音業(yè)務(wù)還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入之后都會(huì)被分配到不同的優(yōu)先級(jí)上。語(yǔ)音可以在在E1入口處分組化,自動(dòng)配以EF服務(wù)等級(jí),具有恒定承諾速率,有嚴(yán)格的延時(shí)、抖動(dòng)保障機(jī)制和時(shí)鐘同步機(jī)制,而對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則提供EF、AF1、AF2、BE服務(wù)等級(jí)。
3 RPR與其他寬帶技術(shù)的比較
RPR與其他技術(shù)相比,最大的特點(diǎn)是既具有LAN的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)又具備可靠的語(yǔ)音傳送的手段、網(wǎng)絡(luò)帶寬可充分利用。
RPR和其他寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的具體比較如下:
RPR 、SDH比較
RPR同SDH一樣可提供專(zhuān)線服務(wù)的同時(shí),對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化,有效支持IP的突發(fā)特性。RPR帶寬可已統(tǒng)計(jì)復(fù)用,可提高大量的高速以太網(wǎng)口,并提供不同等級(jí)的服務(wù)和基于不同等級(jí)業(yè)務(wù)的環(huán)保護(hù)功能,這是SDH所不具備的。
RPR、POS比較
RPR和POS一樣,避免了ATM技術(shù)的協(xié)議復(fù)雜性和過(guò)高的信頭開(kāi)銷(xiāo),不對(duì)IP包進(jìn)行拆分和重組,直接將IP包映射到彈性分組數(shù)據(jù)幀格式上,從而大大提高了交換機(jī)的處理能力,并降低了設(shè)備的價(jià)格。RPR可提供動(dòng)態(tài)使用帶寬的功能,使帶寬利用率大大提高,避免了POS點(diǎn)到點(diǎn)連接的局限性,減少了端口數(shù)。
RPR 、千兆以太網(wǎng)比較
千兆以太網(wǎng)技術(shù)的核心只是為了簡(jiǎn)單地提高傳輸帶寬和交換容量,在可靠性、擴(kuò)展性等方面不能滿足大型電信營(yíng)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的需求。
千兆以太網(wǎng)技術(shù)的主干可靠性一般由所謂的TRUNK技術(shù)來(lái)提供,不僅耗費(fèi)更多的端口,而且在切換時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)自愈等方面遠(yuǎn)不能充分利用光纖網(wǎng)絡(luò)的潛力。
千兆以太網(wǎng)的VLAN雖然實(shí)行了對(duì)用戶的隔離,但每個(gè)VLAN具有不同的STP樹(shù),大量的VLAN維護(hù)耗費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)處理資源。
路由保護(hù)倒換時(shí)間長(zhǎng)。以太網(wǎng)基于Spanning
Tree算法建立節(jié)點(diǎn)間的生成樹(shù),對(duì)于雙歸路由只能選擇一條作為主用路由,備用路由處于"Block"狀態(tài)。STP不具有負(fù)載均衡功能,拓?fù)涓率志徛坏┲饔霉饫w發(fā)生中斷,
Spanning Tree需要幾秒甚至幾十秒才能倒換到備份路由上,根本無(wú)法提供電信級(jí)的服務(wù)。
沒(méi)有真正意義上的物理保護(hù)
邊緣交換機(jī)有兩條上行路由,在邏輯上具有路由保護(hù)作用。但在實(shí)際城域網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中,一般是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)一條光纜,不可能對(duì)邊緣交換機(jī)提供兩條真正意義上的物理路由。因此,有可能當(dāng)光纜中斷時(shí),兩條上行路由都失效。
L3以太網(wǎng)交換機(jī)需要進(jìn)行L3查詢,大大增加了網(wǎng)絡(luò)傳送延遲。
以太網(wǎng)沒(méi)有嚴(yán)格的QoS定義和服務(wù)等級(jí)分類(lèi),不能傳送傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù),不能對(duì)VoIP業(yè)務(wù)提供優(yōu)先的服務(wù),僅僅適用于數(shù)據(jù)傳送。
4 .分組環(huán)技術(shù)能充分滿足寬帶IP城域網(wǎng)建設(shè)的需求
RPR技術(shù)具備了新一代城域接入網(wǎng)應(yīng)有的特點(diǎn),其中包括:
4.1 技術(shù)的先進(jìn)性
彈性分組數(shù)據(jù)傳送以IP業(yè)務(wù)為核心,適用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。RPR充分簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次,
避免了ATM和SDH層的開(kāi)銷(xiāo),提供了空間復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能,保證高帶寬的高利用率,相對(duì)TDM網(wǎng)絡(luò)可提高帶寬利用率3~4倍。
4.2 網(wǎng)絡(luò)的可靠性
RPR的網(wǎng)絡(luò)具有完善的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤定位等網(wǎng)管功能,F(xiàn)在的RPR的設(shè)備都采用數(shù)據(jù)通道和控制通道冗余備份設(shè)計(jì),保證了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行具有電信級(jí)的可靠性。當(dāng)光纖中斷或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),通過(guò)50ms的環(huán)自愈和快速倒換保護(hù)關(guān)鍵業(yè)務(wù),并按服務(wù)等級(jí)依次倒換非關(guān)鍵性的業(yè)務(wù)。
4.3 可管理性
RPR能根據(jù)配置信息自我設(shè)置,還支持綜合電信管理標(biāo)準(zhǔn)的故障、設(shè)置、計(jì)費(fèi)、動(dòng)態(tài)的帶寬管理功能、性能監(jiān)測(cè)和安全(FCAPS)要求。
4.4 質(zhì)量保證(QoS)
RPR提供多等級(jí)、可靠的分級(jí)服務(wù),QOS機(jī)制可以在高速光網(wǎng)絡(luò)層入口/出口的接口處提供延時(shí)控制、數(shù)據(jù)包丟失和各種混合業(yè)務(wù)類(lèi)型的運(yùn)營(yíng)模式,并提供必要的帶寬保證。
4.5 支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)
RPR支持語(yǔ)音業(yè)務(wù),可以對(duì)直接支持T1/E1,或者對(duì)語(yǔ)音信號(hào)分組后(例如IP化后)傳輸,滿足傳統(tǒng)業(yè)務(wù)需要的QoS和接口要求,使得傳統(tǒng)業(yè)務(wù)能逐步地轉(zhuǎn)移到為專(zhuān)門(mén)為傳輸數(shù)據(jù)而優(yōu)化的光網(wǎng)絡(luò)上,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在建設(shè)了面向IP為核心的城域網(wǎng)的同時(shí),既可提供VoIP業(yè)務(wù),又可承載傳統(tǒng)的PSTN業(yè)務(wù)。
4.6 低成本
彈性分組環(huán)技術(shù)通過(guò)最優(yōu)路徑選擇、空間再利用、統(tǒng)計(jì)復(fù)用和兩個(gè)同時(shí)工作的環(huán)路,最大程度地提高光環(huán)路的工作能力,將初期和增長(zhǎng)投資都降到最低。RPR設(shè)備高度集成,能提供了低成本的運(yùn)行管理、維護(hù)和操作費(fèi)用。
4.7 兼容性
各廠家彈性分組設(shè)備都支持標(biāo)準(zhǔn)的接口10/100BaseT和千兆以太網(wǎng)接口,有的還支持E1/T1和STM-N。
以彈性分組環(huán)技術(shù)為基礎(chǔ)的城域網(wǎng)可以提供語(yǔ)音、專(zhuān)線業(yè)務(wù)、各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持,提供了三網(wǎng)合一的平臺(tái)基礎(chǔ),對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者,尤其是不斷涌現(xiàn)的新電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)(RPR)技術(shù)以其各方面的優(yōu)勢(shì)提供了一個(gè)良好的IP城域網(wǎng)組網(wǎng)方案。雖然目前眾多廠家產(chǎn)品都有著自己特點(diǎn),相互之間存在兼容互通問(wèn)題,但隨著IEEE802.17協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的更新和出臺(tái),預(yù)計(jì)RPR技術(shù)將以其各方面的優(yōu)勢(shì),在新一代城域網(wǎng)的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
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