摘 要： 主要介绍通信系统近年来出现的新的光传输技术——弹性分组环（RPR）技术的出 现背景、特点及与现有几种传输技术的比较，并对其应用前景作了分析。
关键词：光传输；弹性分组环
1RPR出现的背景
随着Internet的迅速发展，IP业务爆炸性增长，IP数据流量及速率大幅度提高。为适应数据 通信量的快速增长，通信网络也在不断采用新技术。在广域网上，采用DWDM（密集波分复用 ）技术以增加光纤传输容量，从2×2.5 Gb/s到n×40 Gb/s系列的DWDM逐步进入商业应用， 促 使企业网不断更新，选择了基于千兆以太网的解决方案。然而，链接企业网和广域网的城域 网成为阻碍数据业务发展的瓶颈。
传统的电路交换技术采用复杂的时分复用方法，其速率等已不能适应以数据业务为主的网络 发展需求，因此IP over ATM、IP overSDH和IP over WDM等纷纷涌现，但这些技术对用户 的实际应用同样存在局限和缺乏灵活。ASP和企业仍然需要一种扩展性好、能够稳固地应用 在城域网和广域网上、以千兆的速度传输IP信息包的技术，于是新的传输技术——基于IP的 弹性分组网技术应运而生。
2000年11月，IEEE 802.17工作组正式成立。其目标是开发一个RPR(Resilient Packet Rin gs) MAC标准，优化在LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。RPR吸收了SDH、ATM和千兆以 太网的特性，在具备千兆以太网比较经济的特点的同时，帧封装比POS更为简化和更灵活， 是一种全新的为IP数据业务设计的光纤传输技术，它可组成点－点、线型、环型及混合型网 络，提供50 ms的环网保护能力，将数据、话音、图象业务合一，并解决了QOS分类等问题。 从国内外网络技术发展趋势来看，用分组环技术组网已成为城域网建设的发展趋势。
2弹性分组环技术概要
目前RPR的技术标准只出台了草案。各厂商的技术和设备接口虽有不同，但技术原理是相似 的，如Cisco、Luminous公司分别开发出的DPT (Dynamic Packet Transport)（动态分组传 送）和RPT(Resilient Packet Transport)（弹性分组传送）技术，都属于弹性分组环技术 ，均采用环状拓扑、双环结构，外环顺时针和内环逆时针同时双向传输数据。有的RPR技术 支持各环分别传输数据和控制信息，有的则支持各环传输另外一个反向环的控制信息。
2.1点到点协议
一般认为，RPR是点到点的协议, 依靠控制层的一系列功能来提高环型网的高效性、可管理 性和服务质量。在其环形结构中，每个节点均有上行和下行两个邻居，网络结构相当简单。 分组环上的所有节点被配以唯一的逻辑MAC(Media Access Control)地址，可以基于逻辑MAC 地址进行快速的二层交换，并标识254个节点。
一般情况下，节点仅掌握入节点链路入口光纤状态，节点间没有任何关于拓扑信息的更新。 当环初始化、新节点加入环中、环发生保护切换时，网络处于自动拓扑识别状态下时，触发 器触发节点向环内所有节点（基于每个节点的逻辑MAC地址）发出二层消息。各个节点根据 此消息判断出哪两个节点间的链路状态变化，最终所有环上节点都得到网络拓扑图和每条链 路的状态。
2.2环同步
有的RPR技术支持时钟同步，它能从高等级时钟源或从线路上提取同步时钟信号，这样就能 提供包括T1/E1、DS3、OC-3/ STM-1、OC-12/STM-4在内的电信级TDM专线服务。
2.3分组环的空间复用技术
RPR技术都支持空间复用技术(SRP)（Spatial Reuse Protocol）。它是一个独立于介质的MA C层协议，SRP在数据包环上提供了寻址、读取数据包、带宽控制和控制信息传播基本功能 。在分组环路上，数据包被目的节点从环上读走，而不象FDDI需经过整个环路最后由源节点 读走，这样，分组环使多个节点成多段同时传输数据，互不影响，充分利用了整个环路的带 宽。RPR不象SDH那样分配固定时隙，可根据用户需求分配带宽，对不同等级的业务采取不同 的保护方式。SRP光纤环使用因子为2，相对SDH光纤使用率提高一倍，最大限度地利用了光 纤传输带宽。
2.4多等级、可靠的QOS服务
各种RPR技术空间重用可以保证对各种等级业务的QOS。它定义了几种服务类别，比较普遍的 有快速前传(EF), 保障前传 (AF)和尽力传送 (BE)，其中控制信令是默认的最高优先级， 无需定义其级别，表1是RPR设备中定义的4个业务等级性能比较。
以上的业务级别只是一般情况下的缺省定义，在实际运行环境中还可以根据客户需求或者不 同业务的需求定义新的业务级别。
2.5环自愈保护
RPR技术提供多种保护机制，保证环保护时间小于50 ms。当RPR环中光纤传输中出现严重 故障或者发生光纤中断后，光纤中断处两端节点会发出2层控制信令,沿光纤方向通知各个节 点。业务流源节点接收到信息后，立即向其它方向光纤上发送业务。在环保护切换时，会根 据业务流的不同服务等级，按同终点业务一起倒换原则，依次向反向光纤倒换业务。它与SD H一样，能保证业务倒换时间小于50 ms，并提供两种环保护机制：即缺省选项为Steering （源路由方式），可选方式为Wrmp（折回方式）。
RPR环保护基于分组业务为单位进行，对于每个业务可选择采用一种保护方式，也可以对业 务先采用折回方式保护，减少分组丢失，然后再进行源路由保护倒换，从而提高带宽利用率 。
2.6分组式ADM体系
RPR对业务交换采用分组式ADM体系，大大简化了环路上的分组处理过程。对每个不是目 的地节点的数据流会被简单地前传，无需像以太网交换机将此数据流放入队列并等待处理。 而是分三种情况处理每个节点的 RPR MAC层的业务：把用户数据流加入到上环路中；把目的 地节点的数据流从下环路中取出；直接把数据流从环路的一段前传到另一段上(过环)。
RPR可以像SDHADM那样不用处理那些前传的数据流，大大提高系统的处理性能,使数据分组 ADM式交换体系很容易升级到更高的速率。在按一定原则为每个业务选择好传送方向后，节 点只需对业务进行上环、过环和下环处理，环上每个节点就可以公平享用每一段带宽，环路 的可用因子为2，在2.5 Gbit/s的RPR环上传送5 Gbit/s的业务量。
2.7拓扑自动识别
RPR节点间可交换拓扑识别信令。RPR拓扑更新信令采用类似OSPF（开放式最短路径优 先）的算法，但它是L2的触发式协议。在拓扑初始化阶段，每个节点都会发出拓扑查询消息 ，沿环路传送，其他节点会加入自己的属性，当源节点收到自己发出的拓扑查询消息时，便 可了解到环路拓扑信息。当环路处于正常状态时，节点之间会以固定时间间隔发送Hello信 息判断链路状态正常与否；当环路发生增减节点、光纤中断、节点失效等事件时，相应节点 都会被触发出拓扑更新信息。拓扑自动识别增加了环路的自愈能力，减少了人工配置带来的 人为错误。
2.8带宽公平机制和拥塞控制机制
由于环上的带宽是共享资源，极易被网络上的个别节点或个别用户过度使用造成网络拥 塞。RPR环 视网络 情况而定 通过执行公平算法来控制带宽的利用，把环上任意两个节点之间所有的带宽作为 一个全局资源分配给用户。每个节点的 MAC层一直观测紧靠它的链路的利用情况，然后把这 个信息告知环上所有节点。每个节点可以据此向环上增减发送的数据量，使RPR环的带宽利 用率比TDM网络高3～4倍。
2.9RPR的帧结构
RPR帧最大长度是9216字节，数据帧格式类似于以太网帧，开始是两个帧头，后接目的 地址和源地址（6字节），然后是2字节的协议类型和2字节的帧头校验和，Z再后是不定长的 负载，最后是帧校验。
3RPR与其他宽带技术的比较
RPR与其他宽带城域网技术相比，最大的特点既具有LAN的经济性，又具备可靠的语音传 送的手段、网络带宽可充分利用。
3.1RPR与SDH比较
SDH环是依靠点对点连接实现的。每一条线路带宽固定，当该线路空闲时，带宽被就闲置不 用，不能提供给其他业务；应用中还经常需要保留环带宽的50%用于保护业务，造成低带宽 利用率下的极大浪费。而RPR具有更大的弹性且可以采用粒度方法来利用保护带宽，可以在 一用户带宽利用率很低时，对它进行重新利用，提高带宽和利用率。
SDH是点对点结构，进行多址通信时，必须分配每一条线路。RPR只要求一个多址通信分组绕 环一次到达网络上的任何一个或所有目的地，能够更有效的利用带宽。
3.2RPR与POS比较
RPR和POS一样，避免了ATM技术的协议复杂性和过高的信头开销，不对IP包进行拆分和 重组，直接将IP包映射到弹性分组数据帧格式上，从而大大提高了处理能力。RPR可提供动 态使用带宽的功能，使带宽利用率大幅提高，避免了POS点到点连接的局限性，减少了端口 数。
3.3RPR 与千兆以太网比较
千兆以太网技术的核心只是为了简单地提高传输带宽和交换容量，在可靠性、扩展性等 方面存在不足；千兆以太网技术的主干可靠性一般由所谓的TRUNK技术来提供，既耗费端口 ，还在切换时间、网络自愈等方面远不能充分利用光纤网络的潜力。千兆以太网的VLAN虽然 能对用户隔离，但每个VLAN具有不同的STP树，大量的VLAN维护耗费网络处理资源。
路由保护倒换时间长。以太网基于Spanning Tree算法建立节点间的生成树，对于双归路由 只能选择一条作为主用路由，备用路由处于“Block”状态。STP不具有负载均衡功能，拓 扑更新十分缓慢，一旦主用光纤发生中断，Spanning Tree需要几秒甚至几十秒才能倒换到 备份路由上，根本无法提供高要求服务。
没有真正意义上的物理保护。边缘交换机有两条上行路由，在逻辑上具有路由保护作用 。但在实际城域网建设当中，一般是在一个区域内敷设一条光缆，不可能对边缘交换机提供 两条真正意义上的物理路由。因此，有可能当光缆中断时，两条上行路由都失效。
L3以太网交换机需要进行L3查询，大大增加了网络传送延迟。
以太网没有严格的QOS定义和服务等级分类，不能传送传统语音业务，不能对VoIP业务 提供优先的服务，仅仅适用于数据传送。
4RPR技术的应用前景
RPR技术具备了新一代城域网应有的特点，能充分满足宽带IP城域网建设的需求。
4.1技术的先进性
RPR以IP业务为核心，通过最优路径选择、空间再利用、统计复用和两个同时工作的环路， 最大程度地提高光环路的工作能力；提供空间复用技术和统计复用功能，保证了高带宽的高 利用率，相对TDM网络提高带宽利用率3～4倍；充分简化网络层次，避免了ATM和SDH层的开 销，将初期和增长投资都降到最低，RPR设备高度集成，都支持标准的接口10/100BaseT和 千 兆以太网接口，有的还支持E1/T1和STM-N，具有兼容性，提供了低成本的运行管理、维护和 操作，适和网络发展需要。
4.2网络的可靠性
RPR的网络具有完善的网络性能监测、错误定位等网管功能，保证了网络设备运行具有 电信级的可靠性，可提供50ms的环自愈和快速倒换功能保护关键业务。
4.3业务的扩展性
RPR既支持语音业务，又直接支持T1/E1，满足传统通信业务需要的QOS和接口要求。可 满足用户在建设面向IP核心业务的城域网时，还能兼顾传统PSTN通信业务。
4.4QOS管理性
RPR在QOS上能提供多等级、可靠的分级服务，QOS机制可以在高速光网络层入口/出口的 接口处提供延时控制、数据包丢失和各种混合业务类型的运营模式，并提供必要的带宽保证 。
5结束语
RPR技术的双向旋转环拓扑结构、目的节点对业务流的剥离、50ms的故障保护机制、1～10 G bits/s的数据通信速率、全分布式的接入（无主节点）以及多址通信等特点优势十分明显， 奠定了在不断发展的新型数据网络中的重要地位。以RPR技术为基础的城域网可以提供语音 、专线业务、各种数据业务支持，提供了三网合一的平台基础，已成为越来越多的重要用户 的选择
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