RPR
RPR的簡稱Resilient Packet Ring彈性分組環（802.17）, 從字眼我們可以看出這個技術的三個特點，首先是resilient(彈性的)，這個比價複雜我們後面慢慢談談這些彈性的優點。
再次是Packet(包),這個技術基於包的傳送。
最後是Ring(環),包的傳送要建立在Ring這種拓撲結構上。而且是一種雙環結構，每個環上最大的頻寬1.25Gbit/s, 雙環最大頻寬2.5Gbit/s. 外環攜帶內環數據包的管理位元組，內環攜帶外環的管理位元組。這樣，雙環互為保護和備份。
“彈性”帶來的優點：
1、業務分級，將業務分為A，B，C3級。其中A細分為兩級，B細分為兩級。數據類型實際上被分為5級，每一級有不同的QoS，保證業務的區分度，分別對應實時業務，非實時業務和盡力傳送。
2、拓撲自動發現，保證了對環上新增和移去的節點，動態實現拓撲結構更新。如果要增加或者減少RPR上的總頻寬，則可以結合LCAS功能來實現。使用LCAS可以動態的調整頻寬，而不影響原有業務。
3、空間重用，RPR單播幀在目的節點剝離的機制，實現了環上頻寬的空間重用。環上頻寬可以幾個點的業務共用，頻寬利用率提高。
4、公平算法，RPR內環和外環都支持獨立的公平算法。公平算法保證了低優先權的B_EIR和C類業務在RPR環上的公平接入。通過設定公平算法的權重，可以使不同的結點具有不同的接入速率。節點可以分別在外環和內環上設定不同的權重。
5、保護：wrapping+string, wrapping相當於斷纖處環回，倒換時間快，但是路徑不是最優。String保護模式倒換時間慢，但選擇最優路徑。
目前，電信業的開放和網際網路的發展，致使網路與通信正以前所未有的速度迅猛發展。住宅用戶和各類商業用戶對頻寬的要求越來越高，且業務的發展和寬頻的增加之間相輔相成。從網路發展的角度看，乙太網（Ethernet)因其簡單性、易擴展性及其高的性價比，在區域網路（LAN）中已占主導地位。超過95%的用戶用乙太網連線其內部網路，且正以每3-5年10倍的速度增長。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的乙太網已廣泛套用，10Gbit/s也即將商用化。同時，在廣域網（WAN）方面，基於同步數字序列（SDH）和密集波分復用（DWDM）的骨幹網傳輸速率已達到Tbit/s。但在城域網（MSN）方面，無論是光纖分散式數字接口（FDDI），幀中繼（FR），異步傳輸模式（ATM），（SDH）等傳輸效率一般都不是很高，無法跟上LAN和WAN的發展，成為整個網路的瓶頸，嚴重阻礙了WAN端到端的服務潛力。同時，這些技術又是基於語音傳輸為基礎的。雖然這些技術具有高可靠性和技術成熟等優點，但它們基於“專線”的方式，需要預先確定所需的頻寬，這與數據業務突發性的特點顯然是相背道的。這樣，就導致了光傳輸頻寬的浪費。許多研究表明，專線頻寬的利用率不足50%，多數情況下不超過20%。其次，原來的傳輸多數是用點到點為基礎的，而數據業務常需要點到多點的傳輸。這種情況下，以前者來適應後者，又必然要浪費大量的頻寬。此外，從提供新業務的角度來看，由於網路下層承載技術往往需要一定時間來提供與管理，由開始計畫到完成一條迴路一般需要幾周甚至幾月的時間，這將嚴重阻礙新數據業務的提供。再有，從成本上考慮，顯而易見，目前的MAN技術也不占有任何優勢。
建立良好的MAN，首先需要有一個價格合理、擴展性好的解決方案來適應不斷膨脹的IP流量和光纖頻寬的增長，其次要能夠對各種不同的IP業務進行最佳化，以最少的中間電路層在分組交換網上傳輸IP業務。同時，還必須支持現有的傳統語音業務，因為這仍是運營商的重要收入來源，且來應該在達到可接受的Qos保證時降低系統的複雜性和費用。由於MAN中存在大量的光環形網，充分利用其優點和特點更是非常必要。IP領域很早就認識到了環形網路結構的價值，發展了像令牌環，FDDI等解決方案。但這些方案都無法滿足上述MAN的需要，也無法滿足在擁塞情況下維持高的頻寬利用率和轉發量、保證節點間的平衡、迅速從節點或傳輸媒體故障中恢復、即可插可用等IP傳輸和業務傳遞發展需要。因此，並不適用於新一代的MAN。
為了解決上述MAN存在的問題，在城域範圍內構建新的環形拓撲結構，通過傳輸類似乙太網結構的分組來提供各種增強型業務，在不降低網路性能和可靠性的前提下提供更加經濟的MAN解決方案。2000年11月，IEEE802.17工作組正式成立，目標是開發一個PRP（Resilient Packet Rings)標準，最佳化在MAN拓撲環上數據包的傳輸。該技術結合了乙太網的實用性和光設備的強大功能，利用空分復用、統計復用和保護環提高了頻寬的利用率，使得協定開銷最小，實現了節點對網路資源的公平利用。同時，還支持業務分級（SLA）以及即插即用等特性。該技術打破了LAN與WAN的接入瓶頸，將MAN轉變為快速、簡單、可靠、能及時提供豐富增值業務的頻寬網路，為運營商、網路服務提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網解決方案，並預計到2003年制定出最終協定標準。而目前由於國際上還未形成統一標準，還有許多問題未達成一致意見，本文以下幾部分的內容綜合參考了各種提案中較為一致的意見，同時也闡述了筆者在相關問題上的看法。
RPR關鍵技術
SONET採用了固定時隙分配技術來執行頻寬分配和服務保護，乙太網則依賴於乙太網網橋或IP路由器來實現頻寬分配管理和服務保證。這樣，當使用SONET時，網路使用效率不高。當使用乙太網交換機時，網路的服務質量又得不到保證。考慮到頻寬市場的潛力、兼容性、技術特點、技術可行性和經濟可行性等5個標準，RPR採用了以快取器插入環（BIR）為基礎的最佳化的MAC協定來彌補這些缺陷，提供下一代接入網所要求的恢復能力、有保證的服務質量和可管理能力。1.網路結構與協定分層
網路拓撲基於兩個反方向傳輸的環，相鄰節點通過一對光纖連線。節點間使用光纖連線並可採用WDM進行擴容。節點具有乙太網接口，可直接與路由器相聯。RPR的內環和外環都作為工作信道來傳送簡化的SDH，或者乙太網幀格式和RPR協定封裝的數據幀和控制幀。從網路結構可以看出，RPR支持多播傳輸和點到點的連線，因此更利於數據業務的傳送。此外，當發現節點網元或光纖傳輸失效時，RPR執行快速自動保護倒換機制，數據會在50ms內轉換到無故障通路，這樣就提高了網路的健壯性。
從開放式系統互聯模型（OSI）出發，在總結多種協定 參考模型的基礎上，給出普遍認同的RPR協定參考模型。可以看出。RPR網路必須要完成的功能包括：支持多種物理層（PHY）技術，介質訪問控制（MAC）客戶層處理，MAC與MAC控制技術，運行、管理、維護、與操作（OAM&P），兼容性能考慮等。其中，PHY可採用Ethernet,SDH或WDM,因此對上層也是透明的。而MAC與MAC控制技術是RPR最主要，也是最基本的功能，是標準化組織研究的重點。前者主要內容是數據傳輸操作控制，而後者主要包括流量控制、業務等級支持（SLA）、拓撲自動識別、保護倒換等功能。
2.基本MAC協定
RPR的基本MAC結構是一個BIR，在任何一個節點都存在3個快取，即傳送快取、接收快取和轉發快取。如果目的地不是本地，則通過轉發快取發出。而本節點的報文則通過傳送快取傳送數據。
RPR支持空分復用技術，即傳輸的數據報文在目的節點而不是在源節點被取出。節點11到節點2，以節點3到節點6的報文傳送是完全不影響的。這樣，網路不但能為傳送的報文提供最短的傳輸路徑，且僅占用戶源和目的站之間的線路，環路上的其他部分可同時供其他站點使用，因此提高了頻寬的利用率。
3.流量控制
由於RPR網路資源是基於共享的，同時目的地取出報文的方式又使得環上有超過一個節點同時傳送信息，這就引發了流量控制的問題。如果不進行節點接入控制，每個節點隨意訪問將會出現網路擁塞，增加端到端的時延和丟幀率。在極端情況下，會出現完全的“飢餓”狀態，即節點的頻寬完全被上游的流量所占用，而本節點流量無法接入。圖4中，如果節點11流往節點8和節點8流往節點10存在的流量都比較大，節點9可以傳送數據的機會就比較少。如果節點9總是被上游的流量所“覆蓋”，它就會完全“飢餓”。這種情況下，就提出了所謂“公平性”性能問題，即MA應該對環上所有節點支持上層客戶“公平地”接入下層介質。
任何一種公平性的具體的實現都是通過一些接入算法和一些控制信息協調實現的（如Cisco公司提出的SRP-fa等）。具體算法的選擇是RPR標準化組織的主要內容之一。
4.SLA支持和頻寬管理
為了適應MAN客戶種類繁多、交換粒度差異大的特點，除流量控制外，RPR還必須有一套靈活的動態頻寬管理和多等級承載業務SLA保證機制，以滿足不同業務對傳輸延時、抖動、、差錯率的不同要求。
雖然已提交的RPR提案中對業務等級的定義與細節描述不盡相同，但總體上看，大致可以歸納為3種：用於業務速率恆定的情況固定頻寬業務，用於有承諾頻寬並且允許一定突發數據的可變頻寬業務，與傳統IP中的業務等級類似的盡力而為的業務。數據流在進入環路時首先被分類、調度，然後根據不同的優先權標識，被放入不同的快取區。RPR對於第一種情況一般是採用頻寬預留的方式來保證其傳送，而對後兩種則採用了動態的頻寬分配方式。這樣，不但提高了頻寬的利用率，同時實現了對數據突發業務的語音等其他業務的有效支持。
5.拓撲自動識別
在RPR環結構中，每個節點均有上下兩個相鄰節點，網路結構相當簡單。正常狀態下，節點間沒有任何關於拓撲信息的更新。而當環初始化、新節點加入環中或需環路保護倒換時，RPR進入自動拓撲識別模式。觸發器觸發節點向環上的所有的節點傳送第二層訊息，節點可根據此訊息判斷有哪些節點處於環形拓撲結構中，在環的兩個方向上達到其它節點需要幾跳以及環上每段光纖的狀態。這樣，在網路運行過程中，每個節點都詳細地掌握著網路的拓撲圖和每條鏈路的狀態。
基於此，網路不但實現了即插即用的特點，同時當網路發生故障時，故障點的兩側節點向其他節點廣播故障訊息，然後每個節點得知每個節點和每條鏈路的現狀，這樣節點可根據業務服務等級的要求進行基於源路由的業務倒換。
6.保護倒換機制
如上所述，RPR是通過正反傳輸方向兩個光環進行組網的，這種組網方式使得RPR具有很強的健壯性。當一光環切斷或某一網元失效時，RPR可通過第二層的保護機制自動為數據包切換到另一環路上，即使兩個環路都失效，網路仍能工作。
保護倒換機制主要有兩種：採用源路由的保護機制和採用卷繞的保護機制。採用卷繞的保護機制為，當一傳輸光環線路失效時，通過信令通知網路節點，在失效處兩端節點處繞回。因此，業務流要先沿原路到達環回處，才被切換到另一環路去，再環回，最終達到目的節點。採用源路由的保護機制，RPR則不同。當一傳輸光環線路失效時，失效處兩端節點會發出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個節點。業務流源節點接受到這個信息後，立即向另一個方向的光纖上傳送報文，從而實現保護倒換。同時，在保護切換時，節點會考慮業務流不同的服務等級，根據同一節點的切換原則，依次向反方向環切換業務。兩種機制都能在50ms的時間裡完成保護倒換功能。而基於源路由切換保護機制由於不需要“折回”，因此保護倒換時間更短，同時也更能節約頻寬。
RPR特點與發展現狀
綜上所述，通過結合第二層簡單的交換技術和現代光網路設備傳輸能力、頻寬有效性和低的協定開銷等性能，RPR體現出很多的優點。1.頻寬效率
傳統的SDH網路需要環頻寬的50%作為冗餘，RPR則不然，它把兩個反方向鏇轉的環都利用起來，用於傳送和控制數據業務流。此外，RPR還利用目的地報文提取的方式實現了環路頻寬的空間重新利用。這樣，就大大提高了頻寬的利用效率。
2.保護機制
RPR可以提供在故障出先後50ms時間內的自動保護倒換業務，這就與SDH的ASP相類似，為用戶提供了99.999%的服務時間。此外，業務流的優先機制確保了優先權高的業務流能夠得到適當的處理，以滿足實時性業務的需求。
3.簡單的業務提供 RPR的目標之一是分散式接入、快速保護和業務的自動重建為節點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。RPR也是一項在環內使用共享頻寬的分組交換技術，每一個節點都知道環的可用容量。在傳統的電路交換模式下，全格線型連線需要O（n2)個點到點連線，而RPR只需要一個與環的業務連線，這樣就大大簡化了工作。
此外，RPR的數據通信速率可達1-10Gbit/s。RPR網路支持SLA，可滿足用戶對服務等級的嚴格要求，支持端到端的傳輸服務等級。充分簡化了網路層次，消除了功能上的重複性。易管理和操作，對資源和流量都採用分散式的方式進行管理，管理信息豐富。RPR還可以及時提供新服務和迅速對網路進行升級。與現有的技術，如SDH，乙太網，ATM等相比，RPR無疑具有更強的優越性和更廣的套用前景。
目前，雖然IEEE802.17工作組還在進行RPR標準指定和測試工作，RPR的正式商用還要在一年以後，但由於預期的良好市場前景，許多公司都已推出了不同的非標準RPR城域交換產品，以期在激烈的市場競爭中占的先機。最具代表性的產品有Cisco的DPT/SRP，Nortel網路的InterWan,以及luminous的PacketWave等。相應地，一些大的半導體生產廠商也推出或即將推出RPRMAC層晶片，比如Vitesse與Nortel合作，推出的支持GFP的RPR晶片VSC9129，Conexant推出了CX29950RingMaker環路處理單元。但在正式標準未出台前，以上方案都屬於前瞻性的技術。雖然每個供應商都承諾，一旦802.17標準出台，就改造其產品以符合802.17標準，但在規範形成前造就事實上的工業標準以影響標準的制定也是所有廠商的目的。
RPR是一種新型的網路結構和技術，是應下一代MAN的要求而設計的。RPR一經提出，便受到各方面的青睞。然而，該技術還處於早期研究與探索階段，相關的MAC和PHY還需進一步的標準化。但是由於其集IP的智慧型化、乙太網的經濟性和光纖環網的高頻寬效率和可靠於一身，業界普遍對它的市場前景表示樂觀。相信隨著標準化工作的進一步開展和市場的進一步擴大，RPR必將成為滿足新一代頻寬IP MAN所採用的最佳技術之一。
