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背景介绍RPR技术于2000年提出，主要是为了解决城域网中已较大规模应用的SDH、ATM以及以太网技术的一些局限。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，一般仅用于在原有的TDM网络中补充数据业务；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，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，不能满足电信营运的需要；RPR则参照了SDH与以太网技术的优势，通过使用环的拓扑结构，实现带宽的共享与保护。目前MSTP的问题目前MSTP设备可以提供的数据接入手段主要还是EOS方式，通过SDH的虚容器传输以太网帧，为了提高带宽利用率一般通过802.3的交换进行汇聚，这种方式带来的问题主要有：1、配置复杂：站点与站点间的业务配置需要一一配置，中间经过的站点需要配置直通，网络复杂时配置以及维护工作量很大；2、缺少共享的特性：业务之间的通过VC连接，这些链接作为一条业务的承载体无法与其它链接共享自身带宽；3、带宽利用率较低：为了防止广播风暴，需要运行STP协议，部分带宽无法充分利用；另外因其自身无快速保护机制（STP秒级保护太慢），需要利用SDH的保护，而SDH的保护速度虽快却要浪费50％的带宽；目前MSTP的问题4、对汇聚比的要求：在汇聚型的网络中，需要单板具有众多系统方向以完成各个站点到汇聚站点的链接请求；5、组建环网时对QOS较难保证：EOS设备虽然可以通过组建以太环网部分避免以上问题，但802.3的网络天生就不是为环网设计的，所以组建环网时，以上问题仍很难避免，同时还将带来上下游站点间业务互相影响的问题，QOS无法保证，至今很少有这样应用。而这些问题也就是RPR技术需要解决的问题。RPR特点（一）较高的带宽效率：传统的SDH网络需要环带宽的50%作为冗余，RPR则不然，它保持了类似于SDH中APS的保护机制，利用两个反向的环来保护业务，同时还允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上全速传输，不需要保留50%的带宽。使用的是空间重用技术，目的节点从环中剥离到达本点的数据帧后就不再占用环的带宽，释放给下游段使用。RPR特点（二）较公平的带宽分配协议（QOS的保证）：通过简单有效的公平算法，实现数据业务的带宽共享。因为在网络中，用户接入端的通信业务量从本质上来说是突发性的，而网络核心部分的业务量较为平稳，所以具有一定的可预测性。RPR通过业务的分级可以允许营运商只在带宽有空余时，才提供优先级较低的网络接入服务（如一些数据业务），充分的利用了这些业务量所固有的特性。也可以避免了上下游站点间的带宽不公平。RPR特点（三）快速的保护机制：RPR可以提供50ms的业务保护，这与SDH的APS相类似。目前可以通过业务环回(Wrapping)或者绕开(Steering)两种方法来避免发生的故障。采用“环回”时，和故障邻近的节点会把一个环上的业务环回到另一个环上（比如把内环上的业务环回到外环上，类似于SDH的APS），这种方法使数据流在经过很长一段路径到达目的节点时，都会保持连续（顺序）性。“绕开”这种方法实际上是让数据流掉转方向，通过另一段路径到达目的节点。RPR特点（四）与SDH网络的无缝连接：内嵌于SDH的RPR系统在组网方面可以与SDH网络无缝连接：SDH的网络一般以环网为主，RPR需要的正好也是环的结构，因此可以实现无缝的连接，充分利用环网的带宽，而不像已有的MSTP一样需要通过STP协议或手工配置在SDH环网中防止业务成环，有时会因此浪费掉一部分带宽。RPR特点（五）简单的业务配置：RPR的目标之一是分布式接入。分布式接入、快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入和删除提供了即插即用机制。RPR也是一项在环内使用共享带宽的分组交换技术，每一个节点都知道环的可用容量。在传统的电路交换模式下，全网的每个连接都需要点到点的一一配置，而RPR只需要配置一下接入端与环的连接关系，不需要配置环内各点之间如何相连，业务如何流向，这样就大大简化了工作。另外这样的业务配置也避免了传统的EOS设备中存在的汇聚比的问题，在忽略带宽限制的前提下，RPR几乎可以做到无限的汇聚比。空间重用协议RPR技术中采用了空间重用协议（SpatialReuseProtocol简称SRP），空间重用指在空间上没有重复的业务流可以互不影响地利用各自的线路带宽，简单的说是正常情况下数据在源节点和目标节点之间的最短弧上传输，同一时间可以有多个节点相互通信。这样，许多节点可以同时收发分组，提高了环带宽的利用率，特别在环上节点数较多的情况下，带宽的利用率改善尤为明显。RPR环网结构RPR为双环结构，与SDH双向复用段环拓扑类似，是由两个相反方向的环组成，顺时针方向的环称为环0，逆时针方向的环成为环1；环上的各个节点成为站点，通过48bit的站点地址进行标识；站点之间的连接成为SPAN，每个SPAN对应TTL为一跳；环0环1站点1站点2站点3站点4SPANRPR环网结构RPR的数据传输支持单播、组播和广播机制。在组播和广播时，源节点发出数据后，每个节点都能够检测到数据，节点分析帧头部地址信息，如果满足地址条件，则拷贝下数据，同时继续转发，回环一周后在源节点被剥离。在单播情况下，数据分组仅在源节点和目标接点之间的最短弧线上传输，源节点发出数据，目标节点接收数据，同时把该数据分组从环上剥离。这比城域FDDI环状网络和令牌网络提高了利用率。RPR技术原理RPR参考模型RPR系统结构RPR帧结构RPRMAC对数据帧的处理RPR公平算法原理简介RPR拓扑发现原理简介RPR保护原理简介SDH内嵌RPR的参考模型GFP协调子层SDH协调子层GFP适配PPP/LAPS适配SPI-x应用层传输层会话层表达层网络层数据链路层物理层逻辑链路层MAC数据通道公平算法保护操作管理维护拓扑发现MAC控制环选择OSI参考模型层次RPR层次更高层SDH物理层媒介依赖媒介的接口MAC服务接口物理层服务接口参考模型说明根据IEEE的标准框架结构，802.17和802.3是平级的协议，都是链路层的协议。RPR可以兼容多种数据速率。它可以在一系列的物理层上工作，如：SONET/SDH、千兆以太网（IEEE802.3ab）、10Gbit/s以太网（IEEE802.3ae）等。RPR同样也属于广播型网络，一个数据包可以到达环上所有的节点。这意味着多种施用于广播型网的技术能够继续施用于RPR上，如地址解析协议（ARP）、生成树协议（802.1D）和三层协议等。RPR的基本数据单元是数据帧，RPR帧的最大长度是9216字节，数据帧的格式类似于以太网帧。SDH内嵌RPR的系统结构SDH内嵌RPR的系统结构S0S5S3S2S1S6S7MACControlringlet1MACDatapathringlet0MACDatapathSendFrame()ReceiveFrame()MACControlReqMACDataReqindindMACClientStationRPR标准帧结构数据帧结构控制帧结构公平帧结构空闲帧结构TTL（TimeToLive）生存时间，这一个字节记录的是报文到达目的节点前能经过的最大节点数，每经过一个节点，该字段数字减一，减到为0时从环上剥离，通过这种机制可以防止帧在RPR环上无限次的循环转发。帧中该字段的初始值应不小于已知目的节点和本节点相隔的跳数。该字节也决定了RPR环最多只能255个站点。BaseControlRI：环标识，该比特记录的是该帧生成时，被发送的环路方向；FE：公平适从，该比特用于标记一个帧是否参与公平算法；FT：帧类型，这两个比特标志帧的4种类型；SC：服务类型：这两个比特标志一个帧所属的服务类型；WE：Wrap适从，该比特标记帧在发生Wrap保护时，能否被环回，1表示帧可被环回；P：环控制校验bit，该比特提供对BaseControl字段的奇偶校验。对于公平算法帧和IDLE帧，校验值必须使环控制字段所有比特（包括Pbit自身）中值为1的比特数目为奇数个；对于数据帧和控制帧，该比特保留，置0，接收时被忽略。BaseControl值名称说明00IDLEIDLE帧01CONTROL控制帧10FAIRNESS公平算法帧11DATA数据帧值名称说明00CLASS_CclassC业务01CLASS_BclassB业务10CLASS_A1classA1业务11CLASS_A0classA0业务FT定义SC定义SC与FE决定服务等级SC与FE决定公平适从ExtendedControlEF：扩展帧标识，定义数据帧使用的是基本帧格式还是扩展帧格式；FI：洪泛标识，指示帧在环上的洪泛方式，包括：不洪泛、单向洪泛和双向洪泛；PS：过源站点标识，表示在Wrap保护中帧是否从反环经过源站点；SO：严格次序标识，表示帧的次序在传输过程中是否需要严格保证次序。站点地址（DA、SA）DA、SA都是一个48bit的地址域，分别用于确定帧的目的站点和源站点地址，定义方式与802.3网络一致，广播目的地址也为0xFFFFFFFFFFFF，源站点地址由上层网管确定，目的站点地址则由路由算法根据拓扑发现决定。TTLBASE与TTL基本一样，表示帧从源站点发出时TTL值，该域在传输过程中不被修改，目的站点可以根据TTL和TTLBASE判断出源站点与本点之间的跳数。HEC在数据帧和控制帧中有一个16bit的HEC域，用于对16字节的帧头（TTL、BaseControl、DA、SA、TTLBASE、ExtendedControl）进行CRC-16的校验。HEC错误的数据帧和控制帧将被从环上剥离。不同服务类别的比较高,视网络情况确定中低极低帧丢失无要求无要求无保证,视网络情况确定C无要求无要求可超量配置,优先于CB可变低速率可变,有保证A1极低，有保证机制极低，有保证机制恒定速率,有保证A0抖动延迟吞吐量RPR服务类别各等级业务面向的服务CLASSA0：RPR的MAC协议提供一种预留环上带宽的机制。这些带宽对RPR的公平算法是不可见的，必须由RPR的MAC客户实体完全控制。其它三个等级的业务不能使用这些预留的带宽，即使这些带宽空闲；该等级业务主要用于模拟TDM业务；CLASSA1：主要用于实时业务（如语音和视频），具有低抖动和低时延特性，如果带宽未被使用将在公平算法控制下和其它节点共享，也可以用于模拟VPN业务；CLASSB：主要用于对时延不敏感但要求带宽保证的业务，如一些要求比较高的数据业务，在网络带宽有空闲时可以占用更多带宽；CLASSC：主要用于要求不高的数据业务，属于尽力而为的业务，没有保证带宽，受网络实际流量影响大（特别是保护时带宽受影响很大），时延和抖动都较大。RPRMAC对数据帧的处理RPRMAC对数据帧的处理有：上环：本点用户口向环上其它站点发送，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：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过滤可以接收，对于单播帧将其从环上剥离并发送到用户端口，对于多播帧发送到用户端口同时进行过环操作；转发：本点从环上接收的帧根据其优先级（A、B、C）分别放入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：本点从环上接收的帧不再继续向下传递，到本点终结。RPRMAC对数据帧的处理过环队列（PTQ、STQ）SPAN0SPAN1上环队列（A、B、C）本地入端口调度器过环上环用户分组Policer限速环接收队列下环队列（AB、C）本地出端口下环路由判决Shaper整形公平算法RPR公平算法特点RPR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。R