局域網(wǎng)與城域網(wǎng)：第9章 城域網(wǎng)與彈性分組環(huán)

1、 lxm第9章 城域網(wǎng)與彈性分組環(huán)9.1 引言9.2 環(huán)網(wǎng)技術(shù)回顧 （附件，自學(xué)）9.3 RPR的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化9.4 802.17：系統(tǒng)概要9.5 RPR技術(shù)要點(diǎn)9.6 802.17：MAC層 （附件，自學(xué)）9.7 802.17：物理層（附件，自學(xué)）9.8 RPR的應(yīng)用（自學(xué)）9.9 小結(jié)城域網(wǎng)的發(fā)展（自學(xué)） lxm9.1 引言城域網(wǎng)的需求業(yè)務(wù)需求：多種高帶寬業(yè)務(wù)在城域范圍分發(fā)互連需求：大量局域網(wǎng)的城域互連城域網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀早期城域網(wǎng)技術(shù)：雖不完善，但提供了基礎(chǔ)目前構(gòu)建城域網(wǎng)的主要技術(shù)：SDHSDH自愈環(huán)，支持單/多環(huán)提供50ms的APS的故障快速自愈機(jī)制使用TDM技術(shù)，靜態(tài)劃分為多條固定速率電

2、路2Mb/s，155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s，10Gb/s主要為語(yǔ)音服務(wù)，并不匹配數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) lxm9.1 引言城域網(wǎng)的發(fā)展城域網(wǎng)的建設(shè)還是的當(dāng)前的熱點(diǎn)新一代城域網(wǎng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)正在蓬勃展開(kāi)發(fā)展中的新一代城域網(wǎng)技術(shù)彈性分組環(huán) RPR以太城域網(wǎng)技術(shù) lxm新一代城域網(wǎng)技術(shù)RPRRPR第一個(gè)城域網(wǎng)技術(shù)是802標(biāo)準(zhǔn)中第一個(gè)實(shí)用化的城域網(wǎng)技術(shù)可提供運(yùn)營(yíng)商感興趣的多種類型的業(yè)務(wù)A（A0、A1）、B（CIR、EIR）、CRPR復(fù)雜、精致、昂貴顧及傳統(tǒng)觀念，保留多種業(yè)務(wù)協(xié)議復(fù)雜、設(shè)備昂貴開(kāi)銷很大、系統(tǒng)性能不高是SDH網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化稱為：第三代MSTP技術(shù) lxm發(fā)展中的以太網(wǎng)城域網(wǎng)技術(shù)以太

3、網(wǎng)技術(shù)延伸到城域網(wǎng)是大勢(shì)所趨以太網(wǎng)技術(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)使用廣泛，已在園區(qū)網(wǎng)一統(tǒng)天下簡(jiǎn)單而靈活，易于配置、管理，且適應(yīng)性好以太網(wǎng)技術(shù)的城域優(yōu)勢(shì)無(wú)縫延伸，開(kāi)銷小、效率高傳輸性能已達(dá)城域、甚至廣域運(yùn)營(yíng)級(jí)以太城域網(wǎng)規(guī)范發(fā)布Q in Q 802.1ad-2005運(yùn)營(yíng)商VLAN與用戶VLAN 相互獨(dú)立MAC in MAC，802.1ah Drf3.2-2006運(yùn)營(yíng)商與用戶的VLAN 和MAC 都獨(dú)立 lxm9.3 RPR的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化9.3.1 背景9.3.2 RPR的技術(shù)演進(jìn)9.3.3 IEEE 802.17標(biāo)準(zhǔn) lxm9.3.1 背景RPR：彈性分組環(huán)，Resilient Packet Ring基于多種前期

4、技術(shù)發(fā)展的一種城域網(wǎng)技術(shù)具有快速自愈特性：即可以“彈性”恢復(fù)定義了精致復(fù)雜的MAC層協(xié)議并不定義具體的物理層技術(shù)可適配Ethernet、SDH等物理網(wǎng)絡(luò)RPR是一種城域主干網(wǎng)技術(shù)具運(yùn)營(yíng)商級(jí)的運(yùn)維管理、業(yè)務(wù)需求等性能 lxm9.3.2 RPR的技術(shù)演進(jìn)前期的容錯(cuò)分組環(huán)技術(shù)早期技術(shù)是RPR的基礎(chǔ)多個(gè)企業(yè)分別推出，各具特點(diǎn)Cisco/DPT、Luminous/RPT、Nortel/IPTRPR標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.17RPR聯(lián)盟：RPR AllianceRPR后援集團(tuán)由多家通信公司聯(lián)合成立的“非盈利”組織推進(jìn)RPR的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)技術(shù)融合、制定標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用 lxm9.3.3 IEEE 802.1

5、7標(biāo)準(zhǔn)802.17的制定過(guò)程2002/02：D0.1，草案第一版2002/08：D1.0，2002/12：D2.02004/06：正式標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布802.17的制定是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程草案的統(tǒng)一：22個(gè)月2000/03：工作組籌建正式開(kāi)始2002/01：Darwin協(xié)議達(dá)成正式標(biāo)準(zhǔn)的完成：是計(jì)劃時(shí)間的2倍以上草案第一版：2002/02最初計(jì)劃完成時(shí)間：2003Q1標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)：2004/06/24 lxm9.3.3 IEEE 802.17標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.17-2004 RPR access method and physical layer specificationsIEEE 802.17a-20

6、04MAC Bridges - Amendment 4Support for bridging 802.17 MACs IEEE P802.17b_D2.1Spatially aware sublayer lxm9.4 802.17 系統(tǒng)概要9.4.1 雙環(huán)結(jié)構(gòu)9.4.2 系統(tǒng)特性9.4.3 節(jié)點(diǎn)基本操作9.4.4 環(huán)上數(shù)據(jù)傳輸9.4.5 協(xié)議模型 lxm9.4.1 雙環(huán)結(jié)構(gòu)通過(guò)雙環(huán)互連一組站點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）兩個(gè)環(huán)分別稱為環(huán)0和環(huán)1（ringlet0、ringlet1）環(huán)0/環(huán)1均是傳輸方向相反的單向環(huán)路環(huán)0/環(huán)1均可傳送數(shù)據(jù)分組與控制分組，互為備份環(huán)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)：最大255相關(guān)概念跨距段（span）

7、：環(huán)上兩個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)之間的部分上/下游：描述環(huán)上節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置 s0s1s2s3s253s254spanlinksringlet1ringlet0 lxm9.4.2 系統(tǒng)特性繼承環(huán)型網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)最簡(jiǎn)冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙環(huán)同時(shí)作為工作環(huán)并互為備份電信級(jí)故障自愈，業(yè)務(wù)切換時(shí)間小于50ms靈活的帶寬分配機(jī)制支持固定的帶寬分配，也可針對(duì)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)分配帶寬拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)與節(jié)點(diǎn)即插即用開(kāi)放性的物理層接口不依賴特定物理層，提供兼容SDH與以太網(wǎng)的接口 lxm9.4.2 系統(tǒng)特性空間復(fù)用機(jī)制：非重疊復(fù)用和重疊復(fù)用兩種環(huán)上允許多幀同傳，可空間重用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、目的地址剝離針對(duì)大型高速網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：帶寬利用更高效完全分布式訪問(wèn)控制無(wú)令牌

8、概念，減少了單點(diǎn)故障高效支持組播與廣播環(huán)上僅有一個(gè)拷貝，由源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)剝離中間節(jié)點(diǎn)接收的同時(shí)傳遞到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)支持多種電信級(jí)業(yè)務(wù)類型：A、B、C類 lxm9.4.3 節(jié)點(diǎn)基本操作插入：insertion發(fā)送將其它接口發(fā)來(lái)的分組插入RPR環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)：forwarding穿透將途徑本節(jié)點(diǎn)的分組簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收：receiving接收從環(huán)上來(lái)的分組并送交其它接口剝離：stripping將分組從環(huán)上剝離單播幀，目的節(jié)點(diǎn)剝離多播/廣播幀，源節(jié)點(diǎn)剝離RxRxTxTx下環(huán)上環(huán)RxRxTxTx lxm9.4.4 環(huán)上數(shù)據(jù)傳輸環(huán)的數(shù)據(jù)操作環(huán)支持一個(gè)幀從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)幀中目的節(jié)點(diǎn)地址可以是單播MAC地址組播

9、MAC地址廣播MAC地址 lxm9.4.4 環(huán)上數(shù)據(jù)傳輸單播幀傳輸源節(jié)點(diǎn)將幀插入到一個(gè)環(huán)上中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該幀到下游節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)接收并剝離該幀送到本地MAC客戶實(shí)體或MAC控制實(shí)體魯棒性考慮若目的節(jié)點(diǎn)未能剝離該幀，則該幀的剝離也可在幀中TTL值減為0時(shí)進(jìn)行，或在源節(jié)點(diǎn)剝離s0s253s254ringlet1ringlet0s1s2s3插入轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制剝離 lxm9.4.4 環(huán)上數(shù)據(jù)傳輸組播幀傳輸源節(jié)點(diǎn)將幀插入到一個(gè)或兩個(gè)環(huán)上環(huán)上節(jié)點(diǎn)快速執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)，由硬件完成，并同時(shí)接收一份，送Host/L3處理。組播組成員中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)拷貝該幀，送到本地客戶實(shí)體或MAC控制實(shí)體由源節(jié)點(diǎn)剝離幀或幀中TTL值為0時(shí)剝離幀s

10、5插入復(fù)制s1s2s3s4s6復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制s5插入復(fù)制s1s2s3s4s6復(fù)制復(fù)制 lxm9.4.5 協(xié)議模型協(xié)議參考模型Fig.5.1, 802.17-2004子層：MAC控制、MAC數(shù)據(jù)通路、協(xié)調(diào)子層接口：MAC服務(wù)、PHY服務(wù)ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData linkPhysicalOSI reference model layers RPR layers Physical layerMAC datapathFairnessTopology and protectionOAMMAC controlLogica

11、l link control（MAC client）Higher layersMediumMAC service interface PHY service interface Reconciliation sublayer802.17范圍 lxmMAC子層 功能控制對(duì)物理介質(zhì)的訪問(wèn)控制MAC的數(shù)據(jù)通路幀的收發(fā)、排隊(duì)、速率控制環(huán)選擇、 公平算法、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、環(huán)保護(hù)MAC子層分兩個(gè)子層：MAC控制子層MAC數(shù)據(jù)通路子層控制MAC數(shù)據(jù)通路子層維持MAC狀態(tài)與環(huán)上其他節(jié)點(diǎn)的MAC控 制子層間的協(xié)調(diào)控制MAC層與其客戶層之 間的數(shù)據(jù)傳輸為每個(gè)環(huán)提供數(shù)據(jù)傳輸功能 lxm物理層802.17標(biāo)準(zhǔn)：開(kāi)放性的物理

12、層結(jié)構(gòu)不定義：任何新的物理層并不定義直接使用物理介質(zhì)的方法只定義：MAC物理接口和協(xié)調(diào)子層MAC物理接口：MAC physical interface映射物理層服務(wù)原語(yǔ)與物理層實(shí)體使用的標(biāo)準(zhǔn)電接口協(xié)調(diào)子層：Reconciliation sublayer為MAC層提供協(xié)調(diào)統(tǒng)一的服務(wù)接口協(xié)調(diào)MAC子層與各種物理傳輸技術(shù)只需定義相應(yīng)的協(xié)調(diào)子層即可適應(yīng)新的實(shí)際傳輸技術(shù) lxm9.5 802.17技術(shù)要點(diǎn)9.5.1 帶寬分配9.5.2 空間復(fù)用9.5.3 拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)與即插即用9.5.4 自動(dòng)保護(hù)9.5.5 公平機(jī)制 lxm9.5.1 帶寬分配根據(jù)業(yè)務(wù)類型分配帶寬業(yè)務(wù)類型：A類：數(shù)據(jù)速率、端到端延遲、抖

13、動(dòng)都有保證分兩個(gè)子類：A0類（預(yù)留分配帶寬）和A1類（帶寬可回收）B類：B-CIR：數(shù)據(jù)速率、端到端延遲、抖動(dòng)都有保證，帶寬預(yù)留B-EIR：數(shù)據(jù)速率沒(méi)有保證；帶寬沒(méi)有保證，可回收C類：盡力傳送未被使用的已分配帶寬可以被回收僅針對(duì)A1類和B類流量的帶寬而言用于沒(méi)有被分配帶寬的低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流量任何情況，帶寬回收不能影響高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的QoS lxm9.5.2 空間復(fù)用空間復(fù)用機(jī)制：提高帶寬利用率前提：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、目的節(jié)點(diǎn)刪除空間不重疊：帶寬獨(dú)享空間重疊：帶寬共享BRPR 環(huán)AEDCB空間重疊復(fù)用帶寬共享RPR 環(huán)AEDC空間非重疊復(fù)用帶寬獨(dú)享 lxm9.5.3 拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)與即插即用拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)環(huán)上各

14、節(jié)點(diǎn)均能檢測(cè)拓?fù)涞淖兓皶r(shí)知道所有的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)及相應(yīng)的連接關(guān)系環(huán)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都掌握一個(gè)全局的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)環(huán)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與計(jì)算和維護(hù)環(huán)上節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送TP分組（拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)分組）新加入的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送TP分組環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)都接收這些信息并更新和維護(hù)自己的數(shù)據(jù)庫(kù)為即插即用和環(huán)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ) lxm9.5.4 自動(dòng)保護(hù)自動(dòng)保護(hù)環(huán)故障的快速自愈L2保護(hù)機(jī)制，提供小于50ms的保護(hù)倒換節(jié)點(diǎn)或者鏈路故障時(shí)，50毫秒恢復(fù)環(huán)網(wǎng)的連通性自愈機(jī)制可以是直達(dá)或環(huán)回：定向：默認(rèn)，自愈較慢、帶寬節(jié)約環(huán)回：可選，自愈快、帶寬浪費(fèi)基礎(chǔ)雙環(huán)，控制信息的異環(huán)冗余傳輸 lxm9.5.4 自動(dòng)保護(hù)環(huán)回： wrapping環(huán)回保護(hù)發(fā)生在

15、與故障點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)上在環(huán)上故障點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)處自動(dòng)繞回、將內(nèi)外環(huán)連成閉合單環(huán)經(jīng)由故障點(diǎn)的業(yè)務(wù)將環(huán)回繞行到對(duì)端節(jié)點(diǎn)后，再繼續(xù)沿原方向傳送環(huán)回保護(hù)對(duì)源節(jié)點(diǎn)透明環(huán)自愈快，但由于業(yè)務(wù)分組在環(huán)上繞行而浪費(fèi)帶寬但不會(huì)丟失幀環(huán)回保護(hù)光纖斷s5s1s2s3s4 lxm9.5.4 自動(dòng)保護(hù)定向：steering(轉(zhuǎn)向?)發(fā)現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)立即發(fā)Steering消息到環(huán)上各節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)更改拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Steering消息：含故障點(diǎn)、故障類型等原雙環(huán)結(jié)構(gòu)通常變?yōu)榱藘蓚€(gè)開(kāi)口的單環(huán)（非閉合雙環(huán)）通過(guò)新拓?fù)渲苯影l(fā)送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)，無(wú)需在故障點(diǎn)環(huán)回對(duì)單播幀，源節(jié)點(diǎn)直接將幀轉(zhuǎn)移到另一個(gè)環(huán)上對(duì)組播幀和廣播幀，則將幀發(fā)送到兩個(gè)環(huán)上環(huán)自愈稍慢并

16、可能丟失少量分組，但不會(huì)浪費(fèi)帶寬s5s1s2s3s4正常情況定向保護(hù)光纖斷s5s1s2s3s4 lxm9.5.5 公平機(jī)制公平機(jī)制通過(guò)公平算法RPR-Fa保證環(huán)網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)公平使用帶寬即使環(huán)網(wǎng)負(fù)載很重或發(fā)生擁塞公平算法僅處理B-EIR流量和所有的C類流量控制流量、A類及B-CIR流量不受公平算法約束使用預(yù)留帶寬基本思想：某節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞時(shí)，向其上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送公平算法控制幀，通告自己的公平速率上游節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的帶寬值，同時(shí)再向自己的上游節(jié)點(diǎn)通告上游節(jié)點(diǎn)逐個(gè)重復(fù)此過(guò)程直到所有節(jié)點(diǎn)公平共享帶寬 lxm9.8 RPR的應(yīng)用9.8.1 RPR的應(yīng)用特點(diǎn)9.8.2 RPR的應(yīng)用舉例 lxm9.8.1 RPR

17、的應(yīng)用特點(diǎn)RPR城域網(wǎng)技術(shù)主要用于城域核心層，也可用于城域接入層RPR+SDH：是一種較好的組網(wǎng)方案不需淘汰現(xiàn)有的SDH設(shè)備SDH技術(shù)成熟穩(wěn)定整個(gè)核心網(wǎng)已經(jīng)全是SDH現(xiàn)階段脫離SDH不切實(shí)際可為SDH環(huán)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有人稱為：第三代MSTP技術(shù)采用純RPR技術(shù)構(gòu)建完整網(wǎng)絡(luò)投資相當(dāng)大以太網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)RPR形成重大挑戰(zhàn) lxm9.8.2 RPR應(yīng)用舉例RPRGSRRouterGSRPOSGE出口智能小區(qū)商業(yè)樓酒店學(xué)校接入服務(wù)器PSTN撥號(hào)用戶骨干網(wǎng) lxm9.8.2 RPR應(yīng)用舉例大型RPR應(yīng)用相切環(huán)以環(huán)的形式直接接入骨干RPR環(huán)，形成相切環(huán)RPRRPRRPR lxm9.8.2 RPR應(yīng)用舉例大型R

18、PR應(yīng)用相交環(huán)對(duì)等RPR環(huán)，將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成兩環(huán)的共同節(jié)點(diǎn)，形成相交環(huán)RPRRPR lxm9.8.2 RPR應(yīng)用舉例大型RPR應(yīng)用配合其它鏈路對(duì)于大型多節(jié)點(diǎn)RPR環(huán)組網(wǎng)，可以考慮在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間建立輔助鏈路，形成備份或負(fù)荷負(fù)擔(dān)RPRPOSGE lxm9.9 小結(jié)城域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展城域網(wǎng)的需求正在急劇增長(zhǎng)RPR - 第一個(gè)實(shí)用化的城域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)延伸到城域網(wǎng)是大勢(shì)所趨IEEE 802.1的運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)橋標(biāo)準(zhǔn)MEF - 以太城域網(wǎng)論壇城域網(wǎng)絡(luò)的大發(fā)展 lxm9.9 小結(jié)需求急增城域網(wǎng)的需求正在急劇增長(zhǎng)基于IP的應(yīng)用已經(jīng)是計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主流正在開(kāi)始席卷下一代泛通信網(wǎng)絡(luò)（NGN）以太網(wǎng)技術(shù)當(dāng)之無(wú)愧的是承載

19、IP的主流園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的廣域互連需求大量凸現(xiàn)首先需要的是城域互連校園網(wǎng)互連、電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、高性能、大覆蓋的城域網(wǎng)！ lxm9.9 小結(jié)實(shí)用化的RPRRPR第一個(gè)城域網(wǎng)技術(shù)是802標(biāo)準(zhǔn)中第一個(gè)實(shí)用化的城域網(wǎng)技術(shù)可提供運(yùn)營(yíng)商感興趣的多種類型的業(yè)務(wù)A（A0、A1）、B（CIR、EIR）、CRPR復(fù)雜、精致、昂貴顧及傳統(tǒng)觀念，保留多種業(yè)務(wù)協(xié)議復(fù)雜、設(shè)備昂貴開(kāi)銷很大、系統(tǒng)性能不高是SDH網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化稱為：第三代MSTP技術(shù) lxm9.9 小結(jié)以太網(wǎng)進(jìn)軍城域以太網(wǎng)技術(shù)延伸到城域網(wǎng)是大勢(shì)所趨以太網(wǎng)技術(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)使用廣泛，已在園區(qū)網(wǎng)一統(tǒng)天下簡(jiǎn)單而靈活，易于配置、管理，且適應(yīng)性好廣為技術(shù)人員熟悉，培訓(xùn)容易以太網(wǎng)技術(shù)的城域優(yōu)勢(shì)無(wú)縫延伸，開(kāi)銷小、效率高傳輸性能已達(dá)城域、甚至廣域 lxm9.9 小結(jié)802.1新標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1定義的運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)橋標(biāo)準(zhǔn)滿足運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建城域網(wǎng)的特定需求IEEE Std 802.1ad-2005Provider Bridges：Q in Q，1Q封裝1Q提供運(yùn)營(yíng)商的VLAN，隔離于用戶VLANIEEE P802.1ah D3.2，2006/11Provider Backbone Bridg