（通信与信息系统专业论文）基于mstp的rpr公平算法研究.pdf

基于m s t p 的r p r 公平算法 i j i = 究 摘要 m s t p 技术是指基于s d h 技术，同时实现t d m 、a t m 、以太网等多种业务 f i j 接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的多业务统一网络管理的多业务节 点。r p r 弹性分组环技术是一利，新的基于m s t p 的以太网二层交换技术，它继 承了以太网提供的成本优势和s d h 的可管理性、网络的生存性等方面的优势， 还增加了业务的公平接入能力、拓扑发现能力、通信质量保证能力，优化了i p 分组数据业务的传送方式。r p r 所具有的这些优势使之成为m s t p 平台的首选 以太网二层交换技术。在r p r 的核心技术- ：h 公平算法是实现全局公平机制、 保证高带宽利用率的关键技术。 本论文对公平算法进行了深入的研究，首先经过理论分析从理论得出了公平 算法所存在的效率极限：然后以此作为导向，对目前比较成熟的s r p f a 算法进 行了深入分析，发现其中存在的缺陷头阻塞问题和权重问题；然后提出了改 进方案，解决了以上存在的两个问题；最后根据给出的解决方案对算法进行了模 块分割，给出了各模块的实现方法，并利用o p n e t 8 ，0 软件对算法进行了实现及 验证。 法 关键词：r p r弹性分组环m s t p 多业务传送平台城域网公平算 基1 ：m s t p 的r p r 公平钎= 法研究 a b s t r a c t m s t pt e c h n o l o g yi sam u t i s e r v i c et e c h n o l o g yw h i c hb a s e do ns d h t e c h n o l o g y 。a c c e s s i n go p e r a t i n ga n dt r a n s m i t t i n gt d m ，a t m ，e t h e r n e ts e r v i c e a n dp r o v i d i n gu n i t e dn e tm a n a g e m e n t r p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) t e c h n o l o g y i san e wt e c h n o l o g yb a s e do nl a y e r2p r o t o c o lu s e df o rm e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 i t n o to n l yg e n e r a t e st h ec o s ta d v a n t a g e o ft h ee t h e r n e t t e c h n o l o g y ， m a n a g e m e n ta d v a n t a g ea n dl i v i n ga b i l i t yo fs d hn e t w o r k ，b u ti n c r e a s ef a i r s e r v i c e a c c e s s i n g ，t o p o f o g f c a f - f i n d i n ga b i l i t y , o o sg u a r a n t e ea b i l i t ya s _ w e l l , a n d i m p r o v i n g i p g r o u p i n gd i g i t a l s e r v i c ea l lt h e s ea d v a n t a g em a k er p r t e c h n o l o g yt h ef i r s ts e l e c t i o no fl a y e r2p r o t o c o lu s e df o rm a c i na l lt h eh e a r t t e c h n o l o g y o f r p r ，f a i r n e s sc o n t r o la l g o r i t h mi s t h ek e yt e c h n o l o g yt o i m p l e m e n taf u l lf a i rm e c h a n i s ma l lo v e rt h en e t w o r ka n dt og u a r a n t e eah i g h r a t i oo fb a n d w i d t hu t i l i z a t i o n a f t e r a n a l y z i n gd e e p l ya n dr e a s o n i n gc a r e f u l l y o nf a i r n e s sc o n t r o l a l g o r i t h m ，t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r dt h eu p p e rl i m i to fb a n d w i d t he f f i c i e n c yi n t h e o r ya tf i r s t t h u su n d e rt h eg u i d eo ft h i st h e o r y ，t h i sp a p e rd e e p l ya n a l y z e s t h ef l e d g e da l g o r i t h ms r p - f aa n df i n dt h ed e f e c to ft h i sa l g o r i t h m ，h e a d c o n g e s t i o na n dp o i n tw e i g h t 。t h e nt h i sp a p e rg i v e san e wp r o j e c tw h i c hc a n s o l v et h e s e2d e f e c t s f i n a l l y , t h ea l g o r i t h mi sa c h i e v e db yd i v i d i n gt h ep r o j e c t t o3b l o c k sa n do p n e t8 0i su s e dt oi m il a i el h i sa i g o r i i h m l iy u a n y u a n ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yy u a ng u o l i a n g k e yw o r d s ：r p r ，r e s i l i e n tp a c k e tr i n g s ， m s t p ( m u l t i s e r v i c e t r a n s p o r tp l a t f o r m ) ，m e t r o p o l i t a nn e t w o r k ，f a i r n e s sa l g o r i t h m 2 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或者其他机构已经发表 或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了感谢。 作者签名：勉受立日期： d 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全部和 部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论文在解 密后遵守此规定。 作者签名： 奎必么导师签名：鑫卤起日期： 基于m s t p 的r p i 2 公平算法研究 引言 随着社会的进步和通信技术的发展，城域网技术的研究应用的探讨倒前已成 为电信领域倍受关注的热点，城域网建设已经成为电信网建设的重要组成部分。 在上世纪末，电 言 - f l s 场中传统的话音业务无论就业务量还是业务l 恢入都_ 赢处于 支拄的地位，但是随着社会信息化变革的深入，数据业务j f 以异常迅猛的速度发 展，高速i n t e r n e t 上网、高速专线互连，视频点插、f 包子商务、宽带v p n 业务等 新兴业务不断涌现。数据业务已经成为电信市场的主体业务之一，而且成为y _ q k 务收入的支柱。因此，现代城域网建设的一个主要的出发点就是要求城域网能够 很好地支持多种业务类型，不但能支持业务收入的主体话音业务，而且能支 持业务量的主体数据业务。 关于城域网对多种业务的支持能力可以从以下几个方面迸行分析： 首先，虽然在相当长一段时期内城域网接入部分的物理介质仍会使用铜线、 无线接入等方式，但是就城域网的汇聚部分和核心部分来讲，光纤将是应用最广 泛的传输介质，甚至在大多数情况下，将是唯一的城域网传输介质。 其次，目前在城域网的链路层，多种技术同时存在，这些技术有着各自的适 用环境、技术背景和技术特长，同时也存在一定的技术局限性和应用局限i t 。例 虫s d h 技术对于以传统话音业务为代表的t d m 业务是一个先进且成熟的技术， 但是技术分析和工程应用均表明，对于数掘业务而言，s d h 的传输效率并不高， 这主要体现存数据的封装，适配效率和帧定位效率等方而：a t m 技术综合了电 路交换和分组交换的优点，是一种面向连接的传输技术，它能提供良好f f 】o o s 保证，支持语音，数据希i 图像通信，但是对于承载数据业务的能力来讲，a t m 技术和s d h 技术一样存在着传输效率不高的问题。另外，技术规程过于复杂， 实现成本高也是a t m 技术没能在城域网“一统江山”的重要原因。i p 技术有灵 活的路由体系、采用非面向连接的服务方式，能够很好地支持数据业务，但是在 支持t d m 业务时却存在着许多问题，如o o s 保证能力，安全性等。因此，在城 域网的数据链路层中，现有的技术没有可以同时很好支持话音业务和数据业务的 基于m s l 、p 的r p r 公平算法研究 “完美”技术。 从现实需求和技术实现角度看，我们需要种能够很好支持两种业务类型 ( 话音业务和数据业务) 的单一的传送层技术，而这币是本文所要讨论的问题。 目前学术界时论的解决思路，大致有以下四种。 ( 1 ) 建立两利，分立的传送网络，分别支持不同类型矛t t 类的业务类型，这是一种简 单的思路。 f 2 1 考虑到现在的电信运营商拥有大量的s d h 砹备和a t m 设备。考虑以 s d h 十a t m 技术作为基础技术，i p 业务通过重叠方式或集成方式承载在这些技 术之上。 ( 3 ) 以s d h 技术为基础把传统的t d m 业务通过t d mo v e rs d h 或e t h e r n e t o v e rs d h 等方式承载在s d h 技术之上。 ( 4 ) 建i 5 芝一种全i p 的城域网，整个网络物理层是光纤，上层是t c p i p 。以i p 或以太网技术为基础，把传统的t d m 业务通过t d mo v e ri p 或t d mo v e r e t h e r n e t 等方式承载在其上。 第一种思路虽然使用的设备种类较少，但是也带来了统一管理困难、重复投 资、业务种类单一、互连互通能力差等较为突出的问题。走多网融合已经是电信 领域的一个共泌，因此这种思路的识别价值不大。 第二种思路是考虑到目前的电信运营商的网络中拥有大量的s d h 设备和 a t m 设备，城域网传输层基本是以s d h 实现的。a t m 设备通过s d h 传输网连 接起来支持多种业务，i p 业务通过多种叠加方式和集成方式承载在a t m 之上。 但是由于a t m 技术的复杂性和高成本，今后的网络发展中不会再大规模的应用， 所以这种思路只是对原有网络和技术进行兼容的相对保守的实现策略。 第三种思路是直接在s d h 技术上承载多种业务，主要是i p 业务和其他数据 业务。般i p 数据业务是异步工作的，而s d h 是同步网络，已有的s d h 构架 并不适合传输i p 业务，如i p 带宽与s d h 虚容器不匹配，s d h 的固定速率等级 难于扩展、s d h 的大量段开销降低了传送效率等。在实际应用为了解决这些问 题，通常需要对i p 包用某种链路层协议进行封装，以便实现帧定位和纠错等数 基于m s ”的r p r 公平算法研究 据链路层的功能，然后再把二层链路帧映射到s d h 帧中，从而实现i p 包，e t h e r n e t 帧在s d h 网络中的传输。目前可以运用的数据链路层挑议有p p p h d l c ，g f p ， l a p s 等。第三利一思路相对于第二种的优点在于：减少了网络t p 数据包的协汉转 换次数、减少了在a t m 、嫂备方面的投资、保护了s d h 的既有投资等，因此这利t 模式在城域网多业务传送方法中有着广阔的前景。 篼四种思路是一种全i p 的城域网建设方法。山于i p 数据业务的发展速度很 快，也成为了电信业务量的主体，建立直接面向i p 的城域网已受到越来越多的 人的关注。但是两对棚有大量s d h 网络雨ja t m 设备的电信运营商，i ：h - - i 二这种方 式不能很好地军t t ：t l 原有资源，保护既有投资，所以运营商在这方面投资比较谨慎。 对于一个l 乜信运营商来说，既要考虑信道容量的扩大和j h ，o 列多种业务需求 的现实情况，同时又要考虑电信运营的成本，】_ ) c 得最大的效益。而i ：包信运营商经 营过程中的主要成本在于电信设备的投资如果为话音业务和数= | l ；业务分别建立 不同的网络，成本很高，设备n , q t 率也较低。本次研究课题面对的是老的电信运 营商，公司拥有大量运行话音业务的s d h 没备，所以如何充分发挥现有设备的 潜力，在现有设备的基础上取得技术上的发展，同时满足电信用户列多种业务的 需求和电信运营商追求利润最大化的经营方针成了我们需要解决的课题。上述的 第三种思路充分利用了公司现有的大量s d h 设备，能在s d h 设备上运行多种 业务，在满足了用户对多种业务需求的同时也避免了在电信设备上的重复投资， 节省了成本，所以这种思路是现实可行的技术。 因此，本文将把第三种思想的发展作为研究课题，在行业内将其定义为基于 s d h 的多业务传送平台实现技术，也就是本文论述的m s t p 技术。 本人在上海电信公司嘉定电信分局实习的过程中，第一次接触到了这项前沿 新技术在电信领域的应用。目前m s t p 技术己发展到了应用r p r 技术和虚级联 技术的第三代，不少通信设备制造公司根据m s t p 技术- 刀：发研制了相应的通信 设备。嘉定电信局采用光桥公司开发的终端设备，依靠嘉定地区原有的s d h 链 路建立了m s t p 试验网络，负责本区域内部分集团公司的话音业务，i p 业务的 传输，该网络于2 0 0 4 年3 月起试运行。在试运行的一段时间内，发现由于集团 基于m s ，r p 的r p r 公平算法研究 客户( 主要是企业用户) 的业务种类较多较大，此项技术特别适合集团客户1 使用， 但试运行网络的带宽量无法满足曰益增长的需求。在现有网络的物t _ - , i h i 宽无法得 到扩充的情况，我由此考虑是否可改进算法，提高带宽利用效率，满足客户，的需 求，这就是本课题的由来。 基于m s t p 的r p r 公平算法研究 第一章绪论 1 1m s t p 的概念和发展过程 对于什么是m s t p ，存在着广义和狭义的两种定义方式。 定义1 1 。义m s t p 技术： 在城域网建设中，能够满足多业务( 主要是数据业务和电路交换业务) 传 送要求的所有技术或解决方案称为城域网多业务传送平台技术，简称广义m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) 技术。 这种关于m s t p 技术的广义定义实际上包括了前面所介绍的所有城域网多 业务传送方式。 定义2 狭义m s t p 技术： 在城域网建设中，能够满足多业务( 主要是数据业务和电路交换业务) 送要求的、基于s 叫技术的多业务传送技术称为狭义f f s t p ( m u l t i s e r v i c e t r a n s p o r tp l a t f o r m ) 技术。 这种关于m s t p 技术的狭义定义实际上只是针列前面介绍的第三种城域网 多业务传送平台的解决方案。 s d h 技术是上世纪8 0 年代末崛起的一种传输体制，经过不断的发展现在 s d h 已有相对完整的技术标准，在国内应用十分广泛，在s d h 的基础上实现 m s t p 技术，可以继承s d h 原有的优点，充分利用现有设备和技术，实现网络 的平滑过度，有着突出的技术和市场优势。因此，基于s d h 的综合业务网的研 究及设备研发有较为广阔的发展前景。所以在通常情况下，m s t p 技术均指狭义 m s t p 技术，及基于s d h 的多业务传送平台技术。 近年来，不断增长的i p 数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接 入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来，同时也促进了传输骨干网的大规模建 设。由于业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的城域网 基于m s t p 的r p r 公平算法研究 在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。于是，多业务传 送平台( m s t p ) 技术应运而生。 m s t p 技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上，以太网新业务的q o s 要求推动着m s t p 的发展。一般认为m s t p 技术发展可以划分为三个阶段。 笫一代m s t p 的特点是提供以太网点到点透传。它是将以太网信号南接映射 到s d h 的虚容器( v c ) 中进行点到点传送。在提供以太网透传租线业务时，f l ：l 于业务粒度受限于v c ，一般最小为2 m b i t s 因此，第一代m s t p 还不能捉供不 同以太网业务的q o s 区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共 享以及以太网业务层的保护等功能。 第二代m s t p 的特点是支持以太网二层交换。它是在一个或多个用户以太网 接l 二i 与一个或多个独立的基于s d h 虚容器的点列点链路之间实现基于以太网链 路层的数据帧交换。矧对于第代m s t p ，第二代m s t p 作了询：多改进，它可提 供基于8 0 2 3 x 的流量控制、多用户隔离和v l a n 划分、基于s t p 的以太网业务 层保护以及基于8 0 2 1 p 的优先级转发等多项以太网方面的支持。目前正在使用 的m s t p 产品大多都属于第二代m s t p 技术。但是，与以太网业务需求相比， 第二代m s t p 仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的q o s 支持，业务带 宽粒度仍然受限于v c ，基于s t p 的业务层保护时间太慢，v l a n 功能也不适合 大型城域网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于8 0 2 3 x 的流 量控制只是针对点到点链路，等等。 最近才出现的第三代m s t p 的特点是支持以太网q o s 。在第三代m s t p 中， 引入了中问的智能适配层、通用成帧规程( g f p ：g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 、 高速封装协议、r p ro v e rm s t p ，虚级联和链路容量调整机制( l c a s ) 等多项 全新技术。因此，第三代m s t p 可支持q o s 、多点到多点的连接、用户隔离和 带宽共享等功能，能够实现业务等级协定( s l a ) 增强、阻塞控制以及公平接入 等。此外，第三代m s t p 还具有相当强的可扩展性。可以说，第三代m s t p 为 以太网业务发展提供了全面的支持。 m s t p 技术的发展过程如图1 - 1 所示。 基于m s t p 的肼r 公平算法研究 m s t p 系统作为一种新兴的技术，其优点在于： ( 1 1 网络结构适应现阶段主流城域网应用 在现代的网络建设中，传送层与业务层的适当分离是必要的，需要一个相 对独立的城域传送网，但传送层与业务层的关系越来越紧密。建设一个可以提供 多种业务的综合网络可以简化网络结构，提高网络的可靠性。 ( 2 ) 继承s d h 的技术优势 对于电信运营商来说，t d m 业务还有很大需求，是现阶段的赢利点，而 s d h 是支持t d m 业务的最佳技术。s d h 技术成熟和稳定可靠，电信运营商不 仅拥有丰富的s d h 网络资源，而且对于s d h 运营和管理经验十分丰富。因此 s d h 的规模效应所带来的成本优势也是显而易见的。 ( 3 ) 多业务支持能力 毫无疑问这是m s t p 系统的最大特点，多种不同的业务信号通过不同的网络 协议转换可以同时在m s t p 网络系统中传输。 ( 4 ) 成本低 基于m s 。r p 的r p r 公平算法研究 d i 于综合网的建立，避免了网络建设中的重复投资，可大大降低建i 殳与运行 维护成本 ( 5 ) 良好的网络扩展能力 m s t p 系统具有良好业务适应性和容量扩展能力( c d w d m 扩容) ，可以适应不断 扩大的用户需求。 1 2本文所研究的主要内容 山于数据业务的发展极为迅速，数据业务量增长很快，所以本文把研究重点 放在数据业务( 以太网业务) 上。目前基于m s t p 的以太网业务采用r p r 环网 技术，r p r 技术相较于传统的以太网传输组网技术在空问再用，带宽公平分配， 连接的可靠性方面具有优势。r p r 的带宽分配方式采用公平算法，它为环上所 有节点提供了公平访问环的带宽资源的方法。公平算法的运行保证了环上各个节 点都有机会发送各自的数据，保证了全局带宽的公平分配，有效地提高了全局带 宽的利用率。在实际应用中发现r p r 公平算法的带宽效率有进一步提升的空间， 于是提出了r p r 公平算法的改进问题。那么公平算法是否存在极限效率呢? 如 果有，极限效率是多少呢? 本文经过详细分析计算，首先解决了这个问题，这个 问题对于对于公平算法的改进研究有极大的指导意义。在解决了以上这个问题之 后，本文随后研究了原有的公平算法，发现了其中存在的一个阻碍效率进步提 高的问题头阻塞问题。为了解决头阻塞问题，在改进的算法中根据待传输的 业务是否通过拥塞节点对其进行分类，以进一步提高带宽传输效率。随后本文根 据提出的改进方案，将改进的公平算法分为三个模块实现，详细论述了三个模块 的实现方案。 综上所述，本文主要解决了以下四个问题 ( 1 ) 讨论并分析计算了公平算法的极限效率： ( 2 ) 研究原有公平算法存在阻碍效率提高的问题； ( 3 ) 提出对公平算法的改进方案； ( 4 ) 改进方案的设计实现。 基- i ：m s t p 的r p r 公平算法研究 第二章r p r 技术的理论基础 2 1m s t p 的技术框架 o s i ( i n t e r n e ts t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) 的网络模型把通信网络按照功能的内聚 性和稻合性迸行功能划分，形成了七层协议模型，从底层到高层依次是物理层、 数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应 j 层。对于城域传送网络， 主要涉及物理层和数据链路层。针对不同业务类型，数据链路层所采取的技术和 协议栈也不相同，对于城域网的多业务传送平台建没技术( m s t p ) 来讲，主要 是在数据链路层进行研究，采取措施来支持高层的业务的透明传送。 m s t p 技术的协议栈模型如图4 所示，它很好地观f ! j 1 了m s t p 技术对不同业 务的支持方式。这个模型能够辅助我们对m s t p 技术的主要环节和环节进行理 解，协助系统设计人员和分析人员对系统功能进行合理地分解和优化，帮助电信 运营商对m s t p 设备的功能和性能进行评价和比较。本文所讨论的是r p r 弹性 分组环技术在m s t p 中的应用，所涉及的业务支持方式如图2 - l 中箭头所示。 基于m s l p 的r i ，r 公平算法研究 对于i p 数据业务，支持的方式包括：二层利用r p r 方式支持的m s t p 工作 方式，利用g f p 封装的m s t p 工作方式，利用l a p s 封装的m s t p 工作方式， 利用传统的p p p 方式工作的m s t p 工作方式。对于a t m 业务可以经过统计复用 和v p 、v c 交换后承载在s d h 上。而t d m 活音业务可以直接承载在s d h 上。 下面分别针对不同的业务类型的支持方式来分析m s t p 技术的主要组成部 分。 ( 1 ) 以太网业务 对于以太网业务，有如下几种技术组合方式： i p p p p - s d h 方式是传统意义一h 的p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 方式，它采用p p p 淤议来实现对i p 包的封装和帧定界，完成到s d h 帧的映射。 i p e t h e r n e t l a p s s d h 方式采用了l a p s 方式完成1 p 包或以太网帧向s d h 帧结构的映射。 i p e t h e r n e t - g f p s d h 方式，其中g f p 映射方式是数据成帧的新汾议，它和 p p p l a p s 比较起来有着突出的优点，是m s t p 今后所采用的主要成帧方法。 i p r p r g f p s d h 方式，r p r ( 弹性分组环) 本身可以不依赖于s d h 环形 网络，而是直接运行在暗光纤上，但是在通常情况下为了保护原有投资和利用 s d h 的保护功能以及对t d m 业务提供q o s 保证，一般把r p r 建立在s d h 网 络之上；r p r 列业务交换采用分组式a d m 体系，每个节点r p r m a c 层对业务 的处理有三神情况：把用户数据流加入到环路中去( 上环) ；把目的地是本节点 的数据流从环路中呶出来：直接把数掘流从环的一段前传到另一段上( 过环) 。 对于每一个节点，如果数据流的目的地不是本节点的话，这个数据流会被简单地 前传，而不会像以太网交换机那样还需将数据流放入队列并等待处理。r p r 的 数据分组的a d m 式交换体系可以使传输系统很容易地升级到更高的速率、提供 宽带管理功能，并通过拓扑自动识别支持环路自愈能力。该方式对以太网业务的 支持能力有以下几个方面：( a ) 以太网传透功能( b ) 以太网二层交换功能( c ) 以太环网功能。由于该种方式不仅很好的继承了以太网技术的优点，而且解决了 在m s t p 中应用以太网业务所遇到的问题( 如带宽分配不公平，网络扩展升级能 力差) ，所以是本文研究的重点。 对于m s t p 技术，在讨论对以太网业务的支持能力或具体实现方式时，需要 】0 基于m s q p 的r p r 公平算法研究 涉及如下方面的内容： ( a ) 多种以太网j l k 务数据的封装方法和帧定位方法，这包括p p p 、h d l c 、 l a p s 、g f p 协议的有关内容； f b 谨于以太网的保护策略； r c ) r p r 承载在s d h 上的方法论与技术； ( d ) 传输带宽配置； r 2 ) a t m 业务 m s t p 技术l = i = i 集成了a t m 功能，它可以分为两个功能层次：a t m 信元传透 功能，a t m ! j k 务流的统计复用功能。为了支持支持a t m 业务流的统计复用功能， 需要m s t p 设袋抽取多个a t m 业务流中f i ( j 非空闲信元，- j t q 哿它们复用进一个 a t m 业务流中，以提高其在s d h 线路上f j 】利用率，同时节约a t m 交换机的端 口数。另外，还可以在s d h 环路上形成一个a t m 的虚拟通道环( v p r i n g ) ， 这样可以在a t m 的业务层面实现环保扣。功能。 在m s t p 技术中，在讨论对a t m 业务的支持能力或具体实现方式，需要涉 及如下的内容： ( a ) a t m 信元向s d h 帧的映射方法； f b ) a a l 功能： ( c ) i p 包通过a t m 虚电路传送的方式等。 ( 3 ) t d m 业务 s d h 技术本身就是为t d m 业务的传输而优化设计的，它在传输t d m 业务 时具有如下优点： ( a ) 统一标准，接口兼容；( b ) 同步复用，直接分插； ( c ) 开销丰富，网络智能；( d ) 净荷透明，综合业务； ( e ) 净荷透明，综合业务。 由于s d h 技术本身就是为t d m 业务的传输而优化j 设计的，而m s t p 本身 是基于s d h 网络的，所以在m s t p 中应用t d m 技术无太大技术难题，所以在 此不作展开讨论了。 ( 4 ) i p 业务 利用s d h 来传送口业务时，首先要解决的一个问题就是如何完成i p 数据 基于m s q p 的r p r 公平算法研究 包向s d h 帧的映射。这个问题实际上是完成异步网络向同步网络的映射，这就 包括两个方面，一个方面是速度的调整和匹配，另一个方面是帧的封装方法和映 射格式。对于前者，可以通过增加缓存并采用码速凋整技术来解决：对于后者， 现有的封装方式有p p p 、l a p s 、g f p 等。 m s t p 多业务传送平台的基本功能模型如图2 2 所示： 2 2r p r 技术概述 在m s t p 所支持的多业务中，以太网( i p ) 业务占有极为重要的地位，也是 发展最为迅速的业务。 现在m s t p 技术对以太网的支持有两种方式： ( 1 ) 基于i e e e 8 0 2 3m a c 层的以太环网； ( 2 ) 基于i e e e 8 0 2 1 7 m a c 层的以太环网，即弹性分组环( r p r ) ； 它们通过采用不同的以太网第二层协议数据链路层协议，来实现对以太 环网的支持。 弹性分组环是一种新型的网络结构和技术，是为了满足基于分组的城域网的 1 2 基于m s t p 的r p r 公平算法研究 要求丽设计的。 r p r 网络是一种环形结构，数据和控制信息在i i l j _ 个反向环上传送。山分组 交换节点组成。 r p r 是一种m a c 层协议，环形连接上的各节点通过该协议实现信息姻传输， 包括信息的插入、转发和剥离。在收发两个方向上同时传输信息，使带宽获得最 大限度的利用。在有关链路信号降级或发生光纤故障时，r p r 节点会自动、快 速( 小0 二5 0 m s ) 实现环回。r p r 既提供了自愈保护、实现了高可靠性，问时也解 决了网络的灵活性和效率等问题。i e e e8 0 2 1 7 弹性分组环工作组负责开发有关 的标准。目前该：i ：作组正在制定用于城域环网数据传输的媒介访问控制( m a c ) 层的标准，也是业界第一次为基于分组的业务两优化的城域体系结构。 r p r 的关键技术为： ( 1 ) 双环结构 ( 2 ) 公平算法 ( 3 ) 托扑发现 ( 4 ) 智能保护倒换 以上关键技术使基于r | ) r 的数据传输设备概括起来具有如下几个方面的优 势： ( 1 ) 空间再用：在目的节点剥离数据包，实现带宽的再用 ( 2 ) 带宽分配的公平性：通过公平算法动态分配带宽，并对流量进行控制， 有效地提高带宽利用率，保证业务的q o s ( 3 ) 网络连接的高可靠性：通过智能保护倒换，可以实现业务的快速恢复 ( 4 ，即插即用：通过拓扑结构的自动发现枫制，实现即插印用功能，简化了配 置和维护。 ( 5 ) 便于支持组播广播业务的开展：在r p r 环中只发送一个数据包，在源节点 剥离广播包，而不是发送该数据包的多个拷贝，节约了带宽资源。 ( 6 ) 物理层的灵活性：支持s d h 、d w d m 或以太网物理层协议，支持高速接 口，包括g e 、1 0 g e 以太网，以及2 s g 1 0 gp o s 等接! s i ，环形链路上最大支持 1 2 8 个节点，可以满足目前高速网络建设的需求。 在r p r 的关键技术中，公平算法解决的是节点间的带宽分配以提高整个网 基于m s ip 的r p r 公平算法研究 络的带宽传输效率。随着数据业务以异常迅猛的速度发展，在实际物理带宽无法 满足需要的情况下，研究公平算法的传输效率是否有提高的空间，并改进公平算 法的结构，提高带宽传输效率是一个十分有意义的研究 ：作。因此本文的研究重 点着眼于研究公平算法的传输效率神i 公平算法的改进：i 二作 本章将先对r p r 的m a c 结构、服务类型作一介绍。 2 3r p r 系统参考模型 r p r 技术的核心基础是以太网技术，其处理的基本数据单元还是i p 分组数 据包，在保留以太网基本特征的基础上加入了类似s d i i 系统的保护倒换和故障恢 复等特性，墩长补短，使r p r 环网成为一个高效和高可靠的电信级宽带接入承载 网。 r p r 技术的关键在于定义了一个新的媒质访问控制层( m a c ) ，为i p 突发和语 音传送等不同特征的业务提供了一个l a y e r 2 统计复用的平台，所有业务共享带 宽，实现l a y e r 2 快速交换。 下面我们对r p r 蝴层的主要内容和工e e e8 0 2 17 标准草案中推荐的r p r 帧格式分别进行介绍。 2 3 1r p rm a c 概述 r p r 协议栈如图2 1 所示。r p rm a c 位于o s il 2 层，定义了环形拓扑结构和 如何在环形结构中对带宽进行统计复用，如何向不同的业务提供不同的服务策 ， 略，如何基于业务提供各种保护机制。r p r 向上可以承载t d m 业务、以太网业务、 i p m p l s 业务以及视频和专线等业务。r p r 提供了可靠的时钟、时延和抖动保障， 保证语音业务的可靠传输。同时，r p r 和8 0 2 结构兼容，节点赋予8 0 2 地址，数 据帧具有8 0 2 型的源地址和目的地址，支持8 0 2 i d f q 标准。 r p rm a c 对于o s il 1 层具有物理媒质独立性，可运行在裸光纤上( 以太网) ， 也可以运行在s d h so n e t 或以太网上。当物理层采用s d h so n e t 帧格式时，建 议采用先进的g f p ( 通用成帧规程) 方式。g f p 提供了一种数据业务适配的通用协 1 4 基于m s t p 的r p r 公平算法研究 议，用以将高层客户信号适配进同步传输网络( 如s d h s o n e q ，和j t u ，rg 7 0 9 0 u 3 帧) 。客户信号可以是协议数撼单元( p d u ) 为主导的信号( 如1 1 ) 或以太网的m a c ) ， 分组块码为主导的信号( b l o c k - - c o d e ) ，或连续的比特流信号( c o n s t a n t1 ) itr a t e s t r e a m ) 。g f i ，提供充足的校验比特，保证帧头数据的可靠性和完整性。可扩展 的帧头支持线性和环形帧结构和应用。 图2 一：3 给出了r p rm a c 功能参考模型。其中： ( 1 ) m a c 客户层：按照通用的网络分层模型，低层实体向上层实体提供服务 m a c 客户层( m a cc h e n t ) 为r p rm a c 实体的上层实体，向m a c 提交待发送到媒体 上的数据帧，同时接受m a c 层从媒体上接收的属于客户层的数据帧。 ( 2 ) m a c 层：i e e e s o z 1 7 将r p r 拟c 定义为0 5 l 七层模型中链路层的下半层。由 下列主要功能予模块构成： ( a ) o a m p ：操作、维护、管理与指派处理( o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n ， m a i n t e n a n c e ，p r o v i s i o n i n g ) 。主要包括：配置、故障、性能和安全管理。 ( b ) 环选择：在r p r 环网中，f 常情况下数据包可以由两条路径到达目的节 点，m a c 层根据目的节点与本节点之间的距离、环路拥塞及链路连接状态，为上 载到环上的数据包选择其中的一条路径。环选择也可以由具有拓扑感知功能的以 c 客户层来完成。 基于m s t p 的r p r 公平算法研究 ( c ) 公平控制：根据节点占用坏路带宽的权重及链路搠塞状态，控制本地m a c 客户层上载到环路上的数据流量，同时与其他节点的m a c 层协调共同完成这类控 制。 ( d ) r p r 保护倒换：建立保护倒换状态机，根据本地探测的链路状态、接收到 的其他节点发送来倒换消息、网管配置等实现本地节点的倒换，同时与环上其他 节点共同完成r p r 网络的保护倒换协议。 ( e ) 拓扑发现：管理r p r 网络的拓扑数据库，为本地m a c 提供拓扑状态机，并 与环上其他节点共同完成肿r 的拓扑发现功能。 ( 3 ) 调和予层：属于物理层的一部分，向m a c 层提供统一的经调和后的接口，每 一类物理层都有一个调和子层。另外，凋和子层还向管理实体提供管理和控制物 理层的公共接口。 ( 4 ) 物理层：刚 的物理层l | 前由两种选择，一种是i g b il 和l o g b i t 的以太网， 另一种是基于g f p 协议的s o n e t 或s d i i ，基于字符同步的h d l c 协议也在考虑范 围之内。 ( 5 ) m a c 层管理实体：是一个独立于m a c 层的管理平面上的管理实体，包括m a c 层的管理信息库( m i b ) ，能够向她s a p 的用户实体执行对m i b 的g e t 和s e t 操作， 还能提供因激活原语而导致在m a c 层面上的动作。 ( 6 ) m s a p ：m a c 层业务接入点( m e d i u ms e r v i c ea c c e s sp o i n t ) ，定义了4 种操 作原语。 ( 驯m a d a7 r a r e q u e s t ，数据发送请求。 ( b ) m a d a t a in d i c a t i o n ，数据接收指示。 ( c ) m a c o n f r o i ，r e q u e s t ，控制发送请求。 ( d ) m ac o n t r o l i n d i c a t i o n ，控制接收指示。 r e q u e s t 类原语由m a c 客户层发起，i n d i c a t i o n 类原语由m a c 发起。 ( 7 ) m l s a p ：管理层服务接入点( m a n a g e m e n tl a y e rs e r v i c ea c c e s sp o i n t ) ，定 义了2 种原语。 ( a ) m l m e g e t r e q u e s t ，m l m em i b 属性值请求，由m a c 发起。 ( b ) m l m e s e t r e q u e s t ，m l m e 设置m a c 中某个m l m em i b 属性的值，由m l m e 发起，如果该属性与某种动作相关，该动作必须由m a c 执行。 基于t , t s t i 的r p r 公平算法研究 ( 8 ) p s a p ：物理层业务接入点( p h y s i c a l l a y e r a c c e s s p o i n t ) ，定义了5 种原语。 ( a ) p i t y _ l 。i n k s t a t u s i n d ic a t i o n ，物理层链路状态指示，由物理层发起。 ( b ) p i i y d a t a r e q u e s t ，物理层数据发送指示，由m a c 发起。 ( e ) p i l y i ) a 1 a i n d i c a t i o n ，物理层数据接收指示，由调和子层发起。 ( d ) p i i y d a t a v a l i d r e q u e s t ，物理层数据接收有效指示，由调和予层发起。 ( e ) p l i y r e a d y jnd i c a t i o n ，物理层发送数据准备好指示，由调和予层发起。 2 3 2m a g 服务分类 r p r 支持a 、1 3 、c 三种服务分类，如下表所示。a 类业务：提供严格的时延、 抖动和保护、时钟同步。主要用于传送实时性语音业务和视频业务。业务量捕 述以内( in p r o l l i l e ) 的b 类业务：用于列时延和抖动无j “格要求，但有带宽承诺， 无突发的图像、数据业务。超出业务量描述( o u t o f p r o f i l e ) 的b 类业务：采用 尽力传送机制。c 类业务：仅仅尽力传送，且优先级最低。 类别提供服务速率时延带宽限制 a 低时延，保证带宽不能超过指派速低指派。 b 有限时延，承诺带不超过承诺速率有限保证 宽 超出承诺速率 无保证 公平算法，动 态限制 c 尽力而为 表2 - 1r p r 服务分类表 r p r 在环上为a 类业务和业务量描述以内( i n p r o f i t e ) 的b 类业务保留带宽， 这部分带宽对其他业务不可见，也不参与公平算法。即使这类业务没有流量，其 他业务也不能使用这部分带宽。因此，也将这部分业务称为“指派业务”。指派 操作必须保证汇聚到环上的流量负荷不超过环网带宽能力。c 类业务