（通信与信息系统专业论文）rpr技术与srpfa加权算法.pdf

r p r 拙术1 0s r p f a 知i 议算法 摘要 c i s c os r p ( s p a t i a lr e u s ep r o t o c 0 1 ) 协议是c i s c o 公司提出的一种基于双光纤环形拓扑 的媒体访问协议。后来自i e e e s 0 2 1 7 缀织对其标准化，提出了r p r ( r e s i l i e n tp a c k e t r i n g s ) 协议。它既利用了s d h 技术对延时利抖动性能严格保障、可靠的时钟以及s d h 环 网5 0 m s 快速保护的长处：又吸取了以太网技术的经济、灵活和可扩展好的优点。r p r 相 对于其他链路层协议而言具有许多优点，能够很好的满足城域网对带宽、效率、可靠性以 及负荷响应特性的要求，比如： 带宽的有效利用( 带宽空间复用、带宽本地复用、最小鲍协议开销) 1 l 支持三种流量优先级 支持大规模的节点接a t ” 即插即用( 无需基于软件的s m t 协议和带宽协商机制) 环带宽的公平分配( 加权公平性算法) i l l 支持基于环的冗余机制( 错误检测、傈护倒换) 【1 1 对物理媒体没有要求 s r p 协议的主要特点在于带宽的共享与重用，目的是让环上各节点独立的竞争环带 宽，在空间上能够对有限带宽进行复用，使各节点得到尽可能高的带宽利用效率。在实际 应用中，某些环节点可能出现的恶意流量使得带宽在很短时间内被该节点占用，导致其它 的环节点无法正常通信，这需要有一个公平的机制对带宽进行有效的管理。s r p 协议包含 的公平性算法( s r p f a ) ，提供了一种竞争带宽的约束机制，保证各节点能够公平的获得 带宽份额，防止某些节点滥用环带宽。 文献 3 】的仿真结果表明：在各种流量模式下，s r p 公平性算法都可咀在保证较高带宽 利用效率的同时满足各个节点之间对带宽的平均分配。即使是环负荷过重的极端模式f ， 这种公平机制也不会受到影响。这充分说明了s r p f a 算法的有效性。 但是，在很多实际应用中，环上的各节点对带宽的需求往往是不同的，并不是简单的 平均分配。某些节点可能是流量汇聚的中心，需要比其他节点大得多的带宽份额，比如： 在校园网的s r p 环应用中，和因特网互联的出口节点汇聚环上其他节点的出口流量， 对带宽的需求远远大子各院系的环节点。而各院系节点由于自身特点或者对于服务质量要 求的不同对带宽份额的需求也不同。 在银行网络s r p 环上，总行中心数据库机房由于要接收来自各分行大量的数据，所在 1 ，点的带宽需求自然会高于其它节点。 显而易见，许多实际的应用要求带宽份额的分配并不是平均的，而是按需分配的。这 就要求s r p 协议可以为有不同需求的环节点分配不同数量的环带宽，而不仅仅是保证平均 2 r p r 技术与s r p f a 加权算法 分配带宽。标准化后的r p r 协议正是提出了一种加权的概念对s r p f a 进行了优化，但是 什么是最优的加权算法，目前并没有定论。因此在s r p f a 加权算法的研究上，还可以探讨 的问题很多。 本文在介绍了r p r ，s r p 相关技术的基础上重点对s r p 公平性算法( s r p - f a ) 进行 了深入研究。总结了s r p f a 算法在公平分配带宽上的缺陷，对目前几种主流的改进算法进 行了分析和比较，借鉴这些算法的优点和经验，提山了解决问题的思路和方案。为了实现 环上各节点根据本身特点按需分配带宽份额的设想，本文在s r p 公平性算法的基础上提出 了各节点按比例分配带宽的思想，为有不同带宽需求的节点按比例分配不同的权值，以实 现对带宽的按需分配，并对这种分配方案给山了一个简单的加权公平性算法加以实现。为 了验证这种算法的实际效果本文用o p n e t 软件仿真了在四种流量模式下支持加权公平性 算法的s r pm a c 模型，用c + + 编写了这种算法的相关代码，并根据仿真的结果讨论了这 种分配方案的实际效果和局限性。根据仿真结果可以看出，本文的带宽分配方案可以通过 控制各节点的权值，保证它们可以获取的带宽下限。即使在最极端的流量模型下，备节点 可以根据节点权值获取相应比例的带宽，而且这种分配具有相当好的线性。在其它的流量 模型下，各节点则可以获得大于预约值的带宽，甚至直至全部带宽。这说明此算法能够满 足各节点不同的需求，并充分利用系统资源。最后，本文提出了对这种算法继续加以改进 的设想和办法。 关键词：r p r ，城域网，m a c ，s r p ，i p s ，公平性算法，加权，带宽分配，o p n e t 。 r p r 技术js r p f a 加权算浊 a b s t r a c t c i s e os r p ( s p a t i a lr e u s e p r o t o c 0 1 ) ，p u tf o r w a r db yc i s c oc o m p a n y ，i sak i n do f m e d i aa c c e s s p r o t o c o lo n t h eb a s i so f p a i r so f o p t i cf i b e r t h e1 e e e s 0 2 1 7o r g a n i z a t i o nh a ss t a n d a r d i z e di ta n d p u tf o r w a r dr p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g s ) p r o t o c 0 1 i tu t i l i z et h ea d v a n t a g eo f s d h t e c h n o l o g yo n t h es t r i c tg u a r a n t e et od e l a ya n d j i t t e r , r e l i a b l ec l o c ka n ds d hr i n g5 0 m sf a s tp r o t e c t i o n ；a tt h e s a m et i m e ，i th a v ed r a w nt h ea d v a n t a g eo fe t h e m e tt h a ti s ：e c o n o m y ，f l e x i b i l i t ya n de x p a n d i n g r p rh a sal o to fa d v a n t a g e si nc o n t r a s tt oo t h e rm a c p r o t o c o l so nr e s p o n d i n gt h er e q u e s to f c h a r a c t e r i s t i ct ob a n d w i d t h ，e f f i c i e n c y ，d e p e n d a b i l i t ya n dl o a dr e s p o n s e ，f o r e x a m p l e ： e f f i c i e n tu s eo f b a n d w i d t h b yt h eu s eo f s p a t i a lr e u s ea n d m i n i m a lp r o t o c o lo v e r h e a d s u p p o r tf o rt h r e et r a f f i cp r i o r i t i e s s c a l a b i l i t ya c r o s sal a r g en u m b e ro f s t a t i o n sa t t a c h e dt oar i n g ”p l u ga n dp l a y “d e s i g nw i t h o u t as o f t w a r eb a s e ds t a t i o nm a n a g e m e n t t r a n s f e r ( s m t ) p r o t o c o l o rr i n gm a s t e r n e g o t i a t i o na ss e e ni no t h e rr i n gb a s e d m a c p r o t o c o l s w e i g h t e df a i r n e s sa m o n g n o d e s u s i n g t h er i n g ( e a c hs t a t i o nc a nb ea s s i g n e dap r o p o r t i o no f t h er i n gb a n d w i d t h ) t l l s u p p o r tf o rr i n gb a s e dr e d u n d a n c y ( e r r o rd e t e c t i o n ，r i n gw r a p ，e t c ) s i m i l a rt ot h a tf o u n di n s o n e tb l s r s p e c i f i c a t i o n s p r o v i d em e d i a i n d e p e n d e n ts e r v i c ei n t e r f a c ef r o mm a c t op h y l a y e r 【1 】 t h em a i nc h a r a c t e r i s t i co f s r pl a i ni nt h es h a r i n ga n dr e u s eo f t h eb a n d w i d t h t h ep u r p o s ei st o l e te v e r yn o d eo nt h er i n gc o m p e t eb a n d w i d t h i n d e p e n d e n t l ya n d r e u s el i m i t e db a n d w i d t ha ts p a c e ， w h i c hw i l lm a k ee v e r yn o d er e c e i v ea s h i g ha sp o s s i b l eb a n d w i d t hu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y i n p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，s o m el i n kh o s t i l ef l o wm i g h ta p p e a r e dt om a k et h eb a n d w i d t ht a k e nu pb y t h i sn o d ew i t h i nv e r ys h o r tt i m e ，c a u s i n go t h e rl i n k su n a b l em a k en o r m a lc o m m u n i c a t i o n t h i s n e e d saf a i rm e c h a n i s mt o c a r r y o ne f f e c t i v e m a n a g e m e n tt o t h eb a n d w i d t h s r pf a i r n e s s a l g o r i t h m ( s r p - f a ) o f f e r so n ec o m p e t i t i o nt i e dm e c h a n i s mo f b a n d w i d t ha n dg u a r a n t e e st h es h a r e o fb a n d w i d t ho fa c q u i s i t i o nt h a te v e r yn o d ec a nb ef a i r ，p r e v e n ts o m en o d e sf r o ma b u s i n gt h e b a n d w i d t h t h ee m u l a t i o nr e s u l to f d o c u m e n t s 【3 】s h o w s ：u n d e rv a r i o u sk i n d so ff l o wm o d e ，s r pf a i m e s s a l g o r i t h mc a nm e e ta v e r a g ea l l o c a t i o no ft h eb a n d w i d t hw h i l eg u a r a n t e e i n gt h eh i g h e ru t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y e v e nu n d e rt h ee x t r e m em o d e o far i n gw i t ho v e r w e i g h tl o a d ，s u c hf a i rm e c h a n i s mw i l l n o tb ei n f l u e n c e de i t h e r t h i sh a sf u l l ys t a t e dt h e v a l i d i t yo f s r p f aa l g o r i t h m h o w e v e r ，i nm u c hp r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，d e m a n d sf o rt h eb a n d w i d t ho fe v e r yn o d e0 1 1t h er i n g a r eo f t e nd i f f e r e n t ，i ti sn o tt h es i m p l ea v e r a g ea l l o c a t i o n s o m en o d e sm a yb et h ec e n t e rw h e r et h e f l o w a s s e m b l ea n dn e e db a n d w i d t hs h a r em u c hm o r et h a no t h e rn o d e s ，f o r e x a m p l e ： o nt h es r pr i n gi nc a m p u sn e t w o r k , i n t e r n e ti n t e r c o n n e c t e de x i tn o d ea s s e m b l e so t h e rn o d a l f l o wo fe x p o r ta tt h er i n g ，w h i c hm a k ei td e m a n df o rt h eb a n d w i d t hf a rg r e a t e rt h a nt h ee v e r y 4 r p r 拄术与s r p - f a 加权算法 i n s t i t u t ea n dd e p a r t m e n t s a n db e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eo f q u a l i t yr e q u i r e m e n t si no n e so w n c h a r a c t e r i s t i c ，e v e r yi n s t i t u t ea n dd e p a r t m e n tn o d ed e m a n d s a l ed i f f e r e n tt o o i nt h es r pr i n go ft h eb a n kb e c a u s et h ed a t ac e n t e ro ft h eh e a do f f i c es h o u l dr e c e i v eal a r g e a m o u n to fd a t af r o me v e r yb r a n c h ，i tw i l lb eh i g h e rt h a no t h e rn o d e sn a t u m l l yi nt h en o d a l b a n d w i d t hd e m a n d o b v i o u s l y ，al o to fr e a la p p l i c a t i o nr e q u i r e st h a tt h ed i s t r i b u t i o ns h a r ei sn o ta v e r a g e ，b u tt h e o n e a c c o r d i n g t on e e d t h i sr e q u i r e ss r p g i l d a s s i g nd i f f e r e n tb a n d w i d t h f o rd i f f e r e n td e m a n d ，n o t m e r e l yg u a r a n t e et od i s l r i b u t et h eb a n d w i d t he q u a l l y r p ra f t e rs t a n d a r d i z a t i o no p t i m i z e ss r p f a b yp u t t i n gf o r w a r dak i n do fc o n c e p tw i t hw e i g h t ，b u tw h a ti s t h em o s to p t i m u mw e i g h r i n g a l g o r i t h mh a sn o tr e a c h e daf i n a lc o n c l u s i o na tp r e s e n t s oi nt h er e s e a r c ho f s r p - f aw e i g h t i n g a l g o r i t h m ，t h e r e a r eal o to f q u e s t i o n st h a tc a na l s ob e p r o b e d i n t o o nt h ef o u n d a t i o no fi n t r o d u c t i o nt or p ra n ds r pr e l e v a n tt e c h n o l o g y ，t h i st e x th a sc a r r i e do n f u r t h e ri n v e s t i g a t i o no ns r pf a i r n e s sa l g o r i t h m ( s r v f a ) e s p e c i a l l y i ts u m m a r i z e dt h ed e f e c to f s r p - f ai n a s s i g n i n gb a n d w i d t h i nf a i ra n dp r o v i d e dt h e a n a l y s i sa n dc o m p a r i n gt o s e v e r a l i m p r o v e m e n ta l g o r i t h m s r e f e r e n c eo na d v a n t a g ea n de x p e r i e n c eo f t h e s ea l g o r i t h m s ，i tg e to u to f s o m et h o u g h ta n ds c h e m et os o l v et h ep r o b l e m i no r d e rt op r o p o s eo n em e t h o do fb a n d w i d t h d i s t r i b u t i o na c c o r d i n gt on e e da n dr e a l i z ei t ，t h et e x tp u tf o r w a r dt h et h o u g h tt h a te v e r yn o d e d i s t r i b u t e st h eb a n d w i d t hp r or a t ao nt h eb a s i so f s r pf a i r n e s sa l g o r i t h m t h i sa l g o r i t h md i s t r i b u t e d i f f e r e n t w e i g h tp r or a t a t o t h en o d e sh a v i n gd i f f e r e n tb a n d w i d t hd e m a n d sl or e a l i z et h e d i s t r i b u t i o na c c o r d i n gt od e m a n d i no r d e rt ov e r i r yt h ea c t u a le f f e c to f t h i sk i n do f a l g o r i t h m ，t h i s t e x te m u l a t e ds r pm a cm o d e lw i t hf a i r n e s sa l g o r i t h mo f w e i g h tu n d e r f o u rk i n d so f f l o wm o d e w i t ho p n e te m u l a t i o ns o f t w a r ef i n a l l y ，a n dh a sd i s c u s s e dt h ea c t u a le f f e c ta n dl i m i t a t i o no ft h i s k i n do fa l l o c a t i o nd e c i s i o n a c c o r d i n gt oe m u l a t i o nr e s u l t ，w ec a nf i n do u tt h a tt h eb a n d w i d t h a l l o c a t i o nd e c i s i o no ft h i st e x tc a ng u a r a n t e et h eb a n d w i d t hl o w e rl i m i tt h a tt h e yc a no b t a i nb y c o n t r o l l i n gt h ew e i g h tv a l u e ，e v e nu n d e rm o s te x t r e m ef l o wm o d e ，e v e r yn o d ec a no b m i n c o r r e s p o n d i n gb a n d w i d t ho fp r o p o r t i o na c c o r d i n gt on o d a lw e i g h tv a l u e a n dt h i sk i n do f d i s t r i b u t i o nh a sv e r yg o o dl i n e a r u n d e ro t h e rf l o wm o d e l ，e v e r yn o d ec a no b t a i nt h eb a n d w i d t h g r e a t e rt h a na p p o i n t m e n tv a l u e e v e nu n t i la l lb a n d w i d t h t h i sp r o v e dt h a tt h i sk i n do fa l g o r i t h m c a l lm e e te v e r yn o d ed i f f e r e n td e m a n da n df u l l yu t i l i z es y s t e m a t i cr e s o u r c e s a tt h ee n d ，t h et e x t h a v ep r o p o s e d c o n t i n u i n gi m p r o v e di m a g i n a t i o na n dm e t h o d t ot h i sk i n d o f a l g o r i t h m k e y w o r d s ：r p r ，m a n ，m a c ，s r p ，i p s ，f a i r n e s sa l g o r i t h m ，w e i g h t e d ，b a n d w i d t ha l l o c a t i o n o p n e t 5 r p r 技术1 0s r p f a 加权算法 第一章综述 近年来，我国信息化建设飞速发展，政府上网，企业上网，家庭上网，学校上网等一 些列工程的启动使得我们对城域网的要求越来越高。“城市信息港”已经成为一个城市的 基础设施之一，是一个现代化城市在信息时代的重要标志。i p 技术的发展使得数据业务逐 渐成为主要的通信业务，这对城域网( m a n ) 提出了更高的带宽要求。城域网已经成为社 会和业界关注的热点和竞争点，也是通信设备提供商新的利润增长点。城域网作为骨干网 络的边缘会聚节点，主要功能是进行本地业务的接入、汇聚、传输和交换，同时面向骨干 网汇聚和吸收业务量。它正在朝着一个能够承载话音、数据和视频等所有比特流的多业务 网演变，要变成一个需要包容所有协议、速率和业务的中间环节，其地位变得越来越重 要。城域网业务主体正在发生深刻变化。与骨干网相比，城域网具有业务种类多，业务调 度转接多，业务流量变化大的特点其应用的技术也早多样化。业务类型的变化同时带来 物理层基础网络的变化，城域传送网是城域网建设的基础。运营商面临着对城域传送网络 重新规划设计和建设的任务，城域网建设热潮涌动电信界。 1 1r p r 技术与其他m a c 层技术的比较 i n t e r n e t 指数倍的增长对现有的网络提山了灵活、易丁- 扩充、高带宽，并且是基于l p 连接的要求，同时要求i p 业务能够通过d w d m 设备组网或单独组网，特别是环形网络。 在r p r 技术出现之前，如果希望进行远距的路由器互联的时候( 比如将多个接入路由器连 接到骨干路由器的时候) ，一般采用的是p o s ，a t mp v c 或者f d d i ，组网时采用烈宿接 入来保证可靠性。 从上图”可以明显的看出，两种组网方式都存在问题，采用p o s 的网络时： 链路多，端口数多，管理复杂。 为了保证可靠性而采用的多宿接入，同时也导致了带宽的利用率不高，即使是 采用比较复杂的负载均衡技术也不行( 考虑到统计复用，每链路单独分配 1 5 5 m 带宽的利用效率总是比不上大家共享1 5 5 m n 的带宽) 。 链路发生故障的时候，倒换需要依靠高层的路由协议，倒换速度慢。 r p r 技术与s r p f a 加权算法 采用f d d i 环组网的时候，烈环形的拓扑比较简单，端口数也比较少，但是： 环带宽受限，最大只有1 0 0 m 。 环带宽利用率不高，任何时候双环中只有一个环在工作，另外一个环只是备 用。 f d d i 采用源端删除的发送方式，所有发出的数据包都会绕环一周才被发送者 吸收，占用资源较多：而令牌的存在导致同时只能有一个节点发送数据，从而 无法对环上的带宽进行空分的复用。 f d d i 要求直接的光纤互联，所以应用场合被限制在局域或者城域。 目前的i p 业务对新的网络结构有如下的要求： 能够不断满足i p 业务量增加的需求井能提高光纤利用率。 在业务繁忙的时候维持高带宽的利用率并能够快速适配业务类型的变化。 允许节点间平均使用带宽并防止拥塞。 允许多种业务级别，每种级别带宽和延时是不同的。 当传输媒介和节点失效时能够快速恢复。 具有即插即用的特性，当删除和加入一个节点时尽可能减少配置和监控。 r p r 技术正是为了满足上述的要求应运而生的。它是为优化数据包传输提出的一种新 的m a c 层协议，既利用了s d h 技术对延时和抖动性能严格保障、可靠的时钟以及s d h 环网5 0 m s 快速保护的长处；义吸取了以太网技术的经济、灵活和可扩展好的优点。因 此，它不仅能有效地支持环形拓扑结构和在光纤断开或连接失败时实现快速恢复，同时具 备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。 r p r 采用类似以太网的帧格式，结合m p l s 标记的思想，基y - m a c 高速交换简化 l p 传送。r p rf 帧格式比p o s 更简化、更灵活，r p r 同时具有空间复用机制。r p r 技术可 以支持更细致的带宽颗粒，网络成本较低，可以承载具有突发性的i p 业务，同时支持传统 语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。r p r 环是在整个环( 不是单独链 路) 上实行公平机制，冈而容易实行全局的公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数 据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。带宽策略允许在无拥塞的情况f 把环上任 意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有s d h 那种固定电话系统的不灵活性， 同时又比点到点的以太网更加有效。 1 2 r p r 技术特点 r p r 面向数据，与媒体无关，可扩展，使用双环工作方式，同时采用分布式的管理、 拥塞控制与保护机制，具备分服务等级的能力，是一种适合城域网骨干层、汇聚层的组网 和链路层技术。r p r 与物理层相对独立，可以独立运行在裸光纤上，也可以运行在以太网 r p r 技术与s r p - f a 力收算法 和s d h 网。当物理层采用s d h s o n e t 帧格式时，可采用先进的g f p ( 通用成帧规程) 和 l a p s 作为映射方式。r r r 向上可以承载以太网业务、i p m p l s 业务、视频和专线业务。 1 ) 分组式a d m 体系 r p r 机制对业务交换采用分组式a d m 体系，以提高系统的处理性能。对于每个节 点，如果数据流的目的地不是本节点，这个数据流就会被简单地前传，而不会像以太网交 换机那样将数据流放入队列并等待处理。r p r 设备可以像s d ha d m 那样不用处理那些前 传的数据流，从而大人提高系统的处理性能。 2 ) 物理层的媒质独立性 r p r 是为环形拓扑结构构造一个新型的m a c 协议。这样做的好处是使它对第一层开 放，所以r p r 环的技术能够适应任何标准( 如s d h ，e t h e m e t ，w d m ) 的物理层帧结构， 这样也加强了r p r 环的兼容性，r p r 环可穿透以太网和s d h 的环境。 3 ) 双环结构 r p r 环由两根光纤组成双环结构r p r 可认为每个分组流最终都可以到达终点，并通 过t t l 方式防止死循环。在按一定原则为每个业务选择好传送方向后，每个节点只需要对 业务进行上环、过环和下环处理。因此，环上的每个节点都可以公平地享用每一段带宽 环路的可用冈子为2 ，也就是说，2 5 g b i t s 的r p r 环，平时可传送5 g b i t s 的业务萤。 4 ) 空间复用 r p r 支持空间复用技术( s r p ) 。s r p 是一种与媒质无关的m a c 层协议，可用于各种物 理层技术之上。s r p 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的 基本功能。在分组环路上，数据包被目的节点从环上读走，环上其他段的带宽可以被其他 分组利用，以保证环上的每个节点都可以公平的享用每一段带宽，而不会互相影响，提高 整个环路的带宽利用率。 5 ) 保护机制 r p r 提供两种之一环保护机制：s t e e r i n g 源路由方式和w r a p 折回方式。两种保护方式 都保证环保护小j - 5 0 m s 。r p r 节点间通过信令交换拓扑信息，每个。1 y 点都应知道网络的状 态。当采用定向方式提供保护时，光纤中断点两端的节点会发送拓扑更新信息，每个业务 的源节点会根据拓扑更新信息向反向倒换业务，业务仍然可根据r p r 层终点m a c 到达环 路出口。定向方式的优点在于大大提高了环路带宽利用率，并且某条光纤上的业务保护倒 换对另一条光纤上的业务没有任何影响。 当采用环回方式提供保护时，可对r p rm a c 层设置旁路，直接采用物理层的环回。 环回保护方式的优点在于保护倒换时间相对快，分组丢失少。如果分组为组播业务，环同 保护方式通过另一条光纤提供迂回路由，不需要重新计算组播的复制点。 9 r p r 技术与s r p f a 加权算法 r p r 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 以对业务先采用环回方式保护，减少分组丢失，然后再进行拓扑优化，从而提高带宽利用 率。 5 ) 接口灵活 目前r p r 技术支持e l 、1 0 m 1 0 0 m 、g e 、s t m i 、p o s 等支路接口。而线路接口可达 g e 、2 5 g 、1 0 g ；有的r p t 设备还提供d w d m 板卡，实现8 0 g 甚至更高的线路速率。高 速的多种选择的线路速率和丰富的支路接口非常适合宽带城域网中的业务部署。 6 ) 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，极其容易被网络上的个别节点或个别用户过度使用造成 网络瘫痪。r p r 环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。r p r 每一个节点的m a c 层一直观测紧靠它的链路的 使用情况，然后把这个信息告知环上所有的节点。每一个节点可以据此想环上增加或减少 发送的数据督，这可以使r p r 环的带宽利用率比t d m 网络提高3 4 倍。 同时，r p r 还具有多等级、可靠的q o s 服务、拓扑自动发现等特性，使r p r 能够控制 向环路上转发数据包的速度，保证每个节点都按照不同的权重因子获得自己应得的环路带 宽份额。 1 3r p t 与其他宽带技术的比较 r p t ( 弹性分组传输) 与其他技术相比最大的特点是具有l a n 的经济性的同时又具有 可靠的保证t d m 传送的基础、网络带宽可充分利用等。以下将r p t 与s d h 、d p t 、g e 等进行一番比较。 1 3 1r p t 与s d h p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 的比较 r p t 和p o s 一样，避免了a t m 技术的协议复杂性和过高的信头开销。并且直接将千 兆l p 通过弹性分组数据帧格式( 类似以太网帧格式) 走在光纤上，无需进行i p 包的拆分和重 组，从而大大提高了交换机的处理能力，并降低了设备的成本。但r p t 可提供动态使用带 宽的功能，使带宽利用率人大提高，避免了p o s 点到点连接的局限性，减少了端口数。 在网络保护方面，r p t 基于源路由倒换保护。源路由环保护倒换不同于s d h 的复用段 保护，比s d h 更节约网络资源。 当光纤中断后，光纤中断处两端节点会发出l a y e r2 的控制信令沿光纤方向通知各个节 点。业务流源节点接收到这个信息后，立即向另一个方向的光纤上基于终点节点逻辑m a c 地址发送业务，从而实现环保护。可见，基于源路由的倒换所选择的保护路由最佳，节约 光纤带宽资源。且其保护倒换时间小于5 0 m s 。 1 0 r p r 技术1js r p f a 加权算法 综上所述r p t 的带宽可统计复用、 于不同等级业务的源路由环保护等功能， 的i p 业务，这是p o s ，s d h 所不具备的。 提供人量的高速以太网口、不同等级的服务和基 既能保证t d m 业务的传送，又能有效支持突发 1 3 2r p t 与d p t ( d y n a m i cp a c k e tt r a n s p o r t ) g e ( g i g a b i t ee t h e m e t ) 的比较 r p t 与r p t ，g e 的重大优越性在丁i 能提供包含t d m 业务在内的多业务传输交换能力。 r p t 将业务分为不同等级：e f 、a f l 、a f 2 、b e 。通过m p l sc o s 位区分不同业务等级。 r p t 采用独特的时钟同步机制保证提供可靠的时钟和延时、抖动保障，有效支持语音等 t d m 业务。r p t 设备对外提供大量的以太网口，而基于逻辑m a c 地址的l a y e r2 交换， 大大简化了城域网中i p 分组的传送方式，降低了组网成本。 r p t 技术为数据业务和语音业务提供了一个l 2 统计复用的平台。不论是专线业务还是 数据业务接入之后，可在同一带宽上传送，由于所有业务共享带宽，大大提高了网络带 宽利用率。由于e f 业务，a f l 业务、a f 2 业务的承诺部分即使在光纤发生中断后也要有 带宽保障，因此在配置这些业务时带宽总和不能超过光纤单向带宽。光纤发生中断，网 络带宽降为原来的一! f ，这部分业务仍有带宽可以保障。对于a f 2 突发部分和b e 业务则 可能没有足够带宽可用，必要时采用r e d 机制直接丢弃，避免网络发生拥塞。各个 t c p d p 进程直接平均享用网络剩余带宽。 1 4r p r 标准化进程 i e e e8 0 2 1 7 工作组正在对r p r 协议进行标准化，随着标准化工作的进行，它的应用 将越来越广。r p r 协议概念的提出是由市场方面的需求所推动的。冈此。r p r 一经提出。 便受到箨方面的重视。现在有多个国际标准化组织相继成立相关工组组，进行标准化工 作。包括i e e e 8 0 2 1 7r p r w g 、i e t f 的i p o r p r 工作组和r p r 联盟。各个组织都提出了自 己的标准化目标，建议和草案。目前，r p r 已经完成了如下的标准制订： 环形拓扑r i n gt o p o l o g y 最小双环拓扑m i n i m u mo f2r i n gt o p o l o g y 共享媒质s h a r e dm e d i u m 基于包的操作p a c k e tb a s e do p e r a t i o n 定向保护支持、环回保护可选s o u r c es t e e r i n g - r e q u i r e d - w r a p p i n ga l t e r n a t i v e o p t i o n 支持目的点丢包和多播s u p p o r t f o rd e s t i n a t i o ns t r i p p i n ga n dm u l t i c a s t 物理层无关p h y s i c a ll a y e ri n d e p e n d e n c e 多业务m u l t i s e r v i c e 通过媒质接入控制层控制信道c o n t r o lc h a n n e lv i am a c 支持流量策略s u p p o r t f o rt r a f f i cp o l i c i n g 公平算法f a i r n e s sa l g o r i t h m r p r 技术与s r p f a 加权算法 自动拓扑发现t o p o l o g yd i s c o v e r y 形成了统一的r p r 帧结构 1 5 r p r 技术应用 r p r 可将业务通过r p r 帧直接加载到o p t i c a l 上，实现i po v e r r p ro v e r o p t i c a l 。r p r 技术的基本目的是为了提供运营商级别的可靠性、环上传输公平性以及业务可扩展性：提 高带宽效率、通过最小时延和传输抖动来确定性能。如此，使得i po v e rr p ro v e ro p t i c a l 的优点十分明显，不仅具有i po v e rg b e o v e ro p t i c a l 方案的绝大部分优点，同时，在长距 离传输、网络可靠性、q o s 保证等方面可以和s d h 媲美。采用空间复用技术，能够动态 分配带宽并支持公平接入，这样使得带宽的利用效率明显增加。 r p r 还是解决城域数据传输问题的一项新的二层技术。通过空间复用进行环共享。利 用以太网或s d h 物理层为分组交换网络提供电信级保护和弹性。 r p r 技术使得运营商在城域网内以低成本提供电信级服务，在提供s d h 级网络生存性 的同时，降低了传送费用。由于其既集成了t p 的智能化、以太网的经济性和光纤环网的高 带宽效率和可靠性，又在技术上综台了以太网和s d h 的优点，在功能上具有s d h 时分复 用、i p 路由交换等功能，因而被普遍认为是一种根有市场前景的技术。可以相信，随着技 术的不断发展，基丁r p r 的新- - 4 4m s t p 将成为应用于城域网的主要技术之一。 1 6 本文选题背景及意义 正如前文中所说的，r p r 技术正在进行标准化而公平性算法是内容之一。环网的公 平控制机制可分为两种类型，全局公平机制和链路公平机制。传统的媒质访问控制协议是 基于全局公平机制的，在采用该机制的环网种，各