《光纤通信网》课件第6章

第6章城域光网络6.1城域网概述6.2城域网主要技术6.3多业务传送平台（MSTP）技术6.4弹性分组环RPR 6.1城域网概述

6.1.1城域网的定义

城域网最早是计算机网络中提出的概念，即根据网络规模及网络中节点数量的多少将网络分为局域网LAN、城域网MAN和广域网WAN。而在传统的电信网中原先并无明确的城域网概念。随着技术的进步和通信业务的不断发展，通信网逐渐形成包括核心网、城域网和接入网几个层次的网络。城域光网络（又称城域传送网）是承载城域网主要业务，解决多类型、多粒度业务高效汇聚的通信基础网络。城域光网络是一种主要面向企事业用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围的、可提供丰富业务并支持多种通信协议的本地公用网络。它可以提供语音、数据、图像、视频等多媒体综合业务，其中又以IP为代表的数据业务为重点。城域光网络在整个光网络中处于核心光网络和接入光网络之间，把接入网中企业与私人客户的各种协议、数据等无缝和灵活地连接到运营商的骨干网。由于具体的环境差别较大，因此城域光网络表现出不同的特征，但其多业务的基本特点带来了一系列有别于其他网络的特点：

(1) 面向公用网应用和多用户环境，具有一定的QoS保障要求。

(2) 具有向用户提供多业务、多速率、多种服务质量的接入能力，同时具有向运营商提供可管理、支持多种运营服务方式和网络技术演变的能力。

(3) 支持多种客户层信号，能够快速地提供客户层信号所需的带宽。

(4) 业务范围广，包括数据、语音和图像等，是全业务网络。

(5) 传输距离可扩展为100~200km。

(6) 与长途网相比具有较低的成本，决定其成本的关键是节点的数量及业务的种类和大小。总的来看，城域光网络对设备制造商和业务提供商而言都有很多新的机遇与挑战。因此，城域光网络的技术非常重要，它不仅能为城域网的应用提供解决方案，而且提供了一种灵活的多业务能力，同时还具有较高的网络资源利用率和管理能力。

从逻辑上来说，城域光网络遵循核心层、汇聚层、接入层的分层建网思路，从业务及网管角度看，在中心节点还应当有本地管理和业务点，以提供城域网的网络管理、接入、计费、认证等管理功能，提供本地电路出租、虚拟专网（VPN，VirtualPrivateNetwork）等各种增值业务功能，同时为上一级管理节点提供开放的网管和业务接口。图6－1给出了一个城域光网络的分层结构图，其各个层的功能介绍如下：

（1）核心层的主要功能是给各业务汇聚节点提供高带宽的TDM、IP和ATM业务平面高速承载和交换通道，完成和已有网络（ATM、PSTN、FR/DDN和IP网）的互连互通。一般采用灵活的光交叉连接OXC或光分插复用器OADM。图6－1城域光网络的分层结构

（2）汇聚层主要完成的任务是对各业务接入节点的业务汇聚、管理和分发处理。汇聚层起着承上启下的作用，对上连至核心层，对下将各种带宽多媒体通信业务分配到各个接入层的业务节点。所有业务在进入骨干节点之前，都由汇聚节点完成诸如对用户进行鉴权、认证、计费管理等智能业务处理机制，实现L2TP、GRE、IPSEC等各类隧道的终结和交换，流分类等。（3）接入层主要利用多种接入技术，迅速覆盖用户，对上连至汇聚层和核心层，对下进行带宽和业务分配，实现用户的接入。接入层节点的基本特征是简单灵活。接入层设备可按用户对象和业务的不同而进行灵活的配合组网，根据现有的铜缆、光纤、同轴电缆等资源，选用不同的接入方式。

由于实际的城域环境可能存在较大差距，例如网径大小和业务数量等，因此实际的城域光网络不一定都具有明显的上述三个层次，更多的会是其中若干层次的融合和实现。6.1.2城域网的业务需求和技术特点

未来的光网络也将是一种由业务驱动的网络，所承载的业务是其关键。在骨干层，业务主要包括两大类：一类是基本的传送业务，包括虚拟暗光纤及波长的出租；另一类是增值业务，包括光虚拟专网OVPN、按业务配置波长、用户指定带宽业务等，此类业务主要面向ISP、ICP等对带宽需求较高的用户。城域光网络的业务可分为以下几类。

（1）互联业务：PSTN、以太网、ATM等网络互联，主要面向运营商网络或带宽出租。

（2）专线业务：直接面向企业级客户进行带宽出租，具有高可靠性和高可用性，是运营商稳定的收入来源。（3）接入业务：包括智能小区和大楼的接入，接入运营商一般不再自建传输网络，而是将重点关注于接入服务，而且需要为不同的用户提供互联的质量和带宽需求不尽相同的服务。

（4）增值业务：包括OVPN等新业务。其中，OVPN通过公用光网络构建私有专用网络，可提供与企业VPN相同的安全性、可靠性和可管理性，但专线费用却大大降低，企业不必自建广域网维护系统；客户还可以实现网络状态和运营质量的查询和管理，具体包括端到端业务透视图、端到端故障和性能监视、端口流量、日志和故障单管理；城域光网络还可向用户提供不同级别的保护方式，如1+1、1∶1、1∶n等，并可根据客户需求指定服务级别（包括时延、抖动、保护与恢复时间），运营商按服务级别收取费用。 6.2城域网主要技术

6.2.1稀疏波分复用技术

随着技术的进展和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，当然，这种扩展不是直截了当的，需要针对城域网的特定环境进行改造。例如，对于城域环境使用的WDM技术而言，目前倾向于采用稀疏波分复用CWDM技术，即波长间隔放宽至20nm，同时尽可能采用一些价格较为低廉的器件，如采用无制冷器的LD，不使用EDFA，使用G.652光纤等，以降低系统成本。城域WDM网络的主要特点和要求可以归结为如下几个方面:（1）采用WDM可以极大地提高业务容量。

（2）应用WDM后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。这样，用户就可以灵活地传送任何协议和格式的信号，而不受限于SDH格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户连接，需要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应10Mb/s~2.5Gb/s范围的所有信号。而对于应用在城域网核心的系统，则将来有可能还会要求支持40Gb/s的SDH信号和10Gb/s的以太网信号。（3）城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单增加波长而迅速提供新的业务，极大地增强了运营者的市场竞争能力。

（4）城域网WDM系统的主要不足之处在于，不能灵活有效地将低速率信号汇聚进价格相对较昂贵的波长通路，不能动态地配置波长，实现光层灵活连接，而且目前其成本仍然较高。由于目前的大带宽接入业务需求并不突出，因此这种技术在接入层的应用前景并不明确，而将主要应用在城域网骨干层。6.2.2

ATM技术

以ATM为基础的多业务平台最适用于多业务电信环境，以及服务质量要求较高的IP业务，主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般IP骨干网。由于其扩展性受限，高业务量下的性能表现不理想，且ATMVP环也不支持网状网结构，因此以ATM为基础的多业务平台不太适合超大型IP骨干网应用。考虑到ATM技术的一些局限性，无论从目前还是长远来看，以ATM为基础的城域多业务平台都不是一种主要的解决方案。6.2.3城域以太网技术

城域以太网技术是基于2层交换和3层选路的。近年来以太网最重要的发展方向是向城域网乃至广域网的扩展。从技术上看，以太网技术具有简便、快捷、透明、可扩展的优点。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此以太网的网络管理可以大大简化。值得一提的是，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作可以简化，新业务可以拓展得更快。特别地，对于一些原来没有基础设施的新兴运营者，可以租用暗光纤从头建设自己的网络，完全旁路现有的SDH和ATM基础设施。然而，以太网原本具有的一些特点，在其应用从局域网扩展到城域网乃至广域网时，限制了它的发展，需要加以改造。（1）当以太网应用于局域网时并没有严格的QoS机制，而当其应用到局域网或广域网时需要提供随用户而异的QoS，而目前以太网还没有稳定可靠的机制能保证端到端性能，无法提供实时业务所需要的QoS和多用户共享节点以及网络所必需的计费统计能力。

（2）以太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证，即便有需求也是由高层协议来处理的，当扩展到城域环境以后，上述利用高层协议的处理方法就无法接受了，需要开发新的安全机制。（3）以太网主要用于小型局域网络环境，网管能力很弱，且目前只有网元级的管理系统，无法满足运营商对端到端的业务可控、可管理的要求。

（4）以太网交换机的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，无法提供故障定位和性能监视，保护功能也难以实现。

（5）尽管以太网作为局域网应用是一项久经考验的技术，但是用于公用电信网特别是广域网环境仍然是一项未经测试的新技术，其设备是否能提供大型电信级公用网所必需的硬件和软件可靠性也需要实践和时间的验证。6.2.4城域多业务传送技术

以SDH为基础的多业务平台的出发点是充分利用原有的SDH技术，同时改进传统SDH对于分组业务承载能力较弱的缺点。SDH技术的性能监视、保护倒换以及网管能力已经得到认可，虽然SDH设计之初是针对TDM业务的，但是对其加以改造后即可演变成为多业务传送平台，可以灵活高效地承载ATM、IP等各类数据业务。以SDH为核心的MSTP基本思路是将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙，而SDH设备与层2、层3乃至层4分组设备在物理上集成为一个实体。

MSTP具有如下特色：

（1）在基于传统SDH网业务的同时，能够提供多种物理接口，大大减少了现有SDH设备重新升级的成本。

（2）MSTP系统采用简化了的网络结构，并且接口与协议相分离，可实现对多种数据业务灵活高效的传输。

（3）保持了SDH的优点，并可集传统SDH网ADM/DXC/DWDM功能于一体，能够有效地进行带宽管理，从而降低了运营成本。总的来看，SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以语音业务为主的混合型业务，它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营者，即便对于已敷设了大量SDH网络的传统电信运营公司，以SDH为基础的多业务平台也可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的平稳过渡。此外，从业务发展的角度考虑，由于我国社会经济状况的特点，使得在未来相当长的一段时间内，语音业务仍将是运营商的主要利润来源，因此2Mb/s电路甚至是N×64kb/s的电路型业务接入仍将有一定的市场需求，要求城域网和接入网设备必须至少能够提供传统2M电路的端口和业务接入能力。因此，在短期内这种解决方案仍将是城域网的主流技术。

6.3多业务传送平台（MSTP）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、基于SDH技术的多业务传送技术称为基于SDH的多业务传送平台实现技术，简称狭义MSTP技术，其基本功能模型见图6－2。图6－2基于SDH的多业务传送平台基本功能模型

狭义的MSTP技术由于其SDH核心技术而具有明显的时代性和广泛性。SDH技术在国内外得到了广泛的应用，已经成为传送网的核心技术。在SDH的基础上提供对多种业务的支持，可以继承SDH的诸多优点，实现网络的平滑过渡，有着突出的技术优势和市场优势。因此，基于SDH的多业务传送平台MSTP已经成为建设以城域网为代表的多业务传送网的首选技术。它具有将分组数据业务高效地映射到SDH虚容器的能力，并可以采用SDH物理层保护使承载的数据业务和TDM业务一样具有高可靠性，其良好的多业务拓展能力、业务服务质量保证已经充分得到了运营商的认可。所以，目前绝大多数MSTP技术均是基于SDH的多业务传送平台实现技术。一般意义上而言，MSTP设备是指基于SDH的多业务传送节点，同时实现TDM、ATM、以太网业务的接入处理和传送，即将传统的SDH复用器、数字交叉连接器（DXC）、WDM终端、二层交换机和IP边缘路由器等多个独立设备的功能进行集成，并可以为这些综合功能进行统一控制和管理的一种网络设备。

MSTP设备按照设备容量和其在网络中的定位可以分为高端、中端和低端三种，它们分别应用于城域网的核心层、汇聚层和接入层，其划分标准通常从以下几方面来考虑：支持的接口类型和协议类型、上行速率等级及网络运营维护方法。图6－3狭义MSTP协议栈模型6.3.1

MSTP技术的发展历程

MSTP技术的发展主要体现在对TCP/IP业务的支持上，一般认为MSTP技术的发展可以划分为三个阶段。

第一代MSTP的特点是提供以太网点到点的透传。它将以太网信号直接映射到SDH的虚容器（VC）中进行点到点传送。第一代MSTP还不能提供不同以太网业务的QoS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MSTP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口与一个或多个独立的基于SDH虚容器的点对点链路之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换。相对于第一代MSTP，第二代MSTP作了许多改进，它可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和VLAN划分、基于STP的以太网业务层保护以及基于802.1p的优先级转发等多项以太网方面的支持。目前正在使用的MSTP产品大多都属于第二代MSTP技术。但是，与以太网业务需求相比，第二代MSTP仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，业务带宽粒度仍然受限于VC，基于最小生成树算法STP的业务层保护时间太慢，VLAN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802.3x的流量控制只是针对点到点链路，等等。第三代MSTP的特点是支持以太网QoS。在第三代MSTP中，引入了中间的智能适配层、通用成帧规程（GFP）高速封装协议、虚级联（VCAT）和链路容量调整机制（LCAS）等多项全新技术。因此，第三代MSTP可支持QoS、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（SLA）增强、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP还具有相当强的可扩展性。可以说，第三代MSTP为以太网业务发展提供了全面的支持。6.3.2

MSTP关键技术

1.虚级联

VC的级联概念是在ITU－T的G.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。若SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销（POH），此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。若SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。换句话说，相邻级联是在同一个STM－N中，利用相邻的C－4级联成为VC－4－Xc，成为一个整体结构进行传输的。而虚级联是将分布在同一STM－N中的不相邻VC－4或分布在不同STM－N中的VC－4（可同一路由，也可不同路由）按级联的方法，构成一个虚拟的大结构VC－4－Xv（虚级联还支持VC－3/12级别）。从原理上讲，可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传送数据业务的技术。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从VC－4到VC－12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。表6－1给出了采用虚级联技术前后SDH传送带宽利用率的比较。表6－1采用虚级联前后SDH带宽利用率比较虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。虚级联的实现较相邻级联灵活，而且只需要源节点和终端节点支持即可，不需要链路中间所有节点都支持此功能。

需要指出的是，虚级联需要对时延进行考虑。参与虚级联的虚容器逻辑上可组成虚级联组VCG，每个成员虚容器都有自己的通道开销，可以在网络中独立传输，因此可能导致成员虚容器到达接收端时延不一致。为准确提取发送端原始客户信号，接收端需要对虚级联信号进行对齐处理。由于虚级联的成员可以经由不同的通道传送，因此需要仔细处理虚级联组中成员虚容器的时延。

2.链路容量调整机制

链路容量调整机制LCAS是在ITU－T的G.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。

LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS（表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC）、空闲和不可用六种。

LCAS可以将有效负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽的指配速度，对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高了网络利用率。一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证“不丢包”；即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只有少量丢包。

LCAS具体实现利用K4（H4）字节，虚级联所使用的控制字段的含义如表6－2所示。表6－2

LCAS使用字节内容

3.通用成帧规程

GFP是在ITU－T的G.7041中定义的一种链路层标准。它既可以在字节同步的链路中传送可变长数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。

GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通。GFP还引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。

GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP－F和GFP－T两种方式。GFP－F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。GFP－T封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。

从应用的角度讲，GFP帧可以分为客户帧和控制帧，而客户帧又可以分为客户数据帧和客户管理帧。客户数据帧用来传送客户数据，而客户管理帧用来传送与GFP连接或客户数据管理有关的信息。控制帧有两种：IDLE帧和OA&M帧，其中IDLE帧用于空闲插入。从结构的角度看，GFP帧可以分为公共部分和与业务数据相关的部分。其中，公共部分是所有GFP帧都包含的，负责PDU定界、数据链路同步、扰码、PDU复用、业务独立性的性能监控等功能；GFP帧中与业务数据相关的部分负责业务数据的装载、与业务相关的性能监控与维护等功能。GFP的帧结构如图6－4所示。图6－4

GFP帧结构

具体而言，GFP的帧格式包括核心头和负荷区。

GFP核心头支持特定GFP（不是特定客户端）数据链路管理功能。GFP核心头长4字节，由两部分组成：负荷长度指示部分（PLI）2个字节，指示GFP负荷区的字节大小。它作为现有GFP核心头最后字节的偏移量，指示了比特流中下一个即将到来的GFP帧的起始位置。PLI值的范围为0～3，为GFP内部处理而存储并被作为GFP的控制帧。其他的帧则被作为GFP的客户端帧。

GFP负荷区覆盖了GFP帧中紧随GFP核心头区后面的所有字节。这个可变长区包括0～65535个字节不等。它用来支持GFP特定的客户端方面，如客户端PDUs（开放互连系统的OSI参考模型2层）、链路层编码（1层）、GFP客户端管理信息。从结构上来讲，负荷区又包括两个通用部分，即负荷头和负荷信息域，再加上一个可选择部分负荷FCS域，则可用来保护负荷信息域的完整。

GFP也支持灵活的（负荷）头扩展机制，使GFP在不同传送机制的过程中更易适用。这个负荷扩展头是0~60字节的扩展域（包括HEC域的扩展头eHEC）。它支持特定技术的数据链路头，如虚拟链路标识符、源/目的地址、端口数、服务类型、eHEC等等。扩展头类型由负荷头域的类型域中EXI比特内容指示。3个扩展头变量包括：空、线形和环状，现在被定义来支持在逻辑环或逻辑域点到点（线性）结构上的特定客户端数据。

负荷帧检验序列（FCS）是一种可选的4个8位字节长的帧校验序列。它包括一个CRC－32校验序列，用来保护GFP负荷信息域的内容。通过使用CRC－32生成多项式产生负荷FCS。

GFP提供了一种灵活的帧封装机制来支持固定或变长帧结构。与HDLC类帧格式相反的是，GFP不依赖字节填充机制来描述协议数据单元（PDUs），而是使用一系列基于HEC的字描述技术。为了容纳变长的PDUs，GFP帧头提供了明确的负荷长度指示符。因此，GFPPDU尺寸能被固定到一个连续的业务流值（提供了一个类TDM的信道），或在帧到帧过程中被改变（允许已封装PDUs可简单扩展）。明确的帧尺寸指示符也限定了帧边界搜索过程的持续时间，这一点是数据链路同步化的关键所在。这种客户端支持满负荷后各种长度的用户PDU，因此避免了段/重组功能，或给帧加上填充字节来填满未用的负荷空间。GFP还能将GFP和用户数据适配过程间的差错控制隔离。差错控制隔离允许将退还的已破坏负荷传递到计划中要传的接收者。这在传送音频和视频流的时候是一种简便的特征，因为很有可能这时已破坏的信息完全是空信息。

6.4弹性分组环RPR

6.4.1弹性分组环原理

IEEE在2000年11月正式成立了IEEE802.17弹性分组数据环工作组（RPRWG），希望开发一个RPRMAC标准，以优化在LAN、MAN和WAN拓扑环上数据包的传输。RPR利用了空间重用协议和公平算法等，可以组成环网拓扑实现快速的保护和恢复。它还能够共享带宽并提高带宽利用率，是适合传送IP业务的一种较好的解决方案。

RPR作为一种新型的IP环网传输技术，它主要用于优化分组在光网络上传输。RPR技术结合了IP的带宽使用效率高、多业务接入和光纤网络的带宽大，同时具有良好的自愈能力，使得RPR技术具有低成本、多功能的特点。RPR技术包括空间重用协议和智能保护倒换技术等。它主要实现了如下的功能：空间重用带宽、本地重用带宽、最小的协议开销、支持优先级业务、可由大量的节点或站点组成一个环网以及即插即用的特性；RPR不需要基于软件的SMT（StationManagementTransfer）协议或主站点协议（这在其他基于环网的协议中是需要的），支持全网节点之间的公平；支持基于环网的冗余保护（例如误码监测，RingWrap)，与SONETBLSR定义相似的保护倒换；独立于物理媒质层。

RPR的目标包括：

（1）双向环，支持全双工、空间复用与多播，具有防止分组死循环的机制和即插即用的功能；

（2）媒质独立的MAC层，支持1～10Gb/s的速率；

（3）高效率的分组格式将802.3的以太网帧格式映射到802.17帧格式中；

（4）定义MAC层的帧格式到物理层帧格式的映射过程，包括类似以太网帧格式和SDH/SONET格式；

（5）定义50ms环保护恢复机制；

（6）支持L2/L3交换；

（7）支持ClassofService业务分级。图6－5

RPR基本组成示例

1.RPR帧格式

RPR帧格式如图6－6所示。除了环控制字节体现RPR特色外，其余字段与以太网帧格式很类似。通常情况下，RPR帧的最大传送长度(MTU)为1616字节，超长帧的MTU为9216字节。图6－6

RPR帧格式在环控制字节中，包括了众多的控制内容，如选环信息、公平带宽分配选项、帧类型、业务级别、故障切换方式、广播标识等等，提供了主动的性能监测、故障监测等各种功能，充分保证了环操作的丰富、灵活和高效，满足运营网络对环网技术的高标准要求。

2.RPRMAC机制

对于RPR节点来说，MAC实体是最为关键的部分。MAC实体一方面需要与上层进行数据和控制的交换，同时也要很好地与各种物理接口配合协同工作，毫无疑问，需要一个灵活高效的分层模型。

图6－7是MAC分层参考模型。从总体上看，它分为业务层、MAC层和物理层三个层面，业务层与MAC层之间是MAC业务接口，MAC层与物理层之间是物理业务接口。此外，这三个层面都有管理接口与MAC管理层进行配合。图6－7

RPRMAC分层参考模型

MAC实体中包含一个MAC控制子层和两个MAC数据通道子层。两个MAC数据通道分别负责1环和0环的数据交换。MAC控制实体从这两个数据通道中收发数据帧，并且通过MAC业务接口与MAC客户端之间进行控制和数据的交互。该结构如图6－8所示。图6－8

RPRMAC实体交互过程示例6.4.2

RPR的技术特点

作为城域光网络建设最佳解决方案的内嵌RPR的第三代MSTP，最突出的优势就是在拥有GFP和LCAS协议的基础上，通过内嵌RPR技术，借助于RPR新功能来进一步提高城域光网络的带宽利用率和对IP业务的QoS支持能力，并且集ADM光纤环网的可靠性、千兆比特以太网技术的高效性以及IP技术的智能性于一体。以下具体地对内嵌RPR技术的第三代MSTP所拥有的这些关键技术进行分析。

(1)采用RPR技术，在以太网和SDH层之间引入了中间的智能适配层(1.5层)，并采用GFP高速封装协议将以太网的数据业务要求适配、映射到SDH通道上。GFP可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种先进的、简单的、灵活的数据信号适配和映射技术。

(2)支持虚级联和链路容量自动调整(LCAS)机制，因此非常适用于带宽不断发生变化的业务需求，可大大提高带宽的利用率。

LCAS机制提供了对链路带宽灵活和动态的无损伤调整，通过调节不同路径上的数据流容量来满足对数据业务的不同质量(QoS)和服务等级的要求。当用户带宽发生变化时，可以通过调整虚级联组VC－n的数量实现平滑增减。当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，且不会对用户的正常业务产生中断。因此，LCAS机制提供的这种容错机制，增强了虚级联的健壮性，且在保证服务质量的前提下明显提高了网络利用率。

(3)采用多等级的接入控制，为保证多业务的QoS创造了条件。RPR可以结合MPLS协议，在进行节点的业务接入控制时根据IEEE802.1p，利用帧结构中的MPLS标签的CoS字节标识，提供4种优先等级划分：快速传送业务(具有严格的时延、抖动、保护、时钟同步，如实时性E1语音业务和图像业务)、保障传输业务1(对时延和抖动无特殊要求，但有带宽承诺，无突发的图像、数据业务)、保障传输业务2(有带宽承诺，属突发型数据业务，采用尽力传送机制)、尽力传送业务。这种技术如果得到大范围应用，就为确保城域光网络中多业务传输的QoS服务创造了条件。

(4)采用空间重用协议SRP，确保节点间的各业务流互不影响。RPR环采用了空间重用协议SRP(SpatialReuseProtocol)，即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来保证在空间上没有重复的业务流，各业务流可以互不影响地按照各自的线路带宽在源节点和目标节点之间传输。这样，多个节点可以同时收发分组，并且数据包在目的节点被接收并从环路剥离，因而提高了整个RPR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。同时，由于RPR采用两个反向旋转的环(内环和外环)来传输业务，因此无须预留保护带宽，RPR光纤带宽使用率相对SDH提高了一倍，从而最大限度地利用了光纤的传输带宽。

(5)依靠公平算法实现合理的带宽动态分配机制。RPR不像SDH那样分配固定时隙，而是以1Mb/s的粒度来公平地、动态地为每个节点分配带宽。RPR环上的每个节点都使用一种分布式的公平算法(SRP－fa)来保证全网带宽的合理利用，即在接入侧、链路侧均能保证公平。公平算法是依靠相邻站点之间的及时通信来实现的，各站点自身会产生一个“公平速率参数”，接着和上游站点传来的参数比较，进行调整后再发往相邻的下游节点，这样经过逐站传递和调整，最终使得全网的带宽分配达到一个公平的“稳态”。尽管大量的突发业务会破坏这样一个稳态，然而，在一定的“公平响应时间”之后，又会重新达到另一个“稳态”。公平算法确保了各节点入环的同一优先级业务在存在竞争的情况下可以公平地共享环路带宽，保证每个节点都获得自己应得的带宽份额。

(6)采用自动拓扑识别技术，增加环路的自愈能力。所谓自动拓扑识别技术，就是指每个节点都知道在环的两个方向上的线路质量情况，从而迅速正确地决定应该在哪个方向(外环或内环)上传输或转发数据所采取的一种拓扑状态识别技术。在拓扑初始化阶段，每个节点都会发出拓扑查询消息，沿环路传送，其他节点会加入自己的属性。当源节点收到自己发出的拓扑查询消息时，便可了解到环路拓扑信息。当环路增加节点、减少节点、光纤中断、节点失效等事件发生时，与此相关的节点都会被触发，发出拓扑更新信息，最终使得RPR环上每个节点都详细地掌握着整个环的拓扑图及每条链路的状态。因此，拓扑自动识别技术增加了环路的自愈能力，并且减少了人工配置所带来的人为错误，从而让RPR工作在一种“可见”的状态中，大大提高了数据传输的效率和质量，这也是RPR保障QoS的基础。

(7)吸收了ADM自愈环的保护策略，可实现基于不同等级业务的自动保护倒换机制。RPR环上的每个节点可以迅速地根据新拓扑结构和线路质量状态进行数据传送的重新路由选择，类似于ADM环的保护机制。RPR环采取了源路由方式(steering)和折回方式(wrap)两种保护方式，默认方式为源路由方式。两种保护的倒换时间都小于50ms。当采用源路由方式时，光纤故障点两端的节点会发出拓扑更新信息，环上各节点收到该信息后，就会将各个业务的源节点按照拓扑更新信息倒换业务，且一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，因此从全局上使得整个网络的弹性恢复能力得到极大提高。再由于RPR环具备针对不同等级业务的自动保护倒换机制，从而使RPR可以实现多等级可靠的QoS服务。图6－9给出了RPR两种保护的例子。图6－9

RPR保护方案示例

①图6－9（a）是故障前的正常数据流，A节点到D节点，走0环，路径为A－B－C－D；②图6－9（b）为故障后绕回保护方式，故障发生后，在故障链路两端的节点上通过光路环回，数据路径也在此环回，总的路径为A－B－A－F－E－D－C－D；③图6－9（c）为故障后源路由保护方式，从A节点到D节点的数据流量改折回道，走另外一个环(这里是1环)到达目的节点，路径为A－F－E－D。

绕回方式的优点是故障切换的恢复时间非常短(在50ms以内)，只可能丢失极少量的报文，不会造成业务中断的情况，缺点是占用带宽较多。

折回方式避免了带宽的浪费，但是由于需要重新收敛，恢复时间较长，可能会造成一些业务的中断。6.4.3弹性分组环在MSTP中的应用

RPR的优势在于吸收了SDH的环网保护思想，又保留了Ethernet分组处理的能力，实现了面向分组业务的环网内网络带宽资源可控，从而具备了环网内满足各种业务不同QoS需求的业务传送能力。早期SDH只具备单ADM(Add/DropMultiplexer)组网能力，在业