Технология защищаемого пакетного кольца RPR

 

Рабочая группа IEEE 802.17 по стандартизации разработала новый стандарт для кольцевых архитектур транспортных сетей под названием RPR (Resilient Packet Ring) — защищаемое пакетное кольцо или пакетное кольцо с самовосстановлением (часто встречающиеся переводы названия технологии). Этот стандарт является про­должением серии стандартов кольцевых сетей (FDDI, Token Ring и т.д.). Кроме того, исследовательская комиссия МСЭ-Т разработала Рекомендации Х.87 для определе­ния возможностей использования протокола RPR в различных транспортных сетях. Целью стандарта RPR, полностью базирующегося на пакетной форме трафика, явля­ется обеспечение масштабируемости и эффективных механизмов использования по­лосы пропускания, присущих Ethernet, с одной стороны, и высокая надежность и полная равнодоступность, характерные для SDH, с другой. Основное преимущество RPR состоит в том, что отправленные каким-либо узлом пакеты дойдут до получате­лей независимо от направления обхода кольца. Все узлы кольца содержат информа­цию о кольцевом соединении и выполняют с данными только три операции: ввод па­кета в кольцо, ретрансляцию пакета и его удаление из кольца. Такой алгоритм сни­жает непроизводительные расходы на обработку служебной информации по маршру­тизации. Сочетание низкой стоимости и защищенности трафика делают технологиче­ское решение RPR перспективным для построения сетей типа MAN и WAN.

Еще одно важное достоинство RPR состоит в том, что стандарт разрабатывается только для уровня управления доступом к среде передачи MAC (Media Access Con­trol), для которого подходят любые технологии физического уровня (PDH, SDH, ОТН, Ethernet и т.д.).

Кольцевая сеть RPR строится двунаправленной (рис. 3.140), в ней предусмотре­на автоматическая реконфигурация за время 50 мс. При этом для реконфигурации не требуется держать в резерве 50 % емкости, как в SDH. Трафик в кольце RPR пе­редается в обоих направлениях двойного кольца. Если произойдет авария (обрыв кабеля), то весь трафик будет пущен по одному кольцу в обход места повреждения. При этом в случае переключения могут образоваться перегрузки, что влечет ухуд­шение качества обслуживания. Для управления сложными ситуациями в RPR пре­дусмотрен механизм поддержки качества обслуживания QoS, который обеспечива­ет приоритетную транспортировку наиболее важного трафика (речь, видео в реаль­ном времени). Уровневая протокольная структура RPR представлена на рис. 3.141.

 

 

 

Основой протокола RPR стал протокол Cisco SRP (Spatial Reuse Protocol). Этот протокол доступа к медиаресурсам приложений для кольцевого межсетевого обме­на является самовосстанавливающимся. Все это реализовано на уровне RPR MAC. Подуровни управления MAC позволяют организовать передачу по внутреннему и внешнему кольцам, транзитные передачи с маршрутизацией между сетевыми эле­ментами и выходами на пользовательский уровень. Такая структура уровня MAC RPR позволяет поддерживать четыре класса обслуживания для пользователей:

-резервный класс обслуживания без использования полосы частот для резерви­рования и применения для простых каналов мультиплексирования с разделе­нием во времени;

-высокоприоритетный класс обслуживания А, гарантирующий полосу частот для приоритетного трафика, чувствительного к фазовым дрожаниям и задерж­кам. Это трафик звука, видео и эмуляции каналов для различных применений;

-приоритетность средняя класса В, для которого необязательно выполнение требования по резервированию среды передачи при соблюдении требований по фазовым дрожаниям и задержкам. Класс применим для передачи данных высокого качества (Ethernet);

- низкоприоритетный класс (класс С), предусматривающий динамическое рас­пределение полосы частот для обслуживания, что более всего подходит для обслуживания транспортировки в Интернете.

Интерфейс с пользовательским уровнем передает и принимает данные опреде­ленного класса услуг (рис. 3.142). Логика обработки следит за адресным пространст­вом всех пакетов, проходящих в кольце или хранящихся в буферном устройстве транзита для других узлов. Логика обработки выполняет следующий набор функций:

- извлечение одиночных пакетов и доставку их к интерфейсу пользователя с контролем адреса станции получения;

- копирование пакетов широковещательного назначения для пользовательского интерфейса MAC, размещение их в транзитной части MAC для других узлов;

- помещение транзитных пакетов в буфер транзита вместе с их адресным про­странством к адресуемому узлу;

- передачу пакетов с сообщением о полосе и управление прохождением в этой полосе.

Транзитный путь в узле RPR делится на высокоприоритетные (для класса А) и низкоприоритетные (для классов В и С) буферные устройства передаваемых дан­ных. Транзит пакетов предусматривает услуги с учетом чувствительности к за­держкам.

Управление полосой предусматривает для низкоприоритетных пакетов сжатие полосы, а для соответствующих классов услуг (А, В, С) — предоставление мини­мальной гарантированной полосы в каждом соединении между узлами.

Защита в RPR предусматривает механизм переключения пакетного трафика на резервный путь за 50 мс. Для этого каждая станция сети RPR поддерживает функ­цию оценки топологии, т.е. оценки рабочих и нерабочих станций, добавление или удаление станций и т.д.

 

Функция топологии необходима для регулярного сбора служебными пакетами информации о структуре сети и ее ресурсах для передачи пакетов. В кольцо RPR могут быть включены до 255 станций. Топология оценивается каждый раз, когда происходит добавление или исключение отдельных станций и в случае поврежде­ний. При инициализации системы кольца все станции посылают контрольные паке­ты для определения топологии кольца. В каждом пакете после прохождения оче­редной станции метка уменьшается на 1. Если станция обнаруживает добавление новой станции в сети или станция обнаруживает нарушение связи, то она сразу пе­редаёт сообщение определения топологии. Если станция получит сообщение топо­логии, которое несовместимо с её текущим образом топологии, она немедленно пе­редаст новое сообщение о топологии. Таким образом, первая станция, которая за­метила изменение топологии, начинает волновой процесс изменения топологии.

Функции взаимодействия с физическим уровнем предусматривают возмож­ность передачи пакетов через кадры GFP, вводимые в циклы PDH, SDH или на фи­зический уровень Ethernet и т.п. Кадр передачи состоит из восьми полей с различ­ным количеством байтов (рис. 3.143).

Назначение полей кадра RPR:

TTL, Time to Live — байтовое поле времени жизни кадра RPR;

RI, Ring Identifier — бит идентификатора кольца, инициируемого дня ввода пакета;

FE, Fairness Eligible — бит индикации неправильно выбранного пакета;

FT, Frame Type — двухбитовый индикатор типа кадра RPR: данные, неправиль­ный пакет, управление, свободный пакет;

SC, Service Class — двухбитовый индикатор класса обслуживания (А, В, С);

WE, Wrap Eligible — битовый индикатор возможной упаковки кадра RPR в узле;

Р, Paritet — бит паритета, зарезервированный для буферного использования в кадрах данных;

DA, Destination Address — шесть байтов адреса назначения;

SA, Source Address — шесть байтов адреса отправки;

TTL-base — это поле используется для задания объема поля TTL первым источ­ником данных в кольце для контроля времени прохождения;

EF, Extended Frame — бит индикации устанавливаемого формата кадра RPR;

FT, Flooding Indication — двухбитовый индикатор занятия одного или двух ко­лец;

PS, Passed Source — бит обнаружения ошибочного состояния прохождения па­кета при выделении;

SO, Strict Order — бит нарушения порядка, идентифицирующий кадр, который должен быть доставлен до места назначения;

RES, Reserved — резервные биты (3 бита);

НЕС, Header Error Correction — двухбайтовое поле коррекции ошибок заголов­ка кадра RPR;

FCS, Frame Check Sequence — поле контрольной суммы кадра RPR (32 бита).

Поле нагрузки оптимизировано под размещение данных Ethernet.

 

Уровень MAC RPR предусмотрен для обработки двух типов трафика, проходя­щего через сетевую станцию: входящего и транзитного (на рис. 3.140 «ввод» и «ретрансляция»). Входящий трафик принимается станцией от пользователей сети и должен быть отправлен в кольцо для передачи другим станциям. Транзитный тра­фик — это данные, передаваемые по кольцу от предыдущей станции к последую­щим. Возможно использование двух режимов транзита: сокращённый, т.е. с от­правкой кадра данных до его полного получения; хранение кадра данных и его по­следующая отправка. Для исключения бесконечного распространения в кольце па­кета с адресом, который не опознаётся ни одной станцией, значение поля времени жизни TTL уменьшается всеми станциями в кольце до полного исчерпания и после­дующего уничтожения кадра. При получении станцией адресованного ей кадра она удаляет его из сети (на рис. 3.140 линия «вывод»). Для обработки транзитного тра­фика предусмотрены схемы хранения кадров с одним и двумя буферами. При ис­пользовании одного буфера приоритет обслуживания имеет транзитный трафик пе­ред входящим. При использовании двух буферов транзитные кадры с высоким при­оритетом (класс А) накапливаются в первичном буфере транзита. Кадры данных с классами обслуживания В и С накапливаются во вторичном транзитном буфере. Первичный буфер имеет приоритет при отправке кадров относительно вторичного буфера.

Протокол RPR предусматривает отправку информационных пакетов в одном направлении, а пакетов управления в другом, что гарантирует быстрое распростра­нение управляющих сигналов для оценки пропускной способности и самовосста­новления.

Контрольные вопросы

1. Какие технологии мультиплексирования разработаны для транспортных се­тей?

2. Что представляет собой синхронная цифровая иерархия SDH?

3. Что входит в структуру цикла STM-N?

4. Какую ёмкость в байтах имеют секционные заголовки SOH STM-N?

5. Как можно вычислить скорость передачи STM-256?

6. Сколько ступеней мультиплексирования SDH предусмотрено для контейнера С-12 в STM-1?

7. С какой целью создаются и используются блоки TU-12, TUG-2/3, AU-3/4?

8. Какое назначение имеют секционные (RSOH и MSOH) и трактовые (РОН) заголовки?

9. Что используется для обнаружения ошибок передачи в трактах и секциях SDH?

10. Чем отличаются виртуальная и последовательная сцепка (конкатенация) виртуальных контейнеров высокого(УС-3, VC-4) и низкого (VC-12) поряд­ков?

11. Запишите порядок формирования цифровых блоков от С-12 до STM-1.

12. Какой временной интервал требуется для формирования С-12, С-3 и С-4?

13. Сколько циклов STM-N требуется для переноса одного виртуального кон­тейнера VC-12?

14. Чем отличаются заголовки секций RSOH и MSOH в STM-1, STM-4, STM-16 и STM-64?

15. Какие байты MSOH поддерживают переключение аварийной секции муль­типлексирования SDH?

16. Какая служебная информация передаётся байтами S1 заголовка MSOH?

17 Какими байтами заголовков RSOH и MSOH поддерживаются каналы пере­дачи сети управления DCCr и DCCm?

18. Какое    назначение имеют байты JO, Jl, J2 в заголовках RSOH, РОН VC-3, РОН VC-4, РОН VC-12?

19. Какое назначение имеют указатели PTR в структурах TU-12, TU-3, AU-4?

20. Когда происходит изменение значения указателя PTR?

21. Какие аварийные сигналы могут формироваться в соединениях сети SDH?

22. Что включает понятие асинхронного режима передачи в технологии ATM?

23. Как устроены ячейки ATM?

24. Чем характеризуется передача информации ячейками ATM?

25. Чем отличаются классы транспортных услуг ATM?

26. Как расшифровать обозначения CBR, VBR, ABR, UBR?

27. Какие предусмотрены типы AAL?

28. Какое назначение определено стандартами для AAL-1 - AAL-5?

29. Какие транспортные функции выполняют коммутаторы ATM?

30. Чем опасны перегрузки коммутаторов ATM?

31. Как уменьшается число конфликтов ячеек в коммутаторах ATM?

32 Чем отличаются виртуальный путь и виртуальный канал в сети ATM?

33. Перечислите методы контроля коллизий и защиты от перегрузок в сети ATM?

34. Какие способы размещения ячеек ATM в циклы PDH и SDH могут приме­няться?

35. С какой целью создана технология OTN-OTH?

36. Какие преимущества имеет OTN-OTH перед другими транспортными техно­логиями?

37. Какие транспортные структуры предусмотрены в OTN-OTH?

38. Какие способы мультиплексирования предусмотрены в OTN-OTH?

39. Что общего и чем отличаются блоки STM-N и OTUk?

40. Какое значение имеет упреждающая коррекция ошибок FEC в транспортных сетях OTN и SDH?

41. Что представляет собой иерархия ОТН?

42. Какие скоростные режимы цифровой передачи предусмотрены в ОТН?

43. Сколько оптических каналов OCh может объединить оптический транспорт­ный модуль ОТМ?

44. Что обозначают индексы п и m в OTM-n.m?

45. Какой вид оптического мультиплексирования используется в ОТМ?

46. Чем отличаются по своим структурам цифровые блоки OPUk, ODUk, OTUk?

47. Какое назначение имеют заголовки ОН OPUk, ОН ODUk, ОН OTUk?

48. Какое назначение имеет сервисный канал OSC?

49. Какое назначение имеют блоки ODTUG?

50. Как производится контроль ошибок передачи в оптическом канале ОТН?

51. Каким образом передатчик оптического канала получит сообщение об ошиб­ках от приёмника оптического канала?

52. В каком случае могут использоваться байты APS/PCC заголовка ОН ODUk?

53. Укажите байты заголовков OTUk, ODUk, которые предназначены для цик­ловой и сверхцикловой синхронизации.

54. Почему технология компьютерных сетей Ethernet рассматривается как транспортная?

55. Что общего и чем отличаются пакеты Ethernet и ячейки ATM?

56. Какие интерфейсы предусмотрены в стандарте оптической сети ЕоТ?

57. Сколько ступеней мультиплексирования может быть реализовано в оптиче­ской сети ЕоТ?

58. Каким может быть адресное пространство MAC Ethernet?

59. Что обозначают метки C-Tag и S-Tag в кадре ЕоТ?

60. Чем отличаются преамбула и заголовок кадра ЕоТ?

61. Для чего разрабатывается транспортная технология T-MPLS?

62. Какие разновидности интерфейсов предусмотрены стандартом T-MPLS?

63. Какое назначение имеют протоколы технологического согласования транс­портных сетей?

64. Что обеспечивает протокол LAPS?

65. Объяснить структуру кадра LAPS.

66. Какое назначение имеют кадры GFP?

67. Какая максимальная ёмкость полезной нагрузки кадра GFP?

68. Какое назначение имеют поля PLI и НЕС заголовка кадра GFP?

69. Чем отличаются поля еНЕС, tHEC, сНЕС в заголовке кадра GFP?

70. Чем отличаются кадры GFP-T и GFP-F?

71. Какие возможности заложены в технологию RPR?

72. Сколько направлений передачи предусмотрено в сети RPR?

73. Какие классы обслуживания поддерживаются в сети RPR?

74. Какие функции предусмотрены в структуре протокольных уровней RPR?

75. Для чего нужна оценка топологии в сети RPR?

76. Чем отличаются отправка информационных кадров и кадров управления в сети RPR?

Глава 4