畢業(yè)設(shè)計（論文）-彈性分組環(huán)中流量控制的HDL實現(xiàn)

PAGE1.題目：彈性分組環(huán)中流量控制的HDL實現(xiàn)指導(dǎo)教師建議成績：評閱教師建議成績：答辯小組建議成績：答辯委員會意見：最終成績：主管教學(xué)副院長或答辯委員會主席簽字：年月日中文摘要隨著城域網(wǎng)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)出明顯的自相似性和突出性，傳統(tǒng)基于固定帶寬分配模式的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)很少適應(yīng)。彈性分組環(huán)具有穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)流量的功能，被認(rèn)為是能滿足這一業(yè)務(wù)需要的一種新型城域網(wǎng)。帶寬瓶頸流量不穩(wěn)定越來越是城域網(wǎng)發(fā)展的主要問題。然而，彈性分組環(huán)吸收了千兆以太網(wǎng)經(jīng)濟性，SDH對延時和抖動有嚴(yán)格的限制，嚴(yán)格的同步和50ms環(huán)保護和恢復(fù)等特征，并具有空間復(fù)用，帶寬動態(tài)分配，支持業(yè)務(wù)級別等特點，使其成為光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術(shù)。它加快了整個彈性分組環(huán)系統(tǒng)的傳輸速度解決了瓶頸問題。本文主要研究下面幾個內(nèi)容：1.分析城域網(wǎng)現(xiàn)狀及幾種新技術(shù)。將城域網(wǎng)中的SDH、以太網(wǎng)、WDM和RPR等主要技術(shù)進行比較和總結(jié)。2.討論了彈性分組環(huán)的關(guān)鍵技術(shù)，敘述了彈性分組環(huán)的技術(shù)及優(yōu)勢。3.重點研究了RPRMAC層數(shù)據(jù)通路協(xié)議。4.對HDL設(shè)計方法進行介紹。隨著IEEE802.17協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的更新和出臺，預(yù)計彈性分組環(huán)技術(shù)將以其各個方面的優(yōu)勢，在新的一代城域網(wǎng)的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：彈性分組環(huán)城域網(wǎng)RPRMACHDLAbstractAsthedevelopmentofdatastreamintheMAN,thedatafluxintheMANhasbecomeself-kindredandparoxysmal,asaresult,thetraditionnetworktechnicdoesn’tsatisfythedemandofnewservers.RPRcanleveloffthedataflux,andbeconsideredtoanewnetworktechnicthatcansatisfythisdemand.BottleneckofbandwidthandinstabilityoftraffichavebecomethemainproblemofMetropolitanAreaNetworks.However,RPRhasthecharacteristicsofeconomicalofGBEthernet,esvrienceoftime-delayandtwitter,reliabletimingand50msringprotectandrecoveriesinSDH,spacemultiplexing,dynamicdistributionofbandwidth,supportthelevelsofservices.SoRPRbecomestheoptimizedtechnologyofdatatransmittinginthepresentopticalnetwork.Italsoacceleratesthetransmissionspeedofthewholenetworksystemandovercomestheproblemofthebottleneck.Thisthesisemphasizethebelowsection:AnalyzedseveralnewtechnologiesoftheMAN.ItdiscussesthedifferenceofSDH,Ethernet,WDMandRPRtechnology,thendrawsaconclusion.EmphasizeontheRPRtechnology,analyzedthefeatureandtheadvantageoftheRPRtechnology.EmphasizeontheMAClaydataaccessproxyoftheRPRtechnology.GivesintroductiontoHDL.ItcanbepredictedthatRPRtechnologywillbewidelyappliedinthenewMANconstructionalongwithapprovalofIEEE802.17standardprotocol.Keywords：RPRMANRPRMACHDL北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄TOC\o"1-3"\h\z第一章緒論 11.1引言 11.2RPR的提出與發(fā)展背景 11.3研究本課題的意義 31.4本課題研究的相關(guān)內(nèi)容及本人所做的工作 4第二章城域網(wǎng)的發(fā)展概況 62.1城域網(wǎng)的現(xiàn)狀 62.2城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 72.3城域網(wǎng)的特征 92.4城域網(wǎng)面臨的問題 102.5彈性分組環(huán)多業(yè)務(wù)傳送平臺 112.6結(jié)論 12第三章彈性分組環(huán)技術(shù) 133.1彈性分組環(huán)概論 133.2彈性分組環(huán)的產(chǎn)生 143.3彈性分組環(huán)技術(shù)的介紹 163.4彈性分組環(huán)的主要特點 203.4.1分組式ADM體系 203.4.2空間重用技術(shù) 213.4.3物理層的媒質(zhì)獨立性 223.4.4拓?fù)渥詣幼R別 223.4.5帶寬公平機制和擁塞控制機制 223.4.6典型應(yīng)用 233.5結(jié)論 23第四章RPR數(shù)據(jù)流量控制的實現(xiàn) 244.1RPR的協(xié)議參考模型 244.2RPR的業(yè)務(wù)類型 254.2.1RPRMAC服務(wù) 254.2.2RPR業(yè)務(wù)分類 264.3RPR的幀結(jié)構(gòu) 284.3.1RPR幀的概述 284.3.2RPR的數(shù)據(jù)幀格式 284.4介質(zhì)訪問控制數(shù)據(jù)流量流量控制的研究方案 324.4.1環(huán)的選擇 344.4.2RPRMAC數(shù)據(jù)通道 354.4.3速率控制和數(shù)據(jù)通道的收發(fā)操作 364.4.4RPR公平性算法 414.4.5公平性算法相關(guān)的變量的計算 434.5結(jié)論 46第五章 調(diào)試仿真 475.1ModelSim的介紹 475.2ModelSim代碼調(diào)試及步驟 475.3Synplify/SynplifyPro簡介 515.3Synplify/SynplifyPro的操作使用及模塊仿真圖 525.4結(jié)論 58第六章結(jié)論 59參考文獻 60致謝 62附錄1：外文翻譯 63原文 63譯文 72附錄2：部分程序源代碼 81北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第90頁PAGE90第一章緒論1.1引言眾所周知，Internet的出現(xiàn)曾經(jīng)引起社會生活各個方面發(fā)生重大的變化。近年來IP、Ethernet等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，從提供Internet接入到基于IP的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、IP電話、多媒體應(yīng)用、電子商務(wù)等服務(wù)都要求有一個覆蓋范圍廣、提供高速寬帶、便捷服務(wù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。從全球電信業(yè)發(fā)展來看，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)從以話音業(yè)務(wù)為主發(fā)展到以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主也是大勢所趨。從應(yīng)用上說，因為城市具有經(jīng)濟發(fā)達(dá)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)區(qū)集中、人口密集、覆蓋地域緊湊、信息交流旺盛等特點，近兩年來，信息化建設(shè)發(fā)展得非?？欤暇W(wǎng)、企業(yè)上網(wǎng)、家庭上網(wǎng)等一系列工程的啟動使得我們對城域網(wǎng)的要求越來越高。“城市信息港”已成為一個城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是每個現(xiàn)代化城市的重要標(biāo)志。城域網(wǎng)主體也正在發(fā)生變化。與骨干網(wǎng)相比，城域網(wǎng)具有業(yè)務(wù)種類多，業(yè)務(wù)調(diào)度轉(zhuǎn)接多，業(yè)務(wù)流量變化大的特點，起應(yīng)用的技術(shù)也是呈多樣化。1.2RPR的提出與發(fā)展背景市場的需求推動人們?nèi)パ芯?、尋找新的技術(shù)。SDH和ATM技術(shù)成功地應(yīng)用于城域網(wǎng)，但是其技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴；以太網(wǎng)技術(shù)在局域網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，走的是低價、簡單的技術(shù)路線，但是缺乏有效的QoS、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與保護和網(wǎng)管機制，不能滿足城域網(wǎng)的可靠性和擴展性方面的要求。人們于是很自然地想到了在城域范圍內(nèi)構(gòu)建新的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過傳輸類似以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分組來提供各種增強型業(yè)務(wù)，在不降低網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的前提下提供更加經(jīng)濟的WAN/MAN解決方案。RPR即是在這樣的背景下提出的，很快受到了多個國際化標(biāo)準(zhǔn)組織、研究機構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的重視。2000年1月，Cisco、Nortel、Luminous、Dynarc等公司成立了彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)聯(lián)盟，致力于對電信屆進行的RPR介紹和推廣，側(cè)重于不同廠商產(chǎn)品間互通標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。IEEE也在2000年初開始了RPR的論證，隨后正式成立IEEE802.17彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)工作組，負(fù)責(zé)RPR有關(guān)基本協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作，預(yù)計到2002年初產(chǎn)生第一個RPR協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案。IETF也于2000年12月成立了IPoRPR工作組，研究RPR如何與IP協(xié)議族和MPLS相結(jié)合，并制定多廠家互通標(biāo)準(zhǔn)。由于國際上還未形成RPR標(biāo)準(zhǔn)，還有許多問題未達(dá)成一致意見，在這RPR標(biāo)準(zhǔn)化草案的推薦期和討論期內(nèi)，也正是國內(nèi)通信設(shè)備廠家和研究機構(gòu)參與世界級先進技術(shù)的研究，在國際競爭中爭得自己的一席之地的一次機會。目前RPR協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)的大致輪廓已經(jīng)形成，各界已就幾個方面的問題達(dá)成共識。概括下來有如下幾點：靈活性：可有效地傳送語音、數(shù)據(jù)（包括IP突發(fā)業(yè)務(wù)）、圖像等多種類型的業(yè)務(wù)；支持業(yè)務(wù)等級協(xié)定（SLA），提供多等級、可靠的QoS服務(wù)；支持L2和L3功能；具有拓?fù)渥詣幼R別功能，支持動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓?。可靠性：具有完善的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測、錯誤定位等網(wǎng)管功能；應(yīng)能夠檢測出比特傳輸錯誤并具有一定的糾錯能力。即要求在幀結(jié)構(gòu)的頭部開銷和擴展開銷中含有校驗位。支持50ms環(huán)保護恢復(fù)功能，當(dāng)光纖中斷時提供可靠的業(yè)務(wù)保護，并對高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)優(yōu)先保護。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣痈聲r不影響或盡量減少對在線業(yè)務(wù)的影響。具有防止分組死循環(huán)的機制。兼容性：能夠承載IP、SDH、TDM、ATM、以太網(wǎng)等多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。具有T1/E1、DS3/E3、OC-3、OC-12、PoS、10/100BT、GBE等多種速率端口。應(yīng)能兼容多種物理傳輸媒質(zhì)，在是否應(yīng)該兼容多種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的問題上還未有一致性的意見。可擴展性：能夠方便地擴展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，增加傳輸線路、傳輸帶寬或插入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。將來出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)、協(xié)議或物理層規(guī)范時可以平滑地升級。1.3研究本課題的意義近年來，互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)量以每年翻一番的速率高速增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)量。在互聯(lián)網(wǎng)接入用戶數(shù)的激增、大量基于web的多媒體新業(yè)務(wù)的產(chǎn)生以及用戶終端計算機功能的升級等因素的驅(qū)動下，預(yù)計互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量將繼續(xù)以指數(shù)式增長，并將成為網(wǎng)絡(luò)流量中的主要部分。另一方面，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也不平衡。在骨干網(wǎng)中，由于光纜的大量鋪設(shè)，骨干網(wǎng)絡(luò)的容量已大大提高，每比特的傳輸成本也大大降低。與此同時，局域網(wǎng)與接入網(wǎng)的容量也正不斷提高，目前幾十兆與上百兆以太網(wǎng)接口已配置到桌面，千兆以太網(wǎng)正成為局域網(wǎng)的主流，10G以太網(wǎng)技術(shù)己經(jīng)出現(xiàn)，各種接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用正使寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入千家萬戶。相比之下，城域網(wǎng)(MAN)技術(shù)的發(fā)展相對滯后，正成為整個網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸。目前城域網(wǎng)主要采用的仍是面向同步時分復(fù)用的SDH技術(shù)，它面臨著雙重壓力，即采用新技術(shù)的骨干網(wǎng)與局域網(wǎng)容量激增帶來的非常迫切的擴容壓力和如何高速、有效與低價地承載正成為網(wǎng)絡(luò)主流的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。IP領(lǐng)域很早就意識到了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價值，并己在這方面作了大量努力，提出了像令牌環(huán)和FDDI(光纖分布數(shù)字接口)這樣的解決方案，但這些方案卻無法滿足IP流量和帶寬增長的要求，也無法滿足在擁塞情況下維持高的帶寬利用率和轉(zhuǎn)發(fā)量、保證結(jié)點間業(yè)務(wù)平衡、從結(jié)點或傳輸媒體故障中迅速恢復(fù)、可即插即用等IP傳輸發(fā)展的要求.因此，像令牌環(huán)和FDDI這樣的環(huán)形網(wǎng)并不適用于城域網(wǎng)。服務(wù)提供商和企業(yè)需要一種擴展性好、能夠健壯地應(yīng)用在城域網(wǎng)之上、以千兆的速率傳輸IP分組的技術(shù)。正是在這樣的背景下，彈性分組環(huán)(RPR,ResilientPacketRing)技術(shù)應(yīng)運而生。2000年11月正式成立了IEEE's802.17彈性分組環(huán)工作組(RPRWG)，希望開發(fā)一個RPR(ResilientPacketRings)MAC標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化在LAN、MAN和WAN拓?fù)洵h(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。1.4本課題研究的相關(guān)內(nèi)容及本人所做的工作對城域網(wǎng)現(xiàn)狀的分析研究，并對其現(xiàn)實問題提出解決的方法。引出彈性分組環(huán)在城域網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)勢，提出并分析彈性分組環(huán)的關(guān)鍵技術(shù)，并對彈性分組環(huán)中的流量控制技術(shù)進行研究，用硬件描述語言（VHDL或Verilog）建立起硬件實現(xiàn)模型，通過HDL語言（VHDL或Verilog），描述該流量控制算法；通過EDA的軟件工具，實現(xiàn)該設(shè)計的HDL描述以及綜合工作等。對現(xiàn)有城域網(wǎng)的特點進行了分析，對新近提出的一些城域網(wǎng)的建設(shè)技術(shù)原理進行了分析并總結(jié)了它們之間的優(yōu)缺點，從而提出一個全新的技術(shù)——彈性分組環(huán)。通過對國內(nèi)外彈性分組環(huán)發(fā)展現(xiàn)狀的了解，其高的帶寬利用率，介質(zhì)接入的公平性以及良好的擁塞機制，使彈性分組環(huán)成為新一代帶寬MAN最佳技術(shù)之一。做的具體工作為：1.分析了城域網(wǎng)的概念、分類、現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)、特征和面臨的問題，提出彈性分組環(huán)在城域網(wǎng)建設(shè)中的重要作用。2．闡述了彈性分組環(huán)技術(shù)的基本概念，RPR技術(shù)的產(chǎn)生過程，其所涉及到的技術(shù)內(nèi)容，分析了彈性分組環(huán)的幾大特點以及RPR與SDH、以太網(wǎng)的比較分析。3.通過對RPR協(xié)議參考模型，業(yè)務(wù)類型的闡述，RPR幀結(jié)構(gòu)的研究，得出自己對RPR中數(shù)據(jù)流量控制方案。對介質(zhì)訪問控制數(shù)據(jù)通道中的環(huán)的選擇、RPRMAC數(shù)據(jù)通道的原理進行了研究。對速率控制原理和數(shù)據(jù)通道的收發(fā)操作、公平算法等做了詳細(xì)的解釋。4.對EDA仿真調(diào)試軟件ModelSim和綜合軟件工具Synplify/SynplifyPro的介紹，并應(yīng)用其對流量控制中的FIFO和整形器等模塊用綜合軟件工具Synplify/SynplifyPro將自己所設(shè)計的模塊仿真出來。作為一種滿足下一代帶寬IP城域網(wǎng)要求的新一代光纖環(huán)城域網(wǎng)，彈性分組環(huán)以其己有的技術(shù)先進、網(wǎng)絡(luò)可靠、服務(wù)快捷，投資有效等應(yīng)用優(yōu)勢，在將來的城域網(wǎng)建設(shè)中一定會成為各界關(guān)注的焦點。第二章城域網(wǎng)的發(fā)展概況2.1城域網(wǎng)的現(xiàn)狀一般來說，城域網(wǎng)是基于寬帶技術(shù)，以電信網(wǎng)的可靠性、可擴充性為基礎(chǔ)，在城市的范圍內(nèi)匯聚寬、窄帶用戶的接入，面向滿足集團用戶、個人用戶對各種帶寬多媒體業(yè)務(wù)需要的綜合寬帶網(wǎng)絡(luò)，是電信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，向上與骨干網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。其中包括的設(shè)備有：路由器、軟交換設(shè)備、媒體網(wǎng)關(guān)、寬帶接入服務(wù)器，、IP電話、IP電話網(wǎng)關(guān)、RADIUS協(xié)議設(shè)備、SNMP協(xié)議設(shè)備、2層交換機、3層交換機、ATM交換機等。從三網(wǎng)融合發(fā)展角度來看，城域網(wǎng)有兩個突出特點：第一，全業(yè)務(wù)；第二，公用網(wǎng)。城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)的主要區(qū)別首先是容量，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)要求很高的容量，而城域網(wǎng)只需要中等的容量就可以了；其次是城域網(wǎng)覆蓋面積小，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)一般的傳輸距離都可達(dá)數(shù)千公里；再有是他們支持的客戶層信號也不同，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)現(xiàn)今只支持SDH，將來可能主要支持SDH和以太網(wǎng)，而城域網(wǎng)需要支持各種客戶層信號，而且要能夠很快地提供客戶層信號所需要的帶寬；最后是容許的成本不同，廣域網(wǎng)或長途網(wǎng)的高容量可由成千上萬的大量客戶共享，因而可以容許較高的成本，而城域網(wǎng)則不行，特別是城域網(wǎng)的成本關(guān)鍵是節(jié)點而不是線路。目前，寬帶城域網(wǎng)可以向用戶提供的業(yè)務(wù)內(nèi)容有：。高速上網(wǎng)。 。信息點播，包括視頻點播、音頻點播、多媒體信息點播、信息放送等。。信息廣播，包括CATV、HDTV、高質(zhì)量音頻廣播、數(shù)據(jù)廣播等。。Internet業(yè)務(wù)，包括WWW、電子郵件，新聞服務(wù)、文件傳送、遠(yuǎn)程登錄等。。遠(yuǎn)程計算與事務(wù)處理，例如軟件共享、遠(yuǎn)程CAD、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理、聯(lián)機服務(wù)等。。電子商務(wù)、會議電視、可視電話、IP電話、IP傳真、監(jiān)測控制、多媒體信息服務(wù)等。。計算機遠(yuǎn)程通信與控制、線路租賃等。。VPN。。IDC。。虛擬現(xiàn)實?？傊怯蚓W(wǎng)是高度競爭和開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，受用戶和應(yīng)用驅(qū)動，基本特征是業(yè)務(wù)類型多樣化，業(yè)務(wù)流向流量的不確定性。因而各種不同背景的技術(shù)在此碰撞交融，往往在復(fù)雜的融合過程中產(chǎn)生新的衍生體。多樣化將是城域網(wǎng)有別于長途網(wǎng)的重要特點，而豐富的應(yīng)用是城域網(wǎng)能持續(xù)發(fā)展的原動力。2.2城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)由于城域網(wǎng)的概念是在計算機局域網(wǎng)、電信傳送網(wǎng)和Internet得到很大發(fā)展，并將IPovereverything和everythingoverIP提到研究日程以后提出的，因此一開始就對城域網(wǎng)提出了高速、綜合業(yè)務(wù)、寬帶、光纖連接和適用于傳送IP業(yè)務(wù)等較高的建網(wǎng)條件。圖2-1示出目前城域網(wǎng)典型的組成結(jié)構(gòu)?？晒┏怯蚓W(wǎng)選擇的底層寬帶技術(shù)有以下幾種：?SDH技術(shù)：SDH是面向話音的時分傳輸設(shè)備，在城域范圍內(nèi)一般組成單環(huán)或多環(huán)互聯(lián)結(jié)構(gòu)，可提供50ms環(huán)保護功能。SDH設(shè)備的接口速率從E1到STM-64，具有可靠的延時與抖動保障機制，完善的協(xié)議適配機制和強大的網(wǎng)管能力。SDH的客戶層可以是話音、ATM虛電路或是通過PPP直接映射入SDH虛容器中的IP分組（PoS方式）。ATM技術(shù)：采用短信元傳輸方式和面向連接的交換技術(shù)，支持各種速率的傳輸端口和物理層設(shè)備，其特點是快速的分組處理和大容量的交換能力，能夠減少分組通過交換節(jié)點的時延和保障服務(wù)質(zhì)量。SDH和ATM的共同缺點是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，初期組網(wǎng)投資成本高。以太網(wǎng)技術(shù)在局域網(wǎng)中廣泛采用，是大多數(shù)商業(yè)機構(gòu)和社會團體的內(nèi)部組網(wǎng)和接入Internet所采用的方式。有10M/100M/1000M等幾種形式，10G以太網(wǎng)也即將出現(xiàn)?；谝蕴W(wǎng)的L2/L3交換設(shè)備具有成本低。組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。其缺點是在可靠性和擴展性等方面不能滿足電信級運營商的要求，缺乏行之有效的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)與保護、帶寬控制和拓?fù)涓聶C制。動態(tài)分組傳輸技術(shù)（DPT）Cisco提出的高端路由器互聯(lián)的傳輸方案，點到點之間采用PoS分裝模式。實際上Cisco是把DPT作為RPR的一種方案提出的，它也具有環(huán)保護機制，支持帶寬動態(tài)分配的空間重利用協(xié)議（SRP），提供相對嚴(yán)格的服務(wù)等級分類。DPT與RPR相比，二者在性能、服務(wù)和價格方面有很大的不同，前者更適于與高端路由器結(jié)合，用于大型城域網(wǎng)的骨干層和國家/省級骨干網(wǎng)。彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)技術(shù)（RPR）全新結(jié)構(gòu)的、G比特IPover光纖的核心網(wǎng)解決方案，后面將詳細(xì)介紹RPR的幀結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點等。圖2-1城域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)2.3城域網(wǎng)的特征從歷史上看,城域網(wǎng)(MAN)最初產(chǎn)生于局域網(wǎng)互連和數(shù)據(jù)新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,在1990年發(fā)展成為IEEE所規(guī)范的一種覆蓋城域范圍的特定新型計算機網(wǎng)絡(luò),正式形成并成為分布式排隊總線(DQDB)的IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)。以后隨著形式的變化逐漸發(fā)展成為各類不同背景新興運營商的區(qū)域性多業(yè)務(wù)通信網(wǎng),傳統(tǒng)電信運營商也開始在其相應(yīng)的局間中繼網(wǎng)范圍大量建設(shè)類似的多業(yè)務(wù)區(qū)域性通信網(wǎng)。近來城域網(wǎng)已經(jīng)成為社會和業(yè)界關(guān)注的熱點和競爭點。其基本特征有：一、城域網(wǎng)是一種主要面向企事業(yè)用戶的,最大可覆蓋城市及其郊區(qū)范圍的,可提供豐富業(yè)務(wù)和支持多種通信協(xié)議的公用網(wǎng),實際是一種帶有某些廣域網(wǎng)特點的本地應(yīng)用型公用網(wǎng)。二、城域網(wǎng)有別于局域網(wǎng)。主要區(qū)別首先是網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)不同,局域網(wǎng)是企事業(yè)專用網(wǎng),而城域網(wǎng)是面向公用網(wǎng)應(yīng)用和多用戶環(huán)境的；其次是傳輸距離的擴張,典型局域網(wǎng)的傳輸距離為數(shù)公里,而城域網(wǎng)范圍可擴展到50--150公里三、城域網(wǎng)有別于廣域網(wǎng)。與廣域網(wǎng)的主要區(qū)別首先是容量,廣域網(wǎng)要求很高的容量,而城域網(wǎng)只需中等容量即可；其次是覆蓋距離的縮小,典型的廣域網(wǎng)的傳輸距離可達(dá)數(shù)千公里；再有是支持的客戶信號不同,廣域網(wǎng)目前只支持SDH,將來預(yù)計也只有SDH和以太網(wǎng),而城域網(wǎng)需要支持各種客戶層信號,而且要能很快地提供客戶層信號所需的帶寬；最后是容許的成本不同,廣域網(wǎng)的高容量可由成千上萬的大量客戶共享,因而可以容許較高的成本,而城域網(wǎng)不同。2.4城域網(wǎng)面臨的問題城域網(wǎng)面臨的首要問題是帶寬“瓶頸”。在其用戶側(cè)，由于低成本千兆比以太網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展，局域網(wǎng)的速率上了一個大臺階；在其長途網(wǎng)側(cè)，由于DWDM技術(shù)的發(fā)展，傳輸容量擴展了幾個數(shù)量級。因而使得中間的城域網(wǎng)/接入網(wǎng)成為全網(wǎng)的帶寬“瓶頸”。

城域網(wǎng)面臨的另一個問題是其仍然存在多個重疊的網(wǎng)絡(luò)。首先，目前多數(shù)電信運營公司通過SDH和電路交換機提供語聲和專線業(yè)務(wù)，通過SDH和分離的幀中繼、ATM和IP網(wǎng)提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，造成分離的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要分離的網(wǎng)管系統(tǒng)和人員、不同的網(wǎng)絡(luò)配置和計費系統(tǒng)甚至不同的終端。而出于慣性思維、組織架構(gòu)的限制，以及每次升級的初始成本考慮，這種分離的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展模式仍在繼續(xù)。但從整體和長遠(yuǎn)看，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，無論初始成本還是運行成本都將快速增加，業(yè)務(wù)提供也將更加費時耗力。其次，通過不同的接入技術(shù)和線路獲取不同的業(yè)務(wù)，用戶不僅麻煩，而且使用費高。再次，企業(yè)用戶正從簡單的原始帶寬連接要求轉(zhuǎn)向更加個性化的業(yè)務(wù)剪裁要求以適應(yīng)特定的應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)需要支持復(fù)雜的2層和3層功能，因而單一業(yè)務(wù)模式將會減少收入且無法鎖定用戶。最后，目前城域網(wǎng)底層多數(shù)采用傳統(tǒng)SDH作傳送平臺，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，利用為電話業(yè)務(wù)設(shè)計的固定帶寬的SDH進行數(shù)據(jù)傳送不僅效率低下，而且改變帶寬往往意味著改變物理接口甚至改變了業(yè)務(wù)類型。使企業(yè)事業(yè)用戶改變業(yè)務(wù)時常常不得不重新設(shè)計和重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。目前，城域網(wǎng)不僅成為電信網(wǎng)的容量“瓶頸”，而且也成為電信網(wǎng)進一步全面發(fā)展的“瓶頸”。2.5彈性分組環(huán)多業(yè)務(wù)傳送平臺為了將以太網(wǎng)擴展到電信級的核心網(wǎng)，需要解決以太網(wǎng)固有的一系列問題，RPR就是解決方案之一。這是一種基于以太網(wǎng)或SDH的分組交換機制，屬于中間層增強技術(shù)，采用一種新的MAC層和共享接入方式，將IP包通過新的MAC層送入1層數(shù)據(jù)幀內(nèi)或裸光纖上，無須進行包的拆分重組，提高了交換處理能力，改進了性能和靈活性。RPR既可以工作在1層的SDH和千兆以太網(wǎng)上，也可以直接工作在裸光纖上作為路由器的線路接口板。早期的獨立RPR設(shè)備架構(gòu)在以太網(wǎng)上，目前的趨勢是架構(gòu)在SDH上，成為新一代MSTP的內(nèi)嵌功能，從而可以充分利用兩者的優(yōu)勢。RPR簡化了數(shù)據(jù)包處理過程，不必像以太網(wǎng)那樣讓業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點進行IP包的拆分重組，實施排隊、整形和處理，而可以將非落地IP包直接前轉(zhuǎn)，明顯提高了交換處理能力，較適合分組業(yè)務(wù)；RPR又能確保電路交換業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(能做到50ms的保護倒換時間)；RPR具有自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)能力，可以自動識別任何2層拓?fù)渥兓?，增強了自愈能力，支持即插即用，避免了人工配置帶來的耗時費力易出錯的毛??；RPR可以有效支持兩纖雙向環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以在環(huán)的兩個方向上動態(tài)地統(tǒng)計復(fù)用各種業(yè)務(wù)，同時還能按每個用戶每種業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)保留帶寬和服務(wù)質(zhì)量，從而最大限度地利用光纖的帶寬，簡化網(wǎng)絡(luò)配置和運行，加快業(yè)務(wù)部署；RPR還具有較好的帶寬公平機制和擁塞控制機制。

彈性分組環(huán)的最大特點是采用了一個嵌入控制層，從而可以提供很多新的功能。從成本上看，RPR成本介于SDH和千兆以太網(wǎng)技術(shù)之間，數(shù)據(jù)接口越多，其成本越接近千兆以太網(wǎng)，反之則趨近SDH。總的看，該技術(shù)最適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量占主導(dǎo)，而TDM業(yè)務(wù)量也需要可靠有效支持的應(yīng)用場合。2.6結(jié)論鑒于RPR具有很好的匯聚特性和優(yōu)化的數(shù)據(jù)接入能力，因此最適合于城域網(wǎng)的接入層應(yīng)用，特別是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬需求占絕對優(yōu)勢的場合。對電信網(wǎng)的容量“瓶頸”的解決是一個很不錯的選擇。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)日益成為業(yè)務(wù)的主體，其應(yīng)用范圍將逐漸的擴大，適合于新建網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。2000年底批準(zhǔn)成立了802.17RPR工作小組，其任務(wù)就是為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)準(zhǔn)備一套新的物理層和鏈路層的協(xié)議，具備帶寬的共享性和可擴展性，空間的復(fù)用性以及容錯性。目的是為了滿足建設(shè)城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)對成本、性能和維護管理的需要。彈性分組環(huán)將以其自身的優(yōu)勢在未來的城域網(wǎng)建設(shè)中一定很得到很好的應(yīng)用。第三章彈性分組環(huán)技術(shù)3.1彈性分組環(huán)概論隨著寬帶接入網(wǎng)建設(shè)的進一步深入，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在整個通信網(wǎng)中所占比例呈迅猛發(fā)展的趨勢。SDH技術(shù)以其運行穩(wěn)定、QoS有保證和開銷字節(jié)豐富等優(yōu)點在寬帶接入中得到大規(guī)模應(yīng)用，但是不容忽視的是其點對點固定連接的特性浪費了大量的閑置帶寬資源?，F(xiàn)有以太網(wǎng)技術(shù)以其組網(wǎng)簡單方便和資源利用率高等優(yōu)點也在寬帶接入建設(shè)中得到較多應(yīng)用，但是其系統(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡(luò)安全性并不能滿足電信級運營網(wǎng)絡(luò)的要求。當(dāng)前已有多家廠家提出了各自的技術(shù)改進方案，且都能較好地融合SDH技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點，但是由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備不能互通，不利于其大規(guī)模應(yīng)用。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國際電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)針對寬帶業(yè)務(wù)的特點成立了彈性分組環(huán)聯(lián)盟和IEEE802-17標(biāo)準(zhǔn)工作組，其任務(wù)就是制定IEEE802-17標(biāo)準(zhǔn)。自2001年初建立以來，IEEE802-17工作組已經(jīng)做了大量的工作并在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中取得重大進展，迄今為止已有多個IEEE802-17標(biāo)準(zhǔn)草案待審批形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802-17標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容是在保留以太網(wǎng)基本特征的基礎(chǔ)上加入SDH系統(tǒng)的保護倒換以及50ms內(nèi)故障恢復(fù)等特性，取長補短，使RPR網(wǎng)成為一個高效率和高可靠性的電信級寬帶接入承載網(wǎng)。雖然目前RPR的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)盡管在各個廠家的技術(shù)和設(shè)備接口都有所不同，但是技術(shù)原理都是相似的。例如：Cisco、Luminous公司分別發(fā)展出了DPT（動態(tài)分組傳送）和RPT技術(shù)，它們都屬于彈性分組環(huán)技術(shù)。彈性分組環(huán)技術(shù)都采用環(huán)狀拓?fù)洌p環(huán)結(jié)構(gòu)。外環(huán)順時針和內(nèi)環(huán)逆時針同時雙向傳輸數(shù)據(jù)，有的RPR技術(shù)支持各環(huán)分別傳輸各自的數(shù)據(jù)和控制信息，有的則支持各環(huán)傳輸另外一個反向環(huán)的控制信息。3.2彈性分組環(huán)的產(chǎn)生目前數(shù)據(jù)通信中大量地使用以太網(wǎng)技術(shù)，在眾多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的競爭中，它已經(jīng)超越TokenRing、100VG-Anylan、FDDI和ATM等其他LAN體系。其發(fā)展也是一帆風(fēng)順，從10Mbps、100Mbps直到1000-Mbps，甚至10G以太網(wǎng)也將會在運營商網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。以太網(wǎng)固有的帶寬共享機制極大地提高了系統(tǒng)的資源利用率，當(dāng)某一時段節(jié)點D不上下業(yè)務(wù)時，如圖3-1所示，CE節(jié)點之間的上行帶寬資源可以完全被節(jié)點E占用，避免了帶寬資源的浪費。

由于以太網(wǎng)具有組網(wǎng)成本低廉、互連性好、升級容易、組網(wǎng)簡便、技術(shù)支撐廠家多和技術(shù)發(fā)展快等優(yōu)勢，眾多用戶已經(jīng)或準(zhǔn)備采用以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)，運營商采用以太網(wǎng)技術(shù)把用戶接入Internet可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營成本。但是值得注意的是利用以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)寬帶用戶接入也有其缺陷，由于其常見組網(wǎng)方式為星形或樹形方式，當(dāng)上游某一節(jié)點發(fā)生故障時下游節(jié)點業(yè)務(wù)將中斷與Internet的聯(lián)系。例如圖3-1中節(jié)點A停止工作后節(jié)點B、C、D和E都將不能連接到Internet，而這種情況在電信級網(wǎng)絡(luò)中是絕對不允許發(fā)生的。即使采用生成樹協(xié)議(STP)來實現(xiàn)冗余路由保護，但是發(fā)生故障時其啟用冗余路由的故障恢復(fù)時間大于500ms，遠(yuǎn)高于SDH網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)50ms以內(nèi)的級別。另外以太網(wǎng)的公平協(xié)議也存在難以克服的缺陷，如圖3-1所示當(dāng)所有節(jié)點到Internet都需要同樣的帶寬時，假設(shè)節(jié)點A的出口帶寬為2Gb/s，則節(jié)點A可占用1Gb/s帶寬，其他節(jié)點占用其余1Gb/s帶寬。依此類推可知最終節(jié)點B占用的帶寬為500Mb/s，節(jié)點C占用的帶寬為250Mb/s，節(jié)點D和節(jié)點E占用的帶寬均為125Mb/s。為了保證各個節(jié)點都具有相同的帶寬，可以限制每個節(jié)點可以占用的帶寬不超過400Mb/s，但是這樣又背離了以太網(wǎng)帶寬資源共享的原則，即當(dāng)某一節(jié)點不需要這么大的帶寬時其他節(jié)點不能占用它的閑置帶寬資源。圖3-1

SDH技術(shù)是目前最為成熟的傳輸網(wǎng)技術(shù)，它被大量地運用在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中。其主要優(yōu)點是接口統(tǒng)一，50ms級的故障恢復(fù)時間極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。SDH網(wǎng)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的方式主要是在數(shù)據(jù)設(shè)備中提供POS端口，采用PPP、LAPS或GFP協(xié)議封裝數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前亦有在SDH設(shè)備中提供以太網(wǎng)10M/100M端口，把封裝數(shù)據(jù)包的功能放到SDH設(shè)備中實現(xiàn)，主要是實現(xiàn)部分2層的功能，國內(nèi)已制定相關(guān)的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP)標(biāo)準(zhǔn)。但是利用SDH系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也存在眾所周知的缺點，IP幀結(jié)構(gòu)映射入SDH的虛容器后加上段開銷才形成SDH標(biāo)準(zhǔn)幀信號，因此帶寬利用率并不高。另外SDH是針對TDM業(yè)務(wù)開發(fā)的技術(shù)，它只能提供固定的點對點連接，一旦配置好之后則不能動態(tài)改變各節(jié)點之間的帶寬。對于多播應(yīng)用，現(xiàn)有SDH設(shè)備的實現(xiàn)方法如圖3-2所示，在節(jié)點A復(fù)制需要多播的業(yè)務(wù)，然后占用多份等量的帶寬資源傳送給其它節(jié)點。而且由于其固定連接的特性，改變通路組織必須要在網(wǎng)管上重新配置，因此這種多播應(yīng)用并不常見。圖3-2SDH設(shè)備的實現(xiàn)方法

從上述分析可知在承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時以太網(wǎng)技術(shù)效率最高，但是存在系統(tǒng)可靠性不高的缺點，SDH系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，但在組網(wǎng)靈活性和效率方面都存在較大缺陷。如何融合這兩種技術(shù)的優(yōu)點成為國內(nèi)外眾多科技工作者考慮的問題，正是在此基礎(chǔ)上IEEE成立了IEEE802-17工作組和RPR聯(lián)盟，準(zhǔn)備制定在以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上融合SDH技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802-17(或稱之為RPR標(biāo)準(zhǔn))。3.3彈性分組環(huán)技術(shù)的介紹不同于基于SDH技術(shù)的MSTP，RPR的核心基礎(chǔ)是以太網(wǎng)技術(shù)，其處理的基本數(shù)據(jù)單元還是分組數(shù)據(jù)包。類似于光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)的物理結(jié)構(gòu)，RPR也是利用兩根光纖或其他介質(zhì)連接而成的雙環(huán)結(jié)構(gòu)（內(nèi)環(huán)和外環(huán)），內(nèi)環(huán)和外環(huán)上的信號傳送方向相反。每臺RPR節(jié)點設(shè)備都擁有一個MAC地址，同時擁有環(huán)中所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔恚W(wǎng)絡(luò)建立初始通過拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)協(xié)議建立該拓?fù)浔?。利用?jié)點管理傳輸協(xié)議(SMT)支持節(jié)點的即插即用功能，就像在原有RPR環(huán)中增加一臺新設(shè)備，則由新加入設(shè)備發(fā)起握手協(xié)商更新環(huán)中各設(shè)備所維護的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔?。目前已?jīng)確定RPR中線路口的最低傳輸速率為155Mb/s，可支持到10Gb/s。RPR正常工作時外環(huán)和內(nèi)環(huán)分別以相反方向傳輸數(shù)據(jù)，如圖3-3所示，根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)來決定下一步的操作。MAC層負(fù)責(zé)上下客戶業(yè)務(wù)，若接收到線路口的數(shù)據(jù)包中目的地址是本節(jié)點時，則接收且從環(huán)中刪除該數(shù)據(jù)包，否則直通。若是廣播包時同樣接收，并且繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該廣播包至下一個節(jié)點，直到下一個節(jié)點為廣播源為止。當(dāng)發(fā)現(xiàn)下一個節(jié)點發(fā)生故障時執(zhí)行環(huán)回操作，類似SDH系統(tǒng)中的復(fù)用段保護，此時變成單環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。執(zhí)行倒換的觸發(fā)條件可以是自動的，如信號丟失、信號劣化等，也可以由操作者控制，如強制倒換和手動倒換。RPR中傳送的數(shù)據(jù)包分不同等級，發(fā)生保護倒換時有可能某段帶寬需求超出容量，此時低等級的業(yè)務(wù)包將被丟棄，優(yōu)先保證高等級業(yè)務(wù)服務(wù)。節(jié)點設(shè)備處理數(shù)據(jù)如圖3-5所示，等級不同的業(yè)務(wù)包將被裝進不同的隊列中等待處理。目前尚沒有RPR標(biāo)準(zhǔn)的最后版本，標(biāo)準(zhǔn)提案中推薦的RPR幀格式如圖3-6所示，其中最小分組長度為22字節(jié)，最大分組長度為9216字節(jié)。值得注意的是RPR與物理層（第一層）相對獨立，所以它既可以利用SDH承載，亦可以利用1G比特或10G比特點對點以太網(wǎng)技術(shù)封裝傳送。圖3-3RPR中數(shù)據(jù)包的流向圖3-4RPR中環(huán)回操作后數(shù)據(jù)包的流圖3-5RPR節(jié)點設(shè)備中數(shù)據(jù)包流向與路由器組成環(huán)網(wǎng)的方式不同，RPR設(shè)備只是在二層上處理數(shù)據(jù)，從而減少了分組包傳送的跳數(shù)，進而降低了傳送時延。依據(jù)公平算法，RPR中所有節(jié)點發(fā)送同等級數(shù)據(jù)包到某一節(jié)點可占用的帶寬都是相同的，克服了前述以太網(wǎng)中上游節(jié)點占有帶寬優(yōu)先權(quán)的不公平性。對于多播業(yè)務(wù)，執(zhí)行接收且轉(zhuǎn)發(fā)操作，相比較SDH系統(tǒng)中點對點的多播操作所占用的帶寬大為降低。由于RPR中各節(jié)點帶寬是動態(tài)靈活分配的，且各節(jié)點占用帶寬完全是共享方式，從根本上根除了SDH建網(wǎng)初期固定分配各節(jié)點之間帶寬，網(wǎng)絡(luò)不能快速適應(yīng)需求變化的缺點。從上述的介紹可以得出結(jié)論，在充分保持以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)資源利用率高和靈活等優(yōu)點的前提下，RPR加入了SDH系統(tǒng)的保護倒換技術(shù)，提高了原有以太網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。圖3-6RPR幀格式3.4彈性分組環(huán)的主要特點3.4.1分組式ADM體系以太網(wǎng)交換機采用分組交換體系，業(yè)務(wù)流必須在源節(jié)點和目的節(jié)點之間的每一個中間節(jié)點進行排隊、整形、處理，如圖3-7。而RPR采用分組式ADM體系，每個節(jié)點的MAC實體實施三種功能：“提取”――從節(jié)點上提取用戶預(yù)定的業(yè)務(wù)；“插入”――從節(jié)點插入用戶業(yè)務(wù)；“直通”――直接把數(shù)據(jù)流從環(huán)路的一段向前傳送到另一段上，如圖3-8。所以RPR設(shè)備可以像SDHADM那樣不用處理那些前傳的數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)的處理性能可大大提高。

圖3-7以太網(wǎng)交換機鏈路

圖3-8RPR的ADM環(huán)3.4.2空間重用技術(shù)空間重用（SPR，SpatialReuseProtocol）協(xié)議是RPR技術(shù)的一個關(guān)鍵組成部分。以前的數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)技術(shù)，如FDDI或令牌環(huán)，采用的都是源剝離技術(shù)，即數(shù)據(jù)分組在環(huán)上繞行一周，在源端終結(jié)。而SPR采用目的地終結(jié)方式，數(shù)據(jù)分組在環(huán)上運行一段，到目的節(jié)點時即從環(huán)上卸下。這樣，該分組沒有經(jīng)過的、目的節(jié)點至源節(jié)點之間的帶寬還可以被利用，使得有多個節(jié)點成多段同時傳送數(shù)據(jù)，而不會相互影響，充分利用了整個環(huán)路的帶寬。3.4.3物理層的媒質(zhì)獨立性RPR是為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造的一個新型的MAC協(xié)議，這樣做的好處是使它對第一層開放。所以，RPR環(huán)的技術(shù)能夠適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)的物理層幀結(jié)構(gòu)，即可以采用各種媒質(zhì)，包括一對光纖、一對自波分復(fù)用導(dǎo)出的波長、一個SDH可拆卸的STM-N電路以及其它雙向連接媒質(zhì)，加強了RPR環(huán)的兼容性。3.4.4拓?fù)渥詣幼R別在拓?fù)涑跏蓟A段，每個節(jié)點從某個環(huán)或者雙環(huán)發(fā)出拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)控制幀，并在幀中加入本節(jié)點的MAC地址、環(huán)標(biāo)識以及長度標(biāo)識，沿環(huán)路傳送，其它節(jié)點收到這個幀后會加入自己的屬性，當(dāng)源節(jié)點收到自己發(fā)出的拓?fù)洳樵兿r，便可了解到環(huán)路拓?fù)湎?。?dāng)環(huán)路增加節(jié)點、減少節(jié)點、光纖中斷、節(jié)點失效等事件發(fā)生時，相應(yīng)節(jié)點都會被觸發(fā)發(fā)出拓?fù)涓孪?。?dāng)環(huán)路處于正常狀態(tài)時，節(jié)點之間會以固定時間間隔發(fā)送Hello信息來判斷環(huán)路狀態(tài)是否正常。拓?fù)渥詣幼R別增加了環(huán)路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯誤。3.4.5帶寬公平機制和擁塞控制機制由于環(huán)上的帶寬是共享資源，極其容易被網(wǎng)絡(luò)上的個別節(jié)點或個別用戶過度使用造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。RPR環(huán)通過執(zhí)行公平算法來控制帶寬的利用，把環(huán)上任意兩個節(jié)點之間所有的帶寬作為一個全局資源分配給用戶。RPR每一個節(jié)點的MAC層一直觀測緊靠它的鏈路的利用情況，然后把這個信息告知環(huán)上所有的節(jié)點。每一個節(jié)點可以據(jù)此向環(huán)上增加或減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量，這可以使RPR環(huán)的帶寬利用率比TDM網(wǎng)絡(luò)提高3－4倍。3.4.6典型應(yīng)用如圖3-9，城市之間以傳輸干線相連，城域內(nèi)可建設(shè)一個高速的RPR大環(huán)，內(nèi)部分成許多小環(huán)，環(huán)與環(huán)之間從節(jié)點相連。圖3-9彈性分組環(huán)典型應(yīng)用3.5結(jié)論以彈性分組環(huán)技術(shù)為基礎(chǔ)的城域網(wǎng)可以提供語音、專線業(yè)務(wù)、各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，提供了三網(wǎng)合一的平臺基礎(chǔ)，它吸收了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟性、SDH對延時和抖動的嚴(yán)格保障、可靠的時鐘和50ms環(huán)保護和恢復(fù)等特性，并具有空間復(fù)用、帶寬動態(tài)分配、支持業(yè)務(wù)級別等主要特點，使其成為當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術(shù)，正得到業(yè)界的廣泛關(guān)注和重視。對于電信網(wǎng)絡(luò)運營者，尤其是不斷涌現(xiàn)的新電信運營商來說，彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)（RPR）技術(shù)以其各方面的優(yōu)勢提供了一個良好的IP城域網(wǎng)組網(wǎng)方案。雖然目前眾多廠家產(chǎn)品都有著自己特點，相互之間存在兼容互通問題，但隨著IEEE802.17協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的更新和出臺，預(yù)計RPR技術(shù)將以其各方面的優(yōu)勢，在新一代城域網(wǎng)的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。第四章RPR數(shù)據(jù)流量控制的實現(xiàn)4.1RPR的協(xié)議參考模型RPR的協(xié)議參考模型RPR是一種在環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上采用分組技術(shù)來傳送數(shù)據(jù)、語音、圖象等業(yè)務(wù)的鏈路層傳送方案。它融合了以太網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟性、靈活性、可擴展性等特點，同時吸收了SDH環(huán)網(wǎng)的50ms快速保護的優(yōu)點，并解決了業(yè)務(wù)分類和資源預(yù)留等QoS保證問題，目標(biāo)是在不降低網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的前提下提供更加經(jīng)濟的MAN/WAN解決方案。RPR的分層模型和與之相關(guān)聯(lián)的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型如圖4-1所示。RPR分層模型包括媒質(zhì)接入控制（MAC）控制子層、MAC數(shù)據(jù)通道子層和協(xié)調(diào)子層，上下子層之間分別通過MAC服務(wù)接口和物理服務(wù)接口進行通信。MAC控制子層經(jīng)由MAC服務(wù)接口向MAC客戶層提供用來與一個或多數(shù)量的對等客戶交換數(shù)據(jù)的服務(wù)原語，或在MAC層和MAC客戶層之間傳送本地控制信息。MAC控制子層負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)通道子層、維護MAC狀態(tài)、與其它MAC的MAC控制子層進行協(xié)調(diào)，并控制MAC與其客戶層之間的數(shù)據(jù)傳遞。MAC數(shù)據(jù)子層為RPR環(huán)提供數(shù)據(jù)傳送功能。圖4-1MAC層經(jīng)由物理服務(wù)接口在物理媒質(zhì)之上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)幀。物理協(xié)調(diào)子層提供了特定物理媒質(zhì)無關(guān)接口（MII）之間的映射，與特定物理媒質(zhì)類型相對應(yīng)，具體分為以太網(wǎng)和SDH兩種。4.2RPR的業(yè)務(wù)類型4.2.1RPRMAC服務(wù)RPR定義了4種類型的服務(wù)原語，以經(jīng)由MAC服務(wù)接口向RPR客戶層提供MAC服務(wù)，如圖4-2所示，這四種原語分別是：.MA_CONTROL.request:MAC控制請求原語；客戶向MAC控制子層發(fā)控制。.MA_CONTROL.indication:MAC控制指示原語；MAC控制子層向客戶發(fā)控制。.MA_DATA.request:MAC數(shù)據(jù)請求原語；客戶向MAC控制子層發(fā)數(shù)據(jù)。.MA_DATA.indication:MAC數(shù)據(jù)指示原語；MAC控制子層向客戶發(fā)數(shù)據(jù)。圖4-2MAC業(yè)務(wù)模型4.2.2RPR業(yè)務(wù)分類MAC層業(yè)務(wù)可以通過MAC層業(yè)務(wù)接口來描述，MAC層業(yè)務(wù)接口包括一系列原語。這些原語可以分為數(shù)據(jù)類型和控制類型。數(shù)據(jù)類型用于MAC層客戶與對等層之間交換PDU（ProtocolDataUnit/協(xié)議數(shù)據(jù)單元）；控制原語用于MAC層客戶在本地MAC實體間交換控制信息。原語還可以進一步為請求和指示。請求原語從MAC客戶層發(fā)給MAC層實體；指示原語從MAC層實體發(fā)送給本地MAC層客戶。MAC子層提供一個業(yè)務(wù)接口，它用于在MAC客戶實體之間交換MAC客戶PDU。這個MAC業(yè)務(wù)接口支持有三種業(yè)務(wù)類型：A類、B類、C類。A類業(yè)務(wù)提供了分配、保證數(shù)據(jù)速率，以及低端到端延遲和抖動的界限。這種業(yè)務(wù)類型有預(yù)留分配帶寬的機制，能夠保證延時，主要音頻和視頻流。已分配帶寬對于RPR公平算法是不可見的。A類業(yè)務(wù)在環(huán)入口或在環(huán)上傳輸時，不受公平算法的約束。當(dāng)A類業(yè)務(wù)沿著環(huán)傳播時，它在每個節(jié)點通過主傳送通路傳送。B類業(yè)務(wù)提供了分配、保證數(shù)據(jù)速率，可選的附加數(shù)據(jù)速率?？蛇x速率沒有分配和保證，而在分配速率范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)有端到端延遲和抖動的保證。B類與A類的相似在于承諾速率范圍內(nèi)的幀傳輸速率保證了有保證的延遲和抖動。雖然這個界限比A類幀要高，但對于公平算法，根據(jù)業(yè)務(wù)是否符合承諾速率，對業(yè)務(wù)有不同的處理。與將要敘述的C類業(yè)務(wù)相似之處在于：超過已分配速率范圍的業(yè)務(wù)，要受到公平算法的約束，并在環(huán)上傳輸之前由MAC在RPR幀頭的公平知識位標(biāo)識出來。在一個單隊列實現(xiàn)中，不論幀的公平指示是否被標(biāo)識，B類業(yè)務(wù)通過主傳輸通道移動。在一個雙隊列實現(xiàn)中，不論幀的公平指示是否被標(biāo)實，B類業(yè)務(wù)通過第二傳輸通道移動。C類業(yè)務(wù)具有公平調(diào)度，不保證帶寬的業(yè)務(wù)，主要用來傳送普通的IP業(yè)務(wù)。C類業(yè)務(wù)提供了一種盡力傳送業(yè)務(wù)，它沒有分配、承諾數(shù)據(jù)速率，也沒有端到端延遲和抖動的界限。C類業(yè)務(wù)總是受公平算法的約束，并且在環(huán)上傳送之前，由MAC在RPR幀頭的公平指示位標(biāo)示出來。在環(huán)的入口及在環(huán)上經(jīng)過節(jié)點時，C類的幀作為RPR公平算法的一部分計算。在單個隊列實現(xiàn)中，C類業(yè)務(wù)通過主傳輸通路移動。在一個雙隊列執(zhí)行中，C類業(yè)務(wù)通過第二傳輸通路移動。4.3RPR的幀結(jié)構(gòu)4.3.1RPR幀的概述RPR的基本數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)幀，它在這方面繼承了IEEE802.5令牌環(huán)和FDDI環(huán)的特點，而不同于802.6DQDB環(huán)（基本數(shù)據(jù)單元是信元），也不同于使用TDM技術(shù)的SDH/SONET（基本數(shù)據(jù)單元是8位組）。IEEE802.17的MAC幀在802.3以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了一系列改進。首先，它具有環(huán)網(wǎng)特性，如支持TTL字段，并針對環(huán)單播和多播特點進行了改進。TTL字段表示該幀在網(wǎng)絡(luò)中的生存時間，通常每經(jīng)過一個節(jié)點相應(yīng)數(shù)值減1，目的是防止發(fā)生以外情況時出現(xiàn)某個幀始終在環(huán)中循環(huán)傳送。其次，增加了類型（sc）字段，用來表示RPR幀的服務(wù)類型，以支持RPR對具有不同服務(wù)類型的數(shù)據(jù)流的區(qū)分服務(wù)。IEEE802.17規(guī)范了4種類型的幀結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)幀、控制幀（除公平幀或空閑幀外）、公平幀和空閑幀。4.3.2RPR的數(shù)據(jù)幀格式RPR數(shù)據(jù)幀的最小幀長為24字節(jié)。對于能夠協(xié)商支持特大幀（jamboframe）的環(huán)，最大傳送單位（MTU，MaximumTransferUnit）為9216字節(jié)；對于不能協(xié)商支持特大幀的環(huán)，MTU為1616字節(jié)，即等于最大以太網(wǎng)有效幀長度加RPR幀頭部和尾部的長度。RPR數(shù)據(jù)幀的幀格式如圖4-3所示：圖4-3RPR數(shù)據(jù)幀格式以下簡要介紹上圖4-3中個字段的基本涵義。（1）ttl字段：這是一個8比特字段，它指定了希望數(shù)據(jù)幀在到達(dá)目的的節(jié)點之前覆蓋的最大跳數(shù)。此字段提供了一種防止幀在環(huán)上出現(xiàn)死循環(huán)的機制。（2）baseControl字段：這是一個8比特字段，包括多個子字段，如圖4-4。圖4-4baseControl字段格式各子字段描述如下：。環(huán)標(biāo)（ri）子字段：1比特，用來指示該幀最初在哪個環(huán)上傳送，并取值情況如表4-1。數(shù)值字段名稱描述0RINGLET-0在環(huán)0上發(fā)送1RINGLET-1在環(huán)1上發(fā)送表4-1環(huán)標(biāo)（ri）子字段的取值及其涵義。公平指示（fe）子字段：1比特，用來標(biāo)識該幀是否適用于RPR公平算法，取值為0表示該幀不適用于公平算法，而取值為1表示該幀適用于公平算法。此字段和sc子字段結(jié)合使用，其取值情況及其涵義如表3-4。。幀類型（ft）子字段：2比特，用來標(biāo)識幀的類型，其取值及相應(yīng)涵義如下表4-2。數(shù)值字段名稱描述002FT-IDLE空閑幀012FT-CONTROL控制幀102FT-FAIRNESS公平幀112FT-DATA數(shù)據(jù)幀表4-2幀類型（ft）子字段的取值及其涵義。業(yè)務(wù)類型（sc）子字段：2比特，用來標(biāo)識該幀的業(yè)務(wù)類型，其取值情況如表4-3。數(shù)值字段名稱描述002CLASS-CC類業(yè)務(wù)012CLASS-BB類業(yè)務(wù)102CLASS-A0CLASSA，A1子類業(yè)務(wù)112CLASS-A1CLASSA，A0子類業(yè)務(wù)表4-3業(yè)務(wù)類型（sc）子字段的取值及其涵義此字段通常和公平指示字段結(jié)合使用，其取值情況及相應(yīng)涵義如表4-4取值取值解釋描述scfe業(yè)務(wù)類型是否適用于公平算法002—CLASS-C適用C類業(yè)務(wù)，隨機分配帶寬0120CLASS-B-CIR不適用具有保證信息速率的B類業(yè)務(wù)1CLASS-B-EIR適用具有超額信息速率的B類業(yè)務(wù)102—CLASS-A1不適用A類業(yè)務(wù)，帶寬可回收使用112—CLASS-A0不適用A類業(yè)務(wù)，帶寬保留表4-4業(yè)務(wù)類型（sc）子字段和公平指示（fe）子字段結(jié)合使用的取值及其涵義。環(huán)回指示（we）子字段：1比特，用來指明該幀在環(huán)回條件下是否適用環(huán)回，當(dāng)取值為1時表示該幀適合于環(huán)回操作，取值為0時表示該幀不適合于環(huán)回操作。。奇偶校驗（parity）子字段：1比特，用來對baseControl字段進行奇偶校驗。對于公平幀，此子字段的設(shè)置原則為：保證在包括奇偶位在內(nèi)的環(huán)控制字段中的1的個數(shù)為奇數(shù)；對于數(shù)據(jù)幀和控制幀，此位被保留以備將來所用，此時其數(shù)值始終設(shè)置為0，并在所有接收端被忽略（3）da字段：目的地址字段，6字節(jié)長，用來指示該幀將被傳送的目的地址。它可以是環(huán)內(nèi)的某一單一MAC地址，也可以是一組48比特MAC地址。（4）sa字段：源地址字段，6字節(jié)長，用來指示發(fā)送該幀的RPR節(jié)點。它可以是環(huán)內(nèi)的某一單一MAC地址。（5）ttlBase字段：這是一個8比特字段，它設(shè)定了數(shù)據(jù)幀發(fā)送時ttl字段的初始值。（6）extendedControl字段：擴展控制字段，8比特，包含多個子字段（如圖4-5），用來指示該幀是否為擴展數(shù)據(jù)幀，是否進行洪泛等。76543210EfFiPsSo保留圖4-5extendedControl字段格式Ef子字段：1比特，用來指示該幀是否為擴展數(shù)據(jù)幀。取值為0時表示該幀使用基本的數(shù)據(jù)幀格式；取值為1時表示該幀使用擴展數(shù)據(jù)幀格式。Fi子字段：2比特，用來指示該幀是否被洪泛，如果是，應(yīng)采用何種方式進行洪泛（即是單向洪泛還是雙向洪泛）。另外，ps子字段用于協(xié)調(diào)采用不同保護模式的節(jié)點對數(shù)據(jù)幀的處理；so子字段用于指示該幀是否有嚴(yán)格的排序要求。（7）hec字段：頭部差錯檢驗字段，16比特，負(fù)責(zé)存儲RPR幀頭部的校驗和信息。該字段的校驗范圍包括ttl、baseControl、da、sa、ttlBase和extendedControl字段。（8）daExtended字段：擴展目的地址字段，48比特，用來指示該幀的目的MAC地址。（9）saExtended字段：擴展源地址字段，48比特，用來指示該幀的源MAC地址。此字段攜帶的源地址通常是非本地節(jié)點的MAC地址。（10）protocolType字段：協(xié)議類型字段，16比特。當(dāng)此字段的取值大于或等于1536時，表示可使用該字段標(biāo)識MAC客戶協(xié)議類型（類型描述）。當(dāng)它小于1536時，此字段用來指示幀長度。（11）serviceDataUnit字段：這是一個長度可變的字段，用來充當(dāng)來自客戶的信息，即服務(wù)單元（SDU，ServiceDataUnit）。（12）fcs字段：這是一個32比特的幀校驗序列字段，用來對RPR數(shù)據(jù)幀進行循環(huán)冗余校驗（CRC）。它生成多項式是：CRC32=X+X+X+X+X+X+X+X+X+X+X+X+X+X+14.4介質(zhì)訪問控制數(shù)據(jù)流量流量控制的研究方案通過以上對彈性分組環(huán)的了解和認(rèn)識，聯(lián)系實際一些情況，可以得出一個具體的數(shù)據(jù)控制的方案。如圖4-6所示。圖4-6數(shù)據(jù)流量控制的方案圖在上方案圖中，通過讀使能re_clk和寫使能wr_clk共同控制環(huán)中的流量的讀寫，再通過64位存儲器構(gòu)成一個控制字節(jié)的FIFO（先進先出存儲器），F(xiàn)IFO的輸入、輸出數(shù)據(jù)使用各自的數(shù)據(jù)總線：輸入總線in_data和輸出總線out_data。在進行FIFO的讀寫操作時，應(yīng)該注意建立地址、數(shù)據(jù)和控制信號的先后順序，一般情況下，在進行寫操作時，先建立地址和數(shù)據(jù)，然后置寫使能信號wr_clk，使其有效。在寫使能信號保持一定時間的有效后，先復(fù)位寫使能，再釋放地址總線和數(shù)據(jù)總線。而讀取FIFO時，則先建立地址，然后置讀使能信號re_clk有效，在讀使能信號維持一定時間有效后，復(fù)位讀使能信號，同時讀取數(shù)據(jù)總線上的值，然后再釋放地址總線。信息流量通過FIFO后通過存儲器RAM對其時序的調(diào)整構(gòu)成Top_fifo_64bit，再通過流量監(jiān)測反饋給調(diào)節(jié)器Shaper_control（調(diào)節(jié)器詳細(xì)原理見4.4.3節(jié)中的分析），在調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生Shaper_A/B/C三種（可見4.4.2節(jié)中的詳細(xì)分析）直接作用于流量發(fā)送控制的控制信號，它與其他因素共同作用，產(chǎn)生控制客戶層提交流量的流量控制指示信號，以控制、調(diào)節(jié)客戶提交的各類流量速率的大小。對在此系統(tǒng)過程中所涉及到的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送操作及公平算法等相關(guān)問題以下作詳細(xì)解說。在下一章也有關(guān)于運用EDA綜合軟件工具對上方案圖及其中的FIFO、RAM、Shaper_control和Top_fifo_64bit的仿真模塊圖。在總體的數(shù)據(jù)流量控制的方案得到之后，下面就要對其中涉及到與之相關(guān)的RPR的環(huán)的選擇、數(shù)據(jù)通道流量控制的原理、流量速率控制等一系列的問題得進一步的分析。4.4.1環(huán)的選擇環(huán)選擇是MAC控制部件的功能模塊之一，該功能僅在客戶層需發(fā)送數(shù)據(jù)時被執(zhí)行，并且該功能的執(zhí)行優(yōu)先于MAC層中向MAC層中向MAC層添加業(yè)務(wù)流量的任何其他動作的執(zhí)行。環(huán)選擇功能主要完成的工作是為了客戶提交的數(shù)據(jù)分組的發(fā)送選擇合適的環(huán)。這種選擇應(yīng)基于表征環(huán)的標(biāo)識符（ringletID）、表示MAC保護類型的參數(shù)(MACProtection)、環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫和環(huán)網(wǎng)保護數(shù)據(jù)庫?？蛻艨梢圆捎枚喾N環(huán)選擇方式來決定幀通過哪一個通路進行發(fā)送，這些環(huán)選擇控制方式包括完全控制、無完全控制和部分控制。一旦環(huán)選擇執(zhí)行結(jié)束，根據(jù)環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫提供的信息，被發(fā)送幀的TTL參數(shù)應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為被選定環(huán)中源節(jié)點位置與目的節(jié)點位置之間的距離。4.4.2RPRMAC數(shù)據(jù)通道RPRMAC層包括MAC數(shù)據(jù)通道和MAC控制兩個部分。MAC數(shù)據(jù)通道主要功能是：允許對等的MAC客戶通過MAC數(shù)據(jù)通道交換協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU；允許對等的實體交換控制幀。RPRMAC層內(nèi)的數(shù)據(jù)流出處理，通常包括環(huán)選擇、速率控制、接收操作和發(fā)送操作，以及MAC控制等。MAC層轉(zhuǎn)發(fā)那些并非由本節(jié)點產(chǎn)生或終結(jié)于本節(jié)點的幀。每個RPR節(jié)點均有一個或兩個傳送隊列，以緩存在該節(jié)點向環(huán)網(wǎng)發(fā)送業(yè)務(wù)流量的時間段內(nèi)到達(dá)的來自上游節(jié)點的直通流量（直通流量是指不是發(fā)往本節(jié)點僅流經(jīng)本節(jié)點并向下游節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的流量）。MAC數(shù)據(jù)通道的基本結(jié)構(gòu)見圖4-7。圖4-7MAC數(shù)據(jù)通道的基本結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，客戶可將需要RPR環(huán)網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)幀有選擇地標(biāo)記為A類、B類、C類三種。A類流量由shA調(diào)節(jié)器進行速率限制，以防止客戶流量的速率大小超過MAC層為該A類流量分配的帶寬。一般情況下，MAC控制子層提交的流量被標(biāo)記為A類流量，并有調(diào)節(jié)器shM負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)。控制流量也能夠被標(biāo)記為B類或C類流量，直接由相應(yīng)類型的流量調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)（如圖4-7中虛線所示）?？蛻舻腂類流量由shB調(diào)節(jié)器或shC調(diào)節(jié)器進行速率控制，以將客戶提交的B類流量限制在MAC層為該B類流量分配的帶寬范圍之內(nèi)。同樣，客戶C類流量由shC調(diào)節(jié)器進行速率限制，以將C類客戶流量的發(fā)送速率限制在它能夠加權(quán)公平共享使用的剩余帶寬范圍內(nèi)?？蛻鬋類流量和B類流量還需要進一步經(jīng)shD調(diào)節(jié)器進行速率限制，通過抑制此類客戶流量的發(fā)送以保證本節(jié)點需要向下游節(jié)點發(fā)送的A類業(yè)務(wù)流量的發(fā)送速率。因此，只有當(dāng)shB和shD調(diào)節(jié)器均允許通過時，在“有保證的信息速率”范圍內(nèi)B類流量才能夠得到發(fā)送。同樣，當(dāng)shC和shD調(diào)節(jié)器同時使能時，屬于“超額的信息速率”的B類流量才能夠得到發(fā)送。MAC接收的客戶流量將被存儲在一個階段隊列（stagequeue）中，存儲容量足夠大的階段隊列能夠保證流量的全速率傳送，盡管MAC功能模塊對用于限速的流量控制信息存在固有的響應(yīng)時間。這里提到的用于限速的流量控制是通過MAC到客戶的接口收發(fā)的。4.4.3速率控制和數(shù)據(jù)通道的收發(fā)操作節(jié)點向環(huán)網(wǎng)提交的所有流量的速率都應(yīng)受到控制，以保證各類業(yè)務(wù)流量的QoS。速率控制功能也會對發(fā)送決策過程中對不同類型業(yè)務(wù)嚴(yán)格的優(yōu)先等級控制功能產(chǎn)生影響，并共同作用以使每一類業(yè)務(wù)流量能夠公平地獲得被發(fā)送的機會。RPR標(biāo)準(zhǔn)中定義使用了較多類型的整形器，但絕大多數(shù)整形器的行為都可以使用一個采用了特定應(yīng)用參數(shù)的通用算法來描述。這里的應(yīng)用參數(shù)有兩個，dDelta和uDelta，參數(shù)的作用是實現(xiàn)整形信用的調(diào)節(jié)，如圖4-8所示。參數(shù)變量dDelta和uDelta的數(shù)值分別表示在每個修正間隔內(nèi)，被發(fā)送幀的大小和信用增加的大小。從圖4-8中可以看到，整形器的工作是通過信用(credit)的變化來調(diào)整和控制的。一般采用一種叫信貸值的方法。信貸值計數(shù)器在每個整形周期，以uDelta作累加；在發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀后，信貸值計數(shù)器減dDelta。uDelta表示在一個整形周期內(nèi)，客戶允許向整形器發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；uDelta的設(shè)定主要基于和該整形器對應(yīng)的客戶業(yè)務(wù)速率dDelta表示當(dāng)前所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的大小。當(dāng)信貸值小于一個最大傳輸單元（MUTsize）時，整形器向客戶發(fā)送的Send信號為0，禁止客戶繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，整形器停止向Stage緩存發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)信貸值到達(dá)一個上限時，信貸值計數(shù)器不再累加。圖4-8整形器圖4-9示意了MAC數(shù)據(jù)通道的接收操作的處理流程。圖4-9接收操作流程由圖4-9所示，RPRMAC數(shù)據(jù)通道接收數(shù)據(jù)的主要處理過程為：首先檢查接收爭，如果接收到的幀的CRC校驗和預(yù)期的不一致，或是組播幀但源地址不合法，則說明該幀出錯，丟棄出錯幀；如幀未出錯，則按正常流程繼續(xù)處理。其次，如該幀為發(fā)往本地節(jié)點的控制幀，則將該幀拷貝到MAC控制子層；如該幀為發(fā)往本地節(jié)點的客戶幀，則將該幀拷貝到本地RPR客戶層；否則，進入下一步。第三步為凡有幀直通本節(jié)點，其timeToLive字段就減一。最后如不是經(jīng)由本節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的幀，丟棄該幀，否則，將起發(fā)送至合適的轉(zhuǎn)發(fā)隊列。對于采用雙隊列設(shè)計的節(jié)點，A類流量存入PTQ，B類和C類流量存入STQ；否則，均存入PTQ。如新的接收幀可用，進入下一個處理過程。采用不同轉(zhuǎn)發(fā)隊列設(shè)計的節(jié)點，起發(fā)送數(shù)據(jù)的處理過程有一定區(qū)別。圖4-10介紹了RPRMAC數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)發(fā)送操作。圖4-10發(fā)送操作流程如圖4-10所示，RPRMAC數(shù)據(jù)通道發(fā)送數(shù)據(jù)的主要工程為：首先檢查PTQ是否具有足夠的可用空間，有，轉(zhuǎn)第二步；無轉(zhuǎn)第四步。第二步：檢查STQ是否具有足夠的可用空間，有轉(zhuǎn)第三補，無轉(zhuǎn)第四步。第三步：檢查有無處于可用狀態(tài)的MAC控制幀需要發(fā)送。如無控制幀發(fā)送，轉(zhuǎn)第四步；如有控制幀需要發(fā)送，則選擇發(fā)送控制幀，結(jié)束本次處理過程，進入下一個循環(huán)。此處理步驟說明MAC控制幀的發(fā)送優(yōu)先級通常大于客戶提交的待發(fā)送幀。第四步：檢查PTQ內(nèi)有無可用狀態(tài)的待轉(zhuǎn)發(fā)幀，如有，選擇發(fā)送，否則，轉(zhuǎn)第五步。第五步：檢查STQ剩余空閑容量，當(dāng)剩余容量少于一個MTU時，選擇STQ中的待發(fā)幀，清空STQ，以避免隊列溢出；當(dāng)STQ的剩余容量大于一個MTU時，表示STQ仍可繼續(xù)緩存來自上游節(jié)點的流量。轉(zhuǎn)第六步。第六步：檢查階段隊列中有無處于可用狀態(tài)的待發(fā)幀，如有，因為已經(jīng)進行類分配帶寬檢查，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)；否則，轉(zhuǎn)第七步。第七步：檢查STQ內(nèi)有無可用狀態(tài)的待轉(zhuǎn)發(fā)幀，如有，選擇發(fā)送。操作完成后進入下一循環(huán)。4.4.4RPR公平性算法在每一個更新周期（aging_interval），用于確定擁塞狀況、擁塞位置及控制業(yè)務(wù)速率的值都要重新計算，這些值的計算都要用到新近收到的公平控制信息（FCM）。RPR環(huán)上的站點通過和數(shù)據(jù)流向相反的另一條環(huán)路向上游站點發(fā)送公平控制信息。如圖4-11RPR公平幀的傳遞示意圖。圖4-11RPR公平幀的傳遞FCM有兩種類型：單阻塞（singlechoke）FCM和多阻塞（multichoke）FCM。SC-FCM被一跳接一跳地在環(huán)上傳遞，它包含著某個站點的上游站點中最擁塞站點的本地公平速率（Local-fair-rate），該速率表示該擁塞站點當(dāng)下公平性業(yè)務(wù)（B類帶外及C類業(yè)務(wù)）的可用帶寬。該信息向下游站點廣播，再由下游站點公平性控制單元（FCU）進行環(huán)路公平性處理（限制本地插入的經(jīng)過擁塞節(jié)點公平性業(yè)務(wù)）。該信息周期發(fā)送，其送周期稱為廣告周期；MC-FCM則是向環(huán)上廣播，它包含該信息發(fā)送站點的本地公平速率（Local-fair-rate），該信息由FCU發(fā)給MAC客戶用于處理虛擬地址隊列（避免隊頭阻塞），而不是用于FCU的環(huán)路公平性處理。本地站點接收到FCM后，如果是M-FCM則送給MAC用戶；如果是S-FCM則儲存起來作環(huán)路公平性處理，即收到該FCM的站點用其來改變本地的allowed_rate_congested值，該值用于限制本地插入的經(jīng)過該擁塞節(jié)點的公平性業(yè)務(wù)（FE）——B類帶外及C類業(yè)務(wù)。在FCM的產(chǎn)生及發(fā)送過程中。首先：下游站點比本地站點更擁塞，則有如果下游擁塞是由上游造成的，則本地發(fā)送的FCM使用接收到的下游FCM中的Rcvd-fair-rate值（歸一化的Local_fair_rate——歸一化參數(shù)：local_weight，aging_coefficient，rate_coefficient），地址使用接收到的FCM的地址；如果下游擁塞不是由上游站點造成的，則本地發(fā)送的FCM使用Full-rate值（表示上游可以全速發(fā)送），地址使用本地地址。其次如果下游站點不比本地站點更擁塞，則有如果本地站點擁塞，則計算本地的Local-fair-rate值，經(jīng)過歸一化后，由FCM向上游站點發(fā)送，地址使用本地地址；如果本地站點無擁塞，則使用Full-rate值，由FCM向上游站點發(fā)送，地址使用本地地址。圖4-12為RPR公平幀的傳送示意圖。圖4-12RPR公平幀的傳送4.4.5公平性算法相關(guān)的變量的計算和公平性算法相關(guān)的變量的計算有本地公平速率（Local-fair-rate）的計算、允許速率（allowed_rate）的計算和越塞允許速率（allowed_rate_congested）的計算。本地公平速率（Local-fair-rate）表示本地可供上游享用的環(huán)路非保留帶寬，歸一化后即為FCM中的Rcvd-fair-rate值。其原理圖如4-13圖4-13Local-fair-rate值的計算其步驟為：首先，如本地?zé)o擁塞，則本地公平速率為所有環(huán)路非預(yù)留帶寬(unreserved_rate=Link_rate-reserved_rate)；其次，如本地首次進入擁塞態(tài)，則本地公平速率為加權(quán)公平地享用所有環(huán)路非保留帶寬（local_fair_rate=unreserved_rate*local_weight/sum_weight）；再次如果本地前面已進入擁塞態(tài)，且如果前次調(diào)整后本站點的公平業(yè)務(wù)發(fā)送速率過低（add_rate+fw_rate<low_threshold），則逐步增加本地的Local-fair-rate，直到達(dá)到占用所有非預(yù)留帶寬（unreserved_rate）；最后如果前面已進入擁塞態(tài)，且如果前次調(diào)整后本站點的公平業(yè)務(wù)發(fā)送速率仍然過高（add_rate+fw_rate>high_threshold），則逐步減小本地的Local-fair-rate，直到0。允許速率（allowed_rate）的計算用于限制本地插入的公平性業(yè)務(wù)（FE）。起過程為：首先初始化后，allowed_rate等于則本地業(yè)務(wù)可占用所有非預(yù)留帶寬。其次如果本地發(fā)生擁塞，allowed_rate等于local_fair_rate；最后如果本地?zé)o擁塞，allowed_rate按照一定的量值遞增，以提高本地公平業(yè)務(wù)的發(fā)送速率，直到達(dá)到占用所有非保留帶寬。越塞允許速率（allowed_rate_congested）的計算用于限制本地插入的經(jīng)過擁塞節(jié)點公平性業(yè)務(wù)（FE）。當(dāng)收到的SC-FCM包含No-full-rate值時，則本地利用該值計算出本地的Allow-rate-congestion值；如收到的SC-FCM為full-rate值時，則逐步增加allowed_rate_congested的值，以提高本地經(jīng)過擁塞節(jié)點的公平業(yè)務(wù)的發(fā)送速率，直到達(dá)到占用所有非保留帶寬。擁塞的判決條件有兩，一是環(huán)上從本地站點出來的實時非保留業(yè)務(wù)速率（lp_nr_xmit_rate）超過環(huán)路的非預(yù)留業(yè)務(wù)速率（unreserved_rate）。二是第二傳遞隊列（STQ）的深度超過擁塞深度門限的下限，或者非A0業(yè)務(wù)速率超過擁塞速率門限的下限。對于雙通過隊列MAC，擁塞門限的設(shè)定基于STQ的占用情況；對于單隊列MAC，門限的設(shè)定基于流經(jīng)MAC的業(yè)務(wù)速率。擁塞門限有三個等級：一、下限（low_threshold）。如果超過下限，則表明站點接近擁塞，這時本站要向上游發(fā)送較小的公平速率。二、上限（high_threshold）。如果超過上限，則表明站點已經(jīng)很擁塞，這時要禁止本地公平保證業(yè)務(wù)（FE）的發(fā)送。三、滿限（full_threshold）。對于雙通過隊列MAC，如果STQ超過滿限，則表明該STQ馬上要滿，這時STQ的業(yè)務(wù)要優(yōu)先于其它所有業(yè)務(wù)發(fā)送，直到STQ低于滿限。上限的設(shè)定要基于兩原則：其一是如果上限設(shè)得太低，則會頻繁地報告擁塞，反而會降低鏈路的利用率。其二是如果上限設(shè)得太高，則上限和滿限的差別將會太小。這將會限制環(huán)的直徑或可收回利用的A類業(yè)務(wù)的數(shù)量。4.5結(jié)論通過對RPR數(shù)據(jù)通道原理的系統(tǒng)認(rèn)識和其中的幀結(jié)構(gòu)的分析，得出了理論上對RPR數(shù)據(jù)流量控制的原理方案。在所的RPR數(shù)據(jù)流量方案中，主要就是由fifo和ram構(gòu)成的Top_fifo_64bit模塊和Shaper_control整形模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通道中的流量控制，其方案的將在第五章運用綜合工具SynplifyPro用通過ModelSim調(diào)試過的程序?qū)⑵渚C合模塊分別仿真出來給予驗證。調(diào)試仿真本章主要介紹所用到的調(diào)試仿真的軟件工具——ModelSim和綜合軟件工具Synplify/SynplifyPro的使用及一些相關(guān)的調(diào)試結(jié)果。對上一章的一些理論性的結(jié)果進行一些驗證。5.1ModelSim的介紹ModelSim是業(yè)界最優(yōu)秀的HDL語言仿真器，它提供最友好的調(diào)試環(huán)境，是唯一的單內(nèi)核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。是作FPGA/ASIC設(shè)計的RTL級和門級電路仿真的首選，它采用直接優(yōu)化的編譯技術(shù)、Tcl/Tk技術(shù)、和單一內(nèi)核仿真技術(shù)，編譯仿真速度快，編譯的代碼與平臺無關(guān)，便于保護IP核，個性化的圖形界面和用戶接口，為用戶加快調(diào)錯提供強有力的手段。全面支持VHDL和Verilog語言的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，支持C/C++功能調(diào)用和調(diào)試。這里對ModelSim代碼仿真的簡單介紹。5.2ModelSim代碼調(diào)試及步驟在完成一個設(shè)計的代碼編寫工作之后，可以直接對代碼進行仿真，檢測源代碼是否符合功能要求。這時，仿真的對象為HDL代碼，比較直觀，速度比較快，可以進行與軟件相類似的多種手段的調(diào)試。在設(shè)計的最初階段發(fā)現(xiàn)問題，可以節(jié)省大量的精力。其代碼調(diào)試的步驟如下：1．建立工程：在ModelSim中建立Project。如圖5-1所示，點擊FileNewProject，得到CreataProject的彈出窗口，如圖5-2所示。在ProjectName欄中填寫你的項目名字，建議和你的頂層文件名字一致。ProjectLocation是你的工作目錄，你可通過Brose按鈕來選擇或改變。DdfaultLibraryName可以采用工具默認(rèn)的work。圖5-1圖5-22．給工程加入文件：ModelSim會自動彈出AddItemstotheproject窗口，如圖5-3所示。選擇CreateNewFile后，根據(jù)相應(yīng)提示編寫程序。圖5-33．編譯：編譯（包括源代碼和庫文件的編譯）。編譯可點擊ComplileComplileAll來完成。4．裝載文件：如圖5-4，點擊SimulateSimulate…后，如圖5-5所示