TN307 進階網路技術

1. 元智大學網路技術系 TN307進階網路技術 指導教授 :王井煦

2. 三年級 A班 第四組成員 • 935606 吳朝元 • 935623 林運來 • 935626 林振全 • 935629 羅濟本 • 935632 鄭恒昌 • 935633 鍾嘉宏 • 935649 蕭遠訓

3. 分組報告作業題目  RPR 與 EOS 應用在都會網路分別解決了哪些問題  請比較EOS 與 RPR技術特性差異

4. RPR 與 EOS 應用在都會網路分別解決了哪些問題 ? • 何謂 RPR ? • RPR 是為基於在兩個反方向的環上傳輸分組數據而優化的一種二層技術，它定義了一個新的 MAC 層。RPR 與媒介無關，它沒有定義新的物理層，可以使用乙太網物理層和 SDH/SONET 物理層。 • 內嵌 RPR 是基於 SDH 的 MSTP ，它可以解決都會網路中語音和數據業務傳輸之間的矛盾； 傳統 SDH 技術支援 TDM 業務的傳輸，保證窄頻業務的傳輸品質；而 RPR 技術則保證數據業務高效地傳輸。

5. 彈性分組環（Resilient Packet Ring；RPR） • 背景 • IEEE 802 組織在 2000 年 3 月成立 RPR 研究小組 • 2000 年 12 月成立 IEEE 802.17 RPR 工作小組（Working Group）開始標準的制定工作 • 2002 年 2 月制定了第一版草案：Draft 0.1 • 2004 年 4 月制定了 Draft 3.3，本版本會是 RPR 標準的正式版本，並於 2004 年中通過。 • 2002 年 11 月還成立了 802.17a 工作小組負責制定 RPR 與其他802 網路橋接的標準，並進入發起人投票階段 • 2004 年 1 月成立了 RBR（Resilient Backplane Ring）研究小組來負責RPR 背板（Backplane）標準的制定。

6. 2. 技術發展 • RPR 是一種雙向環狀光纖網路，兩個方向皆可傳送控制訊號與資料封包，當節點收到封包時，會先檢查該封包是否屬於自己，如果是，則接收下來，如果不是，則讓它傳送到下一個節點，傳送封包時會決定不同服務等級封包的傳送順序，由於採用這種封包塞取的機制，因此 RPR 有頻寬再利用（spatial reuse）的特性，因此不同的資料可同時在網路上不同區域傳送，這是 SONET/SDH 所沒有的特性。

7. RPR 三種核心技術 • 自動拓普發現 • RPR 網路上的每個節點會週期性的廣播拓普發現訊息給其他節點，因此每個節點可透過接收到的拓普發現訊息來建立網路的拓普結構，包括各個節點的位址、權重與順序，而當新增或移除節點時，每個節點也能夠隨時更新網路的拓普結構，因此 RPR 網路具有分散式管理的 plug-and-play 的特性，網路的拓普結構也是進行公平性機制與保護機制時，不可或缺的資訊。

8. 公平分配頻寬 • RPR 網路為各個節點共享傳輸媒介的網路，公平性機制可控制整個網路各個節點取用頻寬的公平性，當某節點偵測到其下游鄰接連線發生壅塞時，會依照上游節點的權重，計算出其可用頻寬並透過公平性訊息經由反向光纖往上游傳送，如此上游節點便可限制其經過壅塞連線的流量。

9. 快速保護回復 • 相較於乙太網路使用擴張樹（Spanning Tree Protocol）與 OSPF（Open Shortest Path First）的網狀網路保護回復機制的緩慢（數十秒至數分鐘），RPR 與 SONET/SDH 一樣利用雙向環狀網路先天上的優勢，使回復時間小於 50ms。

10. RPR 的保護回復機制 1：”環回”（ring wrap） 當網路中斷時，”環回”是在中斷點兩端的節點將資料透過反向光纖往回送。 2 : “定向”（packet steering） 是將網路中斷的訊息廣播給所有的節點知道，之後傳送資料的來源端便會將資料送往避開中斷點的方向。 • 兩者的回復時間皆需符合50ms 的要求

11. 應用現況 • RPR 是一種針對 packet-based 服務作最佳化的新的媒體存取控制層通訊協定，同時擁有乙太網路技術使用頻寬的彈性與 SONET/SDH 技術的服務品質保證，在packet-based 網路服務需求大量增加，且需要服務品質保證保證的服務例如視訊會議、多媒體應用逐漸普及的今日網路世界中，RPR 技術更加突顯其重要性，目前市面上已有多種 RPR 產品問世。

12. 衆多營運商的選擇 隨著用戶對乙太網業務需求的增長，越來越多的營運商在進行新的都會網路投資建設時，開始將重點由基於 TDM 的産品向基於乙太網和 IP 的産品轉變。一份針對歐美及亞太地區 27 家基礎電信運營商的調查報告表明，將有約 2/3 的電信營運商計劃開始提供有 QoS 保障的乙太網服務，其中的重點業務將有分組語音、按需帶寬服務 BOD 及資料專線業務等。

13. 在多種都會乙太網路技術中，RPR 分組環技術將有希望迎向大量應用的春天。 在Infonetics Research新發佈的《城市光纖及乙太網投資報告》中顯示，有超過 60％ 的 電信營運商將會於 2005 年開始在都會乙太網路中選用 RPR 技術。 相比 2003 年，選用 RPR 技術的運營商數量高出了一倍以上。

14. RPR 優劣 • RPR 是一種採用雙環結構的環形網路技術，它通過把物理層點到點連接的節點鏈轉換爲真正的共用鏈路，有效地統計資料業務。 • 目前支援的速率包括 1Gbps、2.5 Gbps 及10 Gbps，RPR 也可以用來傳送 TDM 等信號，對應的標準爲 IEEE 802.17。 • RPR 具有快速二層交換、基於分組的環網空分複用、環繞接保護及 QoS 保障的技術特點。能夠有效傳送資料、語音等多類型業務，適用於以資料業務爲主、TDM 爲輔的網路。

15. RPR 環結構的顯著特點是其網路結構相當簡單，通過與 SDH 及乙太網技術相比較，不難發現 RPR 兼顧了 SDH 及乙太網的優點，在綜合業務傳送方面頗具特色。 • SDH 技術中網路操作相對複雜，而 RPR 通過有效的環網資源管理功能加以改進 。 • RPR 具有擁塞控制功能，增加了對突發性業務的控制能力。 • 在網路中使用 RPR 技術，能夠自由設定對每個業務的保護比例，比 SDH 技術網路保護一切的做法更加先進。

16. 在RPR環上，每個節點對應一個唯一MAC地址，節點數最多支援 254 個，所有節點都可以基於邏輯MAC 地址進行快速二層交換。 • 一個 RPR 環網即構成一個虛擬的分散式第二層交換機，極大地簡化了原來由 SDH、乙太網交換機、IP 路由器等組成的複雜網路。RPR 的自動拓撲發現機制也優於 SDH的人工拓撲配置。 • 與乙太網路無環網保護機制的缺陷相比，RPR 可滿足故障恢復時間小於 50ms 的電信級要求。

17. RPR 針對傳統乙太網資源管理不充分的問題，增加了動態帶寬控制機制，通過對每個業務流排列、擁塞控制等，將乙太網資料業務效率提高到 95％，遠遠高於傳統乙太網不足 50％ 的利用率。 • RPR 的特點決定了其在城市網域網路中的應用將主要集中在彙聚層面，RPR 簡單有效的環網結構能夠極大地改善這一層面資料業務的傳送效率和質量，環形拓撲結構也正適合彙聚層的網路要求，對同時保證資料業務的傳輸效率和傳輸質量是非常重要的。

18. RPR 的不足之處同其優點一樣鮮明，作爲一種主要面向資料傳輸的技術，其對於TDM 業務的支援還有待完善。 • RPR 技術網路的網管系統無法管理複雜龐大的網路，缺少有效的端到端配置和性能管理功能，因此，RPR 技術並不適用於複雜的網路。

19. 新世代 SDH - Ethernet over Sonet (EoS) Next GenerationSDH 系統功能概述 • Next Generation SDH (NG SDH) 系統乃寬頻都會網路重要的接取設備，具有介接來自傳統PDH 網路 T1/E1 線路傳輸的存取服務，將其資料格式轉換為可介接光纖網路的資料格式，也就是說，其後可連接 1310nm 的光纖及提供光纖網路良好的自動保護機制(Automatic Protection Switching)，此 Next Generation SDH 的產品提供 STM-1 光介面，可以連接多達 16 個 T1/E1 線路。

20. 市場定位 • Next Generation SDH 是光纖網路的一個重要設備。 • 它可介接多個低速、傳統電信網路模組，如1.544/2.048 Mbps 的 PDH T1/E1 接口，整合低速的網路模組的資料，再透過高速光傳輸介面模組將用戶資料傳送至電信機房的語音或數據交換設備，此高速光傳輸介面的傳輸速度可達約155.52M bps。

21. Next Generation SDH 設備可以放在接取網路中或電話公司電信機房內。在接取網路的建置中包括機房、商業大樓地下室及寬頻住宅大廈的警衛室等。

23. NG SDH系統功能需求 • Next Generation SDH 接取系統為寬頻都會網路中一個重要的元件，以一個 NG SDH 系統，通常可以提供達六十三個 T1/E1 模組，若以未來系統升級的功能需求，將可同時提供更多的傳統的T1/E1 接入。 • EOS Mapper 主要為 NG SDH 系統中一個重要的模組，若以一個 Ethernet over SONET/SDH 系統，通常可以提供達八個 10/100M的 Ethernet 模組，且依未來的Next Generation SONET/SDH的功能需求，本系統將可同時提供傳統的 E1/E3 接入。

24. 應用現況 1. 背景 城市網域網路中的資料和 IP 通信量不僅呈現出指數增長的趨勢，而且正變得越來越活躍—它混合了各種不同的協定，並且滿足了對不斷提升的資料傳輸率的需求。   那麽，要想適應對更高帶寬、不斷更新的協定以及新服務的日益增長的需求，什麽才是最好的戰略呢？

25. 電信營運商爲了適應通信量的增長和客戶的需求就需要在其運營過程中實現最大的效率和靈活性。電信營運商爲了適應通信量的增長和客戶的需求就需要在其運營過程中實現最大的效率和靈活性。 他們需要縮短安裝可産生收入的新應用的周期並加快增加帶寬的步伐。 電信營運商一方面必須承受減少投資和運營成本的巨大壓力，另一方面還要讓現有網路的投資最大化。

26. SDH 之現狀 • SDH 在長途網（語音和資料）和語音城市網域網路中是一種占支配地位的傳輸協定。作爲一種富有彈性的、已被人們瞭解得很透徹的傳輸機制，SDH可以說經受住了時間的考驗。 • 它可以提供運營商級的可靠性—99.999%的可用性、50毫秒的備份路徑切換、還有價格昂貴的性能監測系統。 • 此外，SDH 還具有傳送不同業務類型的能力，無論是語音連接，還是 ATM 或 IP 連接，每種協定都能夠支援最新的 QoS 性能。

27. 現行的 SDH 網路存在的缺陷 • 傳統的 SDH 主要設計用來傳送語音業務，因而對傳送資料來說就顯得僵硬和沒有效率。 • 它繼承了舊式語音網路相對粗糙的顆粒度—2Mbps、34Mbps、165Mbps 等等。在處理大量湧現的資料業務時，即使連接線路是空的或者只有部分通信量時也需要佔用全部帶寬。冗餘的帶寬不但沒有産生效益，用戶還得爲此多掏錢。

28. 解决方案 • 當乙太網不夠可靠（有性能退化傾向和丟失資料的現象） • SDH 雖然可靠性強但對於資料傳輸來說又顯得僵硬且成本過高。 答案：下一代SDH Ethernet over Sonet (EoS)

29. 競爭優勢 • 能夠以相對少的投資在接入網和都會網中安裝新設備來增強現有 SDH 網路的能力。 • 可以提供營運商級的傳輸所需的管理性能和高可用性。

30. EOS 技術

31. EOS（Ethernet over SDH／ SONET） • 此技術是一種很好的網路解決方案。它類比面向無連接的全網狀結構，使乙太網可以 “透明地” 穿越 WAN／MAN，同時，也大大簡化了對網路的管理。 • EOS 將使營運商可以在原有網路上提供新的增值業務，避免了爲提供新的業務再去建設新網路的重復投資，進一步優化利用了原有的網路資源。

32. Ethernet over SDH 系統的原理結構 • 現行標準中規定可以選用三種乙太網映射方式中的一種： • LAPS方式（ITU-T X.85） • PPP方式（IETF系列RFC） • GFP方式（ITU-T G.704）

33. LAPS • Ethernet over SDH 系統實現了一個 IP 資料包多交換光廣域網，它本質上採用的是無連接網路機制，內在的全網狀連接提供適合於分散式通信的無連接網路機制，爲業務提供者節省大量的光帶寬。 • Ethernet over SDH 將乙太網的二層交換靈活性和資源優化能力與現有的 SDH 光網路的大容量、高帶寬效率和低協定開銷相結合，從而得到一種高速、經濟的資料接入解決方案。

34. Ethernet over SDH 系統的實現是通過在 SDH 設備（如ADM）上增加乙太網介面或採用乙太網交換機，由乙太網介面或交換機提供映射和VC 級聯等功能。

35. 下圖中，Ethernet over SDH 系統的協定層（參見ITU－T X.86 P6 圖4）分三層： • 網路層爲 IPv4 或 IPv6 • 鏈路層由三個元素組合而成：LLC/MAC/LAPS • 物理層爲 SDH 傳送網 其中 LAPS 是 HDLC 協定的一種，它提供資料連結服務及協定規範。

36. Ethernet over SDH 系統的原理結構如圖所示

37. PPP 乙太網業務 PPP 功能是指來自乙太網介面的資料不經過二層交換，直接進行協定封裝和速率適配後，映射到 SDH 的VC 中，然後通過 SDH 節點進行點到點傳送。

38. GFP GFP 就是通用框架處理程式（Generic Framing Procedure），它的基礎是 SDL : 是一種先進的資料信號配對、映射技術，通過它可以透明地將上層的各種資料信號封裝爲可以在現有的傳輸網路中有效傳輸的信號。 目前，ITU-T G.7041 已對其進行了標準化。 .GFP

39. 請比較EOS 與 RPR技術特性差異 RPR 的高效支援等技術優勢 採用GFP協定，EOS 消除了複雜的協定轉換，使乙太網技術擴展到 MAN/WAN，從而大大降低了網路運行費用和複雜性。作爲新的一種適配機制，GFP爲LAN、SAN的互連、Internet 接入以及其他資料傳輸提供了一種有效、可擴展和統一的模式。通過 GFP 技術，結合LCAS，VC技術等，可以給原有的 SDH 網路賦予新的功能，以有效支援諸如乙太網專線出租（Ethernet Private Line）、虛擬專線（Virtual Private Line）等新的增值業務，使運營商通過優化原有的網路即可實現對新的資料業務的有效支援。

40. 資料的傳送對於日常商業運作變得越來越關鍵，而傳統的 SDH 設備不能提供高速率、低成本的資料業務；同時要對新設備進行可觀的投資和撤出對現有SDH設備的投資，把 SDH 網路重組成一個純資料網路也不經濟；而且純資料網路不能經濟地實現現有的傳統業務，如固定帶寬的租用線業務和話音業務。Ethernet over SDH 技術可以解決我們現在的困境，高帶寬的資料業務在現有的 SDH 設備上可以很容易和經濟的實現。

41. Ethernet over SDH 技術不僅可以應用於地域上被分開的公司分部之間的局域網互聯業務，而且還可以提供其他應用，如公司辦公室到因特網業務提供商的高速局域網接入，或借助 SDH 環的可靠保護特性構造校園局域網的骨幹。 用戶的受益是明顯的：他們可以得到一個構造在可靠的 SDH 設備上的直到家門口的完全管理的局域網業務。 Ethernet over SDH 技術克服了傳統 SDH 在資料傳送上的局限性，爲 SDH 的接入開拓了新天地。

42. RPR 提高網域乙太網效率 企業傳統上利用二層機制來取得基本的網域乙太網彈性，例如生成樹或三層路由協定。 但是，這些機制要來恢復網路運行需要數秒時間，因此不能適應企業網上迅速普及的延遲與抖動敏感資料應用需要的狀況。 爲了取得更高的彈性，企業必須在園區節點之間安裝固定帶寬的點對點線路（即光纖）和具有保護性的備份路徑。而這是一種費用昂貴的方法。

43. 企業需要的是一種既具有 SONET 的彈性，又具有基於分組服務特性的高效率城域乙太網架構。 彈性分組環（RPR）是一種滿足上述需要的新興二層介質訪問控制（MAC）技術。 IEEE已經爲 RPR 制定了草案規範，並且將於今年批准這項標準。

45. RPR 利用乙太網交換技術和雙纖反向傳輸環路拓撲結構。 RPR 在提供多點乙太網/IP服務的同時，還提供了類似於 SONET 的網路彈性和經過優化的帶寬利用率。RPR 採用自有的保護方案，利用物理層報警資訊和二層協定通信來檢測節點或鏈路故障。 當檢測到故障時，RPR交換機制在不到50毫秒內恢復網路。

46. 由於 RPR 是基於二層 MAC的技術，所以它可以運行在包括 SONET 之內的多種物理層上。 因此，可以通過在 SONET 網路上運行 RPR 來支援VoIP、視頻、業務連續性、遠端學習等資料應用。這種應用可獲得彈性的、高效率、多點功能和可伸縮性的優點，企業可享受到 RPR 帶來的以上諸多好處。

47. RPR 雙環路設計的另一個主要優點是乙太網資料流程在環路上雙工傳送，從而取得最大的頻寬利用率。 RPR 採用一種空間重用機制。 RPR 不要求資料流程遍曆整個環路。相反，RPR 直接將資料流程發送到目的節點，從而保證環路頻寬足可提供網路上其他工作站使用。 RPR 在建立 CIR 和峰值速率值的同時，還採用了多路統計技術，可使頻寬的利用率提高。 這就保證每個企業應用既具有 CIR，又具有在頻寬使用時將速率提高到峰值水平的能力。利用這種機制，每個部門只爲額外使用的頻寬付費，而不用按照固定頻寬計費。