Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004

1. Resilient Packet Ring • Литература по данной лекции: • http://www.rpralliance.org/ • RPR Alliance, 2001. "An introduction to Resilient Packet Ring technology" • RPR Alliance, 2003. "A summary and overview of the IEEE 802.17 Resilient Packet Ring standard" Rev. 1.01 / 06.02.2005 Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

2. Особенности Resilient PR Resilient Packet Ring - устойчивое кольцо с пакетной передачей (IEEE 802.17, стандарт начал разрабатываться в январе 2001 года). Разработка стандарт близится к завершению, но аппаратура различными производителями уже выпускается. • Среда передачи: оптоволокно. • Топология: двойное кольцо с возможностью автоматической переконфигурации. • Эффективное использование среды передачи (нет маркера, оба кольца активны, каждая станция может послать кадр адресату по двум путям). • Возможность поддержки мультимедийного трафика (voice grade). • Метод доступа: отсутствие коллизий, отказоустойчивая пакетная коммутация. • Стандарт описывает в основном MAC подуровень (устройство физического уровня PHY не регламентировано). • Скорости передачи не регламентированы, но стандарт спроектирован для скоростей выше 155Мбит/сек. • Станции могут заявлять требуемую полосу пропускания на основании алгоритма равноправия. • Максимальный размер сети - 255 станций. Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

3. Эффективное использование Эффективное использование среды передачи Благодаря тому, что трафик передается одновременно сразу по двум кольцам и кадры изымаются из кольца станцией-адресатом, общая пропуская способность кольца резко возрастает. Рассылка групповых и широковещательных сообщений осуществляется кадрами, совершающими полный оборот. Такой кадр будет путешествовать по сети до тех пор, пока его не уничтожит отправитель или не закончится счетчик времени (hop limit=255). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

4. Особенности Resilient PR Оба кольца могут быть использованы для передачи трафика. Алгоритм защиты восстанавливает работоспособность кольца за 50мс. Каждая станция принимает решение о том, по какому из колец посылать принятый или сформированный ею кадр (напоминает маршрутизацию). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

5. MAC подуровень MAC подуровень регламентирует: • формат кадра; • способ распределения полосы пропускания между станциями; • способ реагирования на перегрузки; • правила регулирования передачи кадров благодаря буферизации и наличию приоритетного трафика. Три класса обслуживания: • Класс А (высокий) - предустановленная скорость передачи Committed Information Rate, CIR (минимальные задержки); • Класс В (средний) - также есть (но они более слабые) ограничения на величину задержки при передачи, но при этом есть возможность для передачи сверх лимита CIR на основании алгоритма равноправия; • Класс С (низкий) - передача по наличию возможности (например, http трафик). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

6. Кадры RPR MAC подуровень RPR(IEEE 802.17) регламентирует следующие типы кадров: • Кадр с данными (максимальная длина - 9216 байт для jumbo, гигантскихкадров) • Кадр управления (исследование топологии и отказоустойчивость) • Кадр определения доступной полосы пропускания по алгоритму равноправия • Пустой кадр (Idle frame) Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

7. Кадр с данными Time-to-Live - время жизни (1 байт), каждая станция уменьшает на 1 значение данного поля. Ring Control - поле управления (1 байт). Биты: • RingID (идентификатор кольца); • бит "кадр равноправия" (ставится, если кадр необходимо обрабатывать с использованием этого алгоритма); • тип кадра (2 бита): управление, "равноправие", данные; • класс обслуживания (2 бита): А, В, С; • бит возможности возврата (ставится, когда вследствие процедур восстановления работоспособности кадр необходимо завернуть в обратную сторону); • бит четности (для кадров, подпадающих под алгоритм "равноправия"). Destination Address - адрес назначения (6 байт). Source Address - адрес отправителя (6 байт). TTL base - первоначальное значение поля TTL (1 байт). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

8. Кадр с данными Extended Ring Control - дополнительное поле управления (1 байт). Биты: • бит расширенного кадра (после HEC следует кадр, включающий свои DA, SA); • 2 бита индикации режима широковещания (нет, однонаправленный, двунаправленный); • бит "источник пройден" (ставится отправителем в случае, если завернутый вспять кадр прошел источник); • бит "строгий порядок следования" (для кадров соответствующего типа); • 3 бита зарезервировано. Head Error Control - CRC 16 для предыдущих байтов заголовка. Protocol Type - тип протокола верхнего уровня (2 байта), если значение меньше 1536, то содержимое данного поля означает количество байт в поле "данные", если выше, то поле означает тип протокола по спецификации IEEE. Frame Check Sequence - CRC 32 для поля данных. Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

9. "Заворачивание" кадра При возникновении проблем в сети станция имеет право "завернуть" кадр в обратную сторону, если в поле Ring Control выставлен бит "возврат возможен". Станция-отправитель в данном случае не удаляет кадр из кольца, а ставит у него пометку "источник пройден", индицируя ситуацию заворачивания трафика. Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

10. Прием и передача кадров При приеме кадра станция должна передать его содержимое обработчику более высокого уровня, подуровню управления или положить в буфер передачи. При этом, широковещательные и кадры для этой станции передаются наверх или подуровню управления, а широковещательные и кадры для других станций передаются в выходной буфер. При передаче станция должна отправлять свои кадры в следующем порядке: 1. Класс А 2. Класс В 3. Класс С В случае аппаратной реализации с одной входной очередью порядок при отправлении при наличии поступивших на станцию кадров следующий: 1. Кадры из входной очереди 2. Кадры управления 3. Кадры данной станции Т.е. станция имеет право передавать свои кадры только в случае свободной среды передачи. В случае, если станции требуется большая полоса пропускания, она может запросить ее по алгоритму "равноправия". Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

11. Две очереди приема/передачи В случае аппаратной реализации сетевых интерфейсов с двумя входными очередями порядок при отправлении при наличии поступивших на станцию кадров следующий: 1. Кадры из главной входной очереди 2. Кадры из вторичной входной очереди (если она близка к переполнению) 3. Кадры управления 4. Кадры данной станции 5. Кадры из вторичной входной очереди В главную входную очередь (Primary Transit Queue) попадают только высокоприоритетные кадры (класс А). Размер вторичной очереди (Secondary Transit Queue) намного превышает размер PTQ. PTQ кольцо кольцо TX логика RX логика STQ А В С Сетевое программное обеспечение Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

12. Модель RPR MAC подуровень выбор кольца сбор и анализ поступивших кадров контроль трафика, кольцо 0 TX контроль трафика, кольцо 1 TX кольцо 0 RX кольцо 1 RX Процедуры возврата трафика (опциональны) п/у согласования кольцо 0 п/у согласования кольцо 1 PHY 0 (Ethernet) PHY 1 (SONET/SDH) Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

13. Проблема равноправия в ЛВС Во многих сетевых архитектурах, например, Ethernet, существует неравенство коммуникационных устройств по отношению к возможностям доступа к определенным ресурсам в сети (к маршрутизатору, через который осуществляется доступ к Интернет или к выделенному файл-серверу). Компьютер А имеет потенциально намного более широкий канал доступа к серверу и Интернету, чем компьютер В. маршрутизатор репитер сервер А репитер Интернет В Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

14. Алгоритм "равноправия" Fairness algorithm (алгоритм равноправия) в RPR предназначен для обеспечения возможности передавать незарезервированный трафик, т.е. управления потоком кадров классов В и С, а также предоставить всем станциям по мере возможности более-менее равные условия доступа к сетевым ресурсам. Каждая станция периодически генерирует кадры равноправия, в которые заключаются предложения этой станции о желательной для нее полосе пропускания. Кроме этого каждая станция принимает кадры "равноправия", из которых она может узнать разрешенную для нее скорость передачи, а также распознавать ситуации переполнения в сети. Ситуация переполнения появляется при достаточном длительном отсутствии у станции возможности передавать свои кадры. Fairness Header - заголовок кадра "равноправия" (2байт). Fair Rate - предлагаемая скорость передачи (2 байт). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

15. Алгоритм "равноправия" Во время работы все станции шлют друг другу кадры "равноправия" с указанием своего свободного времени (в период переполнения сети оно мало, в другие моменты может достигать значения максимальной пропускной способности сети). Заявка времени в кадре "равноправия" сообщает другим станциям о трафике, который возможен от нее в ближайшее время. Каждая станция в сети заводит банк данных о текущем состоянии других станций. Получая кадры "равноправия" станция будет выдавать в сеть столько кадров, сколько ей разрешат другие. Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

16. Исследование топологии Исследование конфигурации сети в RPR идет постоянно, поскольку в каждом кадре присутствует поле TTL, уменьшаемое на 1 после прохода каждой станции. Т.е. всегда можно узнать своего ближайшего соседа и окружение в целом. Также в специальном кадре "топология" распространяется информация о времени, зарезервированном для трафика класса А. Отказоустойчивость обеспечена тем, что станции постоянно шлют в среду передачи кадры "keepalive", свидетельствующие о факте их функционирования. После возникновения отказа в сети (или по команде реинициализации) работоспособность сети восстанавливается через 50мс (возможна процедура сворачивания колец, подобная процедуре в FDDI). Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs

17. Аспекты применения RPR • RPR может применяться как для сетей городского масштаба (MAN), так и для ЛВС (LAN) • Отсутствие определения устройства физического уровня PHY и единый LLC подуровень делают возможным легкое сопряжение RPR и сетей Ethernet • Возможность функционирования RPR поверх SDH/SONET позволяет использовать глобальные коммуникации для организации колец RPR Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004 NETS and OSs