RPR (Resilient Packet Ring) hay IEEE 802.17, giao thức lớp MAC đang được chuẩn hóa bởi IEEE, là giải pháp cho vấn đề bùng nổ nhu cầu kết nối tốc độ cao và chi phí thấp trong khu vực thành phố. Bằng cách ghép thống kê gói IP truyền trên hạ tầng vòng sợi quang, có thể khai thác hiệu quả dạng vòng quang và tận dụng ưu điểm truyền gói như Ethernet. Khi có lỗi node hay liên kết xảy ra trên vòng sợi quang, RPR thực hiện chuyển mạch bảo vệ thông minh để đổi hướng lưu lượng đi xa khỏi nơi bị lỗi với độ tin cậy đạt tới thời gian nhỏ hơn 50 ms.
RPR sử dụng vòng song hướng gồm hai sợi quang truyền ngược chiều nhau, cả hai vòng đồng thời được sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển. RPR cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời gian và chi phí của việc giám sát mạng. Trong RPR không có khái niệm khe thời gian, toàn bộ băng thông được ấn định cho lưu lượng. Bằng cách tính toán khả năng mạng và dự báo yêu cầu lưu lượng, RPR ghép thống kê và phân phối công bằng băng thông (fairness) cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích hơn nhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian.
RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn vì vậy có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet (sử dụng GBIC - Gigabit Interface Converter). Ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS. MPLS kết hợp thiết bị rìa mạng IP lớp 3 với thiết bị lớp 2 như ATM, Frame Relay. Sự kết hợp độ tin cậy và khả năng phục hồi của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và khả năng mở rộng của MPLS VPN và MPLS TE được xem là giải pháp xây dựng MAN trên thế giới hiện nay.
Hiện nay RPR là vấn đề khá phức tạp và chưa được chuẩn hoá đầy đủ, nhiều nhà sản xuất có sản phẩm RPR 802.17 nhưng khả năng tương thích giữa sản phẩm của các hãng khác nhau là không chắc chắn.
2.1.4.2 Sơ lược về chuẩn RPR 802.17 a. Vòng RPR
RPR sử dụng vòng song hướng gồm 2 sợi quang truyền ngược chiều đối xứng nhau. Một vòng được gọi là vòng ngoài (Outer ring), vòng kia được gọi là vòng trong (Inner ring) gọi chung là ringlet. Hai ringlet có thể đồng thời sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển. Một node gửi gói dữ liệu trên hướng downstream và gửi gói điều khiển trên hướng ngược lại upstream trên ringlet kia.
Hình 2.6: Vòng RPR b. Các Class dịch vụ RPR hỗ trợ
Để hỗ trợ dịch vụ với các yêu cầu QoS khác nhau, RPR hỗ trợ 3 lớp dịch vụ (CoS), các dịch vụ này được sắp xếp bởi MAC Client tương ứng với yêu cầu QoS riêng của chúng. Trong đó Class A tương ứng với dịch vụ được giữ trước và dịch vụ có độ ưu tiên cao, Class B tương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên trung bình, Class C tương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên thấp. Điều đáng lưu ý là vòng RPR không loại bỏ gói để giải quyết tắc nghẽn vì thế khi một gói được thêm vào vòng, thậm chí khi gói thuộc Class C thì nó vẫn tới đích.
Lưu lượng Class A được chia thành Class A0 và Class A1, lưu lượng Class B được chia thành Class B-CIR (Committed Information Rate) và B-EIR (Excess Information Rate). Class C và Class B-EIR gọi là Fairness Eligible (FE) bị tác động của RPR-fa là giải thuật phân phối băng thông trên trạm nhằm tránh tắc nghẽn xảy ra.
Băng thông trên vòng được giữ trước bằng hai cách:
- Cách thứ nhất gọi là đặt trước (reserved) chỉ được sử dụng bởi lưu lượng Class A0 và băng thông được giữ trước như nhau ở tất cả các trạm trên vòng. Nếu trạm không sử dụng băng thông A0 thì lượng băng thông được giữ trước này bị lãng phí. Theo cách này lưu lượng như TDM có thể được gửi bởi trạm RPR như gói A0.
- Cách thứ hai gọi là khôi phục (reclaimable). Một trạm cần gửi lưu lượng Class A1 và Class B-CIR, giữ trước băng thông “reclaimable” cho loại lưu lượng
này. Nếu băng thông này không được sử dụng thì có thể được sử dụng bởi lưu lượng FE.
c. Phát hiện và điều khiển tắc nghẽn
Đạt đến băng thông cân bằng và chia sẻ tài nguyên trong kiến trúc mạng vòng tốc độ cao bao phủ một khu vực thành phố rộng lớn là một mong đợi và cũng là thách thức kĩ thuật. Fairness là một ưu điểm thiết kế của RPR so với kĩ thuật truyền gói trong MAN như Gigabit Ethernet để làm việc trong môi trường như thế.
Fairness điều khiển truy nhập của các node đến băng thông sẵn sàng trên vòng một cách công bằng tránh tình trạng một node tham lam chiếm băng thông, tạo ra trễ và tắc nghẽn. Giải thuật fairness (RPR-fa) chỉ áp dụng cho gói ưu tiên thấp, gói ưu tiên cao không theo RPR-fa và có thể truyền chừng nào bộ đệm còn đủ trống.
RPR-fa thực hiện những chức năng sau trong lớp MAC:
- Xác định khi nào ngưỡng tắc ngẽn bị vượt qua và khi nào tắc nghẽn giảm.
- Xác định fairrate để quảng bá bản tin điều khiển fairness.
- Truyền thông tin về fairrate đến các node phát lưu lượng qua điểm tắc nghẽn để các node điều chỉnh tốc độ phát lưu lượng được phép của chúng.
Tắc nghẽn được phát hiện khi:
- Tổng lưu lượng phát của một node vượt quá dung lượng liên kết trừ đi băng thông giữ trước cho lưu lượng không chịu tác động của RPR-fa (lưu lượng ưu tiên cao).
- Độ sâu của hàng đợi truyền thứ cấp STQ vượt quá ngưỡng dưới (low- threshold) là giá trị định trước.
- Thời gian truy nhập của Class B-EIR và Class C hết.
d. Chuyển mạch bảo vệ thông minh
Tự phục hồi là đặc điểm quan trọng của RPR. Yêu cầu là cung cấp bảo vệ thông tin hệ thống trong vòng 50ms trong trường hợp lỗi node hay vòng. Có hai kĩ thuật được biết là Wrap (bao bọc) và Steer (dẫn hướng). Steer là kĩ thuật bảo vệ chính và Wrap là một tùy chọn đối với node RPR. Tuy nhiên tất cả các node trong vòng chọn cùng một kĩ thuật bảo vệ.
Trong khám phá cấu hình, mỗi node RPR sẽ chỉ ra nó có hỗ trợ kĩ thuật Wrap hay không. Nếu tất cả các node có thể hỗ trợ bảo vệ Wrap, kĩ thuật bảo vệ sẽ dựa trên luồng gói để chọn Wrap hay Steer. Nói cách khác, Steer sẽ được chọn như sự phối hợp bảo vệ trong vòng RPR.
Một bản tin bảo vệ (protection) sẽ báo hiệu lỗi giữa các node trong cùng vòng RPR. Bản tin này sẽ chứa thông tin cần thiết cho RPR thực hiện Wrap hay Steer.
Hình 2.7: Đường đi của dữ liệu trước khi sợi quang bị đứt 1. Kỹ thuật Wrap
Một vòng RPR gồm hai vòng sợi quang truyền ngược chiều nhau. Nếu một thiết bị hay sợi quang bị phát hiện có lỗi, lưu lượng đang đi đến và từ hướng bị lỗi sẽ bị wrap ngược về theo hướng đối nghịch trên vòng quang kia. Wrap xảy ra trên node kế cận với lỗi, dưới sự điều khiển của giao thức chuyển mạch bảo vệ.
Một ví dụ đường truyền dữ liệu trước khi xảy ra lỗi như hình 2.7. Trước khi sợi quang đứt Node 4 gửi lưu lượng đến Node 1 qua con đường Node 4->Node 5->
Node 6-> Node 1.
Hình 2.8: Đường đi của dữ liệu sau khi wrap
Có một lỗi đứt sợi giữa Node 5 và Node 6, Node 5 và Node 6 sẽ wrap lưu luợng vòng Inner qua vòng Outer. Sau khi quá trình Wrap được khởi động, lưu lượng từ Node 4 đến Node 1 sẽ khởi động đi qua con đường Node 4-> Node 5->
Node 4-> Node 3-> Node 2-> Node 1-> Node 6-> Node 1.