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RPR（Resilient Packet Ring，彈性分組環）是一種新型的MAC（Media Access Control，媒體訪問控製）協議，可運行於SONET（Synchronous Optical Network，光同步網絡）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體係）、DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密級波分複用）和以太網之上，為寬帶IP城域網運營商提供靈活高效的組網方案。
RPR技術是為了在城域網中支持大容量的數據業務而設計的，具有以下特點：
l 物理層多樣性
l 帶寬利用率高
l 支持廣播和組播
l 拓撲自動發現，支持節點的即插即用
l 快速保護機製，通過拓撲保護能夠實現50ms內的故障自愈
l 通過支持帶寬預留業務以及速率限製提供流量等級保證
l 公平的節點帶寬分配
RPR采用逆向雙環結構，數據沿環網在節點之間進行轉發，如圖 1所示。
圖 1 RPR環網結構示意圖
l 0環：RPR雙環中，數據幀發送方向為順時針的稱為0環，也稱Outer Ring（外環）。
l 1環：RPR雙環中，數據幀發送方向為逆時針的稱為1環，也稱Inner Ring（內環）。
l 節點（Station）：RPR環網上的設備，負責接收和轉發數據幀。
l 鏈路（Link）：連接相鄰節點的一段傳輸通道，相鄰節點之間由方向相反的兩條鏈路連接。
l 段（Span）：RPR環網上兩個相鄰節點之間的鏈路，由方向相反的兩條鏈路組成。
l 域（Domain）：多個連續的段和這些段上的節點構成了域。
l 西向端口：在1環上發送數據幀、在0環上接收數據幀的物理端口。
l 東向端口：在0環上發送數據幀、在1環上接收數據幀的物理端口。
l 邊（Edge）：當段或和段相鄰的節點出現故障時，段不能轉發數據就成為邊。
l 環狀態：分為閉環和開環。不存在邊的環為閉環，存在邊的環為開環。
在RPR環網中，節點與環配合完成數據操作，操作方式包括以下四種：
l 上環（Insert）：節點把來自環網外的數據幀插入到RPR環網的數據流中；
l 下環（Copy）：節點從RPR環網的數據流中接收數據幀，並將數據幀交給上層作相應處理；
l 過環（Transit）：節點將途經本節點的數據幀轉發到下一個節點；
l 剔除（Strip）：節點不再往下轉發途經本節點的數據幀，即終止數據幀在RPR環網上的轉發。
各節點分別采用上述基本數據操作及其組合來提供對單播、廣播、組播以及未知單播的支持。
圖 2 RPR單播實現示意圖
如圖 2所示，RPR對單播數據幀的轉發方式如下：
(1) 對數據幀在源節點執行上環操作，將其插入0環或1環的數據流中；
(2) 在數據幀途徑的每個中間節點，都對其執行過環操作；
(3) 當數據幀到達目的節點或其TTL值變為0時，對其執行下環和剔除操作。
可以看到，對於單播流量，RPR采取的是目的節點剔除方式，不同於傳統環網技術的源節點剔除。目的節點剔除能夠有效提高帶寬的利用率，使得帶寬的空間重用技術更高效。
圖 3 RPR廣播、組播和未知單播實現示意圖
如圖 3所示，RPR對廣播數據幀、組播數據幀和未知單播數據幀的轉發方式都相同，具體如下：
(1) 對數據幀在源節點執行上環操作，將其插入0環或1環的數據流中；
(2) 在數據幀途徑的每個節點，隻要其TTL值不為0，就都對其執行數據過環和下環操作；
(3) 當數據幀返回到源節點或其TTL值變為0時，對其執行剔除操作。
RPR通過拓撲發現來收集環網節點的數目、環狀態、節點之間的排列順序等信息，並生成拓撲數據庫。當環網拓撲穩定後，對應的拓撲數據庫不再變化。
每個RPR節點都會維護一個拓撲數據庫，其中保存著整個RPR環網的拓撲信息，是節點生成選環表的主要依據。拓撲數據庫包含三個部分：
l 環網的拓撲信息，如：節點個數、環狀態和可用帶寬等。
l 本節點的拓撲信息，如：MAC地址、保護類型、節點保護狀態、節點名稱、本節點的拓撲信息校驗和以及鄰居節點的拓撲信息校驗和等。
l 其它節點的拓撲信息，如：MAC地址、有效狀態、可達狀態、保護類型、節點索引、保留帶寬以及節點名稱等。
在RPR的拓撲發現過程中，主要通過TP（Topology Protection，拓撲保護）幀、ATD（Attribute Discovery，屬性發現）幀和TC（Topology Checksum，拓撲校驗和）幀來傳播拓撲信息：
l TP幀用來廣播各節點的配置和狀態信息，其它節點則根據收到的TP幀來更新自己的拓撲數據庫，最後使得環上的每一個節點對環的拓撲信息都有一個一致的認識。
l ATD幀用來傳遞節點的MAC地址、名稱等屬性信息，這些屬性信息也會保存在拓撲數據庫中。
l TC幀用來在相鄰節點間傳遞拓撲信息校驗和，用於校驗鄰居節點和本節點的拓撲數據庫是否匹配，以判斷RPR環網拓撲是否穩定。
這三種幀都是周期性發送的，且周期長度都可以進行配置。其中，TP幀和TC幀有兩種發送周期——快速發送周期和慢速發送周期：
l 當環上節點初始化，或者環上節點檢測到拓撲發生變化時，將觸發TP幀的快速發送，迅速將網絡拓撲信息傳遍整個網絡。以快周期發送9個TP幀後，再以慢周期發送。
l 當環網拓撲穩定並收斂後，將觸發TC幀的快速發送，以快周期發送5個TC幀後，再以慢周期發送。
l 無論拓撲情況如何，ATD幀都是按用戶設置的周期定時發送。
RPR故障自愈能力非常強，其保護機製可實現事件檢測、快速自愈，以及在光纖或節點故障後業務快速恢複，從而使網絡能夠迅速檢測到故障並作出適當反應，保證業務在50ms內可以快速恢複。RPR支持的故障響應方式有以下兩種：
Passthrough方式主要用於節點故障。當節點檢測到內部故障時，可以進入Passthrough狀態，此時節點就類似於一個中繼，本地不再接入任何的業務，到達該節點的任何數據幀都以透明方式直接轉發，且該節點在環網的拓撲圖中不可見，如圖 4所示的Station A。
圖 4 Passthrough方式示意圖
如果節點不再具有轉發數據幀的能力，比如掉電或光纖斷開等原因造成的故障，節點就需要進入保護倒換方式。保護倒換可分為Wrapping和Steering兩種模式：
(1) Wrapping模式
當RPR環網上的某段鏈路或某個節點發生故障時，故障點臨近的兩個節點處自動環回，即把外環和內環連在一起，形成一個閉合單環。如圖 5所示，原來從Station B到Station A的0環上的流量，將在故障鄰節點處環回到1環傳輸。
圖 5 Wrapping模式示意圖
Wrapping模式可以保證節點快速倒換，數據幀基本不會丟失，但比較浪費帶寬。
(2) Steering模式
當RPR環網上的某段鏈路或某個節點發生故障時，故障點臨近的兩個節點首先更新自己的拓撲數據庫，然後快速發送TP幀給RPR環網上的其它節點，其它節點根據收到的拓撲信息更新拓撲數據庫。有了新的拓撲信息，節點隻需要直接按新的拓撲發送數據幀即可。如圖 6所示，原來從Station A到Station B的0環上的流量，將從1環發送。
圖 6 Steering模式示意圖
Steering模式避免了帶寬的浪費，但是由於需要重新收斂，恢複時間較長，可能會造成一些業務的中斷及部分數據幀的丟失。
RPR的保護倒換包括六個優先級，按照優先級從高到低的順序依次為：
l FS（Forced Switch）：強製倒換；
l SF（Signal Fail）：信號失效，與當前物理狀態相關；
l SD（Signal Degrade）：信號衰減，和當前物理狀態相關；
l MS（Manual Switch）：手工倒換；
l WTR（Wait to Restore）：等待恢複；
l IDLE：空閑。
保護倒換發生的條件是保護請求，即隻有環上節點發出保護請求時，RPR環才會進行保護倒換。保護請求的取值和優先級與保護倒換一致。其中，FS和MS是手工配置的保護請求，SF、SD和WTR是自動保護請求。若多個保護請求同時發生，優先級較高的將被優先處理，譬如：
l 當節點發出MS保護請求時，若環上存在優先級更高的保護請求，MS保護請求將不被處理。
l 當由於鏈路故障引發SF或SD等自動保護請求時，若當前鏈路已存在人工保護請求FS，由於FS保護請求的優先級比SF和SD高，因此SF和SD保護請求不能被立即執行，隻有FS保護請求被清除後，SF和SD保護請求才能被處理。
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