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RPR（Resilient Packet Ring，弹性分组环）是一种新型的MAC（Media Access Control，媒体访问控制）协议，可运行于SONET（Synchronous Optical Network，光同步网络）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）、DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密级波分复用）和以太网之上，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。
RPR技术是为了在城域网中支持大容量的数据业务而设计的，具有以下技术特点：
l 物理层多样性
l 带宽利用率高
l 支持广播和组播
l 拓扑自动发现机制
l 快速保护机制
l 通过支持带宽预留业务以及速率限制提供流量等级保证
l 公平的节点带宽分配
RPR采用逆向双环结构，数据沿环网在节点之间进行转发，如图1所示。
图1 RPR环网结构示意图
l 0环：RPR双环中，数据帧发送方向为顺时针的称为0环，也称Outer Ring（外环）。
l 1环：RPR双环中，数据帧发送方向为逆时针的称为1环，也称Inner Ring（内环）。
l 节点（Station）：RPR环网上的设备，负责接收和转发数据帧。
l 链路（Link）：连接相邻节点的一段传输通道。相邻节点之间由方向相反的两条链路连接。
l 段（Span）：RPR环网上两个相邻节点之间的链路，由方向相反的两条链路组成。
l 西向端口：在1环上发送数据帧，在0环上接收数据帧的物理端口定义为西向端口。
l 东向端口：在0环上发送数据帧，在1环上接收数据帧的物理端口定义为东向端口。
l 边（Edge）：当段或和段相邻的节点出现故障时，段不能转发数据就成为边。
l 环状态：分为闭环和开环。不存在边的环为闭环，存在边的环为开环。
在RPR环网中，节点与环配合，完成数据操作。
RPR环上的节点对数据帧的基本数据操作包括：
l 上环：节点把来自环网外的数据帧插入到RPR环网的数据流中；
l 下环：节点从RPR环网的数据流中接收数据帧，并将数据帧交给上层作相应处理；
l 过环：节点将途经本节点的数据帧转发到下一个节点；
l 剥离：节点不再往下转发途经本节点的数据帧，即终止数据帧在RPR环网上的转发；
各节点分别采用上述基本数据操作及其组合来提供对单播、广播和组播的支持：
图2 RPR单播实现示意图
图2是单播的实现示意图，对数据帧的操作如下所述：
l 在源节点，执行上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中；
l 在中间节点，执行数据过环操作；
l 在目的节点或当数据帧的TTL值为0时，对数据执行下环和剥离操作。
可以看到，对于单播流量，RPR采取的是目的节点剥离方式，不同于传统环网技术的源节点剥离。目的节点剥离能够有效提高带宽的利用率，使得带宽的空间重用技术更高效。
图3 RPR广播、泛洪实现示意图
图3是广播和泛洪的实现示意图，对数据帧的操作如下所述：
l 在源节点，执行上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中；
l 在RPR环上的其它节点，如果TTL值不为0，执行数据过环和下环操作；
l 数据帧回到源节点或TTL值为0时，执行剥离操作。
图4 RPR组播实现示意图
图4是组播的实现示意图，对数据帧的操作如下所述：
l 在源节点，执行上环操作，将数据插入0环或1环的数据流中；
l 在中间节点，执行数据过环操作；
l 在目的节点，执行数据过环和下环操作；
l 数据帧回到源节点或TTL值为0时，执行剥离操作。
RPR通过拓扑发现来收集环网节点的数目、环状态、节点之间的排列顺序等信息，并生成拓扑数据库。当环网拓扑稳定后，对应的拓扑数据库不再变化。
每个RPR节点都会维护一个拓扑数据库，拓扑数据库中保存着整个RPR环网的拓扑信息，是节点生成选环表的主要依据。
拓扑数据库包含三个部分：
l 环网的拓扑信息，如：节点个数、环状态和可用带宽等。
l 本节点的拓扑信息，如：MAC地址、保护类型、节点保护状态、节点名称、本节点的拓扑信息校验和以及邻居节点的拓扑信息校验和等。
l 其它节点的拓扑信息，如：MAC地址、有效状态、可达状态、保护类型、节点索引、保留带宽以及节点名称等。
RPR拓扑发现过程使用的控制帧主要有ATD（Attribute Discovery）帧、TP（Topology Protection）帧、TC（Topology Checksum）帧三种。
RPR环上的每个节点都利用TP帧来广播自己的配置和状态信息，其他节点根据收到的TP帧来更新自己的拓扑数据库，最后使得环上的每一个节点对环的拓扑信息都有一个一致的认识。
TC帧用来在相邻节点间传递拓扑信息校验和，用于校验邻居节点和本节点的拓扑数据库是否匹配，以判断RPR环网拓扑是否稳定。
ATD帧用于传递MAC地址、节点名称等与本节点有关的属性参数，这些属性参数值也会保存在拓扑数据库中。
ATD帧、TP帧、TC帧都是周期性发送的，且周期长度都可以进行配置。其中，TP帧和TC帧有两种发送周期：快速发送周期和慢速发送周期。
当环上节点初始化，或者环上节点检测到拓扑发生变化时，将触发TP帧的快速发送，迅速将网络拓扑信息传遍整个网络。以快周期发送9个TP帧后，再以慢周期发送。
当环网拓扑稳定并收敛后，将触发TC帧的快速发送，以快周期发送5个TC帧后，再以慢周期发送。
无论拓扑情况如何，ATD帧都是按用户设置的周期定时发送。
RPR故障自愈能力非常强，其保护机制可实现事件检测、快速自愈，以及在光纤或节点故障后业务快速恢复，从而使网络能够迅速检测到故障并作出适当反应，保证业务在50ms内可以快速恢复。RPR支持的故障响应方式有以下两种：
Passthrough主要用于节点故障。当节点检测到内部故障时，可以进入passthrough模式，此时节点就类似于一个中继，本地不再接入任何的业务。这时，到达该节点的任何数据帧都以透明方式直接转发，且该节点在环网的拓扑图中不可见，如图5所示。
如果节点不再具有转发数据帧的能力，比如掉电或光纤断开等原因造成的故障，节点就需要进入保护模式了。
(1) 保护模式
保护模式有两种：
l Wrapping模式
当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点处自动环回，即把外环和内环连在一起，形成一个闭合单环。
以图6为例，原来从Station B到Station A的0环上的流量，将在故障邻节点处环回到1环传输。
Wrapping模式可以保证节点快速倒换，数据帧基本不会丢失，但比较浪费带宽。
l Steering模式
当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点临近的两个节点首先更新自己的拓扑数据库，然后快速发送TP帧给RPR环网上的其它节点，其它节点根据收到的拓扑信息更新拓扑数据库。有了新的拓扑信息，节点只需要直接按新的拓扑发送数据帧即可。
如图7所示，原来从Station A到Station B的0环上的流量，将从1环发送。
Steering模式避免了带宽的浪费，但是由于需要重新收敛，恢复时间较长，可能会造成一些业务的中断及部分数据帧的丢失。
(2) 保护倒换
RPR的保护倒换包括6个优先级，按照优先级从高到低的顺序依次为：
l FS（Forced Switch）：强制倒换；
l SF（Signal Fail）：信号失效，与当前物理状态相关；
l SD（Signal Degrade）：信号衰减，和当前物理状态相关；
l MS（Manual Switch）：手工倒换；
l WTR（Wait to Restore）：等待恢复；
l IDLE：空闲。
保护倒换发生的条件是保护请求，即只有环上节点发出保护请求时，RPR环才会进入保护模式。保护请求的取值和优先级与保护倒换一致。其中，FS和MS是手工配置的保护请求，SF、SD和WTR是自动保护请求。
当节点发出MS保护请求时，若环上存在优先级更高的保护请求，MS保护请求将不会被处理。
当由于链路故障引发SF、SD等自动保护请求时，若当前链路已经存在人工保护请求FS，由于FS保护请求的优先级比SF、SD高，SF、SD的保护请求不能被立即执行，只有在FS保护请求被清除时，SF、SD保护请求才能被处理。
RPR协议运行时存在多个定时器同时工作，其中可供用户配置的定时器有：
l TP帧快速发送定时器：定义TP帧的快速发送周期。当环上节点初始化，或者环上节点检测到拓扑发生变化时，将按快速发送周期发送TP帧9次，之后按照慢速发送周期发送TP帧。
l TP帧慢速发送定时器：定义TP帧的慢速发送周期。当环网拓扑稳定时，将按慢速发送周期发送TP帧。
l TC帧快速发送定时器：定义TC帧的快速发送周期。当拓扑校验和发生改变后，将按快速发送周期发送TC帧5次，之后按照慢速发送周期发送TC帧。
l TC帧慢速发送定时器：定义TC帧的慢速发送周期。当环网拓扑稳定时，按照慢速发送周期发送TC帧。
l ATD定时器：定义ATD帧的发送周期。
l WTR定时器：当节点因为链路故障而发生保护倒换事件时，节点将进入自动保护状态；链路故障恢复后，节点将进入IDLE状态。WTR定时器定义了节点从自动保护状态进入IDLE状态的时间间隔。
l Hold Off定时器：RPR节点物理层检测到链路故障到上报保护请求的时间间隔。
l Keepalive定时器：公平算法帧SCFF（Single Choke Fairness Frame）点对点传输，每个公平算法周期发送一帧。当节点没有收到SCFF帧，节点会启动keepalive定时器，定时器到期后，如果还没有收到SCFF帧，将会上报SF保护请求。
l 拓扑稳定定时器：当RPR节点检测到环网拓扑发生变化时，节点将启动拓扑稳定定时器，开始收集环网拓扑信息并更新本地的拓扑数据库；定时器到期后，节点检查收到的拓扑信息是否有效，有效则进入拓扑有效状态，否则，将重新启动拓扑稳定定时器，继续收集环网拓扑信息。
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