2. FUNCIONAMENTO

A tecnologia RPR foi desenvolvida objetivando associar as funcionalidades que garantem níveis de serviço do SONET com uma utilização mais efetiva de banda e as vantagens do Ethernet. Adicionalmente, busca oferecer uma controle de “igualdade” no acesso ao meio. O RPR se baseia no reuso espacial para maximizar a utilização de banda, provê um algoritmo distribuído de controle de igualdade e garante proteção de qualidade a tráfego de alta velocidade similar à Comutação de Proteção Automática do SONET.

Foi ainda desenvolvido um mecanismo para proteger tráfego no caso de falha de nós ou ruptura na fibra sem prejudicar a utilização completa da banda em condições normais.

2.1 Topologia

Visando a reutilização da infra-estrutura de telecomunicações instalada, o RPR utiliza uma topologia de anel de fibra duplo, em sentidos opostos. Ambos os anéis são utilizados para transportar dados entre os nós. Ao utilizar ambas as fibras, no lugar de manter uma apenas para proteção, o RPR utiliza totalmente a banda disponibilizada. Esses anéis também são utilizados para tráfego de mensagens de controle. Essas mensagens correm em sentido oposto ao tráfego a que estão associadas.

Figura 2.1 – Topologia de anel duplo

A topologia em anel permite a exploração do conceito de reuso espacial para aumentar o tráfego total circulante. Isso é possível pois o tráfego circula de forma bi-direcional apenas em trechos entre os nós de origem e destino. O nó-destino retira do anel os pacotes a ele destinados liberando a banda completa nos segmentos subsequentes do anel. Essa técnica é diferente de protocolos anteriores baseados em anel, como o token ring e FDDI, onde o tráfego é removido apenas ao atingir o nó de origem, ocupando banda desnecessariamente. Nesse sentido, o RPR é similar ao anel SONET bidirecional.

Como vemos na figura 2.1, é possível a utilização de canais com capacidades diferentes entre os nós. Isso pode ser bastante interessante quando se consegue identificar trechos de maior ou menor utilização.

2.2 Controle de Acesso ao Meio (MAC)

A camada MAC contém muitas da funcionalidades da rede RPR. O MAC RPR é responsável por prover acesso ao meio de fibra, podendo receber, repassar e transmitir pacotes. O MAC RPR é baseado numa arquitetura de Add-Drop Muxes (ADM), em comparação à arquitetura de comutação do Ethernet. Uma rede metro construída com comutadores Ethernet é formada por nós conectados por links ponto-a-ponto. O tráfego da rede é enfileirado e agendado em cada nó entre a origem e o destino (ver figura 2.2). Isso cria problemas de escalabilidade. Cada nó necessita processar o tráfego vindo da rede na taxa da linha. Essa técnica pode ser capaz de atender a texas de 1 Gbps ou 2,5 Gbps. Mas quando a rede escala a até mais de 10 Gbps, torna-se inviável.

Figura 2.2 – Comutadores Ethernet

Os dispositivos RPR, por outro lado, implementam a noção de “caminho de trânsito”. Em cada nó, o tráfego que não é destinado a ele simplesmente passa, sem ser enfileirado. Como vemos na figura 2.3, a entidade MAC em cada nó realiza três funções: adição, para inserção de tráfego de usuário daquele nó; retirada, para remoção de tráfego destinado a um usuário do nó e passa, para transferir o tráfego de um trecho da rede para o outro. Como um ADM de pacotes não processa o tráfego de trânsito, a arquitetura pode escalar mais facilmente para taxas de dados maiores.

Figura 2.3 – Arquitetura ADM

A vantagem básica de um anel de pacotes é que cada nó pode assumir que um pacote enviado no anel irá, cedo ou tarde, alcançar seu nó-destino independentemente de que caminho ele pegou através do anel. Como os nós sabem que estão em um anel, apenas as três operações citadas acima são necessárias para cada nó. Isso reduz muito a quantidade de trabalho individual de cada nó, especialmente quando comparado com uma rede um melha onde cada nó tem que fazer uma decisão de encaminhamento sobre que porta de saída será usada para cada pacote.

Envio: Ao enviar um pacote com um único destino (unicast), o nó-origem determina em que trecho de anel (sentido) enviará os dados, essa decisão se baseia no mapa de topologia contido no nó. Um método para escolha é o menor caminho (menor número de nós) até o destino. Já no envio de pacotes com múltiplos destinos (multicast), o nó-origem envia o pacote em um ou dois sentidos. No RPR, todo o tráfego possui uma classe de prioridade para envio: A, B ou C.

Decisão de recebimento: Cada estação possui um endereço MAC de 48 bits. Cada estação irá receber apenas pacotes com o seu endereço de destino. O MAC pode receber pacotes unicast ou multicast. Pacotes multicast são copiados ao host e mantidos no caminho de trânsito, eles só serão retirados do anel ao voltarem ao nó-origem ou se atingirem o limite máximo de “pulos” estipulado (TTL=0). Pacotes unicast são retirados do anel pelo nó-destino. Há ainda pacotes de controle destinados apenas ao nó-vizinho e que não necessitam de endereços de destino nem de origem.

Caminho de trânsito: Os pacotes que não batem com o endereço do nó são mantidos em circulação no anel. Diferentemente de protocolos ponto-a-ponto como Ethernet, quadros RPR passam por um processamento mínimo em cada nó. Os pacotes são apenas inspecionados em busca do endereço-destino e erros de cabeçalho (TTL=0, Paridade e CRC).

2.3 Camada Física

O padrão RPR atual cria apenas um novo protocolo MAC desenhado para topologias baseadas em anel. Assim, a camada física é deixada em aberto, podendo ser compatível com os padrões de camada física utilizados para Ethernet, SONET e DWDM.

2.4 Formato dos quadros

O padrão 802.17 RPR MAC utiliza três formatos de quadro:

Dados – Pacotes de dados contendo um máximo de 9616 bytes;

Controle – Mensagens de controle diferentes de controle de igualdade, como topologia a proteção;

Igualdade (fairness) – Mensagens de controle de igualdade para informar necessidades de banda.

TTL – (Time to Leave)	8 bits - decrementado a cada salto
Controle do anel	8 bits – definido abaixo
Endereço de Destino	Endereço MAC de 48 bits da estação-destino
Endereço de Origem	Endereço MAC de 48 bits da estação-origem
Base TTL	8 bits – valor inicial do TTL na inserção
Controle estendido do anel	8 bits – definido abaixo
HEC	Controle de Erro do Cabeçalho: CRC de 16 bits
Tipo de Protocolo	<1536 – Número de bytes de dados >1536 – Campo de tipo usando registro IEEE
Dados	Carga de dados
FCS	Verificação de 32 bits do quadro, incluindo os dados

Campos de Controle do anel:

RingID – Bit especificando o sentido do quadro.

Fairness Eligible – Bit indicando se o quadro deve ser considerado do algoritmo de igualdade.

Frame Type – 2 bits indicando se o quadro é Reservado, Controle, Igualdade ou Dados.

Service Class – 2 bits indicando se o quadro é de classe C, B ou A(0,1).

Wrap Eligible – Bit indicando se o quadro pode ser coberto durante proteção.

Parity/Reserved – Um bit de paridade para quadros de igualdade.

Campos de Controle Estendido do anel:

ExtendedFrame – 1 bit indicando um quadro estendido de dados.

FloodingIndication – 2 bits indicando mecanismo de inundação (flooding).

PastSource – Bit indicando que um quadro coberto passou pela estação de origem.

StrictOrder – Indica se o quadro deve aderir a requisitos de ordenação estritos.

Reserved – 3 bits reservados contendo 0.

Quadro de Controle

TTL – (Time to Leave)	8 bits - decrementado a cada salto
Controle do anel	8 bits – semelhante ao quadro de dados
Endereço de Destino	Endereço MAC de 48 bits da estação-destino
Endereço de Origem	Endereço MAC de 48 bits da estação-origem
Base TTL	8 bits – valor inicial do TTL na inserção
Controle estendido do anel	8 bits – definido abaixo
HEC	Controle de Erro do Cabeçalho: CRC de 16 bits
Tipo de Controle	1 byte indicando o tipo de quadro de controle 1=Descoberta de configuração de estação; 2=Topologia/Proteção;3=OAM; 4=específico do fornecedor
Dados	Carga de dados
FCS	Verificação de 32 bits do quadro, incluindo os dados

Quadro de Igualdade (fairness)

TTL – (Time to Leave)	8 bits - decrementado a cada salto
Controle do anel	8 bits – semelhante ao quadro de dados (último bit usado para paridade)
Endereço de Origem	Endereço MAC de 48 bits da estação-origem
Cabeçalho de igualdade	16 bits com informações sobre a mensagem
Taxa	16 bits – Taxa anunciada
FCS	Verificação de 32 bits do quadro

Quadro Livre

TTL – (Time to Leave)	8 bits - decrementado a cada salto
Controle do anel	8 bits – semelhante ao quadro de dados
Endereço de Origem	Endereço MAC de 48 bits da estação-origem
Dados	Campos de Controle do anel: RingID – Bit especificando o sentido do quadro. Fairness Eligible – Bit indicando se o quadro deve ser considerado do algoritmo de igualdade. Verificação de 32 bits do quadro, incluindo os dados