信元打包(又被称为信元串联)是一种能够将多个信元中继异步传输模式(ATM)信元封装到同一个ip/MPLS分组中的机制。它让电信运营商能够克服信元中继传输所固有的带宽效率低下问题。
信元中继带宽效率低下
信元中继之所以会导致分组交换网络(PSN)的带宽效率低下,主要是由于下列原因。
信元中继需要交换所有信元中继分组,因而会降低分组转发速率(PPS)。例如,假如需要传输六个ATM信元,网络核心设备就要交换六个分组,耗费六个分组转发的资源(如带宽)。但是,假如利用信元打包技术,将六个ATM信元打包到同一个分组之中,网络核心设备只需要交换一个分组,而且只需要耗费一个分组转发的资源。因此,电信运营商能够利用信元打包技术节约网络核心的分组转发资源。
信元中继还会导致带宽利用率的降低。例如,假定有一个电信运营商希望在包含packet-over-SONET(POS)接口的多协议标签交换(MPLS)核心上传输一个信元中继ATM信元流。在运营商网络边缘上,52字节的ATM信元(不包括一个字节的报头校验[HEC])附带有4字节的控制字、4字节的虚拟电路标签、4字节的隧道标签和4字节的思科高级数据链路控制(HDLC)第二层报头。每个52字节的ATM信元的总开销为16字节。因此,POS光纤上的最终分组大小为68字节(即52字节的ATM信元+16字节的开销)。在这种情况下,信元中继的带宽浪费率约为23.52%(16/68)。
在这种情况下,假如采用信元打包技术,并且假定您将六个信元封装到同一个MPLS分组之中,那么总的开销仍然为16字节,但是有效载荷为312字节,从而将带宽效率提高到大约95.12%。因此,电信运营商能够利用信用打包技术将带宽利用率提高了18.65%(即从76.47%提高到95.12%)。
Cisco 12000、7500和7200系列路由器支持信元打包技术,但是本文主要介绍它在4端口IP服务引擎(ISE) ATM-over-SONET OC-12/STM-4和4端口ISE ATM-over-SONET OC-3/STM-1线路卡上的实施。
第xx页中的表格列出了Cisco 12000支持的信元打包功能。
节约带宽
ATM信元被打包到一个MPLS分组中,以提高分组交换网络(PSN)效率。
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信元打包参数
信元打包主要包含两个参数:最小信元打包个数(MNCP)的大小(也被称为信元打包大小)和最大信元打包计时器(MCPT)的超时值。
在建立信元打包连接时,您必须配置MNCP大小和MCPT超时值。这些信息会被记录到输入和输出硬件的信元打包现场可编程门阵列(FPGA)之中。
这些参数的范围如下:
MNCP大小介于2到28个ATM信元之间
MCPT超时值介于2到4095微秒(us)之间(可由IOS配置的范围)
MCPT硬件编程范围为50us到25ms(MCPT超时的步进精度为50us)
MNCP的最大值为28个ATM信元,因为以太网的MTU为1500字节。假如一个MPLS分组打包的ATM信元数超过28个,那么它将会在以太网接口上被丢弃。尽管Cisco IOS命令行界面(CLI)答应您将MCPT值设置为2-4095us之间的一个值,硬件可编程范围实际上是50us到25ms,步进单位为50us。
在标签传播和绑定期间,PE1和PE2会通过设置LDP接口参数字段,交换MNCP值。当PE1收到PE2的MNCP时,它会被存储在PE1的预定义VC/VP/端口数据库之中,反之亦然。任何一个供给商边缘上的MNCP的任何改动都会导致标签被撤销和虚拟电路在两端重新建立,而且旧的值将会被新的值所取代。
假如PE1不支持信元打包(即MNCP等于1),PE2应当在每个MPLS分组中只发送一个信元,但是能够接收打包信元――假如PE2启动了信元打包。
MCPT在本地具有重要的作用,它的范围通常取决于ATM连接速度OC-3或者OC-12。假如MCPT计时器超时,打包的信元将会立即通过一个MPLS分组发出――即使打包尚未完成;即分组中的信元个数并没有达到MNCP。
一个信元打包分组在MPLS网络中的生命周期
第xx页的图1显示了被打包到MPLS网络中的ATM信元。
在输入供给商边缘,ATM信元到达ATM端口,由分段和重组(SAR)芯片进行处理。SAR芯片会将每个ATM信元区分为AAL0、AAL5或者OAM信元。对于有效的AAL0信元,SAR芯片会从ATM信元报头中去除一个字节的HEC,将剩余的52字节ATM信元发送到信元打包FPGA。信元打包FPGA则会根据MNCP和MCPT配置参数打包信元。
输入ATM信元会在MCPT超时之前,排队构成一个信元包,直到达到预定的信元包大小为止。这时,FPGA会生成控制字,将T标志编码为0,指明AAL0 ATM信元类型,为每个信元包分组生成一个序列号。剩余的字段都被设置为0。
FPGA会将控制字(CW)附加到信元打包分组,将该分组转发到硬件转发ASIC。(在伪线设置中CW是可选的。假如两个PE商定支持CW,它就会被使用;否则它就不会被插入。)
Cisco 12000系列路由器对信元打包的支持
硬件转发ASIC会添加VC和隧道标签,将分组转发到面向核心的MPLS连接。面向核心的MPLS连接会为MPLS分组添加第二层报头,再将MPLS分组放到光纤上。
在MPLS核心,分组包含一个ATM信元包+CW+VC标签+IGP标签+第二层报头。隧道标签将在倒数第二跳被去除。发送到输出供给商边缘的分组包含一个ATM信元包+CW+VC标签+第二层报头。
在输出供给商边缘,面向核心的MPLS连接能够将分组从光纤中取出,去除第二层报头,再将分组转发到面向边缘的线路卡。面向边缘的线路卡上的硬件转发ASIC会去除VC标签,将剩余的分组转发到输出信元打包FPGA。
输出信元打包FPGA会去除控制字,利用其FIFO缓存将ATM信元打包分组分解为52字节的ATM信元。这些52字节的ATM信元随后会被转发到SAR芯片。
输出SAR芯片会从FPGA收到52字节的ATM芯片,向ATM信元报头添加1字节的HEC,构成一个53字节的ATM信元。这些ATM信元随后将通过线路发送到输出ATM永久虚拟电路。
信元打包的配置和验证
下面是信元打包配置的三个例子:VC模式、VP模式和端口模式。另外还将介绍信元打包的验证过程。
在例1中,PE1和PE2都配置为信元打包VC模式,MNCP为六个信元,MCPT为100us,而流量具有双向的OC-3线性速率。
例1:信元打包VC模式配置
PE1#sh running-config interface ATM 5/0
Building configuration...
Current configuration : 286 bytes
!
interface ATM5/0
atm mcpt-timers 50 100 200
pvc 0/32 12transport
cell-packing 6 mcpt-timer 2
encapsulation aal0
xconnect 203.203.203.203 1 encapsulation mpls
!
end
PE2#sh running-config interface ATM 2/2
Building configuration...
Current configuration : 307 bytes
!
interface ATM2/2
atm mcpt-timers 50 100 200
pvc 0/32 12transport
cell-packing 6 mcpt-timer 2
encapsulation aal0
xconnect 201.201.201,201 1 encapsulation mpls
end
信元打包VP模式配置示例
在例2中,PE1设置为信元打包VP模式,而PE2配置与之对称。MNCP为六个信元,MCPT为100us。
例2
PEIfish running-config interface ATM 5/0
Building configuration...
Current configuration : 263 bytes
!
interface ATM5/0
atm mcpt-timers 50 100 200 三个独立计时器,单位为毫秒
atm pvp 1 12transport
cell-packing 6 mcpt-timer 2 MNCP 6和MCPT 100毫秒
xconnect 203.203.203.203 1
encapsulation mpls
end
信元打包端口模式配置示例
在例3中,PE1设置为信元打包端口模式,而PE2配置与之对称。MNCP为六个信元,MCPT为100us。
例3
PEl#sh running-config interface ATM 510
Building configuration...
Current configuration : 238 bytes
!
interface ATM5/0
atm mcpt-timers 50 100 200
cell-packing 6 mcpt-timer 2
xconnect 203.203.203.203 1 encapsulation mpls
end
例子中的信元打包的验证:
PEl#sh atm cell-packing
average average
circuit local nbr of cells peer
nbr of cells MCPT
type MNCP rcvd in one pkt MNCP
sent in one pkt 46)
ATM5/0 vc 0/32 6 6
6 6 100
PE2#sh atm cell-packing
average average
circuit local nbr of cells peer
nbr of cells MCPT
type MNCP rcvd in one pkt MNCP
sent in one pkt (Ps)
ATM2/2 vc 0/32 6 6
6 6 100
show atm cell-packing命令的输出结构总结:
Circuit type显示信元打包配置为VC模式。
Local MNCP显示本地配置的MNCP值为6。
Peer MNCP显示对等配置的MNCP值为6。
MCPT(us)显示本地配置的MCPT超时时间。
Average number of cells received in one packet 显示从对等体接收的一个信元包中包含6个信元。
Average number of cells received in one packet 显示向对等体发送的一个信元包中包含6个信元。
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部署信元打包时的注重事项
在计划采用信元打包技术时,您必须根据网络流量模式和服务水平协议(SLA)确定MCPT和MNCP值。通过选择最优的MCPT和MNCP值,能够控制在信元打包过程中导致的其他延时和抖动。
在理想条件下,下面分别是MNCP值为2和28个信元时的理论MCPT超时时间。这个例子假定输入流量在Engine 3 ATM OC-3或者OC-12接口上保持线性速率。您可以利用方程1设计您的信元打包网络。
方程1:
理论MCPT(us)=MNCP大小(信元数)/输入流量速率(信元数/秒)
情况1:
MNCP大小=2个信元
OC-3线性速率输入流量速率=3.53208cps
利用方程1,计算得到理论MCPT=5.662us
情况2:
MNCP大小=28个信元
OC-3线性速率输入流量速率=3.53208cps
利用方程1,计算得到理论MCPT=79.27us
情况3:
MNCP大小=2个信元
OC-12线性速率输入流量速率=1412832cps
利用方程1,计算得到理论MCPT=1.416us
情况4:
MNCP大小=28个信元
OC-12线性速率输入流量速率=1412832cps
利用方程1,计算得到理论MCPT=19.82us
上面计算得到的MCPT值都是理论值,但是在您的网络设计计算中,您需要考虑50us-25ms的硬件可编程范围(以50us为步进单位)。在设置信元打包时,MCPT应当加入由ATM交换、网络传播延时、排队、预定延时,以及拥塞点延时或者抖动等因素导致的信元传输延时(CTD)。
上面的计算表明,信元打包能够提高带宽利用率。但是,在打包更多的信元时,每个被打包的信元必须等待所有用于打包的信元都被接收完毕,或者MCPT超时(无论哪种情况先发生)。这会引入额外的CTD(延时)和信元延时波动(CDV,即抖动)。
通过让用户设置一个MNCP和MCPT范围,Cisco IOS软件为权衡这些因素提供了灵活的手段。这个范围有助于为满足严格的SLA要求优化CTD和CDV。
对于像CBR和VBR-RT这样的实时流量ATM服务(需要UNI协商CTD、CLR和CDV),利用最小打包(两到五个信元)优化来自信元打包的CTD和CDV,满足SLA的要求。
对于非实时的流量ATM服务(不需要UNI QoS协商),例如VBR-NRT和UBR,您能够在SLA答应的范围内打包更多的信元(10个或者更多)。
总而言之,信元打包能够通过串联ATM信元,提高分组交换网络(PSN)效率。它能够为优化打包过程中导致的CTD和CDV提供灵活的手段,例如MNCP和MCPT。
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