CIF——真正實(shí)現(xiàn)端到端的QoS

2019-11-03 10:12:20

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供稿：網(wǎng)友

CIF——真正實(shí)現(xiàn)端到端的QoS（丁利劍、謝培泰） ATM技術(shù)是一門全新的技術(shù)，它與傳統(tǒng)局域網(wǎng)的某些重要特征相互沖突，不能直接支持現(xiàn)有局域網(wǎng)應(yīng)用。而現(xiàn)有局域網(wǎng)安裝數(shù)量很多，應(yīng)用范圍較廣，用戶在網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件方山也作了很大的投資，所以他們很難接受與現(xiàn)有局域網(wǎng)不相連的孤立的ATM網(wǎng)絡(luò)。也就是說，ATM與現(xiàn)有局域網(wǎng)的互操作性如何，現(xiàn)有局域網(wǎng)能否不做大的變動(dòng)就對(duì)充分利用ATM的優(yōu)點(diǎn)，在ATM網(wǎng)絡(luò)建成后現(xiàn)有網(wǎng)卡和應(yīng)用軟件等能否繼續(xù)使用，這些都是ATM能否取得成功的重要因素。CIF就是在這種背景下提出的一種將ATM技術(shù)應(yīng)用到局域網(wǎng)的過渡技術(shù)。一、概述 CIF（Cells In Frames）是由Cells In Frames Alliance提出的一種技術(shù)，其將ATM協(xié)議端到瑞的特性擴(kuò)展到局域網(wǎng)，且在局域網(wǎng)終端上并不需要安裝新的網(wǎng)卡，甚至機(jī)箱也不需要打開，唯一要做的是在終端工作站上安裝一套軟件，使得工作站與連向ATM網(wǎng)絡(luò)的CIF連接設(shè)備相連，這樣，該終端就會(huì)與安裝了ATM網(wǎng)卡后直接連向ATM網(wǎng)絡(luò)的終端具有同等的功能。實(shí)際上，采用CIF后，使得終端在原有的線路上實(shí)現(xiàn)ATM信令和固定速率的流控制，同時(shí)，將ATM信元打包到幀中也使得原有協(xié)議照樣高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。在信元前附加的CIF頭非常簡(jiǎn)單，其中包括ATM信元的頭，這樣便于在CIF連接設(shè)備中將CIF幀分裂成ATM信元，或者反過來將ATM信無重組成CIF幀。當(dāng)用戶對(duì)ATM的QoS和固定速率的流控制有需求時(shí)，采用CIF是既能方便地將ATM擴(kuò)展到終端桌面而又很經(jīng)濟(jì)的一種實(shí)現(xiàn)方法。下面以以太網(wǎng)為例來說明CIF是如何將數(shù)據(jù)打包到局域網(wǎng)的幀中的。將CIF數(shù)據(jù)以及CIF的頭放在原來局域網(wǎng)幀的信息欄中，其中，CIF數(shù)據(jù)是ATM信元中的48字節(jié)的純數(shù)據(jù)，而CIF頭是為放在同一個(gè)幀的所有CIF數(shù)據(jù)加上的頭，其長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)和頭的總長(zhǎng)度不能超過1500字節(jié)（因?yàn)橐蕴W(wǎng)幀的信息欄最多不能超過1500字節(jié)），很顯然，每一個(gè)以太網(wǎng)幀中最多可放31個(gè)CIF數(shù)據(jù)。CIF頭是用來控制這些CIF數(shù)據(jù)的，它的結(jié)構(gòu)與ATM信元頭相類似，8個(gè)字節(jié)中，除了5個(gè)字節(jié)的ATM信元頭外，剩余的3個(gè)字節(jié)是CIF控制信息。二、為什么要使用CIF 1．局域網(wǎng)中直接使用ATM的不現(xiàn)實(shí)性廣域網(wǎng)上采用ATM是大勢(shì)所趨，也就是說，整個(gè)廣域網(wǎng)的骨干會(huì)漸漸的變成以ATM為主的網(wǎng)絡(luò)。但在一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)中，除了廣域網(wǎng)之外還有局域網(wǎng)，而且真正的網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)在局域網(wǎng)中，要采用ATM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)端到端的QoS，如果對(duì)原有的局域網(wǎng)不做任何的改變，很顯然是難以做到的，所以局域網(wǎng)部分也應(yīng)以ATM方式取代，一種方法是將所有服務(wù)器、工作站等計(jì)算機(jī)上的以太網(wǎng)卡或令牌杯網(wǎng)卡，全部更換成ATM網(wǎng)卡，并將原來的局域網(wǎng)交換設(shè)備變成一個(gè)ATM的交換設(shè)備，即將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)純ATM網(wǎng)絡(luò)，這樣的話，由某用戶起經(jīng)主干網(wǎng)絡(luò)再到另一用戶，完全是以 ATM信元進(jìn)行交換，不容置疑，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有端到瑞QoS的保證。然而，要將整個(gè)局域網(wǎng)全部變成ATM，可不是一件容易的事，網(wǎng)卡要換，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序也得改，還要有操作系統(tǒng)的支持，是一種全盤摧毀后再重新建設(shè)的做法，所需的花費(fèi)可想而知，所以在局域網(wǎng)中直接使用ATM是不現(xiàn)實(shí)的。 2．ATM的致命弱點(diǎn) 固定長(zhǎng)度且短的信元成為ATM的最大缺點(diǎn)，每53字節(jié)的ATM信元中，信元頭就占了5個(gè)字節(jié)，大約是整個(gè)信元的10％，而且，任何信息在送進(jìn)ATM網(wǎng)絡(luò)之前，都得經(jīng)過AAL（ATM適配層），AAL將各種不同長(zhǎng)度的信息，分成許多48字節(jié)的數(shù)據(jù)段，48字節(jié)的數(shù)據(jù)中有一些是控制用的，所以也有一定的額外開銷，以AAL－5而言，大約是12％，而信息原始的頭，如TCP／ip的IP頭又會(huì)占去約9％，所以53字節(jié)的ATM信元中，大約有30％是并不傳送真正信息的。顯然，傳統(tǒng)的ATM對(duì)于資源的浪費(fèi)很大。由局域網(wǎng)的幀中所封裝的CIF數(shù)據(jù)可知，每一個(gè)幀中只有一個(gè)CIF頭，如果這個(gè)幀正好封裝31個(gè)CIF數(shù)據(jù)，那么表示48×31＝1488字節(jié)的信息量才需要8字節(jié)的頭，與ATM的信元（48字節(jié)就需5個(gè)字節(jié)的頭）比較起來，CIF的報(bào)頭額外開銷少得多，只占10％左右，這與ATM 30％的報(bào)頭額外開銷相比，好處就不言而喻了。 3．采用CIF帶來的好處首先，減少了報(bào)頭所帶來的額外開銷。對(duì)于典型的Internet數(shù)據(jù)來說，ATM的報(bào)頭額外開銷是25％～30％，而對(duì)于具有可變長(zhǎng)度包結(jié)構(gòu)的CIF來說，這種開銷減少到了10％，在國(guó)特網(wǎng)絡(luò)的主干線上，這種節(jié)省是相當(dāng)誘人的。其次，沒有必要換用新的網(wǎng)卡。采用CIF之后，在以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)以及PPP相連的網(wǎng)絡(luò)中可實(shí)現(xiàn)ATM的幾乎所有特性，而且網(wǎng)卡也不需要更換，在硬件成本上沒有增加。與高速以太網(wǎng)和臺(tái)比特以太網(wǎng)相比，在這一點(diǎn)上有明顯的優(yōu)勢(shì)。最后，沒有必要采用分段和重組的硬件設(shè)備。由于ATM主干網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)中，即信元直接打包到局域網(wǎng)包中，所以，不必對(duì)信元頭進(jìn)行處理，也就是說不必進(jìn)行信元重組；同樣，當(dāng)局域網(wǎng)中的包傳向ATM主干網(wǎng)時(shí)，包解開之后就是多個(gè)完整的ATM信元，這樣就不必對(duì)局域網(wǎng)包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，只要加上放在CIF頭中的ATM信地頭就可將其發(fā)送出去。因此，在CIF交換設(shè)備中，沒有必要加入分段和重組的硬件設(shè)備，也不必為分段和重組花費(fèi)大量的時(shí)間。三、為什么要沿用ATM協(xié)議簇 ATM協(xié)議簇并不是必須捆綁在ATM交換機(jī)的硬件中的，它可以用在任何交換平臺(tái)和任何連接協(xié)議之上。因此，CIF繼續(xù)采用了這套完整的協(xié)議也是可行的。早在1996年4月，ATM論壇就完成了關(guān)于ATM一整套協(xié)議的4.0版，如果ATM交換機(jī)不采用4.0版的協(xié)議，與局域網(wǎng)相比起來，除了速度有所提高之外，其他方面則沒有任何優(yōu)勢(shì)可言。但是，完全實(shí)現(xiàn)了該協(xié)議4.0版的ATM交換機(jī)在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上都能有效地支持音頻、數(shù)據(jù)和視頻的混合傳輸，而且，ATM能針對(duì)不同的信息，并根據(jù)不同的服務(wù)類型來提供不同的傳送方式，更重要的是，它還具有靈活的傳輸控制功能，這樣，不僅使得網(wǎng)絡(luò)相對(duì)穩(wěn)定，而且，結(jié)合不同服務(wù)類型的控制與路由選擇，ATM就能真正實(shí)現(xiàn)端到端的QoS。至今，除了ATM，沒有哪個(gè)協(xié)議簇支持具有信令功能的QoS、固定速率的流控制和有QoS的路由，而這些技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的低延遲和QoS又是相當(dāng)重要的。所以，CIF沿用此協(xié)議簇，使得ATM最初設(shè)計(jì)上的那些好處在CIF中并沒受到影響。 ATM采用固定長(zhǎng)度的信元，主要目的是為了能在硬件中實(shí)現(xiàn)高速交換。在過去10年中，這是一個(gè)了不起的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)在卻沒有那么重要了，當(dāng)今，用先進(jìn)的芯片技術(shù)設(shè)計(jì)出來的高速以太網(wǎng)交換機(jī)就已經(jīng)證明了這點(diǎn)，尤其在局域網(wǎng)中，ATM的這種固定信元格式顯得沒有必要了。短的信元長(zhǎng)度有助于消除64kbit／s話音信道上的回聲，因?yàn)槠淠軐⒀舆t減少到10ms左右，不過，在CIF中采用可變長(zhǎng)度的包之后，這種回聲消除的能力依然保持。采用短而且固定長(zhǎng)度的信元，對(duì)減少所有通信的延遲是非常重要的，但是，對(duì)高速線路來說，這也不再是一個(gè)問題。與以太網(wǎng)類似，CIF限制包的長(zhǎng)為1500個(gè)字節(jié)，這樣，在10Mbit／s的以太網(wǎng)上，一個(gè)最長(zhǎng)的包導(dǎo)致整個(gè)通信的延遲僅僅只有1ms，而在OC－3或者OC－12的ATM主干網(wǎng)上這種延遲更小。音頻和視頻正常傳輸?shù)难舆t必須少于10－30ms，所以 CIF的使用對(duì)于音頻和視頻都不會(huì)有問題。四、CIF結(jié)構(gòu) CIF技術(shù)的提出，并不是要去取代ATM，而是將ATM的優(yōu)點(diǎn)延伸到局域網(wǎng)中，其對(duì)ATM唯一的改變是信元，即以變長(zhǎng)的封包來取代短而且具有固定長(zhǎng)度的信元，除此之外，ATM所有的協(xié)議在CIF中繼續(xù)使用。 CIF的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗恍韪鼡Q原來的網(wǎng)卡，所以對(duì)使用者而言，只需安裝一套軟件，使其計(jì)算機(jī)具備CIF的能力，而要使局域網(wǎng)用戶具有ATM的QoS，最重要的設(shè)備應(yīng)該說是CIF連接設(shè)備，它的地位與局域網(wǎng)交換設(shè)備類似，除此之外，原局域網(wǎng)的的布線不必作任何變動(dòng)。 1．計(jì)算機(jī)終端的變化要使計(jì)算機(jī)終端具有CIF功能，硬件是不需做任何改變的，唯一要做的是增加以下兩組程序，有了這兩組程序，網(wǎng)絡(luò)終端就具備了ATM能力。一組程序稱為SHIM，它被安裝在局域網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序之上，按OSI分層來講，即安裝在數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層，主要功能是將CIF頭加到幀上，而且它具備流量控制的功能，即實(shí)現(xiàn)ATM協(xié)議贛中TM4.0的功能，同時(shí)它還實(shí)現(xiàn)多重排隊(duì)的功能，這樣方便QoS的管理；另一組程序稱為SIG，它是實(shí)現(xiàn)ATM信令（即ATM UNI4.0）的軟件。 2．網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的變化 CIF連接設(shè)備和一般局域網(wǎng)中交換設(shè)備的地位是相同的。它的主要功能是將幀轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的ATM信元送到ATM網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將從ATM網(wǎng)絡(luò)來的ATM信元打包到局域網(wǎng)幀中送到局域網(wǎng)，與一般局域網(wǎng)交換設(shè)備相比，主要差別有以下幾點(diǎn)：（1）分析由局域網(wǎng)送過來的CIF幀，根據(jù)其中的CIF頭，將數(shù)據(jù)分解成ATM信此后送到ATM網(wǎng)絡(luò)。（2）支持ATM QoS及TM 4.0（功能勻網(wǎng)絡(luò)終端上的SHIM程序相同）。（3）含有實(shí)現(xiàn)ATM UNI 4.0的軟件模塊（功能與網(wǎng)絡(luò)終端上的SIG程序相同）。如果將傳統(tǒng)局域網(wǎng)交換設(shè)備改進(jìn)成一個(gè)CIF連接設(shè)備，對(duì)于上述的不同點(diǎn)（1）和（2），可以用ASIC芯片實(shí)現(xiàn)，而第（3）點(diǎn)可由一組程序來實(shí)現(xiàn)，另外要做的是在局域網(wǎng)交換設(shè)備上增加些存儲(chǔ)器，很顯然，在成本上并沒有太多的增加。五、結(jié)束語將ATM延伸到局域網(wǎng)中，主要目的是實(shí)現(xiàn)端到喘的QoS，并將其固定速率的流量控制機(jī)制引入到局域網(wǎng)中。但是，如果某種新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比較昂貴，也就是說性價(jià)比不足以吸引用戶的話，用戶寧愿采用老技術(shù)。他們會(huì)繼續(xù)采用不具備QoS和流量控制的簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)交換方式，這樣，在骨干網(wǎng)中ATM協(xié)議所帶來的好處就無法利用了。可喜的是，在局域網(wǎng)中加入CIF連接設(shè)備所帶來的額外開支，與用CIF來實(shí)現(xiàn)QoS和流量控制所帶來的好處相比，顯得微不足道。而已，為了實(shí)現(xiàn)端到瑞的QoS，與完全更換成ATM相比，CIF技術(shù)除了不需要更換新的網(wǎng)卡而帶來的經(jīng)濟(jì)利益之外，其使用可變長(zhǎng)度的封包后，與完全采用ATM或IP相比，額外報(bào)頭開銷的減少所帶來的好處也是很吸引用戶的。同此，CIF技術(shù)吁以作為一種過渡到ATM的技術(shù)進(jìn)行推廣。摘自《現(xiàn)代通信》

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