Cisco 12000系列信元打包技術(shù)提高帶寬利用率

2019-11-04 22:26:00

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供稿：網(wǎng)友

信元打包（又被稱為信元串聯(lián)）是一種能夠?qū)⒍鄠€信元中繼異步傳輸模式（ATM）信元封裝到同一個ip/MPLS分組中的機(jī)制。它讓電信運(yùn)營商能夠克服信元中繼傳輸所固有的帶寬效率低下問題。

信元中繼帶寬效率低下

信元中繼之所以會導(dǎo)致分組交換網(wǎng)絡(luò)（PSN）的帶寬效率低下，主要是由于下列原因。

信元中繼需要交換所有信元中繼分組，因而會降低分組轉(zhuǎn)發(fā)速率（PPS）。例如，假如需要傳輸六個ATM信元，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備就要交換六個分組，耗費六個分組轉(zhuǎn)發(fā)的資源（如帶寬）。但是，假如利用信元打包技術(shù)，將六個ATM信元打包到同一個分組之中，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備只需要交換一個分組，而且只需要耗費一個分組轉(zhuǎn)發(fā)的資源。因此，電信運(yùn)營商能夠利用信元打包技術(shù)節(jié)約網(wǎng)絡(luò)核心的分組轉(zhuǎn)發(fā)資源。

信元中繼還會導(dǎo)致帶寬利用率的降低。例如，假定有一個電信運(yùn)營商希望在包含packet-over-SONET（POS）接口的多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）核心上傳輸一個信元中繼ATM信元流。在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)邊緣上，52字節(jié)的ATM信元（不包括一個字節(jié)的報頭校驗[HEC]）附帶有4字節(jié)的控制字、4字節(jié)的虛擬電路標(biāo)簽、4字節(jié)的隧道標(biāo)簽和4字節(jié)的思科高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）第二層報頭。每個52字節(jié)的ATM信元的總開銷為16字節(jié)。因此，POS光纖上的最終分組大小為68字節(jié)（即52字節(jié)的ATM信元＋16字節(jié)的開銷）。在這種情況下，信元中繼的帶寬浪費率約為23.52%（16/68）。

在這種情況下，假如采用信元打包技術(shù)，并且假定您將六個信元封裝到同一個MPLS分組之中，那么總的開銷仍然為16字節(jié)，但是有效載荷為312字節(jié)，從而將帶寬效率提高到大約95.12%。因此，電信運(yùn)營商能夠利用信用打包技術(shù)將帶寬利用率提高了18.65%（即從76.47%提高到95.12%）。

Cisco 12000、7500和7200系列路由器支持信元打包技術(shù)，但是本文主要介紹它在4端口IP服務(wù)引擎（ISE） ATM-over-SONET OC-12/STM-4和4端口ISE ATM-over-SONET OC-3/STM-1線路卡上的實施。

第xx頁中的表格列出了Cisco 12000支持的信元打包功能。

節(jié)約帶寬

ATM信元被打包到一個MPLS分組中，以提高分組交換網(wǎng)絡(luò)（PSN）效率。

Cisco 12000系列信元打包技術(shù)提高帶寬利用率

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信元打包參數(shù)

信元打包主要包含兩個參數(shù)：最小信元打包個數(shù)（MNCP）的大小（也被稱為信元打包大小）和最大信元打包計時器（MCPT）的超時值。

在建立信元打包連接時，您必須配置MNCP大小和MCPT超時值。這些信息會被記錄到輸入和輸出硬件的信元打包現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）之中。

這些參數(shù)的范圍如下：

MNCP大小介于2到28個ATM信元之間

MCPT超時值介于2到4095微秒（us）之間（可由IOS配置的范圍）

MCPT硬件編程范圍為50us到25ms（MCPT超時的步進(jìn)精度為50us）

MNCP的最大值為28個ATM信元，因為以太網(wǎng)的MTU為1500字節(jié)。假如一個MPLS分組打包的ATM信元數(shù)超過28個，那么它將會在以太網(wǎng)接口上被丟棄。盡管Cisco IOS命令行界面（CLI）答應(yīng)您將MCPT值設(shè)置為2-4095us之間的一個值，硬件可編程范圍實際上是50us到25ms，步進(jìn)單位為50us。

在標(biāo)簽傳播和綁定期間，PE1和PE2會通過設(shè)置LDP接口參數(shù)字段，交換MNCP值。當(dāng)PE1收到PE2的MNCP時，它會被存儲在PE1的預(yù)定義VC/VP/端口數(shù)據(jù)庫之中，反之亦然。任何一個供給商邊緣上的MNCP的任何改動都會導(dǎo)致標(biāo)簽被撤銷和虛擬電路在兩端重新建立，而且舊的值將會被新的值所取代。

假如PE1不支持信元打包（即MNCP等于1），PE2應(yīng)當(dāng)在每個MPLS分組中只發(fā)送一個信元，但是能夠接收打包信元――假如PE2啟動了信元打包。

MCPT在本地具有重要的作用，它的范圍通常取決于ATM連接速度OC-3或者OC-12。假如MCPT計時器超時，打包的信元將會立即通過一個MPLS分組發(fā)出――即使打包尚未完成；即分組中的信元個數(shù)并沒有達(dá)到MNCP。

一個信元打包分組在MPLS網(wǎng)絡(luò)中的生命周期

第xx頁的圖1顯示了被打包到MPLS網(wǎng)絡(luò)中的ATM信元。

在輸入供給商邊緣，ATM信元到達(dá)ATM端口，由分段和重組（SAR）芯片進(jìn)行處理。SAR芯片會將每個ATM信元區(qū)分為AAL0、AAL5或者OAM信元。對于有效的AAL0信元，SAR芯片會從ATM信元報頭中去除一個字節(jié)的HEC，將剩余的52字節(jié)ATM信元發(fā)送到信元打包FPGA。信元打包FPGA則會根據(jù)MNCP和MCPT配置參數(shù)打包信元。

輸入ATM信元會在MCPT超時之前，排隊構(gòu)成一個信元包，直到達(dá)到預(yù)定的信元包大小為止。這時，F(xiàn)PGA會生成控制字，將T標(biāo)志編碼為0，指明AAL0 ATM信元類型，為每個信元包分組生成一個序列號。剩余的字段都被設(shè)置為0。

FPGA會將控制字（CW）附加到信元打包分組，將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到硬件轉(zhuǎn)發(fā)ASIC。（在偽線設(shè)置中CW是可選的。假如兩個PE商定支持CW，它就會被使用；否則它就不會被插入。）

Cisco 12000系列路由器對信元打包的支持

Cisco 12000線路卡 4端口IP服務(wù)引擎（ISE） ATM over SONET OC-12/STM-4

4端口ISE ATM over SONET OC-3/STM-1Cisco 12000型號全部軟件 Cisco IOS軟件版本12.(27)S1和更高版本信元打包傳輸模式虛擬電路連接模式

虛擬路徑連接模式

端口連接模式運(yùn)營、治理和維護(hù)（OAM） F4和F5上的分段回環(huán)和故障治理

F4和F5上的故障治理服務(wù)質(zhì)量信元丟失優(yōu)先級（CLP）分類

試驗性（EXP）標(biāo)記

ATM論壇流量治理4.0和4.1，基于虛擬電路監(jiān)管、排序和整形

基于監(jiān)管措施的信元打包

加權(quán)隨機(jī)早期檢測（WRED）和Modified Deficit Round Robin（MDRR）輸出雙CLP閾值隊列極限交換類型偽線

本地交換

硬件轉(zhuǎn)發(fā)ASIC會添加VC和隧道標(biāo)簽，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到面向核心的MPLS連接。面向核心的MPLS連接會為MPLS分組添加第二層報頭，再將MPLS分組放到光纖上。

在MPLS核心，分組包含一個ATM信元包＋CW＋VC標(biāo)簽＋I(xiàn)GP標(biāo)簽＋第二層報頭。隧道標(biāo)簽將在倒數(shù)第二跳被去除。發(fā)送到輸出供給商邊緣的分組包含一個ATM信元包＋CW＋VC標(biāo)簽＋第二層報頭。

在輸出供給商邊緣，面向核心的MPLS連接能夠?qū)⒎纸M從光纖中取出，去除第二層報頭，再將分組轉(zhuǎn)發(fā)到面向邊緣的線路卡。面向邊緣的線路卡上的硬件轉(zhuǎn)發(fā)ASIC會去除VC標(biāo)簽，將剩余的分組轉(zhuǎn)發(fā)到輸出信元打包FPGA。

輸出信元打包FPGA會去除控制字，利用其FIFO緩存將ATM信元打包分組分解為52字節(jié)的ATM信元。這些52字節(jié)的ATM信元隨后會被轉(zhuǎn)發(fā)到SAR芯片。

輸出SAR芯片會從FPGA收到52字節(jié)的ATM芯片，向ATM信元報頭添加1字節(jié)的HEC，構(gòu)成一個53字節(jié)的ATM信元。這些ATM信元隨后將通過線路發(fā)送到輸出ATM永久虛擬電路。

Javed Asghar 是一位軟件工程師，精通用于千兆交換和路由器平臺的高級MPLS技術(shù)。現(xiàn)就職于思科的路由技術(shù)部門。他的電子郵件地址為jasghar@cisco.com。

Syed Natif Nawaz，CCIE編號8825，是思科路由技術(shù)部門千兆交換和路由平臺領(lǐng)域的軟件開發(fā)經(jīng)理。他的電子郵件地址為snawaz@cisco.com。

Muhammad Waris Sagheer是一位軟件工程師，精通用于千兆交換和路由器平臺的高級MPLS技術(shù)?，F(xiàn)就職于思科的路由技術(shù)部門。他的電子郵件地址為waris@cisco.com。

信元打包的配置和驗證

下面是信元打包配置的三個例子：VC模式、VP模式和端口模式。另外還將介紹信元打包的驗證過程。

在例1中，PE1和PE2都配置為信元打包VC模式，MNCP為六個信元，MCPT為100us，而流量具有雙向的OC-3線性速率。

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設(shè)置為信元打包VP模式，而PE2配置與之對稱。MNCP為六個信元，MCPT為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   三個獨立計時器，單位為毫秒 

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設(shè)置為信元打包端口模式，而PE2配置與之對稱。MNCP為六個信元，MCPT為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驗證：

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命令的輸出結(jié)構(gòu)總結(jié)：

Circuit type顯示信元打包配置為VC模式。 

Local MNCP顯示本地配置的MNCP值為6。 

Peer MNCP顯示對等配置的MNCP值為6。 

MCPT(us)顯示本地配置的MCPT超時時間。 

Average number of cells received in one packet 顯示從對等體接收的一個信元包中包含6個信元。 

Average number of cells received in one packet 顯示向?qū)Φ润w發(fā)送的一個信元包中包含6個信元。

部署信元打包時的注重事項

在計劃采用信元打包技術(shù)時，您必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量模式和服務(wù)水平協(xié)議（SLA）確定MCPT和MNCP值。通過選擇最優(yōu)的MCPT和MNCP值，能夠控制在信元打包過程中導(dǎo)致的其他延時和抖動。

在理想條件下，下面分別是MNCP值為2和28個信元時的理論MCPT超時時間。這個例子假定輸入流量在Engine 3 ATM OC-3或者OC-12接口上保持線性速率。您可以利用方程1設(shè)計您的信元打包網(wǎng)絡(luò)。

方程1：

理論MCPT（us）＝MNCP大?。ㄐ旁獢?shù)）/輸入流量速率（信元數(shù)/秒）

情況1：

MNCP大小＝2個信元

OC-3線性速率輸入流量速率＝3.53208cps

利用方程1，計算得到理論MCPT＝5.662us

情況2：

MNCP大?。?8個信元

OC-3線性速率輸入流量速率＝3.53208cps

利用方程1，計算得到理論MCPT＝79.27us

情況3：

MNCP大?。?個信元

OC-12線性速率輸入流量速率＝1412832cps

利用方程1，計算得到理論MCPT＝1.416us

情況4：

MNCP大?。?8個信元

OC-12線性速率輸入流量速率＝1412832cps

利用方程1，計算得到理論MCPT＝19.82us

上面計算得到的MCPT值都是理論值，但是在您的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計計算中，您需要考慮50us－25ms的硬件可編程范圍（以50us為步進(jìn)單位）。在設(shè)置信元打包時，MCPT應(yīng)當(dāng)加入由ATM交換、網(wǎng)絡(luò)傳播延時、排隊、預(yù)定延時，以及擁塞點延時或者抖動等因素導(dǎo)致的信元傳輸延時（CTD）。