信元打包（又被稱為信元串聯）是一種能夠將多個信元中繼異步傳輸模式（ATM）信元封裝到同一個ip/MPLS分組中的機制。它讓電信運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致分組交換網絡（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，因而會降低分組轉發速率（PPS）。例如，假如需要傳輸六個ATM信元，網絡核心設備就要交換六個分組，耗費六個分組轉發的資源（如帶寬）。但是，假如利用信元打包技術，將六個ATM信元打包到同一個分組之中，網絡核心設備只需要交換一個分組，而且只需要耗費一個分組轉發的資源。因此，電信運營商能夠利用信元打包技術節約網絡核心的分組轉發資源。

    信元中繼還會導致帶寬利用率的降低。例如，假定有一個電信運營商希望在包含packet-over-SONET（POS）接口的多協議標簽交換（MPLS）核心上傳輸一個信元中繼ATM信元流。在運營商網絡邊緣上，52字節的ATM信元（不包括一個字節的報頭校驗[HEC]）附帶有4字節的控制字、4字節的虛擬電路標簽、4字節的隧道標簽和4字節的思科高級數據鏈路控制（HDLC）第二層報頭。每個52字節的ATM信元的總開銷為16字節。因此，POS光纖上的最終分組大小為68字節（即52字節的ATM信元＋16字節的開銷）。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，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，但是有效載荷為312字節，從而將帶寬效率提高到大約95.12%。因此，電信運營商能夠利用信用打包技術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，但是本文主要介紹它在4端口IP服務引擎（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。

節約帶寬
     ATM信元被打包到一個MPLS分組中，以提高分組交換網絡（PSN）效率。

" alt="ATM信元被打包到一個MPLS分組中，以提高分組交換網絡（PSN）效率" />

" alt="ATM信元被打包到一個MPLS分組中，以提高分組交換網絡（PSN）效率" />

信元打包參數
信元打包主要包含兩個參數：最小信元打包個數（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場可編程門陣列（FPGA）之中。

這些參數的范圍如下：

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

    在標簽傳播和綁定期間，PE1和PE2會通過設置LDP接口參數字段，交換MNCP值。當PE1收到PE2的MNCP時，它會被存儲在PE1的預定義VC/VP/端口數據庫之中，反之亦然。任何一個供給商邊緣上的MNCP的任何改動都會導致標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應當在每個MPLS分組中只發送一個信元，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分組發出――即使打包尚未完成；即分組中的信元個數并沒有達到MNCP。

一個信元打包分組在MPLS網絡中的生命周期
第xx頁的圖1顯示了被打包到MPLS網絡中的ATM信元。

    在輸入供給商邊緣，ATM信元到達ATM端口，由分段和重組（SAR）芯片進行處理。SAR芯片會將每個ATM信元區分為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的HEC，將剩余的52字節ATM信元發送到信元打包FPGA。信元打包FPGA則會根據MNCP和MCPT配置參數打包信元。

     輸入ATM信元會在MCPT超時之前，排隊構成一個信元包，直到達到預定的信元包大小為止。這時，FPGA會生成控制字，將T標志編碼為0，指明AAL0 ATM信元類型，為每個信元包分組生成一個序列號。剩余的字段都被設置為0。

    FPGA會將控制字（CW）附加到信元打包分組，將該分組轉發到硬件轉發ASIC。（在偽線設置中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 運營、治理和維護（OAM） F4和F5上的分段回環和故障治理
F4和F5上的故障治理 服務質量 信元丟失優先級（CLP）分類
試驗性（EXP）標記
ATM論壇流量治理4.0和4.1，基于虛擬電路監管、排序和整形
基于監管措施的信元打包
加權隨機早期檢測（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

    硬件轉發ASIC會添加VC和隧道標簽，將分組轉發到面向核心的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標簽＋IGP標簽＋第二層報頭。隧道標簽將在倒數第二跳被去除。發送到輸出供給商邊緣的分組包含一個ATM信元包＋CW＋VC標簽＋第二層報頭。

   在輸出供給商邊緣，面向核心的MPLS連接能夠將分組從光纖中取出，去除第二層報頭，再將分組轉發到面向邊緣的線路卡。面向邊緣的線路卡上的硬件轉發ASIC會去除VC標簽，將剩余的分組轉發到輸出信元打包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字節的ATM信元。這些52字節的ATM信元隨后會被轉發到SAR芯片。

    輸出SAR芯片會從FPGA收到52字節的ATM芯片，向ATM信元報頭添加1字節的HEC，構成一個53字節的ATM信元。這些ATM信元隨后將通過線路發送到輸出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。現就職于思科的路由技術部門。他的電子郵件地址為jasghar@cisco.com。

    Syed Natif Nawaz，CCIE編號8825，是思科路由技術部門千兆交換和路由平臺領域的軟件開發經理。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。現就職于思科的路由技術部門。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命令的輸出結構總結：

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 顯示向對等體發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時，您必須根據網絡流量模式和服務水平協議（SLA）確定MCPT和MNCP值。通過選擇最優的MCPT和MNCP值，能夠控制在信元打包過程中導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設計您的信元打包網絡。

方程1：
理論MCPT（us）＝MNCP大小（信元數）/輸入流量速率（信元數/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大小＝28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大小＝2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大小＝28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，但是在您的網絡設計計算中，您需要考慮50us－25ms的硬件可編程范圍（以50us為步進單位）。在設置信元打包時，MCPT應當加入由ATM交換、網絡傳播延時、排隊、預定延時，以及擁塞點延時或者抖動等因素導致的信元傳輸延時（CTD）。

上面的計算表明，信元打包能夠提高帶寬利用率。但是，在打包更多的信元時，每個被打包的信元必須等待所有用于打包的信元都被接收完畢，或者MCPT超時（無論哪種情況先發生）。這會引入額外的CTD（延時）和信元延時波動（CDV，即抖動）。

通過讓用戶設置一個MNCP和MCPT范圍，Cisco IOS軟件為權衡這些因素提供了靈活的手段。這個范圍有助于為滿足嚴格的SLA要求優化CTD和CDV。

對于像CBR和VBR-RT這樣的實時流量ATM服務（需要UNI協商CTD、CLR和CDV），利用最小打包（兩到五個信元）優化來自信元打包的CTD和CDV，滿足SLA的要求。

對于非實時的流量ATM服務（不需要UNI QoS協商），例如VBR-NRT和UBR，您能夠在SLA答應的范圍內打包更多的信元（10個或者更多）。

總而言之，信元打包能夠通過串聯ATM信元，提高分組交換網絡（PSN）效率。它能夠為優化打包過程中導致的CTD和CDV提供靈活的手段，例如MNCP和MCPT。

深入閱讀
Cisco IOS 軟件版本12.0(30)S 12000、7500和7200 系列 AToM
cisco.com/packet/174_5d2
Cisco IOS軟件版本12.0(30)S 12000、7500和 7200系列第二層QoS
cisco.com/packet/174_5d3
PWE3 ATM透明信元傳輸服務
FTP://ftp.rfc-editor.org/in-notes/internet-d rafts/ draft-ietf-pwe3-cell-transport-04.txt
AToM網絡傳輸的封裝方法
draft-ietf-pwe3-atm-encap-09.txt