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處理器/DSP  

數據流匯集和無損控制技術在都會區域乙太網路中的應用

上網時間: 2004年04月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:乙太網路  Ethernet  都會區域  Metro  同步光纖網/同步數位分層體系 

乙太網路技術已經成為都會區域網中最具競爭力的接取技術,在Sonet/SDH網路中結合虛擬串聯(VCAT)和通用訊框程序(GFP)技術可以加強乙太網路在都會區域網中的應用。本文介紹了這些技術的特點,並介紹了無損流控制(Lossless flow control)中可能存的問題以及資訊流分級傳輸實現方法。

要在Sonet/SDH上實現高性能乙太網路傳輸,必須結合流匯集技術和流控制技術。目前有幾種技術使乙太網路成為都會區域網中最具吸引力的接取技術,其中最重要的也許是在Sonet/SDH中結合虛擬串聯(VCAT)和通用成訊框規程(GFP)技術。為了增強乙太網路在都會區域網中的應用,必需深入了解已有的Sonet/SDH基礎設備,以及如何基於這些設備來更有效地利用乙太網路的方法。

VCAT有兩種類型(見表):高階VCAT是透過對STS-1數據路徑進行組合來獲得;低階VCAT是對VT1.5數據支路進行組合。高階VCAT可對兩個STS-1數據路徑組合以實現一個任何距離的100Mb點對點乙太網路,低階VCAT可對7個V1.5支路進行組合來設立一個低成本的10Mb乙太網路點對點網路。透過在端點處增添一些技術措施可以將VCAT技術融合到已有的Sonet/SDH網路中。設備供應商正透過多服務提供平台來增加該功能,這對於Sonet/SDH來說類似於再生的分插再使用器(ADM)。

提供都會區域乙太網路服務的另一個關鍵技術是GFP技術,即國際電聯(ITU)的G.7041標準,該標準是用於描述在Sonet/SDH網路上傳輸各種協議的封包和數據率適配技術。

GFP提供兩類業務:訊框業務和透明業務。訊框GFP將一個完整的乙太網路(或其它)訊框包裝在一個GFP包頭中,這裡的訊框是以一個整體來傳輸,這樣對最終用戶來說好像乙太網路擴展了,並能像一個大型企業網一樣進行管理;透明GFP製作將8B/10B編碼數據以資訊流方式在端與端之間傳輸的數據管道(見圖1),8B/10B資訊流編碼在64B/65B的超級塊(superblock)中,以在Sonet/SDH網路上傳送,並透過插入或消除空字符來實現速率適配。

目前,在透明GFP上已經能傳送Gb的乙太網路、1Gb和2Gb的光纖通道、Ficon、Escon/Sbcon和DVB-ASI數據。將一個多速率的並串/串並變換器加入到透明GFP媒體存取控制(MAC)中,將可以提供一個多埠、多速率和多協定的‘通用線路卡’。

數據匯集

用於Gigabit乙太網路的訊框GFP已經進行了標準化。此外,訊框GFP還將針對其它的協議進行標準化,包括光纖通道和低速乙太網路,但在進入Sonet/SDH網路前對用戶的資訊流進行一些匯集處理將更具經濟性,這樣可以更有效地利用乙太網路容量。目前大多數企業級乙太網路交換機可以做到這一點,然而通常在一些企業中並沒有乙太網路介面可用。

圖2為數據匯集的一個典型應用,圖中的業務供應商在一個Gigabit乙太網路連接上匯集了10/100乙太網路傳輸流,實現10/100乙太網路虛擬專用網(VNP)。這裡可以採用乙太網路交換機來實現匯集,但必需能對每一個用戶終端的輸入和輸出流(即圖中紅色和綠色資訊流)進行區分。

匯集的乙太網路資訊流可以透過檢查乙太網路訊框的組成來區分。透過對最外面的虛擬LAN(VLAN)標記、多協定標記交換(MPLS)標記、網際網路協定服務類型位元組、DiffServ碼點(code point)或乙太網路源地址(或這些的組合)檢測,我們就可以用一個簡單的表查找來判定資訊流應該封裝到哪個Sonet/SDH VCAT組。

使用一個簡單的標記(VLAN或MPLS)來識別一個流很容易,但這會造成一些困難。例如,我們不能在網路的一端使用將與網路另一端VLAN標記相衝突的VLAN標記,為此,我們可以增加一個標記‘推、彈出或交換’功能,只要稍微增強一些查表功能就可以實現。在進入Sonet/SDH網路時系統將執行一次查表,並提供介面號和VLAN標記作為輸入。查表功能可以提供以下內容:

1. Sonet/SDH VCAT組訊息通道。這可以是一個內部訊息通道號或一個用於訊息通道化數據介面(像SPI-4.2)的訊息通道號。使用任何一種方法,訊息通道號都會將數據流映射到Sonet/SDH VCAT組。

2. 新的標記(識別到網路出口點的資訊流的標記) 。

3. 標記動作(推或交換)。

透過檢查查表結果來確定如何作業數據訊框。‘標記動作’字段告訴我們或者將‘新標記’字段‘推’到一個標記堆疊,或者用新標記字段來交換已有標記。乙太網路VLAN能用較新的‘Q in Q’方案來進行堆疊處理,這種方案即VLAN標準IEEE 802.1Q。MPLS標記從一開始就具有堆疊處理能力,將MPLS字段中的一位元用來作為最外層的標記。

在Sonet/SDH網路輸出處必須進行一個相似的查表。這時,我們提供標記內容和該標記將到達的Sonet/SDH VCAT組。查表結果提供下列內容:

1. 輸出介面(埠);2. 新標記(用於交換作業);3. 標記動作(彈出或交換)。

然後,對查表的結果進行檢查,以判定是用標記字段交換最外面的標記,還是只從堆疊彈出標記。輸出埠也用這個查表功能來返回,並提供足夠的資訊以將訊框發送給用戶。

無損流控制(Lossless flow control)

在從乙太網路轉移到都會區域網時將遇到的另一個挑戰是對流的無損控制。乙太網路具有在釋放一個浮水印(watermark)時就發送暫停訊框的功能,但是現在我們的傳輸範圍必須超出數據中心,都會區域乙太網路的覆蓋範圍要達到5-10公里,並必須能支援超長訊框(jumbo frame)。因此,更大覆蓋範圍的乙太網路流控制將有一些新的要求。

為理解這些要求,讓我們檢查在流控制的過程。透過設置浮水印可以對緩衝器進行管理,當釋放浮水印時就表示產生擁塞,如果要保持無數據丟失環境就必須解決擁塞問題。對於乙太網路來說,在產生擁塞時可以向引起擁塞的傳輸流發送暫停訊框來解決(見圖3)。

為保持無損網路環境還必須解決存在的等待問題。當發出浮水印訊號後,下列問題將影響到下游設備將對其產生響應的等待時間:

1. 介面已經在向下游傳輸一個數據包。這個數據包可能是一個超長訊框,產生高達9,600位元組時間的等待;

2. 暫停訊框本身的傳輸時間(64位元組傳輸時間);

3. 光纖本身的延遲特性;

4. 暫定訊框的接收時間(64位元組);

5. 下游設備允許最高1,024位元時間來響應暫停訊框;

6. 下游設備可能已經有一個訊框在傳輸中,這個訊框可能是一個超長訊框。

為在都會區域應用中保持一個無損環境,每個介面必須能對三個超長訊框(9,600位元組)提供緩衝,以實現10公里的傳輸距離。

傳統上,乙太網路的吞吐量按某個數量級的增量來提供,但就用戶而言可能出現不能滿足要求的情況。一個用戶可能希望能得到一個3Mbps或50Mbps的服務。在Sonet/SDH網路中,3Mbps業務可以透過串聯兩個VT1.5支路來實現,而50Mbps業務正好可以採用單個STS-1。

滿足不同得服務品質的方法

在乙太網路中,3Mbps的業務意味著將需要採用10Mbps乙太網路連接,而50Mbps的業務意味著將採用100Mbps乙太網路連接。現在乙太網路的實現已經很經濟了,儘管不能完全利用到乙太網路連接的最大吞吐能力,但這對成本的影響實際上非常小,主要的成本仍在網路的Sonet/SDH部份。

通常服務供應商必須按照最低的規格,即承諾資訊速率(CIR)規格來提供服務配置。服務供應商必須按照這些規格執行,因為這些性能要求通常已經寫入服務協定中。此外,還可以規定突發資訊速率(BIR),這樣的資訊流發送將基於‘可用頻寬’來作相應的處理。

只提供CIR的情況下可以由一個單信號桶(token bucket)來完成。在匯集資訊流情況下,根據流的需要採用信號桶。如果資訊流量超過CIR,則丟棄資訊流或進行流控制。乙太網路要求在整個連接上進行流控制,所以在資訊流匯集的情況下,超過CIR的數據必需丟棄。

此外,還可以採用突發資訊率來提供配置。這裡,超過CIR而低於BIR的資訊流將‘盡可能地’傳遞。

乙太網路傳輸中可以採用雙信號桶機制來支援BIR,其中一個用於CIR參數,另一個用於BIR參數。然後,使用下列標準將資訊流分別標記為‘綠’、‘黃’或‘紅’:透過信號桶測量符合CIR的資訊流標為綠的,並始終被傳輸;超過CIR但低於BIR的資訊流標為黃的,將‘盡可能地’傳輸;測量為超過BIR的資訊流可以丟棄或延遲,或者可以要求進行流控制。

處理超過CIR的短突發資訊流很重要,但相對較困難。如上所述,這樣的資訊流將標為‘黃’,如果傳輸容量允許的情況下將被發送。資訊傳輸過程中需要監測可用的緩衝空間,以確保不會影響綠色資訊流的處理。這也可以用一個可配置浮水印來實現,當浮水印釋放,黃色數據包將被丟棄。

在丟棄數據包時,是從排隊序列的頭部(即數據包已經被緩衝)丟棄還是從序列的尾部(數據包緩衝前)丟棄?哪種更有利?實際上,這兩種選擇各有利弊:從頭部丟棄可以使被黃色數據包阻塞的緩衝器快速騰空,如果在黃色數據包後面有大量綠色數據包,這樣做將很重要,但在尾部丟棄從實現的角度來看較為簡單。

最後,我們需要考慮一個資訊流相對於其它資訊流的優先級。假定我們的原則是‘所有綠色數據包通過’和‘所有紅色數據包丟棄’,這樣一來只需考慮黃色數據包的處理了。這裡將採用幾個浮水印來監測緩衝空間,並區分‘丟棄優先級為‘n’和更低的黃色數據包‘。提供的浮水印數將決定提供的優先級數。

作者:Mark Fauber


產品經理


Email: markf@vitesse.com


Dave Dubois


產品策略總監


Email: daved@vitesse.com


Vitesse Semiconductor公司





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