数据流汇集和无损控制技术在城域以太网中的应用

以太网技术已经成为城域网中最具竞争力的接入技术,在Sonet/SDH网络中结合虚拟级联和通用成帧规程技术可以加强以太网在城域网中的应用。本文介绍了这些技术特点,并介绍了无损流控制中可能存在的问题以及信息流分级传输实现方法。

要在Sonet/SDH上实现高性能以太网传输,必须结合流汇集技术和流控制技术。当前有几种技术使以太网成为城域网中最具吸引力的接入技术,其中最重要的也许是在Sonet/SDH中结合虚拟级联(VCAT)和通用成帧规程(GFP)技术。为了增强以太网在城域网中的应用,必须深入了解已有的Sonet/SDH基础设施,以及如何基于这些设施来更有效地利用以太网的方法。

VCAT有两种类型(见表):高阶VCAT是通过对STS-1数据路径进行组合来获得；低阶VCAT是对VT1.5数据支路进行组合。高阶VCAT可对两个STS-1数据路径组合以实现一个任何距离的100Mb点对点以太网,低阶VCAT可对7个V1.5支路进行组合来建立一个低成本的10Mb以太网点对点网络。通过在端点处增添一些技术措施可以将VCAT技术融合到已有的Sonet/SDH网络中。设备提供商正通过多服务提供平台来增加该功能,这对于Sonet/SDH来说类似于再生的分插复用器(ADM)。

提供城域以太网服务的另一个关键技术是GFP技术,即国际电联(ITU)的G.7041标准,该标准是用于描述在Sonet/SDH网络上传输各种协议的封包和数据率适配技术。

GFP提供两类业务:成帧业务和透明业务。成帧GFP将一个完整的以太网(或其它)帧包装在一个GFP包头中,这里的帧是以一个整体来传输,这样对最终用户来说好像以太网扩展了,并能像一个大型企业网一样进行管理；透明GFP创建将8B/10B编码数据以信息流方式在端与端之间传输的数据管道(见图1),8B/10B信息流编码在64B/65B的超级块(superblock)中,以在Sonet/SDH网络上传送,并通过插入或消除空字符来实现速率适配。

当前,在透明GFP上已经能传送Gb的以太网、1Gb和2Gb的光纤通道、Ficon、Escon/Sbcon和DVB-ASI数据。将一个多速率的并串/串并变换器加入到透明GFP媒体访问控制(MAC)中,将可以提供一个多端口、多速率和多协议的“通用线路卡”。

数据汇集

用于千兆位以太网的成帧GFP已经进行了标准化。此外,成帧GFP还将针对其它的协议进行标准化,包括光纤通道和低速以太网,但在进入Sonet/SDH网络前对用户的信息流进行一些汇集处理将更具经济性,这样可以更有效地利用以太网容量。当前大多数企业级以太网交换机可以做到这一点,然而通常在一些企业中并没有以太网接口可用。

图2为数据汇集的一个典型应用,图中的业务提供商在一个千兆以太网连接上汇集了10/100以太网传输流,实现10/100以太网虚拟专用网(VPN)。这里可以采用以太网交换机来实现汇集,但必须能对每一个用户终端的输入和输出流(即图中红色和绿色信息流)进行区分。

汇集的以太网信息流可以通过检查以太网帧的组成来区分。通过对最外面的虚拟LAN(VLAN)标记、多协议标记交换(MPLS)标记、互联网协议服务类型字节、DiffServ码点(code point)或以太网源地址(或这些的组合)检测,我们就可以用一个简单的表查找来判定信息流应该封装到哪个Sonet/SDH VCAT组。

使用一个简单的标记(VLAN或MPLS)来识别一个流很容易,但这会造成一些困难。例如,我们不能在网络的一端使用将与网络另一端VLAN标记相冲突的VLAN标记,为此,我们可以增加一个标记“推、弹出或交换”功能,只要稍微增强一些查表功能就可以实现。在进入Sonet/SDH网络时系统将执行一次查表,并提供接口号和VLAN标记作为输入。查表功能可以提供以下内容:

1. Sonet/SDH VCAT组信道。这可以是一个内部信道号或一个用于信道化数据接口(像SPI-4.2)的信道号。使用任何一种方法,信道号都会将数据流映射到Sonet/SDH VCAT组。

2. 新的标记(识别到网络出口点的信息流的标记) 。

3. 标记动作(推或交换)。

通过检查查表结果来确定如何操作数据帧。“标记动作”字段告诉我们或者将“新标记”字段“推”到一个标记堆栈,或者用新标记字段来交换已有标记。以太网VLAN能用较新的“Q in Q”方案来进行堆栈处理,这种方案即VLAN标准IEEE 802.1Q。MPLS标记从一开始就具有堆栈处理能力,将MPLS字段中的一位用来作为最外层的标记。

在Sonet/SDH网络输出处必须进行一个相似的查表。这时,我们提供标记内容和该标记将到达的Sonet/SDH VCAT组。查表结果提供下列内容:

1. 输出接口(端口)；2. 新标记(用于交换操作)；3. 标记动作(弹出或交换)。

然后,对查表的结果进行检查,以判定是用标记字段交换最外面的标记,还是只从堆栈弹出标记。输出端口也用这个查表功能来返回,并提供足够的信息以将帧发送给用户。

流无损控制

在从以太网转移到城域网时将遇到的另一个挑战是对流的无损控制。以太网具有在释放一个水印(watermark)时就发送暂停帧的功能,但是现在我们的传输范围必须超出数据中心,城域以太网的覆盖范围要达到5-10公里,并必须能支持超长帧(jumbo frame)。因此,更大覆盖范围的以太网流控制将有一些新的要求。

为理解这些要求,让我们检查在流控制的过程。通过设置水印可以对缓冲器进行管理,当释放水印时就表示发生拥塞,如果要保持无数据丢失环境就必须解决拥塞问题。对于以太网来说,在发生拥塞时可以向引起拥塞的传输流发送暂停帧来解决(见图3)。

为保持无损网络环境还必须解决存在的等待问题。当发出水印信号后,下列问题将影响到下游设备将对其产生响应的等待时间:

1. 接口已经在向下游传输一个数据包。这个数据包可能是一个超长帧,产生高达9,600字节时间的等待；

2. 暂停帧本身的传输时间(64字节传输时间)；

3. 光纤本身的延时特性；

4. 暂定帧的接收时间(64字节)；

5. 下游设备允许最高1,024位时间来响应暂停帧；

6. 下游设备可能已经有一个帧在传输中,这个帧可能是一个超长帧。

为在城域应用中保持一个无损环境,每个接口必须能对三个超长帧(9,600字节)提供缓冲,以实现10公里的传输距离。

传统上,以太网的吞吐量按某个数量级的增量来提供,但就用户而言可能出现不能满足要求的情况。一个用户可能希望能得到一个3Mbps或50Mbps的服务。在Sonet/SDH网络中,3Mbps业务可以通过级联两个VT1.5支路来实现,而50Mbps业务正好可以采用单个STS-1。

满足不同得服务质量的方法

在以太网中,3Mbps的业务意味着将需要采用10Mbps以太网连接,而50Mbps的业务意味着将采用100Mbps以太网连接。现在以太网的实现已经很经济了,尽管不能完全利用到以太网连接的最大吞吐能力,但这对成本的影响实际上非常小,主要的成本仍在网络的Sonet/SDH部分。

通常服务提供商必须按照最低的规范,即承诺信息速率(CIR)规范来提供服务配置。服务提供商必须按照这些规范执行,因为这些性能要求通常已经写入服务协定中。此外,还可以规定突发信息速率(BIR),这样的信息流发送将基于“可用带宽”来作相应的处理。

只提供CIR的情况下可以由一个单令牌桶(token bucket)来完成。在汇集信息流情况下,根据流的需要采用令牌桶。如果信息流量超过CIR,则丢弃信息流或进行流控制。以太网要求在整个连接上进行流控制,所以在信息流汇集的情况下,超过CIR的数据必须丢弃。

此外,还可以采用突发信息率来提供配置。这里,超过CIR而低于BIR的信息流将“尽可能地”传递。

以太网传输中可以采用双令牌桶机制来支持BIR,其中一个用于CIR参数,另一个用于BIR参数。然后,使用下列标准将信息流分别标记为“绿”、“黄”或“红”:通过令牌桶测量符合CIR的信息流标为绿的,并始终被传输；超过CIR但低于BIR的信息流标为黄的,将“尽可能地”传输；测量为超过BIR的信息流可以丢弃或延时,或者可以要求进行流控制。

处理超过CIR的短突发信息流很重要,但相对较困难。如上所述,这样的信息流将标为“黄”,如果传输容量允许的情况下将被发送。信息传输过程中需要监测可用的缓冲空间,以确保不会影响绿色信息流的处理。这也可以用一个可配置水印来实现,当水印释放,黄色数据包将被丢弃。

在丢弃数据包时,是从排队序列的头部(即数据包已经被缓冲)丢弃还是从序列的尾部(数据包缓冲前)丢弃？哪种更有利？实际上,这两种选择各有利弊:从头部丢弃可以使被黄色数据包阻塞的缓冲器快速腾空,如果在黄色数据包后面有大量绿色数据包,这样做将很重要,但在尾部丢弃从实现的角度来看较为简单。

最后,我们需要考虑一个信息流相对于其它信息流的优先级。假定我们的原则是“所有绿色数据包通过”和“所有红色数据包丢弃”,这样一来只需考虑黄色数据包的处理了。这里将采用几个水印来监测缓冲空间,并区分“丢弃优先级为‘n’和更低的黄色数据包”。提供的水印数将决定提供的优先级数。

作者:Mark Fauber

产品经理

Email: markf@(暂不可见)

Dave Dubois

产品策略总监

Email: daved@(暂不可见)

Vitesse Semiconductor公司

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