CIF——真正实现端到端的QoS

2019-11-03 10:12:20

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供稿：网友

CIF——真正实现端到端的QoS（丁利剑、谢培泰） ATM技术是一门全新的技术，它与传统局域网的某些重要特征相互冲突，不能直接支持现有局域网应用。而现有局域网安装数量很多，应用范围较广，用户在网络硬件、软件方山也作了很大的投资，所以他们很难接受与现有局域网不相连的孤立的ATM网络。也就是说，ATM与现有局域网的互操作性如何，现有局域网能否不做大的变动就对充分利用ATM的优点，在ATM网络建成后现有网卡和应用软件等能否继续使用，这些都是ATM能否取得成功的重要因素。CIF就是在这种背景下提出的一种将ATM技术应用到局域网的过渡技术。一、概述 CIF（Cells In Frames）是由Cells In Frames Alliance提出的一种技术，其将ATM协议端到瑞的特性扩展到局域网，且在局域网终端上并不需要安装新的网卡，甚至机箱也不需要打开，唯一要做的是在终端工作站上安装一套软件，使得工作站与连向ATM网络的CIF连接设备相连，这样，该终端就会与安装了ATM网卡后直接连向ATM网络的终端具有同等的功能。实际上，采用CIF后，使得终端在原有的线路上实现ATM信令和固定速率的流控制，同时，将ATM信元打包到帧中也使得原有协议照样高效地运转。在信元前附加的CIF头非常简单，其中包括ATM信元的头，这样便于在CIF连接设备中将CIF帧分裂成ATM信元，或者反过来将ATM信无重组成CIF帧。当用户对ATM的QoS和固定速率的流控制有需求时，采用CIF是既能方便地将ATM扩展到终端桌面而又很经济的一种实现方法。下面以以太网为例来说明CIF是如何将数据打包到局域网的帧中的。将CIF数据以及CIF的头放在原来局域网帧的信息栏中，其中，CIF数据是ATM信元中的48字节的纯数据，而CIF头是为放在同一个帧的所有CIF数据加上的头，其长度为8个字节。数据和头的总长度不能超过1500字节（因为以太网帧的信息栏最多不能超过1500字节），很显然，每一个以太网帧中最多可放31个CIF数据。CIF头是用来控制这些CIF数据的，它的结构与ATM信元头相类似，8个字节中，除了5个字节的ATM信元头外，剩余的3个字节是CIF控制信息。二、为什么要使用CIF 1．局域网中直接使用ATM的不现实性广域网上采用ATM是大势所趋，也就是说，整个广域网的骨干会渐渐的变成以ATM为主的网络。但在一个完整的网络中，除了广域网之外还有局域网，而且真正的网络端点在局域网中，要采用ATM技术来实现端到端的QoS，如果对原有的局域网不做任何的改变，很显然是难以做到的，所以局域网部分也应以ATM方式取代，一种方法是将所有服务器、工作站等计算机上的以太网卡或令牌杯网卡，全部更换成ATM网卡，并将原来的局域网交换设备变成一个ATM的交换设备，即将整个网络变成一个纯ATM网络，这样的话，由某用户起经主干网络再到另一用户，完全是以 ATM信元进行交换，不容置疑，整个网络具有端到瑞QoS的保证。然而，要将整个局域网全部变成ATM，可不是一件容易的事，网卡要换，网络驱动程序也得改，还要有操作系统的支持，是一种全盘摧毁后再重新建设的做法，所需的花费可想而知，所以在局域网中直接使用ATM是不现实的。 2．ATM的致命弱点固定长度且短的信元成为ATM的最大缺点，每53字节的ATM信元中，信元头就占了5个字节，大约是整个信元的10％，而且，任何信息在送进ATM网络之前，都得经过AAL（ATM适配层），AAL将各种不同长度的信息，分成许多48字节的数据段，48字节的数据中有一些是控制用的，所以也有一定的额外开销，以AAL－5而言，大约是12％，而信息原始的头，如TCP／ip的IP头又会占去约9％，所以53字节的ATM信元中，大约有30％是并不传送真正信息的。显然，传统的ATM对于资源的浪费很大。由局域网的帧中所封装的CIF数据可知，每一个帧中只有一个CIF头，如果这个帧正好封装31个CIF数据，那么表示48×31＝1488字节的信息量才需要8字节的头，与ATM的信元（48字节就需5个字节的头）比较起来，CIF的报头额外开销少得多，只占10％左右，这与ATM 30％的报头额外开销相比，好处就不言而喻了。 3．采用CIF带来的好处首先，减少了报头所带来的额外开销。对于典型的Internet数据来说，ATM的报头额外开销是25％～30％，而对于具有可变长度包结构的CIF来说，这种开销减少到了10％，在国特网络的主干线上，这种节省是相当诱人的。其次，没有必要换用新的网卡。采用CIF之后，在以太网、令牌环网以及PPP相连的网络中可实现ATM的几乎所有特性，而且网卡也不需要更换，在硬件成本上没有增加。与高速以太网和台比特以太网相比，在这一点上有明显的优势。最后，没有必要采用分段和重组的硬件设备。由于ATM主干网中的数据传输到局域网中，即信元直接打包到局域网包中，所以，不必对信元头进行处理，也就是说不必进行信元重组；同样，当局域网中的包传向ATM主干网时，包解开之后就是多个完整的ATM信元，这样就不必对局域网包中的数据进行分段，只要加上放在CIF头中的ATM信地头就可将其发送出去。因此，在CIF交换设备中，没有必要加入分段和重组的硬件设备，也不必为分段和重组花费大量的时间。三、为什么要沿用ATM协议簇 ATM协议簇并不是必须捆绑在ATM交换机的硬件中的，它可以用在任何交换平台和任何连接协议之上。因此，CIF继续采用了这套完整的协议也是可行的。早在1996年4月，ATM论坛就完成了关于ATM一整套协议的4.0版，如果ATM交换机不采用4.0版的协议，与局域网相比起来，除了速度有所提高之外，其他方面则没有任何优势可言。但是，完全实现了该协议4.0版的ATM交换机在局域网和广域网上都能有效地支持音频、数据和视频的混合传输，而且，ATM能针对不同的信息，并根据不同的服务类型来提供不同的传送方式，更重要的是，它还具有灵活的传输控制功能，这样，不仅使得网络相对稳定，而且，结合不同服务类型的控制与路由选择，ATM就能真正实现端到端的QoS。至今，除了ATM，没有哪个协议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，而这些技术对于实现一个网络的低延迟和QoS又是相当重要的。所以，CIF沿用此协议簇，使得ATM最初设计上的那些好处在CIF中并没受到影响。 ATM采用固定长度的信元，主要目的是为了能在硬件中实现高速交换。在过去10年中，这是一个了不起的优点，但现在却没有那么重要了，当今，用先进的芯片技术设计出来的高速以太网交换机就已经证明了这点，尤其在局域网中，ATM的这种固定信元格式显得没有必要了。短的信元长度有助于消除64kbit／s话音信道上的回声，因为其能将延迟减少到10ms左右，不过，在CIF中采用可变长度的包之后，这种回声消除的能力依然保持。采用短而且固定长度的信元，对减少所有通信的延迟是非常重要的，但是，对高速线路来说，这也不再是一个问题。与以太网类似，CIF限制包的长为1500个字节，这样，在10Mbit／s的以太网上，一个最长的包导致整个通信的延迟仅仅只有1ms，而在OC－3或者OC－12的ATM主干网上这种延迟更小。音频和视频正常传输的延迟必须少于10－30ms，所以 CIF的使用对于音频和视频都不会有问题。四、CIF结构 CIF技术的提出，并不是要去取代ATM，而是将ATM的优点延伸到局域网中，其对ATM唯一的改变是信元，即以变长的封包来取代短而且具有固定长度的信元，除此之外，ATM所有的协议在CIF中继续使用。 CIF的结构很简单，因为它不需更换原来的网卡，所以对使用者而言，只需安装一套软件，使其计算机具备CIF的能力，而要使局域网用户具有ATM的QoS，最重要的设备应该说是CIF连接设备，它的地位与局域网交换设备类似，除此之外，原局域网的的布线不必作任何变动。 1．计算机终端的变化要使计算机终端具有CIF功能，硬件是不需做任何改变的，唯一要做的是增加以下两组程序，有了这两组程序，网络终端就具备了ATM能力。一组程序称为SHIM，它被安装在局域网网卡驱动程序之上，按OSI分层来讲，即安装在数据链路层的LLC子层，主要功能是将CIF头加到帧上，而且它具备流量控制的功能，即实现ATM协议赣中TM4.0的功能，同时它还实现多重排队的功能，这样方便QoS的管理；另一组程序称为SIG，它是实现ATM信令（即ATM UNI4.0）的软件。 2．网络连接设备的变化 CIF连接设备和一般局域网中交换设备的地位是相同的。它的主要功能是将帧转成标准的ATM信元送到ATM网络，同时将从ATM网络来的ATM信元打包到局域网帧中送到局域网，与一般局域网交换设备相比，主要差别有以下几点：（1）分析由局域网送过来的CIF帧，根据其中的CIF头，将数据分解成ATM信此后送到ATM网络。（2）支持ATM QoS及TM 4.0（功能匀网络终端上的SHIM程序相同）。（3）含有实现ATM UNI 4.0的软件模块（功能与网络终端上的SIG程序相同）。如果将传统局域网交换设备改进成一个CIF连接设备，对于上述的不同点（1）和（2），可以用ASIC芯片实现，而第（3）点可由一组程序来实现，另外要做的是在局域网交换设备上增加些存储器，很显然，在成本上并没有太多的增加。五、结束语将ATM延伸到局域网中，主要目的是实现端到喘的QoS，并将其固定速率的流量控制机制引入到局域网中。但是，如果某种新的技术实现起来比较昂贵，也就是说性价比不足以吸引用户的话，用户宁愿采用老技术。他们会继续采用不具备QoS和流量控制的简单的以太网交换方式，这样，在骨干网中ATM协议所带来的好处就无法利用了。可喜的是，在局域网中加入CIF连接设备所带来的额外开支，与用CIF来实现QoS和流量控制所带来的好处相比，显得微不足道。而已，为了实现端到瑞的QoS，与完全更换成ATM相比，CIF技术除了不需要更换新的网卡而带来的经济利益之外，其使用可变长度的封包后，与完全采用ATM或IP相比，额外报头开销的减少所带来的好处也是很吸引用户的。同此，CIF技术吁以作为一种过渡到ATM的技术进行推广。摘自《现代通信》

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