发信人: ding()
整理人: terryh(2002-03-24 15:02:29), 站内信件
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发信人: December (Li), 信区: Network
标 题: 千兆位报文网络技术 (2)
发信站: 龙门客栈 (Mon Sep 29 20:40:43 1997), 转信
三、千兆位广域报文网络技术
广域报文网络通过一些设备互连而建立。一般使用两类模型,一类模型
是路由器,路由器之间直接相互连接;另一类模型是由实现了某类介质访问协议
的转发设备来建立虚拟网络,路由器通过转发设备连入网络。这两种结构今天
都有广泛的应用,路由器互连的方法已广泛用于Internet,帧中继和X.25网络
使用了转发设备方法。建立两种类型广域网的关键是:在千兆位的速率下,如何
在路由器和转发设备中实现报文的路由。
1.千兆位路由报文的基本要求
路由报文设备由三部分组成:
·连接各种网络和设备的一组网络接口;
·决定向何处发送报文的一个或多个转发处理器;
·连接网络接口与转发处理器的连接光纤。
为了以千兆位速率转发报文,以上三部分都必须具有千兆位的速率。建
立千兆位的网络接口是可能的。
开发以千兆位速率突发送报文的转发处理器也不是一件困难的事。研究
者们认为,只要经过精细的设计,使用相关的不太昂贵的处理器,以持续的千兆
位速率转发报文是完全可能的。
通常转发一个报文要做一些简单的报文头一致性检查,以决定将要到达
的下一站点,同时可能对报文头作相互更改,报文头是唯一需要处理的部分。例
如对IP数据报文的转发过程是:
首先检查报文类型,然后查询Cache并路由报文。在大多数情况下,路由
信息在Cache内。假定Cache命中,那么IP头被更新,且数据报文被转发到接
口。执行的代码行大约有20行C代码,约200条指令。
在多数网络中,平均报文大小为128字节,这就要求每秒需近200百万条指
令来维持千兆位的速率,像DEC Alpha21064这样的处理器就能达到。报文增大
对处理器的要求也能容易达到。
例如Intel 486处理器就可以以千兆位的速率转发1024字节大小的报
文。所以,对转发设备而言,处理器的处理能力将不成问题。
接口间的数据拷贝是一个棘手的问题。对于支持N个接口的路由器或交
换机来说,如果每个接口的收发率为1Gb/s,在最坏的情况下,路由器应具有
nGb/s的能力,而设计一个数据总线来实现这种速率是困难的。信元开关可通
过并行移动数据来解决这个问题,但信元开关仅仅适合于定长信元。
今天,研究者们既没有选择交换开关,也没有选择串行总线来实现接口间
的数据移动。下面将讨论两种其它的方法。
2.PlaNET—— 一个高速报文路由器
PlaNET是由IBM开发的具有八个端口环状总线的千兆位开关,它支持多种
路由模式。
典型的是报文采用源路由模式传输,当适配器从链路上接收到一个报文
时,它就将此报文放到总线上,由总线对报文进行适配器到适配器的中继。如果
报文的源路由指示它已传送到了目的适配器,报文将被拷贝到接口的输出队列
中。为了支持多点功能,多个适配器可以拷贝相同的报文。接收端的适配器不
移去总线上的报文,它只将报文的拷贝传送到下一个适配器,由发送端的适配器
负责移去总线上的报文。为避免访问总线的冲突,适配器采用轮询模式获得对
总线的访问。
PlaNET总线支持6Gb/s速率,开关被设计为支持800Mb/s连接速率,这样,
总线的速率高于八个端口总体集成速率。PlaNET的一个有趣特征为它的总线
是蛇型结构。这种交织的总线拓扑结构使所有适配器间的距离相对缩小,减小
了数据路由时间。
基于PlaNET连接,IBM开发了一个本地分布式网络——ORBIT。ORBIT使
多个主机共享访问PlaNET适配器成为可能。PlaNET是最早研制的具有千兆位
能力的开关之一,它说明了只要经过精细设计报文交换开关,获得千兆位的速率
是可能的。
3. 贝尔实验室的IP路由器
AT&T贝尔实验室的一个小组在1992年开发研制了千兆位IP路由器原型系
统。
该路由器使用多个专用的处理器转发报文。一个4处理器的测试原型系
统具有3.5倍的加速比。每个处理器每秒可转发6万个报文,这样,4个处理器的
系统就能以每秒21万个报文的速度转发。如果报文较大,则足以达到千兆位速
率。当时处理器的主频为3MHz,设计者希望对其改进,将主频提高到20MHz,那
么,转发报文的速率便可达到每秒140万个报文。
接口与处理器之间的数据传递和接口之间的报文传递使用不同的总线,
前者使用控制总线,后者使用数据总线。接口与处理器之间信息传递量很小,并
经合理仲裁,均匀地分布在各处理器中,以便最大限度地利用各处理器的能力,
接口之间的报文传递是长信息格式,它的传递调度不是很精确的。通过分离两
种不同类型的传输,路由器的设计者可以针对传递的信息类型优化总线。实际
上,最初的原型系统使用了相当慢的数据总线,仅仅为1Gb/s。但是,由于该总
线只用于传输数据,因此,它足以提供千兆位的数据传输率。
贝尔实验室路由器路由的报文速率和数据总线速率仅勉强能作为千兆位
路由器,但它的结构可能是路由器设计的先驱者,也许在不远的将来,我们能有
这类结构的路由器产品。
4.如何连接转发设备
类似PlaNET交换器和贝尔实验室路由器这样的转发设备之间如何连接
呢?传统上,设备之间可通过电话公司的租用线路来实现连接。对高速传输,转
发设备将通过同步光纤网(SONET)互连。的确,由于卫星和微波等传输介质的
出现,它们都支持SONET帧,因此,SONET预示着租借线路的未来。那么,转发设
备如何在SONET中发送报文呢?
简单的方法是将报文装入ATM的AAL5的包中,并通过SONET上的ATM网络
发送报文;另一方法是在SONET上定义其它协议,这也不是很难的事,SONET只是
一个在两节点间传递字节帧的简单协议。对定义协议来说要做的是如何使用这
些字节。例如HIPPI的报文就可通过SONET传递,随后将有更多的协议在SONET
上运行。
四、结束语
千兆位报文网络的开发已滞后于千兆位信元网络的开发。然而,除了在
广域网上建立快速转化设备这一障碍外,没有明显的技术问题成为滞后的原
因。对局域网而言,已有几种有前景的技术,如HIPPI、Atomic等。采用
CSMA/RN方法,建立一个千兆位的环网也不再是什么困难的问题。对广域网而
言,主要的任务是设计、研制千兆位的报文路由器和交换机。在这些设备中最
困难的问题是寻求一个快速的总线结构,进而在其上建立相关的硬件,以获得千
兆位的数据传输率。相信在不远的将来,支持千兆位的局域网和广域网技术会
得到飞速的发展。
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