CCIE：Cisco12000系列路由器信元打包技術
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，如果需要傳輸六個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，如果利用信元打包技術，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，如果采用信元打包技術，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。
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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。如果一個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）允許您將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。任何一個供應商邊緣上的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。
如果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――如果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。如果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。
在輸入供應商邊緣，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。如果兩個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
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。發送到輸出供應商邊緣的分組包含一個ATM信元包＋CW＋VC標簽＋第二層報頭。
在輸出供應商邊緣，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。
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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
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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
PEIfishrunning-configinterfaceATM5/0 Buildingconfiguration... Currentconfiguration:263bytes ! interfaceATM5/0 atmmcpt-timers50100200三個獨立計時器，單位為毫秒 atmpvp112transport cell-packing6mcpt-timer2MNCP6和MCPT100毫秒 xconnect203.203.203.2031 encapsulationmpls 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#shrunning-configinterfaceATM510 Buildingconfiguration... Currentconfiguration:238bytes ! interfaceATM5/0 atmmcpt-timers50100200 cell-packing6mcpt-timer2 xconnect203.203.203.2031encapsulationmpls end |
PEl#shatmcell-packing averageaverage circuitlocalnbrofcellspeer nbrofcellsMCPT typeMNCPrcvdinonepktMNCP sentinonepkt46) ATM5/0vc0/3266 66100 PE2#shatmcell-packing averageaverage circuitlocalnbrofcellspeer nbrofcellsMCPT typeMNCPrcvdinonepktMNCP sentinonepkt(Ps) ATM2/2vc0/3266 66100 |
showatmcell-packing命令的輸出結構總結：
Circuittype顯示信元打包配置為VC模式。
LocalMNCP顯示本地配置的MNCP值為6。
PeerMNCP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。
Averagenumberofcellsreceivedinonepacket顯示從對等體接收的一個信元包中包含6個信元。
Averagenumberofcellsreceivedinonepacket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意事項
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Engine3ATMOC-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，CiscoIOS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UNIQoS協商），例如VBR-NRT和UBR，您能夠在SLA允許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。
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ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/internet-drafts/draft-ietf-pwe3-cell-transport-04.txt
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draft-ietf-pwe3-atm-encap-09.txt
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