ATM交换机IP业务优先级的设计与实现

王建兵,康宗绪,李 文,王 凯,刘 文

(1.重庆金美通信有限责任公司,重庆400030;2.中国电子系统设备工程公司研究所,北京100000; 3.信息化部档案馆,北京100000)

ATM交换机IP业务优先级的设计与实现

王建兵1,康宗绪1,李 文2,王 凯1,刘 文3

(1.重庆金美通信有限责任公司,重庆400030;2.中国电子系统设备工程公司研究所,北京100000; 3.信息化部档案馆,北京100000)

ATM交换机由于执行了严格的基于连接的流量管理和拥塞控制,能为用户提供良好的QoS保证,在骨干网中得到了广泛应用。但如何解决IP业务优先级与ATM优先级的对应关系,及建立和撤除机制,是ATM交换机设计面临的重要问题。以ATM交换机无线ATM接口为例,对ATM交换机如何实现IP业务优先级与ATM优先级的对应,及建立和释放策略等方面,提出了一套完整的设计和实现方案。

业务优先级 服务质量 多协议标签转发协议 标签转发路径

0 引 言

ATM交换机在骨干网得到了广泛应用,但是随着IP的广泛应用,如何将这两种体制进行很好的结合,即IP OVER ATM[1];以及IP业务如何很好地利用ATM交换基于连接的优先级控制,是一个需要解决的问题。

文中讨论了如何利用ATM交换机的核心交换芯片的四级优先级队列,实现ATM交换机中IP业务优先级与交换芯片四级优先级队列的对应关系,及带宽分配策略等,提出了IP业务优先级在ATM交换机中的设计和实现的一种方法。

1 实现方案

1.1 ATM业务类型划分及优先级介绍

ITU-T(International Telecommunications Union)根据3类参数将所有业务划分为4种类型[2]。第1类参数指信源和信宿之间的时间关系,即信息传输是否需要实时进行;第2类参数指信息传输的比特率,即信息传输的速率是否为恒定的;第3类参数指连接方式,即发送接收端通信是否采用面向连接方式。根据这三组参数不同的组合分为四类业务,具体如表1所示。

表1 业务种类划分Table 1 Data type

A、B、C和D四类业务在ATM交换机中对应的业务类型又分别叫CBR(Constant Bit Rate)、RT_ VBR(Real time-Variable Bit Rate)、NRT_VBR(No Real time-Variable Bit Rate)和UBR(Unspecified Bit Rate)业务。

CBR业务具有恒定比特率和面向连接特征,通信双方具有时钟同步特点。例如在ATM网络上传输64 kbit/s话音业务,由于双方必须保证实时编解码,所以网络上传输必须采用面向连接的方式(对所有信息传输只能在建立连接的基础上才能减少路由选择的开销并且事先可以保证足够的传输带宽)和双方时钟同步(时钟信息可以传播,便于信息实时再现);另外信息传输码率为64 kbit/s,所以必须采用恒定比特率。可以看到CBR业务非常类似电路交换网络提供的特点,所以在ATM网络中提供的这类业务又称“电路仿真(Circuit Simulation).业务”。

RT_VBR业务具有面向连接特征,通信双方具有时钟同步的特点,但是信息传输可以是变比特率的。CBR和RT_VBR业务的不同点是业务是否具有恒定比特率,显然RT_VBR业务具有更大的自由度,能够适合恒定质量的压缩信息如音频、视频传送,但是这种业务类型对网络的资源管理、流量监测和控制提出了更高的要求。

NRT_VBR业务具有面向连接特征,但通信双方没有时钟同步要求,传送速率是可变的。适合于面向连接的数据和信令传送。

UBR业务具有面向非连接特征,通信双方没有时钟同步要求,传输速率是可变的。适合传送面向非连接的数据。

根据业务类型的信元丢弃策略,在ATM交换机中根据其对信元丢失率的和实时性要求,将4种业务分别对应为:特高优先级(最高)、高优先级(特优)、中优先级(优先)和低优先级(普通)[3]这4类。当端口出现拥塞时,交换网络将优先丢弃低优先级的业务,保证高优先级的业务。

1.2 优先级和IP业务对应策略

为了实现ATM交换机业务优先级和IP业务优先级的对应,我们将IP业务分为4类优先级业务。在网络资源有限的情况下,尽可能地确保高级别业务首先使用网络资源,低级别业务在可能情况下尽可能地使用网络资源。当端口带宽被低优先级业务占用时,高优先级业务能自动抢占低优先级业务的带宽。优先级及业务的对应关系如表2所示。

表2 优先级和业务对应关系Table 2 IP data corresponding to priority

高优先级业务可以抢占低优先级业务,高优先级业务撤除后,低优先级业务可以自动恢复。

1.3 建立、撤销策略

由于ATM端口资源的限制,各种优先级业务的建立均需要分配资源,为了满足优先级和业务的对应策略,我们在交换机初始化端口时,将连接资源初始化成该端口带宽的4倍,如无线ATM群路带宽为2 048 kbit/s,则需要将其初始化成8 192 kbit/s,但在内部管理时,将其平均分配给4个优先级的队列,具体如表3所示,采用此策略既保证了各种优先级业务建立连接时的资源需求,实现高优先级业务建立时不受低优先级业务的影响;又能达到当有高优先级业务已经分配带宽后,低优先级业务能够通过其它路径建立连接,达到有效分流业务的目的。

表3 群路带宽分配策略Table 3 Trunk band assign policy

2 测试验证

2.1 高优先级抢占低优先级业务验证和分析

搭建如图1所示验证平台并配置各设备。各中继端口速率设置为2 048 kbit/s,中继端口IP地址设置为无编号,绑定OSPF协议,启用MPLS协议[4],设置OSPF对所有协议的重分布。

图1 IP业务抢占测试Fig.1 IP data seize test

在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC4的数据,优先级为普通,带宽为1 500 kbit/s,在ATM1上查询相应LSP的建立信息,PC1-＞PC4的LSP能够建立成功;在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC3的数据,优先级为优先,带宽为1 500 kbit/s,两条连接的总带宽达到3 000 kbit/s,超过群路能够提供的带宽(ATM1到ATM2的群路带宽为2 048 kbit/s), ATM1上查询相应LSP的建立信息,PC1-＞PC3的LSP能够建立成功,满足在建立阶段高优先级业务抢占低优先级业务的策略。PC1作为FTP服务器, PC4作为客服端,从PC1下载文件,在PC4下载文件过程中,PC3作为客服端,从PC1下载文件,直到下载完成。比较两台PC的下载情况发现,当PC3从PC1开始下载文件时,PC4的下载速度变慢,并且PC3的下载速度比PC4速度快,当PC3下载完成之后,PC4下载速度恢复。

在ATM1上拆除PC1-＞PC4的LSP,PC1-＞PC3的LSP保持;在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC4的数据,优先级为特优,带宽为1 500 kbit/s,两条连接的总带宽达到3 000 kbit/s,超过群路能够提供的带宽(ATM1到ATM2的群路带宽为2 048 kbit/s),在ATM1上查询相应LSP的建立信息;PC1-＞PC4的LSP能够建立成功,满足在建立阶段高优先级业务抢占低优先级业务的策略。PC1作为FTP服务器,首先PC3作为客服端,从PC1下载文件,在PC3下载文件过程中, PC4作为客服端,从PC1下载文件,直到下载完成。比较两台PC的下载情况发现,当PC4从PC1开始下载文件时,PC3的下载速度变慢,并且PC4的下载速度比PC3速度快,当PC4下载完成之后,PC3下载速度恢复。

在ATM1上拆除PC1-＞PC3的LSP,PC1-＞PC4的LSP保持;在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC3的数据,优先级为最高,带宽为1 500 kbit/s,两条连接的总带宽达到3 000 kbit/s,超过群路能够提供的带宽(ATM1到ATM2的群路带宽为2 048 kbit/s),ATM1上查询相应LSP的建立信息,PC1-＞PC3的LSP能够建立成功,满足在建立阶段高优先级业务抢占低优先级业务的策略。PC1作为FTP服务器,首先PC4作为客服端,从PC1下载文件,在PC4下载文件过程中, PC3作为客服端,从PC1下载文件,直到下载完成,比较两台PC的下载情况发现,当PC3从PC1开始下载文件时,PC4的下载速度变慢,并且PC3的下载速度比PC4速度快,当PC3下载完成之后,PC4下载速度恢复。

通过以上三次从低到高不同优先级连接的建立及业务试验(1次普通和优先,1次优先和特优,1次特优和最高),证明了连接建立时,在已经建立了低优先级业务连接后,需要建立1条高优先级业务,且高优先级业务和低优先级业务的总带宽超过了链路的总带宽时,高优先级业务仍然能建立成功;而且证明了当他们同时传送业务时,高优先级业务能够被优先传送的原则。

2.2 低优先级业务绕行测试验证和分析

搭建如图2所示验证平台并配置各设备。各中继端口速率设置为2048kbit/s,中继端口IP地址设置为无编号,绑定OSPF协议。

图2 IP业务绕行测试Fig.2 IP data round test

在ATM1和ATM2的中继端口启用MPLS协议,ATM3的中继端口不启用MPLS协议。在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC2的数据,优先级为优先,带宽为1 500 kbit/s,在ATM1上查询相应LSP的建立信息,PC1-＞PC2的LSP能够建立成功;在ATM1上建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC3的数据,优先级为普通,带宽为1 500 kbit/s,两条连接的总带宽达到3 000 kbit/s,超过群路能够提供的带宽(ATM1到ATM2的群路带宽为2 048 kbit/s),在ATM1上查询相应LSP的建立信息,PC1-＞PC3的LSP不能建立成功,满足在高优先级业务已经占领带宽的情况,低优先级业务不能建立成功的策略。

将ATM3的中继端口启用MPLS协议,在ATM1上重新建立ATM1到ATM2的双向LSP以承载PC1-＞PC3的数据,优先级为普通,在ATM1上查询相应LSP的建立信息,发现PC1-＞PC3的LSP能够建立成功,且在ATM3上能够查到PC1-＞PC3上的LSP建立信息。此时将PC1作为FTP服务器,PC2和PC3作为客服端,同时从PC1下载文件,直到下载完成。比较两台PC的下载情况,发现两台PC机的下载速度相当。证明了当有高优先级业务抢占带宽的条件下,如果有多条路径到达目的地,低优先级业务能够绕行建立,达到有效分流业务的目的。

3 结 语

文中提出了利用ATM交换机的核心交换芯片的四级优先级队列,创新性地提出了一种端口资源分配方法,既能满足交换机通过MPLS建立LSP时的建立和撤销策略,又能实现端口带宽拥塞时满足各种业务的优先级关系。文中IP业务优先级的实现方法在ATM交换机中通过了工程实现,具有一定通用性,可以满足不同优先级业务的QoS需求。

[1]赵志刚,吕慧显,钱积新.IP技术和ATM技术探讨[J].信息与控制,2002,31(01):30-34.

ZHAO Zhi-gang,LU Hui-xian,QIAN Jin-xin.Discussion of IP Technology and ATM Technology[J],Information And Control,2002,31(1):30-34.

[2]黄锡伟,朱秀昌.宽带通信网络[M].北京:人民邮电出版社,1999:144-147.

HUANG Xi-wei,Broadband Communication Net[M]. ZHU Xiu-chang,Beijing,People Post and Telecommunication Press,1999,144-147.

[3]赵明,赵海,高怡臣.能够提供QoS保证的固定优先级调度[J].计算机工程与应用,2009,45(14):46-48.

ZHAO Ming,ZHAO Hai,GAO Ye-chen.Fixed Priority Coordination That Can Provide QoS[J].Computer Engineer And Application,2009,45(14):46-48.

[4]王从军.基于ATM的流量工程研究[J].通信技术, 2009,42(12):140-141.

WANG Chong-jun.Research of Traffic Engineer based on ATM[J].Communications Technology,2009,42 (12):140-141.

WANG Jian-bing(1973-),male,M.Sci., senior engineer,mainly engaged in computer and communication technology.

康宗绪(1972—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为计算机网络及通信技术;

KANG Zong-xun(1972-),male,M.Sci.,senior engineer, mainly engaged in computer and communication technology.

李 文(1979—),男,硕士,工程师,主要研究方向为计算机网络及通信技术;

LI Wen(1979-),male,M.Sci.,engineer,mainly engaged in computer and communication technology.

王 凯(1976—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为计算机网络及通信技术;

WANG Kai(1976-),male,M.Sci.,senior engineer, mainly engaged in computer and communication technology.

刘 文(1982—),女,硕士,工程师,主要研究方向为指挥自动化。

LIU Wen(1982-),female,M.Sci.,engineer,mainly engaged in command automatization.

Designment and Implementation of ATM Switching IP Data Priority

WANG Jian-bing1,KANG Zong-xu1,LI Wen2,WANG Kai1,LIU Wen3
(1.Chongqing Jinmei Communication Co.,Ltd.Chongqing 400030,China;2.Institute of China Electronics System Facility Engineer Co.,Beijing 100000,China;3.Muniment Room of Information Department,Beijing 100000,China)

ATM Switching is widely used in the trunk network,because of its strict traffic management and congestion control,which can offer good Quality of Service.But the serious problem of ATM switching designment is how to resolve priority of the IP data corresponding to priority of ATM and method of setting up and removing.The chapter proposes a whole scheme of design and realization for how to make the priority of the IP data corresponding to the priority of ATM,as well as the method of setting up and removing the interface of wireless ATM.

data priority;QoS;MPLS;LSP

TP393.0

A

1002-0802(2014)05-0540-04

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.05.017

王建兵(1973—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为计算机网络及通信技术;