ASI樹立背板交換網(wǎng)絡技術新標桿

1、ASI樹立背板交換網(wǎng)絡技術新標桿2005-11-02作者：Claudia Bestler 控創(chuàng)集團新式基于PCI Express擴充的技術通過協(xié)議隧道方式降低了系統(tǒng)復雜度并允許異網(wǎng)并合    隨著未來系統(tǒng)對帶寬的要求越來越高，數(shù)據(jù)和通訊行業(yè)在不斷尋找芯片、板卡及機箱間更快的互聯(lián)方式。為解決這一難題，需要一種長遠的、創(chuàng)新的互聯(lián)技術，它應當具有低成本、高數(shù)據(jù)傳輸率等特點，電信業(yè)下一代交換標準就這樣順勢而生。    什么是數(shù)據(jù)通信領域最佳的網(wǎng)絡形態(tài)？在理想情況下，它應當提供高可擴展性和高可用性；而且具有高服務質量以及較短

2、的等待期和抖動期；當然，高性價比優(yōu)勢也不可或缺?；赑CI Express(PCIe)擴充的技術，即高級交換互連(ASI)，近乎完美地集這些優(yōu)點于一身，因而被認為是將來對千兆以太網(wǎng)的補充和替代。在數(shù)據(jù)和電信行業(yè)，ASI結合ATCA和AMC的硬件規(guī)范，正成為靈活、經(jīng)濟、高性能的標準商用系統(tǒng)(COTS)之首選。    由高級交換互連特殊興趣小組(ASI SIG)基于最近發(fā)布的PCI Express(PCIe)定義的ASI傳輸格式是一種創(chuàng)新的網(wǎng)絡優(yōu)化。其規(guī)范的制定和市場宣傳也都由ASI SIG()負責。ASI為電信服務器和網(wǎng)絡基礎

3、設施帶來了多項革新：基于PCIe，眾多的數(shù)據(jù)和電信協(xié)議可以得到有效的、對應用層透明的傳輸(與協(xié)議無關的隧道)；而且某些連接的優(yōu)先級和數(shù)據(jù)傳輸率可以預先確定(QoS)；還可以同時支持單播(unicast)和組播(multicast)，也就是數(shù)據(jù)包既可以發(fā)往單一接收方，也可以發(fā)往多個接收方。與芯片對芯片或機箱對機箱互聯(lián)相比，同一機箱內板對板間通信的關鍵是背板連接。因此，ASI在這個應用領域具有諸多新潛力。與以太網(wǎng)不同的是，ASI不僅支持CPU之間的互連，也支持多個CPU與多個I/O之間的互連。特別的優(yōu)勢在于：ASI對于操作系統(tǒng)是透明的，因此可以象PCIe一樣來使用。Layer model of P

4、CIe and ASI fabric = communication networkPCIe與ASI -共同的基礎    由PCI SIG定義的經(jīng)濟的、高可擴展的、面向各種串行I/O互連的技術，即PCI-Express(PCIe)基本規(guī)范，成為將各種I/O解決方案整合在同一平臺的統(tǒng)一標準。PCIe與ASI有三層定義：物理層、鏈路層和傳輸層。再往上并未定義，而通稱為軟件層。ASI與PCIe使用相同的物理層和鏈路層，因此可以沿用其主要的功能及現(xiàn)有的基于PCI/PCIe的開發(fā)工作，包括IP、開發(fā)工具以及成型的PCI和PCIe產業(yè)鏈的各種便利。ASI與

5、PCIe最大的不同是傳輸層，它添加了ASI專用協(xié)議并取代了原PCIe中的以CPU加RAM為中心的架構，也就是通過所謂的虛擬信道(Virtual Channel)來實現(xiàn)點對點網(wǎng)絡傳輸，由此ASI是實現(xiàn)板對板傳輸架構中處理器對處理器或處理器對I/O互聯(lián)的優(yōu)選方案。    與PCIe的RAM尋址(RAM-addressed)路由相比，ASI的傳輸層支持基于源(Source-based)的路由。通過減少RAM尋址路由的層次結構，就可實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡拓樸，如：星型、雙星和全網(wǎng)格。此外，采用唯一的路由標識也為路徑路由過程提供了系統(tǒng)內部安全認證機制。Representa

6、tion of the path routing process with the different topologies    作為串行點對點互連架構，基于PCIe的ASI還額外具有經(jīng)濟的平臺級交換功能，并能擴展帶寬，這在共享總線的架構中是不可能的。這種串行架構在點對點網(wǎng)絡環(huán)境中允許幾個不同的節(jié)點對間同時通信，在多節(jié)點互連網(wǎng)絡中也是如此。另外，基于這種交換功能，可在充分利用帶寬的前提下實現(xiàn)隊列和QoS仲裁，同時兼顧數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級。協(xié)議隧道(Protocol tunneling)     從技術層面講，ASI最突

7、出的功能之一就是協(xié)議隧道(Protocol Tunneling)：ASI將來自諸如以太網(wǎng)、光纖或ATM等其它媒介的數(shù)據(jù)包封裝，加入標頭(Header)來引導數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡，此隧道方式并不受限于數(shù)據(jù)包格式。標頭包括協(xié)議接口(Protocol Interface)區(qū)，供接收方分辨包內的數(shù)據(jù)格式。因此，幾乎所有的傳輸層、網(wǎng)絡層和鏈路層協(xié)議都可通過ASI傳輸。這樣，幾個不同的采用專用協(xié)議(以太網(wǎng)，光纖或ATM)的網(wǎng)絡可以合并為單一網(wǎng)絡。隧道機制將系統(tǒng)的復雜度降到了最小，整個系統(tǒng)的可靠性也由此得到了大幅度的提高，同時管理和監(jiān)控費用(OAMT)也相應下降。    對

8、于把ASI作為PCIe終端的中心交換節(jié)點的系統(tǒng)開發(fā)商來說，PCIe包是格外重要的格式。使用PCIe即插即用軟件，ASI架構下的PI-8協(xié)議可提供在多個支持PCIe的CPUs和多個支持PCIe的I/O節(jié)點間的透明連接。另外，ASI的隧道傳輸機制明顯有助于軟件的安全防護。提高可擴展性    可擴展架構在系統(tǒng)需要擴充時可以避免在更換系統(tǒng)部件甚至整個系統(tǒng)的麻煩及由此產生的大筆費用。根據(jù)ASI規(guī)范，系統(tǒng)架構可簡單可復雜。PCIe可以整合多個通道(Lanes-x1, x4, x8)并以此根據(jù)要求分配相應的帶寬。其它較重要的功能還有，多層次的服務質量(QoS)水平、信

9、息處理及避免擁塞的機制。這些功能將推動下一代系統(tǒng)架構的標準化，同時確保在目標市場可被廣泛接受。而這正是新技術要取得巨大成功的關鍵。ASI與千兆以太網(wǎng)    ASI與千兆以太網(wǎng)并沒有本質上的好壞之分，優(yōu)選哪種連接技術通常取決于應用的需求，甚至有時把它們作為互補解決方案。目前ASI的應用包括：電信服務器、安全平臺、企業(yè)路由器及媒體網(wǎng)關。其優(yōu)勢隨應用而不同：在電信服務器中，顯著優(yōu)勢見于兼容PCIe、極短的等待時間和簡易的載荷/存儲數(shù)據(jù)傳輸；而在安全平臺應用上表現(xiàn)為高寬帶及通過ASI實現(xiàn)的NPU-CPU連接；由于對PCIe的兼容和多協(xié)議的支持，ASI也同樣非常適

10、用于企業(yè)路由器，當今很多企業(yè)服務器都以PCI和PCIe作為CPU到I/O的連接，與PCI和PCIe兼容的ASI順理成章地成為了這種應用中非常經(jīng)濟可行的升級方案，具有高度靈活且價格適中的優(yōu)勢；在媒體網(wǎng)關應用中，最關鍵在于多協(xié)議支持、流控制、低帶寬開銷(Overhead)和服務質量(QoS)。ASI可以在很高的QoS水平上路由任何協(xié)議，具有擁塞管理和虛擬通道流控制機制的ASI在QoS上擁有絕對優(yōu)勢，因而比以太網(wǎng)更有吸引力。當然，以太網(wǎng)也可提供QoS，但多數(shù)不是整合的硬件，而且需要附加的協(xié)議(例如DiffServ)。    在ASI和PCIe的鏈路層，數(shù)據(jù)包經(jīng)

11、過測試，若出現(xiàn)錯誤則會自動即時地重復傳輸。而以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)包時，不做任何測試并拒收錯誤數(shù)據(jù)包，而丟失的數(shù)據(jù)包只在協(xié)議最高層才會提示并重發(fā)。因此與ASI連接相比，以太網(wǎng)傳輸有不可忽視的延遲現(xiàn)象。ASI通過PICMG 3.4規(guī)范定義的交換接口的8對數(shù)據(jù)鏈進行ATCA板卡間的數(shù)據(jù)通信，理論上可達到16Gbps。    通過封裝高層協(xié)議，ASI可提供更為簡潔的系統(tǒng)設計方案，因為在多協(xié)議系統(tǒng)架構中無需轉換協(xié)議。但以太網(wǎng)在此就受到了限制，相對增加了系統(tǒng)的復雜性。相比以太網(wǎng)，ASI在可擴展性方面的優(yōu)勢還有：以太網(wǎng)可傳輸100 Mbit，1 Gbit或10 Gbit(擴

12、充倍數(shù)為10)時，ASI可通過聯(lián)合多個2.5 Gbit的通道，提供帶寬2.5 Gbit，5 Gbit，10 Gbit，20 Gbit(擴充倍數(shù)為2)等的傳輸速率。ASI提供很短的等待時間和很好的抖動控制，尤其在視頻與音頻數(shù)據(jù)傳輸上更是無可挑剔。同樣在故障情況下，ASI也顯示了比以太網(wǎng)更多的優(yōu)勢，例如：路徑中斷。以太網(wǎng)通過備份的交換卡重新生成網(wǎng)絡拓樸(生成樹)，而冗余的ASI交換將自動進行拓撲，可以更快的完成失效設備的更換。    根據(jù)專家一致意見，以太網(wǎng)非常適合本地網(wǎng)絡中機箱對機箱的互聯(lián)，而如果需要在背板上實現(xiàn)精確且可擴的QoS、帶寬、多協(xié)議環(huán)境和集中網(wǎng)

13、絡，ASI更合適。    然而，即使ASI的性能與可行性具有很好的前景和創(chuàng)新性，千兆以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)與電信市場的高速互聯(lián)方案中仍保持領先。ASI這項成熟的技術已在全球得到諸如控創(chuàng)公司這樣的硬件領導廠商的廣泛支持。ASI將繼續(xù)發(fā)展以得到更廣泛的行業(yè)認可。專家預計，在不久的將來這兩項技術會互相補充，成為行業(yè)最佳組合。三合一：ATCA，AMC與ASI    控創(chuàng)作為ASI SIG成員之一，攜其ATCA和AMC的領先技術，致力于ASI的推廣，為廣大客戶提供高速互連網(wǎng)絡的更為靈活的解決方案?？貏?chuàng)已將千兆以太網(wǎng)應用于所有產品線，并在最近推出的ATCA交換板AT8901的中融入了ASI技術。    自2003年推出硬件規(guī)范ATCA (Advanced Telecom Computing Architecture, PICMG 3.x)以來，電信市場對標準的電信基礎架構已有了技術層面的概念。再加上AMC (Advanced Mezzanine Card,同樣是由PICMG在2005首次推出的規(guī)范)的相繼推出確保了其廣泛應用的可能，且擴充了ATCA標準。新的AMC規(guī)范從本質上提升了PMC (PCI Mezzanine Card)的特性，包括熱插拔性能、IPMI遠程管理器、頻