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1、ASI树立背板交换网络技术新标杆2005-11-02作者：Claudia Bestler 控创集团新式基于PCI Express扩充的技术通过协议隧道方式降低了系统复杂度并允许异网并合随着未来系统对带宽的要求越来越高，数据和通讯行业在不断寻找芯片、板卡及机箱间更快的互联方式。为解决这一难题，需要一种长远的、创新的互联技术，它应当具有低成本、高数据传输率等特点，电信业下一代交换标准就这样顺势而生。什么是数据通信领域最佳的网络形态？在理想情况下，它应当提供高可扩展性和高可用性；而且具有高服务质量以及较短的等待期和抖动期；当然，高性价比优势也不可或缺。基于PCI Express(PCIe)扩充的技术
2、，即高级交换互连(ASI)，近乎完美地集这些优点于一身，因而被认为是将来对千兆以太网的补充和替代。在数据和电信行业，ASI结合ATCA和AMC的硬件规范，正成为灵活、经济、高性能的标准商用系统(COTS)之首选。由高级交换互连特殊兴趣小组(ASI SIG)基于最近发布的PCI Express(PCIe)定义的ASI传输格式是一种创新的网络优化。其规范的制定和市场宣传也都由ASI SIG(www.asi-sig.org)负责。ASI为电信服务器和网络基础设施带来了多项革新：基于PCIe，众多的数据和电信协议可以得到有效的、对应用层透明的传输(与协议无关的隧道)；而且某些连接的优先级和数据传输率可
3、以预先确定(QoS)；还可以同时支持单播(unicast)和组播(multicast)，也就是数据包既可以发往单一接收方，也可以发往多个接收方。与芯片对芯片或机箱对机箱互联相比，同一机箱内板对板间通信的关键是背板连接。因此，ASI在这个应用领域具有诸多新潜力。与以太网不同的是，ASI不仅支持CPU之间的互连，也支持多个CPU与多个I/O之间的互连。特别的优势在于：ASI对于操作系统是透明的，因此可以象PCIe一样来使用。Layer model of PCIe and ASIfabric = communication networkPCIe与ASI -共同的基础由PCI SIG定义的经济的、高
4、可扩展的、面向各种串行I/O互连的技术，即PCI-Express(PCIe)基本规范，成为将各种I/O解决方案整合在同一平台的统一标准。PCIe与ASI有三层定义：物理层、链路层和传输层。再往上并未定义，而通称为软件层。ASI与PCIe使用相同的物理层和链路层，因此可以沿用其主要的功能及现有的基于PCI/PCIe的开发工作，包括IP、开发工具以及成型的PCI和PCIe产业链的各种便利。ASI与PCIe最大的不同是传输层，它添加了ASI专用协议并取代了原PCIe中的以CPU加RAM为中心的架构，也就是通过所谓的虚拟信道(Virtual Channel)来实现点对点网络传输，由此ASI是实现板对板
5、传输架构中处理器对处理器或处理器对I/O互联的优选方案。与PCIe的RAM寻址(RAM-addressed)路由相比，ASI的传输层支持基于源(Source-based)的路由。通过减少RAM寻址路由的层次结构，就可实现灵活的网络拓朴，如：星型、双星和全网格。此外，采用唯一的路由标识也为路径路由过程提供了系统内部安全认证机制。Representation of the path routing process with the different topologies作为串行点对点互连架构，基于PCIe的ASI还额外具有经济的平台级交换功能，并能扩展带宽，这在共享总线的架构中是不可能的。这种串
6、行架构在点对点网络环境中允许几个不同的节点对间同时通信，在多节点互连网络中也是如此。另外，基于这种交换功能，可在充分利用带宽的前提下实现队列和QoS仲裁，同时兼顾数据流的优先级。协议隧道(Protocol tunneling) 从技术层面讲，ASI最突出的功能之一就是协议隧道(Protocol Tunneling)：ASI将来自诸如以太网、光纤或ATM等其它媒介的数据包封装，加入标头(Header)来引导数据包通过网络，此隧道方式并不受限于数据包格式。标头包括协议接口(Protocol Interface)区，供接收方分辨包内的数据格式。因此，几乎所有的传输层、网络层和链路层协议都可通过ASI
7、传输。这样，几个不同的采用专用协议(以太网，光纤或ATM)的网络可以合并为单一网络。隧道机制将系统的复杂度降到了最小，整个系统的可靠性也由此得到了大幅度的提高，同时管理和监控费用(OAMT)也相应下降。对于把ASI作为PCIe终端的中心交换节点的系统开发商来说，PCIe包是格外重要的格式。使用PCIe即插即用软件，ASI架构下的PI-8协议可提供在多个支持PCIe的CPUs和多个支持PCIe的I/O节点间的透明连接。另外，ASI的隧道传输机制明显有助于软件的安全防护。提高可扩展性可扩展架构在系统需要扩充时可以避免在更换系统部件甚至整个系统的麻烦及由此产生的大笔费用。根据ASI规范，系统架构可简
8、单可复杂。PCIe可以整合多个通道(Lanes-x1, x4, x8)并以此根据要求分配相应的带宽。其它较重要的功能还有，多层次的服务质量(QoS)水平、信息处理及避免拥塞的机制。这些功能将推动下一代系统架构的标准化，同时确保在目标市场可被广泛接受。而这正是新技术要取得巨大成功的关键。ASI与千兆以太网ASI与千兆以太网并没有本质上的好坏之分，优选哪种连接技术通常取决于应用的需求，甚至有时把它们作为互补解决方案。目前ASI的应用包括：电信服务器、安全平台、企业路由器及媒体网关。其优势随应用而不同：在电信服务器中，显著优势见于兼容PCIe、极短的等待时间和简易的载荷/存储数据传输；而在安全平台应
9、用上表现为高宽带及通过ASI实现的NPU-CPU连接；由于对PCIe的兼容和多协议的支持，ASI也同样非常适用于企业路由器，当今很多企业服务器都以PCI和PCIe作为CPU到I/O的连接，与PCI和PCIe兼容的ASI顺理成章地成为了这种应用中非常经济可行的升级方案，具有高度灵活且价格适中的优势；在媒体网关应用中，最关键在于多协议支持、流控制、低带宽开销(Overhead)和服务质量(QoS)。ASI可以在很高的QoS水平上路由任何协议，具有拥塞管理和虚拟通道流控制机制的ASI在QoS上拥有绝对优势，因而比以太网更有吸引力。当然，以太网也可提供QoS，但多数不是整合的硬件，而且需要附加的协议(
10、例如DiffServ)。在ASI和PCIe的链路层，数据包经过测试，若出现错误则会自动即时地重复传输。而以太网传输数据包时，不做任何测试并拒收错误数据包，而丢失的数据包只在协议最高层才会提示并重发。因此与ASI连接相比，以太网传输有不可忽视的延迟现象。ASI通过PICMG 3.4规范定义的交换接口的8对数据链进行ATCA板卡间的数据通信，理论上可达到16Gbps。通过封装高层协议，ASI可提供更为简洁的系统设计方案，因为在多协议系统架构中无需转换协议。但以太网在此就受到了限制，相对增加了系统的复杂性。相比以太网，ASI在可扩展性方面的优势还有：以太网可传输100 Mbit，1 Gbit或10
11、Gbit(扩充倍数为10)时，ASI可通过联合多个2.5 Gbit的通道，提供带宽2.5 Gbit，5 Gbit，10 Gbit，20 Gbit(扩充倍数为2)等的传输速率。ASI提供很短的等待时间和很好的抖动控制，尤其在视频与音频数据传输上更是无可挑剔。同样在故障情况下，ASI也显示了比以太网更多的优势，例如：路径中断。以太网通过备份的交换卡重新生成网络拓朴(生成树)，而冗余的ASI交换将自动进行拓扑，可以更快的完成失效设备的更换。根据专家一致意见，以太网非常适合本地网络中机箱对机箱的互联，而如果需要在背板上实现精确且可扩的QoS、带宽、多协议环境和集中网络，ASI更合适。然而，即使ASI的
12、性能与可行性具有很好的前景和创新性，千兆以太网在数据与电信市场的高速互联方案中仍保持领先。ASI这项成熟的技术已在全球得到诸如控创公司这样的硬件领导厂商的广泛支持。ASI将继续发展以得到更广泛的行业认可。专家预计，在不久的将来这两项技术会互相补充，成为行业最佳组合。三合一：ATCA，AMC与ASI控创作为ASI SIG成员之一，携其ATCA和AMC的领先技术，致力于ASI的推广，为广大客户提供高速互连网络的更为灵活的解决方案。控创已将千兆以太网应用于所有产品线，并在最近推出的ATCA交换板AT8901的中融入了ASI技术。自2003年推出硬件规范ATCA (Advanced Telecom C
13、omputing Architecture, PICMG 3.x)以来，电信市场对标准的电信基础架构已有了技术层面的概念。再加上AMC (Advanced Mezzanine Card,同样是由PICMG在2005首次推出的规范)的相继推出确保了其广泛应用的可能，且扩充了ATCA标准。新的AMC规范从本质上提升了PMC (PCI Mezzanine Card)的特性，包括热插拔性能、IPMI远程管理器、频率同步信号以及更大的电路板面积和允许更高的功耗。因此，AMC夹层卡同样获得了5个9运营级的高可用性。PMC模块支持并行PCI或PCI-X接口，而AMC模块已转而支持PCIe。AMC灵活高效且与ATCA概念完美匹配。同样，AMC也适用于专有平台。ASI正与ATCA和AMC一起导向更加灵活、经济、高性能的标准化商用系统(COTS)。由此，电信设备制造商们(TEM)可基于ATCA和AMC开发出更新的高速网络和电信系统。