通信与网络中的优化捆绑链路以太网的能效通信与网络中的优化捆绑链路以太网的能效
IEEE最近批准了802.3az EEE(能效以太网)标准,未来的采用者将获得很大的节能效果。尽管一段时间以
来,业内人士对降低以太网捆绑链路的能耗做了一些研究,但这些研究都没有考虑EEE的使用。本文描述了一
种在捆绑链路中优化EEE使用的技术,它能提供较以往方案更好的响应,最大限度减少了帧延迟与丢失。该技
术还能够独立地实现每个链路的端点,便于部署。在流量为异步的情况下,这一技术能显着地改善能效。
EEE标准的目标是每年节能4 TWhrs以上,它为以太网设备规定的降低能耗方式是定义低功耗模式。一个没有可
发送帧的收发器就可以进入低功耗模式。当有新帧到达时,收发器会在数微秒内返回活动模式,从而实
IEEE最近批准了802.3az EEE(能效以太网)标准,未来的采用者将获得很大的节能效果。尽管一段时间以来,业内人
士对降低以太网捆绑链路的能耗做了一些研究,但这些研究都没有考虑EEE的使用。本文描述了一种在捆绑链路中优化EEE使
用的技术,它能提供较以往方案更好的响应,最大限度减少了帧延迟与丢失。该技术还能够独立地实现每个链路的端点,便于
部署。在流量为异步的情况下,这一技术能显着地改善能效。
EEE标准的目标是每年节能4 TWhrs以上,它为以太网设备规定的降低能耗方式是定义低功耗模式。一个没有可发送帧的
收发器就可以进入低功耗模式。当有新帧到达时,收发器会在数微秒内返回活动模式,从而实现了对协议上层几乎透明的节
能。某个给定链路的能量节省直接取决于收发器处于低功耗模式下的时间。这个时间又取决于流量负荷,并且由于模式转换的
开销要占掉负荷的几个百分点,节能效果大打折扣,这意味着当链路工作负荷大于10%时,EEE提供的节能效果有限。
在以太网中,经常采用捆绑链路的方法来提供更大的容量,其动因来自于一系列旨在优化捆绑以太链路上能耗的研究。这
些方法会动态地使一组捆绑的活动链路数量适应于流量负荷,这意味着当捆绑负荷较轻时,可以节省相当数量的能耗。不过,
这些方法并没有考虑到EEE标准的使用。
链路聚合链路聚合
IEEE标准化了IEEE 802.3ad中以太网的链路聚合,该组织后来重新命名了IEEE 802.1ax,以保持与其它802.3标准的一致
性。该标准能将多个以太链路捆绑为一个逻辑链路:LAG(链路聚合群)。IEEE 802.3规定,链路聚合必须发生在MAC (介
质访问控制器)层上,整个帧送至某个聚合链路的MAC层。链路聚合提供了多种优点。例如,聚合后的链路容量是各链路容
量的总和,因此增加了链路的容量,而不同以太网技术的容量因数通常小于10倍。聚合链路还可以用于提供PHY(物理)层
所不能达到的容量。链路聚合亦增加了链路的可用性,因为只有所有链路都不能用时,聚合链路才不可用。
但链路的聚合会造成帧的随意分配问题,如帧重新排序。帧重新排序的出现情况是:一个先到的长帧通过一个链路传输,
而紧接第一帧到达的第二个短帧则通过一个不同链路传输,从而比第一帧先到。帧的重新排序会给较高层协议带来一些麻烦,
因此,IEEE 802.3ad标准的开发者在设计时避免了帧的重新排序问题。只有对属于相同会话的帧,帧的重新排序才是一个问
题。因此,将各帧给各链路做传输分配的算法就要确保属于同一会话的帧通过相同链路传输,从而保持帧的顺序。这些算法确
保了这些帧能保持正确顺序,但将一个会话能获得的最大带宽限制在一个链路上。
图1给出了链路聚合的子层。帧分配块将各个帧分配给各链路传输,它必须确保来自一个会话的所有帧都通过相同链路传
输。帧采集块接收来自于不同端口的帧,将它们转送给MAC客户。帧采集块必须确保只让来自相同端口的帧通过,以到达
MAC客户端。这种设计使帧采集块独立于帧分配块的算法,避免了聚合器中的缓存与重新排序工作。这种设计还避免了碎片
与再装配问题。
图1,帧分配块将各帧分配给链路做传输,必须确保来自一个会话的所有帖都通过相同链路传输。帧采集块接收来自不同端口的
帧,并将它们转发给MAC客户。
链路聚合也可以使用其它替代方法。例如,链路可以在PHY层做聚合。采用这种方法时,帧传输是将各帧划分为段,然
后分配到各链路上传输。在接收时,这种方法会将各段重新装配,重构原始帧。WAN(广域网络)的聚合广泛地采用了这种
策略。这种情况下,一个会话的各段会通过所有链路传输;因此,单个会话可以使用到聚合链路的全部容量。不过,IEEE
802.3ad标准并没有选择这种类型的设计,因为它会使帧的分配与采集过程复杂化。
为了高效地利用聚合链路的容量,分配算法会尝试用一种方法做会话在链路上的分配,即每个链路上的负荷都是相近的。
当同时有很多会话发生时,这种方法能够获得高链路使用率。会话可以定义在不同的层次上,取决于网络拓扑与流量。标准的