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CIF——真正实现端到端的QoS（丁利剑、谢培泰）
ATM技术是一门全新的技术，它与传统局域网的某些重要特征相互冲突，不能直接支持
现有局域网应用。而现有局域网安装数量很多，应用范围较广，用户在网络硬件、软件方
山也作了很大的投资，所以他们很难接受与现有局域网不相连的孤立的ATM网络。也就是说，
ATM与现有局域网的互操作性如何，现有局域网能否不做大的变动就对充分利用ATM的优点，
在ATM网络建成后现有网卡和应用软件等能否继续使用，这些都是ATM能否取得成功的重要
因素。CIF就是在这种背景下提出的一种将ATM技术应用到局域网的过渡技术。
一、概述
CIF（Cells In Frames）是由Cells In Frames Alliance提出的一种技术，其将ATM协
议端到瑞的特性扩展到局域网，且在局域网终端上并不需要安装新的网卡，甚至机箱也不
需要打开，唯一要做的是在终端工作站上安装一套软件，使得工作站与连向ATM网络的CIF
连接设备相连，这样，该终端就会与安装了ATM网卡后直接连向ATM网络的终端具有同等的
功能。实际上，采用CIF后，使得终端在原有的线路上实现ATM信令和固定速率的流控制，
同时，将ATM信元打包到帧中也使得原有协议照样高效地运转。在信元前附加的CIF头非常
简单，其中包括ATM信元的头，这样便于在CIF连接设备中将CIF帧分裂成ATM信元，或者反
过来将ATM信无重组成CIF帧。
当用户对ATM的QoS和固定速率的流控制有需求时，采用CIF是既能方便地将ATM扩展到
终端桌面而又很经济的一种实现方法。
下面以以太网为例来说明CIF是如何将数据打包到局域网的帧中的。将CIF数据以及CIF
的头放在原来局域网帧的信息栏中，其中，CIF数据是ATM信元中的48字节的纯数据，而CIF
头是为放在同一个帧的所有CIF数据加上的头，其长度为8个字节。数据和头的总长度不能
超过1500字节（因为以太网帧的信息栏最多不能超过1500字节），很显然，每一个以太网
帧中最多可放31个CIF数据。CIF头是用来控制这些CIF数据的，它的结构与ATM信元头相类
似，8个字节中，除了5个字节的ATM信元头外，剩余的3个字节是CIF控制信息。
二、为什么要使用CIF
1．局域网中直接使用ATM的不现实性
广域网上采用ATM是大势所趋，也就是说，整个广域网的骨干会渐渐的变成以ATM为主
的网络。但在一个完整的网络中，除了广域网之外还有局域网，而且真正的网络端点在局
域网中，要采用ATM技术来实现端到端的QoS，如果对原有的局域网不做任何的改变，很显
然是难以做到的，所以局域网部分也应以ATM方式取代，一种方法是将所有服务器、工作
站等计算机上的以太网卡或令牌杯网卡，全部更换成ATM网卡，并将原来的局域网交换设
备变成一个ATM的交换设备，即将整个网络变成一个纯ATM网络，这样的话，由某用户起经
主干网络再到另一用户，完全是以 ATM信元进行交换，不容置疑，整个网络具有端到瑞
QoS的保证。
然而，要将整个局域网全部变成ATM，可不是一件容易的事，网卡要换，网络驱动程序
也得改，还要有操作系统的支持，是一种全盘摧毁后再重新建设的做法，所需的花费可想
而知，所以在局域网中直接使用ATM是不现实的。
2．ATM的致命弱点
固定长度且短的信元成为ATM的最大缺点，每53字节的ATM信元中，信元头就占了5个
字节，大约是整个信元的10％，而且，任何信息在送进ATM网络之前，都得经过AAL（ATM
适配层），AAL将各种不同长度的信息，分成许多48字节的数据段，48字节的数据中有一
些是控制用的，所以也有一定的额外开销，以AAL－5而言，大约是12％，而信息原始的头，
如TCP／IP的IP头又会占去约9％，所以53字节的ATM信元中，大约有30％是并不传送真正
信息的。显然，传统的ATM对于资源的浪费很大。
由局域网的帧中所封装的CIF数据可知，每一个帧中只有一个CIF头，如果这个帧正好
封装31个CIF数据，那么表示48×31＝1488字节的信息量才需要8字节的头，与ATM的信元
（48字节就需5个字节的头）比较起来，CIF的报头额外开销少得多，只占10％左右，这与
ATM 30％的报头额外开销相比，好处就不言而喻了。
3．采用CIF带来的好处
首先，减少了报头所带来的额外开销。对于典型的Internet数据来说，ATM的报头额
外开销是25％～30％，而对于具有可变长度包结构的CIF来说，这种开销减少到了10％，
在国特网络的主干线上，这种节省是相当诱人的。
其次，没有必要换用新的网卡。采用CIF之后，在以太网、令牌环网以及PPP相连的网
络中可实现ATM的几乎所有特性，而且网卡也不需要更换，在硬件成本上没有增加。与高
速以太网和台比特以太网相比，在这一点上有明显的优势。
最后，没有必要采用分段和重组的硬件设备。由于ATM主干网中的数据传输到局域网
中，即信元直接打包到局域网包中，所以，不必对信元头进行处理，也就是说不必进行信
元重组；同样，当局域网中的包传向ATM主干网时，包解开之后就是多个完整的ATM信元，
这样就不必对局域网包中的数据进行分段，只要加上放在CIF头中的ATM信地头就可将其发
送出去。因此，在CIF交换设备中，没有必要加入分段和重组的硬件设备，也不必为分段
和重组花费大量的时间。
三、为什么要沿用ATM协议簇
ATM协议簇并不是必须捆绑在ATM交换机的硬件中的，它可以用在任何交换平台和任
何连接协议之上。因此，CIF继续采用了这套完整的协议也是可行的。
早在1996年4月，ATM论坛就完成了关于ATM一整套协议的4.0版，如果ATM交换机不采
用4.0版的协议，与局域网相比起来，除了速度有所提高之外，其他方面则没有任何优势
可言。但是，完全实现了该协议4.0版的ATM交换机在局域网和广域网上都能有效地支持
音频、数据和视频的混合传输，而且，ATM能针对不同的信息，并根据不同的服务类型来
提供不同的传送方式，更重要的是，它还具有灵活的传输控制功能，这样，不仅使得网
络相对稳定，而且，结合不同服务类型的控制与路由选择，ATM就能真正实现端到端的
QoS。至今，除了ATM，没有哪个协议簇支持具有信令功能的QoS、固定速率的流控制和
有QoS的路由，而这些技术对于实现一个网络的低延迟和QoS又是相当重要的。所以，CIF
沿用此协议簇，使得ATM最初设计上的那些好处在CIF中并没受到影响。
ATM采用固定长度的信元，主要目的是为了能在硬件中实现高速交换。在过去10年中，
这是一个了不起的优点，但现在却没有那么重要了，当今，用先进的芯片技术设计出来
的高速以太网交换机就已经证明了这点，尤其在局域网中，ATM的这种固定信元格式显得
没有必要了。
短的信元长度有助于消除64kbit／s话音信道上的回声，因为其能将延迟减少到10ms
左右，不过，在CIF中采用可变长度的包之后，这种回声消除的能力依然保持。
采用短而且固定长度的信元，对减少所有通信的延迟是非常重要的，但是，对高速
线路来说，这也不再是一个问题。与以太网类似，CIF限制包的长为1500个字节，这样，
在10Mbit／s的以太网上，一个最长的包导致整个通信的延迟仅仅只有1ms，而在OC－3或
者OC－12的ATM主干网上这种延迟更小。音频和视频正常传输的延迟必须少于10－30ms，
所以 CIF的使用对于音频和视频都不会有问题。
四、CIF结构
CIF技术的提出，并不是要去取代ATM，而是将ATM的优点延伸到局域网中，其对ATM
唯一的改变是信元，即以变长的封包来取代短而且具有固定长度的信元，除此之外，ATM
所有的协议在CIF中继续使用。
CIF的结构很简单，因为它不需更换原来的网卡，所以对使用者而言，只需安装一套
软件，使其计算机具备CIF的能力，而要使局域网用户具有ATM的QoS，最重要的设备应该
说是CIF连接设备，它的地位与局域网交换设备类似，除此之外，原局域网的的布线不必
作任何变动。
1．计算机终端的变化
要使计算机终端具有CIF功能，硬件是不需做任何改变的，唯一要做的是增加以下两
组程序，有了这两组程序，网络终端就具备了ATM能力。
一组程序称为SHIM，它被安装在局域网网卡驱动程序之上，按OSI分层来讲，即安装
在数据链路层的LLC子层，主要功能是将CIF头加到帧上，而且它具备流量控制的功能，即
实现ATM协议赣中TM4.0的功能，同时它还实现多重排队的功能，这样方便QoS的管理；
另一组程序称为SIG，它是实现ATM信令（即ATM UNI4.0）的软件。
2．网络连接设备的变化
CIF连接设备和一般局域网中交换设备的地位是相同的。它的主要功能是将帧转成标
准的ATM信元送到ATM网络，同时将从ATM网络来的ATM信元打包到局域网帧中送到局域网，
与一般局域网交换设备相比，主要差别有以下几点：
（1）分析由局域网送过来的CIF帧，根据其中的CIF头，将数据分解成ATM信此后送
到ATM网络。
（2）支持ATM QoS及TM 4.0（功能匀网络终端上的SHIM程序相同）。
（3）含有实现ATM UNI 4.0的软件模块（功能与网络终端上的SIG程序相同）。
如果将传统局域网交换设备改进成一个CIF连接设备，对于上述的不同点（1）和
（2），可以用ASIC芯片实现，而第（3）点可由一组程序来实现，另外要做的是在局域
网交换设备上增加些存储器，很显然，在成本上并没有太多的增加。
五、结束语
将ATM延伸到局域网中，主要目的是实现端到喘的QoS，并将其固定速率的流量控制
机制引入到局域网中。但是，如果某种新的技术实现起来比较昂贵，也就是说性价比不
足以吸引用户的话，用户宁愿采用老技术。他们会继续采用不具备QoS和流量控制的简
单的以太网交换方式，这样，在骨干网中ATM协议所带来的好处就无法利用了。
可喜的是，在局域网中加入CIF连接设备所带来的额外开支，与用CIF来实现QoS和
流量控制所带来的好处相比，显得微不足道。而已，为了实现端到瑞的QoS，与完全更
换成ATM相比，CIF技术除了不需要更换新的网卡而带来的经济利益之外，其使用可变长
度的封包后，与完全采用ATM或IP相比，额外报头开销的减少所带来的好处也是很吸引
用户的。同此，CIF技术吁以作为一种过渡到ATM的技术进行推广。
摘自《现代通信》
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