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Inverse IP Fragmentation for Lowering CPU Need in Network Elements (Routers/Switches)

IP.com Disclosure Number: IPCOM000124583D
Original Publication Date: 2005-May-20
Included in the Prior Art Database: 2005-May-20
Document File: 2 page(s) / 35K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Zwei VoIP-Gateways (Voice over Internet Protocol), welche in einem betrachteten Zeitraum eine Vielzahl gegenseitiger Fernsprechverbindungen ausgebildet haben, behandeln jede dieser Fernsprechverbindung isoliert. Dabei kann es zu einer starken Belastung des Netzwerkes kommen, insbesondere wenn eine Telekommunikationsanlage mit einem Gateway alle gleichzeitig geführten Gespräche (z.B. 90) zu einem identischen Gateway einer anderen Telekommunikationsanlage schickt. Diese Problematik wird bislang durch eine höhere Leistung entsprechender Router gelöst, wodurch sich jedoch auch höhere Beschaffungs- und Wartungsaufwendungen ergeben. Ein hier vorgestelltes neues Verfahren kann nun die CPU-Last (Central Processing Unit) der Router um den Faktor vier bis fünf verringern. Die Gateway-Baugruppe (einschließlich der Gatekeeper-Funktionalität für angebundene VoIP-Clients) tauscht mit der anderen Gateway-Baugruppe nur noch Pakete mit einer Größe von nahe der MTU (Maximum Transmit Unit, bei Ethernet sind das 1500 Bytes) aus. Dazu bündelt die Gateway-Baugruppe mehrere Pakete derselben Ziel-IP-Adresse (einer andere Gateway-Baugruppe) zu einem Paket. Dieser Vorgang wird in Umkehr eines Fragmentierungsprozesses auch „Inverse IP Fragmentation“ bzw. „Huckepack-Verfahren“ genannt. Dabei erhöht sich der Delay nur unwesentlich, wenn Pakete gebündelt werden, die zu verschiedenen Fernsprechverbindungen gehören.

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Inverse IP Fragmentation for Lowering CPU Need in Network Elements (Routers/Switches)

Idee: Dr. Oliver Veits, DE-München

Zwei VoIP-Gateways (Voice over Internet Protocol), welche in einem betrachteten Zeitraum eine Vielzahl gegenseitiger Fernsprechverbindungen ausgebildet haben, behandeln jede dieser Fernsprechverbindung isoliert. Dabei kann es zu einer starken Belastung des Netzwerkes kommen, insbesondere wenn eine Telekommunikationsanlage mit einem Gateway alle gleichzeitig geführten Gespräche (z.B. 90) zu einem identischen Gateway einer anderen Telekommunikationsanlage schickt. Diese Problematik wird bislang durch eine höhere Leistung entsprechender Router gelöst, wodurch sich jedoch auch höhere Beschaffungs- und Wartungsaufwendungen ergeben.

Ein hier vorgestelltes neues Verfahren kann nun die CPU-Last (Central Processing Unit) der Router um den Faktor vier bis fünf verringern. Die Gateway-Baugruppe (einschließlich der Gatekeeper- Funktionalität für angebundene VoIP-Clients) tauscht mit der anderen Gateway-Baugruppe nur noch Pakete mit einer Größe von nahe der MTU (Maximum Transmit Unit, bei Ethernet sind das 1500 Bytes) aus. Dazu bündelt die Gateway-Baugruppe mehrere Pakete derselben Ziel-IP-Adresse (einer andere Gateway-Baugruppe) zu einem Paket. Dieser Vorgang wird in Umkehr eines Fragmentierungsprozesses auch "Inverse IP Fragmentation" bzw. "Huckepack-Verfahren" genannt. Dabei erhöht sich der Delay nur unwesentlich, wenn Pakete gebündelt werden, die zu verschiedenen Fernsprechverbindungen gehören.

Beispiel:

Heutige Gateways unterstützen beispielsweise 90 gleichzeitige Gespräche. Dabei ist pro Fernsprechverbindung eine Paketübermittlung nach 30 ms zum vorher übermittelten Paket vorgesehen. Dies entspricht einer Übertragungsrate von 33,3 Paketen pro Sekunde. Im Mittel sendet die Schnittstelle also 33,3*90 = 3000 Pakete pro Sekunde. Um 5 Pakete zu bündeln, kommen zu einem üblichen Wert von 30 ms für die Latenzzeit ("Latency") nur weitere 5/3000 s = 1,67 ms hinzu. Wenn statt der hier vorgeschlagenen Bündelung von Paketen verschiedener Fernsprechverbindungen dagegen Pakete ein und derselben Verbindung gebünde...