认识千兆以太网和路由交换机技术

　　下面就这三种技术作一详细介绍。关于千兆路 由交换机的可靠性，请参见第二章。 

　　1.4.1千兆以太网端口聚合(Port Trunking) 

　　在千兆路由交换机中，可以将多个千兆以太网链路捆绑为一个虚拟的逻辑链路，以达到增 加带宽，可靠性的目的。这种技术叫做端口聚合(链路捆绑)。比较常见的是将四个千兆以太 网链路捆绑为一个链路，这时的带宽可达到单向4Gbps双向8Gbps。 

　　在端口聚合中的多条千兆以太网键路可以实现负载分担，即使其中的一条链路的光纤出现 故障，逻辑链路仍会保持正常工作。端口聚会需要较多的光纤来构成，2个端口的端口聚合需 要4根光纤，3个端口的聚会需要6根光纤，4个端口的端口聚会需要8根光纤。 1.4.2千兆以太同1+1备份 和很多ATM交换机里实现的ATM物理链路1+1备份相似，千兆以太网也可以实现1十1备份，即 在一个千兆路由交换机的接口模块上，对应于一个千兆以太网键路，实际用两个千兆以太网链 路来连接，一条千兆以太网链路作为主用键路，另一条则作为备用键路。当主用链路的光纤出 现故障时，千兆路由交换机可以在1ms的时间内把数据切换到备用键路的光纤上传输。 在这种1+1备份方式下，需要用四根光纤来完成1GbPS的传输带宽。每一个千兆以太网链路 需要1发1收两根光纤。 

　　1.4.3 用IP路由来保证城域网可靠性 

　　如果是用千兆以太网来承载IP业务，那么就可以应用IP路由协议的收敛特性来保证城域网 可靠性。使用IP路由，网络拓扑可以比较灵活，可以是星型、环型、网状网，或是它们的混合。 这里顺带指出一点：如果没有使用IP路由，由于生成树协议(SPanning Tree)的作用，千兆以 太网即使在物理键路上构成了环型或网状网，在交换机的实际的以太网数据交换也无法构成环 状和网状网。而在环型和网状网的拓扑结构中，即使某条链路或某个网络节点故障，由于迂回 路由的存在，整个网络不会瘫痪。城域网中最典型的 IP路由协议是 OSPF，运行OSPF协议的路 由器利用Hello信息周期性传递路由器状态，当发现邻近节点故障后，路由器会重新计算路由， 自动找到可迂回的路由，保证网络恢复正常工作。这一过程被称之为路由的收敛。一般OSPF协 议的收敛时间大于10秒。与千兆以太网1+1备份方式相比，OSPF协议从故障中恢复的时间要长 很多。 

　　1.5 千兆以太网和其他承载IP的城域网技术比较 

　　目前形式下，广电的宽带城域网承载的都是基于IP的业务，承载IP的平台主要有ATM、千兆以太网、POS、DPT这四种技术。本文不做ATM和千兆以太网承载IP的比较，将会有另一文章专门 论述这一课题。 POS最初是用于广域网在SDH上承载IP的技术，也可以用于探光纤上在城域网使 用。DPT是 CISCO公司专有的城域网技术。 

　　2 、千兆路由交换机 

　　2.1路由交换机的定义 

　　传统意义上，只处理第二层数据转发的设备被称之为交换机，交换机只根据数据包中的目 的和源MAC地址进行处理和转发，而不涉及第三层的数据包中的内容。如进行以太网，FDDI，令 牌杯交换的局域网交换机。第三层的数据包的转发由路由器来完成，对于IP协议来说，路由器 检查第三层数据包的目的和源IP地址，然后作出相应的处理或转发。在90年代中期以前，由于 硬件芯片技术的限制，路由器和交换机是两个独立的网络设备。路由器的内部系统结构很象一 台专用计算机，有一个主CPU，如486或MIPS，有内存，在CPU上运行软件来进行包的转发和路由 的计算及更新。所以路由器的性能比较差，往往成为一个网络的瓶颈。 

　　为了解决基于软件的路由器在性能上的缺陷，在新的ASIC芯片技术的推动下，交换机中用来 处理第二层数据包的芯片功能增强到能够进行第三层数据包的处理，这种具有路由功能的交换机 被称为路由交换机。 

　　2.2 路由交换机的背板及其实现方式 

　　背板是交换机的中央交换部件，用于交换机的各个端口之间传送数据。背板的结构和容量决 定了一个路由交换机的性能。现在的路由交换机背板主要有三种结构：交叉矩阵(Cross Bar); 共享内存;并行访问共享内存。下面分别详细论述。 

　　2.2.1 交叉矩阵(Cross Bar) 

　　这种结构容易设计，扩展性好，并且在其基本形式中可以提供较低的每端口成本。然而，它有几个关键的局限性。 

　　静态内存他和队头阻塞的问题的共同影响使其难以在逐端口的基础上转发基于优先级的业 务。 所以交叉矩阵结构提供可靠的QoS支持的能力有限，这与整个IP网络提高QoS能力的要求不符。 

　　2.2.2共享内存 

　　传统的共享内存结构是基于总线的。这种结构克服了交叉矩阵背板的局限性，并且它们在背 板容量小于10GbPS的交换机中十分普遍。在一个共享内存总线结构中，所有的端口通过一个共享 总统访问中央内存。采用仲裁机制来控制端口访问共享端口。这消除了交叉矩阵交换机具有的基 于端口的静态内存分配和队头阻塞的问题并以一种高效的方式使用系统内存。共享内存的问题是， 构造一个快的足以提供无阻塞的速度超过20Gbps性能的仲裁机构现在很难作到。例如：现在的芯片，技术的数据总线一般是64位，总统的时钟频率(并非芯片的内部时钟频率)为 100MHz，这 样的系统背板性能可达到64×100MHz=6.4GbPs，按双向计算，系统背板性能为12.8GbPS。因 此， 受限于现在的内存促裁机制芯片，共享内存体系的扩展性比较差。 

　　2.2.3并行访问共享内存 

　　并行访问共享内存是一种共享内存结构设计：所有端口共享一个中央内存空间。然而，不象 传统的基于总统的共享内存结构，并行访问共享内存为每个模块上的每个端口提供一个专用的可 同时写入中央内存机构和从中读出的机制，这种机制无需要总线仲裁设备。并行访问共享内存能 够保证在所有端口上同时实现完全的线速性能。并行共享内存解决了基于总线的共享内存的扩展 性问题，它的每一个模块到中央内存的存取速度都可以达到10GbPS以上，而整个中央内存可以容 许超过30路的同时访问，这样一个系统的背板容量可以扩展到300GbPs以上。同时并行访问共享 内存也没有引人交叉矩阵背板带来的队头阻塞等问题。 

　　2.3 交换机的第三层包转发机制(胸中式与分布式) 

　　每个厂商的路由交换机的实现机制不同，在路由功能的实现上，主要有集中式和分布式两种 机制。下面进行详细论述。 

　　2.3.1 集中式第三层包转发 

　　集中式第三层包转发是指在交换机中有一个专门的硬件模块(路由模块)来对全交换机的 第三层包进行转发。交换机的每个接口模块如千兆以太同交换模块，都不具备第三层的处理功 能，需要把第三层的数据包从背饭送往路由模块来查询路由并转发。严格的讲，这种结构的交 换机更准确的名称是第三层交换机，而不是路由交换机。 集中式第三层包转发是早期的技术，它的缺点在于整个交换机的路由性能受限于其路由模 块的能力。另外，当一个IP包要进行路由时，它经常要从一个以太网接口模块通过背板总线送 往路由模块，在路由模块处理后，又经背板总统送往同一以太网接口模块，这样一种数据包传 送方式浪费了背板总规处理能力。并且路由模块的故障会导致整个交换机内的路由功能的失效。 实际中很多厂商交换机中的路由模块就是一个以插卡形式集成在交换机内的软件路由器。 因此在各厂商的产品中，采用集中式包转发的交换机的路由能力一般可达到15Mpps。 

　　2.3.2 分布式第三层包转发 

　　随着ASIC芯片技术的发展，具有路由功能的模块被集成到一块芯片上，于是厂商将路由芯 片设计到了路由交换机中的每一个接口模块上，这种技术就被称为分布式第三层包转发。它不需要一个专门的模块来为整个机箱服务做包的转发，第三层的包转发可以由每个接口模块上的 路由芯片独立完成。 分布式第三层包转发突破了集中式第三层包转发的性能瓶颈，但它的路由控制机制比集中 式要复杂，它需要在每一个端口保留路由表信息以进行快速的包转发。尽管在技术上更复杂， 由于在性能上远远超出集中式，分布式第三层包转发技术已经成为了现在路由交换机的主流技 术。 

上一页  [1] [2] [3]  下一页