新興的IP骨干網

2019-11-03 09:05:53

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供稿：網友

常新杰

網絡服務供應商面臨著成本危機

　　當前，Internet正在從一個單一的“盡力而為”方式的數據傳輸網絡轉變成為具有全球性戰略意義的ip傳輸基礎構架。而同時，正如許多專家在NGN2002大會中指出的，網絡服務供應商正面臨著“成本危機”。一方面，維持傳統業務提供的運營成本保持不變但傳統業務所帶來的利潤卻在下降；另一方面，提供新興業務的成本也大大高于這些業務目前所能產生的利潤。這一“成本危機”主要來自于運營多個并行的網絡的復雜性，以及在這些分離的網絡中層疊或重復的網絡設備引發的復雜性和高昂運營成本。

　　為此，網絡服務供應商需要簡化網絡結構以降低復雜性，這實質上要求網絡服務供應商從現有的多層次的，多網絡并存的網絡結構轉向一個高可用性的單一骨干網。這一新興的IP骨干將是一個兩層的網絡，包括底層的光纖傳輸層與上層的智能化包交換層。

　　在這一進化過程中，IP/MPLS交換將是其中的關鍵性核心技術。IP/MPLS技術可以為IP骨干網提供高可用性，端口可擴展性以及其它有利于多種業務綜合提供所必需的關鍵特性。CHIARO公司的ENSTARA路由平臺則是新一代路由平臺中首先滿足上述要求的路由平臺。

對新一代IP基礎設施的需求

　　傳統的IP骨干網是建立于多層次的網絡結構基礎之上的，包括底層的物理媒介層，基于TDM，ATM或楨中繼技術的鏈路層以及基于IP傳輸的網絡層。具體來說，Internet服務供應商（ISP）通過路由器向用戶提供接入服務，而路由器又是通過核心網絡中的ATM或楨中繼交換機形成互聯，而廣域范圍內的數據傳輸又是利用了底層的SONET ADM，數字交叉連接系統或DWDM系統。這種不同網絡技術的層疊模型為骨干網絡引入了不必要的冗余與復雜性，這成為高昂運營成本的主要來源。在圖1中，左邊顯示了傳統的多層次網絡模型，而右邊則顯示了簡化的結構。

　　新興的IP骨干網可以通過兩種途徑來簡化網絡結構。首先，通過新型的IP路由交換設備可以在單一設備上實現以往多種設備的功能，從而將多層次的網絡簡化為兩層的結構：包交換層與傳輸層。其次，網絡服務供應商現有的多個并存的網絡將被一個能提供多種業務的單一包交換核心網絡所替代。采用了MPLS技術的新一代虛擬專用網（VPN），如基于IETF標準草案martini-draft的二層MPLS VPN或基于IETF標準草案RFC2547的三層VPN（或稱BGP/MPLS VPN）則為IP/MPLS骨干網絡提供了支持如數據，話音，視頻等多種業務的技術工具。這樣，基于VPN的概念則可以在單一的IP/MPLS骨干上為楨中繼，ATM，IP交換分別建立獨立的VPN來滿足各自業務需求。同樣，其它的一些新型業務，如基于MPLS的服務供應商VPN，Ethernet傳輸，TDM仿真以及IP上的話音業務等均可以通過建立獨立的VPN來方便的實現，如圖2中所示。

圖1 多層次網絡模型與簡化模型之比較

圖2 通過VPN在單一的骨干網上實現多業務支持

網絡流量增長的驅動力

　　Internet上的數據流量繼續以每年翻一番的速度增長，這種爆炸性的增長是業界所未能預期到的。而隨著諸多新型業務如視頻點播，視頻會議以及移動IP業務的迅速發展，顯而易見，當前的Internet正在從基本的網絡接入手段向具有戰略性意義的IP基礎設施進化。

　　簡化的網絡結構與統一的業務提供平臺也是帶動網絡流量增長的驅動力之一。通過簡化后的兩層網絡結構，以往的多個不同網絡可以被統一到一個單一的骨干上來，而隨著多種業務統一到這一單一的骨干網，其上所承載的業務流量顯然會大大增長。

　　最后，隨著通訊業界的周期性整合，一個趨勢已越來越明顯的顯現出來：即只有少數幾個大型的網絡能夠得以在日益激烈的競爭中存活下來，而大部分網絡流量也將在這幾個網絡上進行傳輸。所以，這幾個網絡上的流量也必將極大的增長。

當前的POP結構訖需改變

　　當前的骨干網絡是由分布于各地的PoP（Point of PResence）及其相互之間的連接構成的。大多數的大型網絡運營商都管理著25到40個骨干PoP，小型的PoP通過接入網絡連接到這些骨干PoP上，從而實現廣域范圍內的網絡覆蓋。當前的PoP通常由核心路由器，集線設備與接入設備組成，如圖3所示。

圖3 當前的典型PoP結構

　　通常，為了提高網絡服務的可靠性，PoP中為核心路由器配置了重復備份。這樣，當一個核心路由器由于故障，軟件升級或因其它維護的需要而中斷運行時，備份的冗余設備可以承擔必要的服務以保證無中斷的業務提供。在網絡流量增加而超出了現有路由器的承載能力時，就需要增加更多的路由器。而為了實現備份冗余，則需要占用路由器上的部分端口與傳輸容量以在路由器之間建立互聯，這就減少了實際可以進行業務提供的路由器資源。

　　網絡運營商通常會隔兩三年就進行一次路由器升級，升級后的路由器承載能力大大提高，從而就減少了PoP中的路由器數量以及相互連接所占用的資源。但這樣所需要的投入是相當大的，提高了網絡運營與維護的成本。而同時，對網絡承載能力的要求越來越高，已大大超出了路由器能力提高的速度。

　　為了支持新興的骨干網絡，解決當前網絡服務供應商的成本危機問題，當前的PoP結構面臨著幾個挑戰：

1 多層次的，具有冗余的路由器系統結構在網絡擴展時難以提供很好的性能價格比。這樣建立的PoP具有多個垂直層次的路由器以支持多種網絡功能，而又具有多個水平層次以提供網絡冗余。這些路由實體之間互聯的成本非常高，而且在網絡中節點增多時成本也隨之增加。據估計，PoP的路由器上40%的端口都被用于路由器之間的互聯而無法參與能產生利潤的業務提供。

2 當前的路由器可擴展性差。一方面，核心路由器上的端口數目有限，而另一方面，PoP中的多層次網狀結構又需要占用寶貴的端口資源用于路由器之間的連接。在大型的PoP中，高達70%的端口被用于路由器互連。

3 當前的路由體系難以實現高可用性網絡。隨著多種網絡向單一核心網絡的匯聚，其上也將承載越來越多的高利潤率或關鍵性應用業務，對網絡可用性要求也越來越高。當前的多網絡并存系統由于存在著多種網絡技術，難以達到很高的整體可用性。而簡化后的兩層網絡結構則有利于提高可用性，達到99。999%的可用性指標。

　　在路由器出現故障或在對其的維護過程中，往往需要路由器控制部件重啟動或從工作部件切換到備份部件，在這期間，路由器無法完成正常的數據轉發功能。當路由器重啟動時，路由器上運行的路由協議會話也隨之重啟動，隨后，還將需要長達30分鐘的時間以與相鄰的路由器重新達到同步。這意味著在長達30分鐘的時間里路由器都將無法執行轉發數據包的功能，這就增加了數據傳輸的延時并降低了數據包通過率，從而為服務級別約定（SLA）中的關鍵性能產生了負面影響。99。999%的可用性意味著在一年中不超過5。25分鐘網絡服務中斷時間，而上述的問題出現一次都將破壞99。999%的可用性承諾，為服務供應商帶來利潤與用戶滿意度方面的巨大損失。

　　網絡中的備份冗余設備可以提高網絡的可靠性，但在從出現故障的路由器切換到備份路由器的過程中仍將有部分時間無法提供網絡服務，這不能完全避免“成本危機”的問題。為了能真正解決這儀問題，就需要一個全新的IP路由平臺來實現全球IP基礎設施的架構。

ENSTARA—新一代IP平臺解決方案

　　為了提供最優性能價格比的IP骨干基礎設施，則需要一個新型的IP路由平臺。這一平臺應該具有更長的生命周期，更少的資本要求，更高的網絡可用性并能更方便于新業務提供。CHIARO公司的高端路由平臺—ENSTARA則是為滿足上述各種要求而專門設計開發的。

節約投資

　　節約網絡運營投入的一個關鍵在于路由器自身的良好可擴展能力，這指的是當網絡中需要更高的傳輸容量時，可以在保持原有的設備運行的同時引入新的，端口密度更高的路由器，而不是完全以新型設備代替所有的原有設備。長期以來，路由器的傳輸能力及端口數量是有限的，而通過基于光纖陣列組“Optical Phase Array--OPA”技術的光纖交換核心，CHIAOR公司的ENSTARA路由平臺提供了可擴展的傳輸能力及端口數量。ENSTARA路由平臺可以根據需要連接多個光纖交換核心以提高傳輸能力，并且可以通過簡單的星型結構的拓撲實現多個交換接口架到光纖交換核心的靈活連接，從而完成端口數量的擴展。

　　網絡設備的靈活結構使得正在使用的設備也可以充分利用新的技術進展。在ENSTARA路由平臺中，具有更高端口密度，更高傳輸速度以及更多新功能的接口架可以被方便的增加到已投入運行的路由設備進行逐步的容量或功能上的擴展。

高可靠性

　　電信級的網絡基礎設施結構的實現需要從網絡的底層作起。為了達到99。999%的可用性要求，就需要在網絡設備的每一個關鍵性元部件實現冗余保護，而不僅僅是限于電源或風扇。基于CHIARO的“全狀態確保路由”（STAR）技術，可以實現網絡設備的服務功能在出現設備故障，路由協議故障，軟件故障以及軟件升級或容量擴展等運營維護的過程中均不受影響。

　　高可靠性的設備大大改變了網絡建設的思路，即不再需要投入備份的路由器而僅需要投入一個高可靠的ENSTARA路由器，在保證網絡可用性要求的同時實現高達75%的成本節約。

靈活性

　　基于網絡處理器的接口卡為ENSTARA路由平臺提供了非常高的靈活性，在路由器上增加新的系統功能只需簡單的軟件升級而無需更換新的接口卡。由于功能的擴展不再需要硬件的更新，因此新特性的市場投放時間大為縮短。

　　路由器分區是一種邏輯路由器技術，即在一個大型的物理路由器上實現多個邏輯（虛擬）路由器，而每一個虛擬路由器可以被看作功能獨立的路由器。這樣的好處在于：

1 不同的分區可以完成不同的網絡功能或業務提供，分區間的運營界限是通過CHIARO公司獨有的分區技術維護的。諸如端對端的鄰接關系，核心路由，數據傳輸匯聚以及網絡接入等不同的功能可以被分配到不同的分區，而相關的網絡業務也可以劃分到同一分區中去。

2 各個分區可以運行自己的路由協議，或者運行自己的獨特配置和協議版本，各個分區也擁有自己的內存空間，這樣就可以在不同分區上實現獨立的功能模塊，使得功能的升級可以僅僅通過升級一個模塊而完成，并且一個模塊的故障不會影響其他模塊的工作。

3 分區之間可以通過CHIARO公司的“短接“（Cut-Thru）接口進行相互連接，從而可以在一個物理路由器內部模仿多個路由器的互聯?！岸探印埃–ut-Thru）接口則用于在不占用物理接口的前提下連接多個分區，節省的物理接口仍可被用于數據傳輸。

解決“成本危機”問題

　　建立并運營一個網絡的成本需求與網絡的復雜性直接相關，當前的主要問題在于：

1 為獨立的業務需求而管理和運營多個獨立的并行網絡直接增加了系統的復雜性并提高了運營成本

2 當前的數據網絡設備在可開展性與可靠性方面的缺陷使得運營商不得不占用相當一部分本可參與產生利潤的接口用于設備間的互連，這也造成了運營成本的提高。

　　顯然，為了解決“成本危機”的問題，網絡運營商需要將復雜的多層次網絡簡化為更為簡單的網絡結構。新一代的IP骨干網絡使得運營商可以以更為經濟的成本來提供更多的新業務。

　　基于ENSTARA平臺的新一代路由器可以將現有PoP的多層次結構簡化為單一的IP骨干，據CHIARO公司估計，僅此一點就可以為網絡服務供應商節省高達70%的網絡建設與運營方面的投入。具體原因如下：

1 與運營多個并存的網絡相比，運營一個單一的核心骨干網絡的花費要少許多

2 運營商不再需要購置昂貴的冗余網絡設備來達到可靠性要求

3 運營商不再需要因為路由器之間的相互連接而占用寶貴的接口資源

4 PoP中的多層次路由器被簡化為一個路由器，大大降低了運營維護的成本

圖4 簡化的PoP結構

　　ENSTARA路由器的應用減化了PoP中不必要的路由層次；ENSTARA路由器的高可用特性也消除了對冗余路由器的需要；冗余性將存在于設備內部而不再需要多個設備來實現冗余。

　　CHIARO公司的STAR網絡技術為PoP提供了確保的路由與轉發服務，這也從一方面消除了對冗余路由器的需要。STAR有利于無業務中斷的運營維護：即軟件升級，容量擴展以及硬件升級等網絡運行維護操作可以在不影響業務數據流的正常轉發的前提下進行。

　　新一代IP網絡中的成本，可擴展性與可靠性問題都需要依賴于新一代的路由器。CHIARO公司相信，其ENSTARA路由器是解決上述問題的理想平臺。

原創