核心交換機架構演進

2019-11-05 01:35:00

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供稿：網友

　　應用永遠是技術發展的原動力。在目前日益復雜的業務應用面前，網絡設備的技術架構成為一個設備適用范圍的要害因素，不同的應用環境需要不同的網絡設備。比如NGN的應用需要基于SoftSwitch技術架構的設備，比如縱向網就需要關注路由器，園區網重點則是交換機等等，這都說明，一種技術架構的出現必然是為解決某種應用而服務的。
　　
　　那么,在當前網絡大融合的趨勢下，核心交換機需要一種什么樣的架構呢？
　　
　　交換架構的演進
　　隨著Internet用戶的增加和帶寬的擴大，交換機的結構也在不斷的發展，從推出的時間看，交換架構主要經歷了總線型和CrossBar兩個階段。但由于以太網技術的發展日進千里，因此這兩種架構的交換機目前都活躍在市場上。
　　
　　總線型交換架構
　　基于總線結構的交換機一般分為共享總線和共享內存型總線兩大類。
　　
　　共享內存結構的交換機使用大量的高速RAM來存儲輸入數據，同時依靠中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這類交換機設計上比較輕易實現，但在交換容量擴展到一定程度時，內存操作會產生延遲；另外，在這種設計中，由于總線互連的問題增加冗余交換，引擎相對比較復雜。所以這種交換機假如提供雙引擎的話，要做到非常穩定相對比較困難。所以我們可以看到，早期在市場上推出的核心交換機往往都是單引擎，尤其是隨著交換機端口的增加,由于需要內存容量更大，速度也更快,中心內存的價格變得很高。交換引擎會成為性能實現的瓶頸。
　　
　　CrossBar＋共享內存架構
　　CrossBar（即CrossPoint）被稱為交叉開關矩陣或縱橫式交換矩陣。它能很好的彌補共享內存模式的一些不足。
　　
　　首先，CrossBar實現相對簡單。共享交換架構中的線路卡到交換結構的物理連接簡化為點到點連接，實現起來更加方便，從而更輕易保證大容量交換機的穩定性；
　　
　　其次，CrossBar內部無阻塞。只要同時閉合多個交叉節點（crosspoint），多個不同的端口就可以同時傳輸數據。從這個意義上，我們認為所有的CrossBar在內部是無阻塞的，因為它可以支持所有端口同時線速交換數據。
　　
　　另外，由于其簡單的實現原理和無阻塞的交換結構使其可以運行在非常高的速率上，半導體廠商目前已經可以用傳統CMOS技術制造出10Gbit/s以上速率的點對點串行收發芯片。
　　
　　但這種結構依然會存在業務板總線和交換網板的CrossBar互連問題。由于業務板總線上的數據都是標準的以太網幀，而一般CrossBar都采用信元交換的模式來體現CrossBar的效率和性能。因此在業務板上采用的共享總線的結構，在一定程度上影響CrossBar的效率，整機性能完全受限于交換網板CrossBar的性能。
　　
　　分布式CrossBar架構
　　核心交換機的交換容量現已發展到了幾百個Gbps，同時支持多個萬兆接口并規模應用在城域網骨干和園區網核心。分布式的CrossBar架構很好地解決了在新的應用環境下核心交換機所面臨的高性能和靈活性的挑戰。
　　
　　也就是說，除了交換網板采用了CrossBar架構之外，在每個業務板上也采用了CrossBar+交換芯片的架構。在業務板上加交換芯片可以很好地解決了本地交換的問題，而在業務板交換芯片和交換網板之間的CrossBar芯片解決了把業務板的業務數據信元化問題，從而提高了交換效率，并且使得業務板的數據類型和交換網板的信元成為兩個平面，也就是說可以有非常豐富的業務板，比如可以把防火墻、IDS系統、路由器、內容交換、ipv6等等類型的業務整合到核心交換平臺上，從而大大提高了核心交換機的業務擴充能力。
　　
　　同時，這個CrossBar有相應的高速接口，分別連接到兩個主控板或者交換網板，從而大大提高了雙主控主備切換的速度。
　　
　　BigHammer為網絡融合服務
　　目前網絡的發展呈現明顯的融合趨勢，這種融合包括業務的融合、技術的融合、網絡的融合。港灣網絡的萬兆核心交換機BigHammer6800系列核心交換機由于采用了分布式CrossBar和分布式交換的架構，解決了大容量交換、多業務提供等方面問題，所以能幫助用戶網絡更好地實現這些融合。
　　
　　針對數據、語音、視頻業務的融合，業務板的CrossBar芯片能將語音、視頻這些大數據流簡化為定長交換的方式，提高交換效率。這也是BigHammer6800能實現“萬兆線速交換能力”的原因之一。
　　
　　在解決交換路由一體化、IPv4/v6網絡融合方面，港灣網絡的解決方案同樣值得信賴。BigHammer系列設備不僅支持豐富的路由協議，更通過MPLS技術解決網絡界面臨的最大難題——IPv4網絡向IPv6網絡的過渡。MPLS一方面加快了數據包的查找和轉發速度，另一方面也提供了一個更有效的隧道機制。MPLS網絡上集成Ipv6是目前公認的最合理的IPv4向IPv6過渡方案。MPLS是通過基于NP設計的業務板來實現的，具有很強的性能和可擴展性。
　　
　　交換機架構已經完成了從“共享總線”到“CrossBar＋共享內存”再到“全分布式CrossBar”的演進過程，在未來的日子里必將繼續發展。

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