邊緣交換機智能與性能兼顧

2019-11-05 01:37:25

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供稿：網友

　　假如網絡的邊緣設備將QoS、速率限制、ACL、PBR及sFlow集成到硬件芯片上，使得這些智能不致影響到基本二層、三層的線速轉發性能，
　　
　　　　那么端到端的智能網絡才得以大規模開展，從而使得整個網絡不僅擁有全局的連接能力，也同時擁有全局的網絡智能。
　　
　　　　從過去到現在，網絡的設計理念一直存在著幾種不同的思路。就透通與智能這兩個重點來看，側重程度的不同就影響到網絡的設計：透通強調連接能力、簡單治理、價格低廉；智能強調控管和增值能力，因此多數復雜程度較高，成本也相對較高。其實設計并無高下，只取決于用戶的實際需求與經費預算而已。
　　
　　　　因此，網絡架構可以是全二層的架構，不過擴展度較差；也可以是全三層的架構，不過價格較高；而大多的規劃會在兩者之間取得一定的平衡，這就產生了兩種不同的架構——折疊式骨干網絡架構與分散式骨干網絡架構。其中，折疊式骨干將智能收縮到上層的匯聚設備上，而在下層的接入設備則只強調透通與線速。單從智能控管的角度來看，這是一種集中式的設計。
　　
　　　這兩種架構在網絡邊緣上存在著重大差異。折疊式骨干多以二層交換作為邊緣，而分散式骨干多以三層交換作為邊緣。假如簡單地以交換或路由來判定網絡的智能，當然三層交換優于二層交換。但是由于愈來愈多的業務在同一張網上開通，網絡的智能問題不再單純地以二層/三層來判定，更多時候，執行QoS的能力、提供指定接入速率的能力、ACL（訪問控制列表）的安全屏蔽能力、網絡流量統計與監控能力以及策略路由（PBR）的支持能力，都可以更有效地來判定網絡的智能。因此，有了這樣一個概念，不管是折疊式骨干中的邊緣二層交換設備，是分散式骨干中的邊緣三層交換設備，在眾多廠家的二層、三層交換設備中，用戶可以依據自己業務上的實際需要做出更為明確的選擇。
　　
　　執行QoS的能力
　　
　　　　在多媒體業務中，數據、語音、圖像對時延、抖動、掉包的要求不盡相同。為了更好地執行多媒體業務，用戶最好在數據包中加入相應的QoS標記，邊緣交換機或者讀取QoS并加以執行，或者對于不可信任的來源，采取重行分類、重行標記QoS并加以執行的方式。QoS在過去有二層的CoS（服務等級）或三層的ip PRecedence（IP優先等級）的做法，而現在則強調差分服務（DiffSew）的支持能力。因此，邊緣交換機在端到端的QoS支持上，作為QoS的入站點或出站點，扮演著極為要害的角色。對DiffSew提供硬件支持能力是交換機要害功能之一。
　　
　　指定接入速率的能力
　　
　　　　固然千兆以太網的普及使得骨干有較為充裕的帶寬，但這種資源不是取之不盡、用之不竭的。而且采取使用者付費以管制邊緣帶寬的有效使用是最為可行的手段，因此，在邊緣交換機的接口上，不但要提供十兆、百兆的設定能力，更要提供基于端口、優先等級、VLAN、ACL分類的速率限制能力，而且最好是入站或出站均能執行速率限制，范圍由256k一直到千兆，粒度則以硬件芯片能以硬件處理的范圍為宜，一般而言在256k左右。
　　
　　　　應用智能交換機情況調查
　　
　　　　這里必須非凡強調，硬件處理是希望邊緣設備不會因為啟動速率限制而影響其線速轉發數據包的能力，這一點對邊緣設備來講是很重要的性能指標。有了完整的速率限制功能，而又不影響網絡的性能指標，才能有效地治理網絡的帶寬資源。
　　
　　ACL的安全屏蔽能力
　　
　　　　在網絡中，ACL不但可以讓網絡治理者用來制定網絡策略，對個別用戶或特定的數據流進行答應或者拒絕的控制，也可以用來加強網絡的安全屏蔽。從簡單的Ping to Death攻擊、TCP Sync攻擊，一直到更多樣化更復雜的黑客攻擊，ACL都可以起到一定的屏蔽作用。ACL有標準ACL及擴展ACL（Extended ACL）兩種，不論邊緣是二層交換機還是三層交換機，最好都具備支持標準ACL及擴展ACL的能力，才能將網絡的安全屏蔽及策略執行能力分散到網絡的邊緣。
　　
　　　　跟速率限制一樣，網絡設備不但應該能執行完整的ACL功能，包括進站及出站，同時也必須強調由硬件處理的能力。如此，才能在啟動ACL的同時，不會影響到二層或三層交換設備線速轉發數據包的能力。
　　
　　策略路由支持能力
　　
　　　　一般路由不管是透過RIP、OSPF、BGP，還是MPLS標記協議，多是由目的地址來決定路由路徑，因此無法對網絡流量進行有效分流，或是對網絡流量制定策略。然而，策略路由能力在現今多樣化的網絡環境中有時是必要的功能之一。簡單舉例來說，在大型網絡運營商（NSP）的環境中，不同的用戶需要被連接到不同的Internet 運營商（ISP）中；或者在校園網中，作為教學研究的用戶必須被連接到高速的網絡出口，而宿舍網絡的用戶則通常被導引到較低速的出口，如此分流才不致影響到校園網的科研性能，同時經由適當的分流，高速/低速出口均能分配到相應的流量，從而使得帶寬的應用得到有效分配。想要達到這種分流的效果，一般路由是無法做到的，唯有透過策略路由（PBR），將源地址進行分類，并且制定其下一跳出口的IP地址才能達成，而這也是策略路由有別于一般路由之處：基于源地址信息執行路由選徑，而不基于目的地址信息執行路由選徑。策略路由能做的不僅是依用戶的類別進行路由選徑及分流，更進一步，它也可以做到依業務的類別來指定路由或分流。其具體做法就是在進行分類時，不只看第三層的IP地址，更進一步看第四層的IP端口號，不同的業務導引到不同的路由。比如對所有端口號80的HTTP數據流進行分類，并將其導引到特定的四層Web交換機或緩存服務器上，從而透過Web緩存機制，使得用戶的Web響應時間得到大幅度提升，而且網絡出口的重復流量也得到大幅度緩解。以上的例子都只是策略路由的部分功能而已，實際上它的功能遠超過這些，策略路由因為可以直接在網絡下端設備指定，再透過中間設備的一般路由，到達指定的上端設備出口，因此，它并不多是在中間的匯聚設備上啟動，更多時候為了更有效地分流效果，策略路由將在接入設備上啟動。
　　
　　　　跟ACL一樣，在需要策略路由的網絡設備上，不但要有完整而多樣化的策略路由支持功能，同時必須強調有硬件處理能力，才能在啟動的同時，仍然享有三層交換線速轉發的能力。
　　
　　網絡流量統計與監控能力
　　
　　　　流量統計與監控在網絡建設中已經成為重要的一環。一個很簡單的思路就是，假如你無法看到網絡的整體流量，又如何能夠治理整個網絡？假如我們在提供高效能帶寬的同時，也能充分把握網絡的流量信息，便可隨時調節網絡的資源與策略，使得網絡運行順暢，也使得網絡故障的排除變得簡單而快速。所以在網絡中，再提供一套完整的、覆蓋全網的、實時的網絡監控系統，就像是在縱橫交錯的高速公路網上處處加裝監視攝像頭一般，讓交管人員采取有效的分流手段，同時也可透過完整的統計資料，對路由進行擴容及規劃提供重要的參考。
　　
　　　　流量監控與統計在過去因為受限于既有技術，多數只能以SNMP、RMON、RMON v2等技術實現部分功能，而且對網絡的帶寬占用或網絡設備的資源開銷造成相當程度的影響，所以通常無法覆蓋全網，無法實時監控，無法在百兆、千兆甚至萬兆端口等高速網絡上執行，這些都使得全網的監控與統計無法達到令人滿足的表現。
　　
　　　　最近又有NetFlow及sFlow（RFC3176）基于流的流量監控與統計技術，出現在比較高端的網絡設備上，包括骨干、邊緣、二層設備、三層設備。這兩種技術基本上提供比較完整的流量信息，不過兩者之間依然有所區別：NetFlow更擴及IPX及AppleTalk，同時提供更多的信息，包括VLAN統計、MAC地址統計、BGP共同體統計等信息，因此從統計及計費的角度來看，NetFlow可以提供更令人信服的資料，但相對的開銷及成本也高；從統計及監控的角度來看，sFlow提供更多的信息，對于流量分布的分析、流量的未來趨勢、異常流量的監測、故障的發現與排除都可以在相對較低的開銷及成本下，通過硬件芯片以線速方式達成，sFlow因此可以直接內建在邊緣的二層或三層交換設備上提供覆蓋全網、實時網絡監控的功能。對整體網絡而言，這實在是相當吸引人的增值功能。
　　
　　　　同前面所說的功能一樣，sFlow流量統計與監控功能也必須是硬件處理，才能不影響到網絡設備既有的二層或三層交換線速性能。
　　
　　　　在組網的設計理念上，不管是采用集中式的折疊式骨干，從而強調采用透通的二層交換設備作為邊緣接入設備；或者是采用分散式骨干，從而強調采用智能的三層交換設備作為邊緣接入設備，其智能都不應僅限于交換或路由能力的考慮，或是只強調線速交換或線速路由的能力，究竟這一部分已經是業界的標準，幾乎所有廠家的二層交換，三層路由設備都可以達到。隨著寬帶網絡、寬帶業務、多媒體應用的發展，用戶更應該關心的是端對端的網絡智能，以及硬件芯片的集成能力。假如在邊緣設備（不論是二層交換或三層路由交換設備）上，都極大程度地將服務質量（QoS）、速率限制（Rating Limiting）、訪問控制列表（ACL）、策略路由（PBR）及流量監控（sFlow）集成到硬件芯片上，使得這些智能不會影響到基本二層、三層的線速轉發性能，那么端到端的智能網絡才能得以大規模開展，從而使得整個網絡不僅擁有全局的連接能力（Connectivity），也同時擁有全局的網絡智能（Control）。有了這樣的概念，在眾多的邊緣交換設備上，用戶才可以對不同的產品有更清楚的定位與選擇。

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