縱橫式交換矩陣 簡(jiǎn)析三層交換機(jī)新技術(shù)

CrossBar(即CrossPoint)被稱為交叉開關(guān)矩陣或縱橫式交換矩陣，它是業(yè)界公認(rèn)的用于構(gòu)建大容量系統(tǒng)的首選交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所說(shuō)的三種交換結(jié)構(gòu)都是某種程度上的共享帶寬，而Crossbar結(jié)構(gòu)的交換網(wǎng)完全突破了這種限制，在交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部沒(méi)有帶寬的瓶頸，不會(huì)因?yàn)閹�寬資源不夠而產(chǎn)生阻塞。

Crossbar交換結(jié)構(gòu)

Crossbar交換網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)平面沒(méi)有任何瓶頸。這正是因?yàn)镃rossbar引入了交換矩陣這種新的交換方式，摒棄了共享帶寬的交換方式，在數(shù)據(jù)交換方式上是一種革命性的變化。Crossbar交換網(wǎng)的擴(kuò)展能力非常強(qiáng)，交換容量可以做的很大，基本不受硬件條件限制，目前單顆芯片交換容量在256G-700G之間，多顆芯片可以構(gòu)建T級(jí)乃至幾T容量的大型交換網(wǎng)絡(luò)，足以滿足當(dāng)前和未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò)對(duì)交換容量的需求，并且隨著硬件集成技術(shù)的進(jìn)步，單顆Crossbar芯片支持的容量會(huì)更大。

其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.首先，CrossBar的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單

共享交換架構(gòu)中的線路卡到交換結(jié)構(gòu)的物理連接簡(jiǎn)化為點(diǎn)到點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加方便，從而更加容易保證大容量交換機(jī)的穩(wěn)定性。

其次，CrossBar內(nèi)部無(wú)阻塞。一個(gè)CrossBar的示意圖如圖所示，只要同時(shí)閉合多個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)(CrossPoint)，多個(gè)不同的端口就可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。從這個(gè)意義上，我們認(rèn)為所有的CrossBar在內(nèi)部是無(wú)阻塞的，因?yàn)樗�可以支持所有端口同時(shí)線速交換數(shù)據(jù)。

在支持CrossBar技術(shù)的三層交換機(jī)中，一般采用了兩類三層交換芯片：一類是可以出千兆、百兆端口的交換芯片;一類是僅僅出內(nèi)部高速接口(往往是10G以上的速率)的CrossBar芯片，用于各個(gè)模塊之間的互聯(lián)。

目前思科、Extreme、網(wǎng)捷網(wǎng)絡(luò)、港灣網(wǎng)絡(luò)等廠商都推出了基于CrossBar的核心交換機(jī)產(chǎn)品，但市場(chǎng)上也有很多內(nèi)部仍然采用千兆端口互聯(lián)的產(chǎn)品，主要是面向?qū)π阅芤�求一般、價(jià)格比較敏感的用戶群體。

2.基于硬件線速的訪問(wèn)控制

隨著網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量的增多，用戶需要對(duì)MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口號(hào)等信息進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格限制局域網(wǎng)資源的訪問(wèn)，同時(shí)也用這個(gè)功能限制局域網(wǎng)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身的訪問(wèn)。特別是最近一兩年侵占和威脅網(wǎng)絡(luò)資源的網(wǎng)絡(luò)病毒的出現(xiàn)，極大地影響了三層交換機(jī)的穩(wěn)定性，通過(guò)上述控制功能，在有效控制了用戶業(yè)務(wù)的同時(shí)，也有效地保護(hù)了自身的安全和可靠性。此時(shí)三層交換機(jī)也就發(fā)展為“智能多層交換機(jī)”，主要就是具備了以上的控制功能。這種交換機(jī)的交換芯片支持一次處理64字節(jié)以上的內(nèi)容，所以可以直接一次處理以太網(wǎng)幀MAC地址頭、IP包頭、TCP/UDP包頭，從而實(shí)現(xiàn)了2～4層的基于硬件線速訪問(wèn)控制。還有一些智能控制功能如802.1X認(rèn)證協(xié)議的支持，通過(guò)對(duì)RADIUS等AAA協(xié)議的擴(kuò)展，達(dá)到對(duì)用戶更加嚴(yán)格的控制。

3.端到端QoS技術(shù)

ASIC技術(shù)的高速發(fā)展使低端設(shè)備具備強(qiáng)大的QoS能力成為可能，網(wǎng)絡(luò)的QoS開始從集中保證逐漸向端到端保證過(guò)渡�，F(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備已經(jīng)可以根據(jù)端口、MAC地址、VLAN信息、IP地址甚至更高層的信息來(lái)識(shí)別應(yīng)用類型，為數(shù)據(jù)包打上優(yōu)先級(jí)標(biāo)記(如修改IEEE802.1p或IPDiffServ域)，核心設(shè)備不用對(duì)應(yīng)用進(jìn)行識(shí)別，只需根據(jù)IPDiffServ和IEEE802.1P進(jìn)行交換，并提供服務(wù)質(zhì)量即可。這種智能的QoS功能也是基于芯片的64字節(jié)以上的處理深度發(fā)展起來(lái)的。

4.更豐富的協(xié)議支持

現(xiàn)在的智能多層交換機(jī)除了支持普通的二層協(xié)議之外，還支持BGP、IS-IS等豐富的路由協(xié)議，以及PIM組播路由協(xié)議、VRRP冗余備份協(xié)議等多種2～4層的協(xié)議。Extreme、港灣等廠商甚至推出了在以太網(wǎng)上支持50ms切換電信級(jí)環(huán)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)協(xié)議，使得三層交換機(jī)可以應(yīng)用在更加復(fù)雜、要求更高的環(huán)境中。

除了上述一些技術(shù)變化之外，三層交換機(jī)還支持三層端口匯聚技術(shù)、NTP(網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議)等功能，在這里就不一一詳述。隨著三層交換及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，三層交換機(jī)產(chǎn)品也有了很大的細(xì)分，根據(jù)功能不同可以分為盒式百兆三層交換機(jī)、全千兆盒式三層交換機(jī)、機(jī)架式模塊化三層交換機(jī)，以滿足不同網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的需求。