新興的IP骨干網(wǎng)

常新杰

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商面臨著成本危機(jī)

　　當(dāng)前，Internet正在從一個(gè)單一的“盡力而為”方式的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成為具有全球性戰(zhàn)略意義的IP傳輸基礎(chǔ)構(gòu)架。而同時(shí)，正如許多專家在NGN2002大會(huì)中指出的，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商正面臨著“成本危機(jī)”。一方面，維持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)提供的運(yùn)營(yíng)成本保持不變但傳統(tǒng)業(yè)務(wù)所帶來的利潤(rùn)卻在下降；另一方面，提供新興業(yè)務(wù)的成本也大大高于這些業(yè)務(wù)目前所能產(chǎn)生的利潤(rùn)。這一“成本危機(jī)”主要來自于運(yùn)營(yíng)多個(gè)并行的網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，以及在這些分離的網(wǎng)絡(luò)中層疊或重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引發(fā)的復(fù)雜性和高昂運(yùn)營(yíng)成本。

　　為此，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商需要簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以降低復(fù)雜性，這實(shí)質(zhì)上要求網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商從現(xiàn)有的多層次的，多網(wǎng)絡(luò)并存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向一個(gè)高可用性的單一骨干網(wǎng)。這一新興的IP骨干將是一個(gè)兩層的網(wǎng)絡(luò)，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(jìn)化過程中，IP/MPLS交換將是其中的關(guān)鍵性核心技術(shù)。IP/MPLS技術(shù)可以為IP骨干網(wǎng)提供高可用性，端口可擴(kuò)展性以及其它有利于多種業(yè)務(wù)綜合提供所必需的關(guān)鍵特性。CHIARO公司的ENSTARA路由平臺(tái)則是新一代路由平臺(tái)中首先滿足上述要求的路由平臺(tái)。

對(duì)新一代IP基礎(chǔ)設(shè)施的需求

　　傳統(tǒng)的IP骨干網(wǎng)是建立于多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，包括底層的物理媒介層，基于TDM，ATM或楨中繼技術(shù)的鏈路層以及基于IP傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層。具體來說，Internet服務(wù)供應(yīng)商（ISP）通過路由器向用戶提供接入服務(wù)，而路由器又是通過核心網(wǎng)絡(luò)中的ATM或楨中繼交換機(jī)形成互聯(lián)，而廣域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸又是利用了底層的SONET ADM，數(shù)字交叉連接系統(tǒng)或DWDM系統(tǒng)。這種不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的層疊模型為骨干網(wǎng)絡(luò)引入了不必要的冗余與復(fù)雜性，這成為高昂運(yùn)營(yíng)成本的主要來源。在圖1中，左邊顯示了傳統(tǒng)的多層次網(wǎng)絡(luò)模型，而右邊則顯示了簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)。

　　新興的IP骨干網(wǎng)可以通過兩種途徑來簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。首先，通過新型的IP路由交換設(shè)備可以在單一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)以往多種設(shè)備的功能，從而將多層次的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為兩層的結(jié)構(gòu)：包交換層與傳輸層。其次，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商現(xiàn)有的多個(gè)并存的網(wǎng)絡(luò)將被一個(gè)能提供多種業(yè)務(wù)的單一包交換核心網(wǎng)絡(luò)所替代。采用了MPLS技術(shù)的新一代虛擬專用網(wǎng)（VPN），如基于IETF標(biāo)準(zhǔn)草案martini-draft的二層MPLS VPN或基于IETF標(biāo)準(zhǔn)草案RFC2547的三層VPN（或稱BGP/MPLS VPN）則為IP/MPLS骨干網(wǎng)絡(luò)提供了支持如數(shù)據(jù)，話音，視頻等多種業(yè)務(wù)的技術(shù)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(dú)立的VPN來滿足各自業(yè)務(wù)需求。同樣，其它的一些新型業(yè)務(wù)，如基于MPLS的服務(wù)供應(yīng)商VPN，Ethernet傳輸，TDM仿真以及IP上的話音業(yè)務(wù)等均可以通過建立獨(dú)立的VPN來方便的實(shí)現(xiàn)，如圖2中所示。

圖1 多層次網(wǎng)絡(luò)模型與簡(jiǎn)化模型之比較

圖2 通過VPN在單一的骨干網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)支持

網(wǎng)絡(luò)流量增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力

　　Internet上的數(shù)據(jù)流量繼續(xù)以每年翻一番的速度增長(zhǎng)，這種爆炸性的增長(zhǎng)是業(yè)界所未能預(yù)期到的。而隨著諸多新型業(yè)務(wù)如視頻點(diǎn)播，視頻會(huì)議以及移動(dòng)IP業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，顯而易見，當(dāng)前的Internet正在從基本的網(wǎng)絡(luò)接入手段向具有戰(zhàn)略性意義的IP基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)化。

　　簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供平臺(tái)也是帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一。通過簡(jiǎn)化后的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以往的多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)可以被統(tǒng)一到一個(gè)單一的骨干上來，而隨著多種業(yè)務(wù)統(tǒng)一到這一單一的骨干網(wǎng)，其上所承載的業(yè)務(wù)流量顯然會(huì)大大增長(zhǎng)。

　　最后，隨著通訊業(yè)界的周期性整合，一個(gè)趨勢(shì)已越來越明顯的顯現(xiàn)出來：即只有少數(shù)幾個(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)能夠得以在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中存活下來，而大部分網(wǎng)絡(luò)流量也將在這幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。所以，這幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的流量也必將極大的增長(zhǎng)。

當(dāng)前的POP結(jié)構(gòu)訖需改變

　　當(dāng)前的骨干網(wǎng)絡(luò)是由分布于各地的PoP（Point of Presence）及其相互之間的連接構(gòu)成的。大多數(shù)的大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商都管理著25到40個(gè)骨干PoP，小型的PoP通過接入網(wǎng)絡(luò)連接到這些骨干PoP上，從而實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。當(dāng)前的PoP通常由核心路由器，集線設(shè)備與接入設(shè)備組成，如圖3所示。

圖3 當(dāng)前的典型PoP結(jié)構(gòu)

　　通常，為了提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可靠性，PoP中為核心路由器配置了重復(fù)備份。這樣，當(dāng)一個(gè)核心路由器由于故障，軟件升級(jí)或因其它維護(hù)的需要而中斷運(yùn)行時(shí)，備份的冗余設(shè)備可以承擔(dān)必要的服務(wù)以保證無中斷的業(yè)務(wù)提供。在網(wǎng)絡(luò)流量增加而超出了現(xiàn)有路由器的承載能力時(shí)，就需要增加更多的路由器。而為了實(shí)現(xiàn)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(lián)，這就減少了實(shí)際可以進(jìn)行業(yè)務(wù)提供的路由器資源。

　　網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)隔兩三年就進(jìn)行一次路由器升級(jí)，升級(jí)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(shù)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(dāng)大的，提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)與維護(hù)的成本。而同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商的成本危機(jī)問題，當(dāng)前的PoP結(jié)構(gòu)面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)：

1 多層次的，具有冗余的路由器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)難以提供很好的性能價(jià)格比。這樣建立的PoP具有多個(gè)垂直層次的路由器以支持多種網(wǎng)絡(luò)功能，而又具有多個(gè)水平層次以提供網(wǎng)絡(luò)冗余。這些路由實(shí)體之間互聯(lián)的成本非常高，而且在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)增多時(shí)成本也隨之增加。據(jù)估計(jì)，PoP的路由器上40%的端口都被用于路由器之間的互聯(lián)而無法參與能產(chǎn)生利潤(rùn)的業(yè)務(wù)提供。

2 當(dāng)前的路由器可擴(kuò)展性差。一方面，核心路由器上的端口數(shù)目有限，而另一方面，PoP中的多層次網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(dá)70%的端口被用于路由器互連。

3 當(dāng)前的路由體系難以實(shí)現(xiàn)高可用性網(wǎng)絡(luò)。隨著多種網(wǎng)絡(luò)向單一核心網(wǎng)絡(luò)的匯聚，其上也將承載越來越多的高利潤(rùn)率或關(guān)鍵性應(yīng)用業(yè)務(wù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性要求也越來越高。當(dāng)前的多網(wǎng)絡(luò)并存系統(tǒng)由于存在著多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，難以達(dá)到很高的整體可用性。而簡(jiǎn)化后的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則有利于提高可用性，達(dá)到99。999%的可用性指標(biāo)。

　　在路由器出現(xiàn)故障或在對(duì)其的維護(hù)過程中，往往需要路由器控制部件重啟動(dòng)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)路由器重啟動(dòng)時(shí)，路由器上運(yùn)行的路由協(xié)議會(huì)話也隨之重啟動(dòng)，隨后，還將需要長(zhǎng)達(dá)30分鐘的時(shí)間以與相鄰的路由器重新達(dá)到同步。這意味著在長(zhǎng)達(dá)30分鐘的時(shí)間里路由器都將無法執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的功能，這就增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)并降低了數(shù)據(jù)包通過率，從而為服務(wù)級(jí)別約定（SLA）中的關(guān)鍵性能產(chǎn)生了負(fù)面影響。99。999%的可用性意味著在一年中不超過5。25分鐘網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷時(shí)間，而上述的問題出現(xiàn)一次都將破壞99。999%的可用性承諾，為服務(wù)供應(yīng)商帶來利潤(rùn)與用戶滿意度方面的巨大損失。

　　網(wǎng)絡(luò)中的備份冗余設(shè)備可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但在從出現(xiàn)故障的路由器切換到備份路由器的過程中仍將有部分時(shí)間無法提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這不能完全避免“成本危機(jī)”的問題。為了能真正解決這儀問題，就需要一個(gè)全新的IP路由平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)全球IP基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)。

ENSTARA—新一代IP平臺(tái)解決方案

　　為了提供最優(yōu)性能價(jià)格比的IP骨干基礎(chǔ)設(shè)施，則需要一個(gè)新型的IP路由平臺(tái)。這一平臺(tái)應(yīng)該具有更長(zhǎng)的生命周期，更少的資本要求，更高的網(wǎng)絡(luò)可用性并能更方便于新業(yè)務(wù)提供。CHIARO公司的高端路由平臺(tái)—ENSTARA則是為滿足上述各種要求而專門設(shè)計(jì)開發(fā)的。

節(jié)約投資

　　節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)投入的一個(gè)關(guān)鍵在于路由器自身的良好可擴(kuò)展能力，這指的是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中需要更高的傳輸容量時(shí)，可以在保持原有的設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)引入新的，端口密度更高的路由器，而不是完全以新型設(shè)備代替所有的原有設(shè)備。長(zhǎng)期以來，路由器的傳輸能力及端口數(shù)量是有限的，而通過基于光纖陣列組“Optical Phase Array--OPA”技術(shù)的光纖交換核心，CHIAOR公司的ENSTARA路由平臺(tái)提供了可擴(kuò)展的傳輸能力及端口數(shù)量。ENSTARA路由平臺(tái)可以根據(jù)需要連接多個(gè)光纖交換核心以提高傳輸能力，并且可以通過簡(jiǎn)單的星型結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)多個(gè)交換接口架到光纖交換核心的靈活連接，從而完成端口數(shù)量的擴(kuò)展。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的靈活結(jié)構(gòu)使得正在使用的設(shè)備也可以充分利用新的技術(shù)進(jìn)展。在ENSTARA路由平臺(tái)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(yùn)行的路由設(shè)備進(jìn)行逐步的容量或功能上的擴(kuò)展。

高可靠性

　　電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要從網(wǎng)絡(luò)的底層作起。為了達(dá)到99。999%的可用性要求，就需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每一個(gè)關(guān)鍵性元部件實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)，而不僅僅是限于電源或風(fēng)扇。基于CHIARO的“全狀態(tài)確保路由”（STAR）技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的服務(wù)功能在出現(xiàn)設(shè)備故障，路由協(xié)議故障，軟件故障以及軟件升級(jí)或容量擴(kuò)展等運(yùn)營(yíng)維護(hù)的過程中均不受影響。

　　高可靠性的設(shè)備大大改變了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的思路，即不再需要投入備份的路由器而僅需要投入一個(gè)高可靠的ENSTARA路由器，在保證網(wǎng)絡(luò)可用性要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高達(dá)75%的成本節(jié)約。

靈活性

　　基于網(wǎng)絡(luò)處理器的接口卡為ENSTARA路由平臺(tái)提供了非常高的靈活性，在路由器上增加新的系統(tǒng)功能只需簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)而無需更換新的接口卡。由于功能的擴(kuò)展不再需要硬件的更新，因此新特性的市場(chǎng)投放時(shí)間大為縮短。

　　路由器分區(qū)是一種邏輯路由器技術(shù)，即在一個(gè)大型的物理路由器上實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯（虛擬）路由器，而每一個(gè)虛擬路由器可以被看作功能獨(dú)立的路由器。這樣的好處在于：

1 不同的分區(qū)可以完成不同的網(wǎng)絡(luò)功能或業(yè)務(wù)提供，分區(qū)間的運(yùn)營(yíng)界限是通過CHIARO公司獨(dú)有的分區(qū)技術(shù)維護(hù)的。諸如端對(duì)端的鄰接關(guān)系，核心路由，數(shù)據(jù)傳輸匯聚以及網(wǎng)絡(luò)接入等不同的功能可以被分配到不同的分區(qū)，而相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)也可以劃分到同一分區(qū)中去。

2 各個(gè)分區(qū)可以運(yùn)行自己的路由協(xié)議，或者運(yùn)行自己的獨(dú)特配置和協(xié)議版本，各個(gè)分區(qū)也擁有自己的內(nèi)存空間，這樣就可以在不同分區(qū)上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的功能模塊，使得功能的升級(jí)可以僅僅通過升級(jí)一個(gè)模塊而完成，并且一個(gè)模塊的故障不會(huì)影響其他模塊的工作。

3 分區(qū)之間可以通過CHIARO公司的“短接“（Cut-Thru）接口進(jìn)行相互連接，從而可以在一個(gè)物理路由器內(nèi)部模仿多個(gè)路由器的互聯(lián)�！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(gè)分區(qū)，節(jié)省的物理接口仍可被用于數(shù)據(jù)傳輸。

解決“成本危機(jī)”問題

　　建立并運(yùn)營(yíng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本需求與網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性直接相關(guān)，當(dāng)前的主要問題在于：

1 為獨(dú)立的業(yè)務(wù)需求而管理和運(yùn)營(yíng)多個(gè)獨(dú)立的并行網(wǎng)絡(luò)直接增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性并提高了運(yùn)營(yíng)成本

2 當(dāng)前的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在可開展性與可靠性方面的缺陷使得運(yùn)營(yíng)商不得不占用相當(dāng)一部分本可參與產(chǎn)生利潤(rùn)的接口用于設(shè)備間的互連，這也造成了運(yùn)營(yíng)成本的提高。

　　顯然，為了解決“成本危機(jī)”的問題，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要將復(fù)雜的多層次網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為更為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。新一代的IP骨干網(wǎng)絡(luò)使得運(yùn)營(yíng)商可以以更為經(jīng)濟(jì)的成本來提供更多的新業(yè)務(wù)。

　　基于ENSTARA平臺(tái)的新一代路由器可以將現(xiàn)有PoP的多層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為單一的IP骨干，據(jù)CHIARO公司估計(jì)，僅此一點(diǎn)就可以為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商節(jié)省高達(dá)70%的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)方面的投入。具體原因如下：

1 與運(yùn)營(yíng)多個(gè)并存的網(wǎng)絡(luò)相比，運(yùn)營(yíng)一個(gè)單一的核心骨干網(wǎng)絡(luò)的花費(fèi)要少許多

2 運(yùn)營(yíng)商不再需要購置昂貴的冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來達(dá)到可靠性要求

3 運(yùn)營(yíng)商不再需要因?yàn)槁酚善髦�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(jiǎn)化為一個(gè)路由器，大大降低了運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本

圖4 簡(jiǎn)化的PoP結(jié)構(gòu)

　　ENSTARA路由器的應(yīng)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(duì)冗余路由器的需要；冗余性將存在于設(shè)備內(nèi)部而不再需要多個(gè)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)冗余。

　　CHIARO公司的STAR網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為PoP提供了確保的路由與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，這也從一方面消除了對(duì)冗余路由器的需要。STAR有利于無業(yè)務(wù)中斷的運(yùn)營(yíng)維護(hù)：即軟件升級(jí)，容量擴(kuò)展以及硬件升級(jí)等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)操作可以在不影響業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的正常轉(zhuǎn)發(fā)的前提下進(jìn)行。

　　新一代IP網(wǎng)絡(luò)中的成本，可擴(kuò)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(tái)。

原創(chuàng)