核心交換機架構(gòu)演進與各種架構(gòu)綜合講解

目前我國的核心交換機發(fā)展非常迅猛，同時也推動了核心交換機的不斷完善穩(wěn)定，下面我們主要分析了核心交換機架構(gòu)的演進與各種架構(gòu)的原理。應(yīng)用永遠是技術(shù)發(fā)展的原動力。在目前日益復(fù)雜的業(yè)務(wù)應(yīng)用面前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)架構(gòu)成為一個設(shè)備適用范圍的關(guān)鍵因素，不同的應(yīng)用環(huán)境需要不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

比如NGN的應(yīng)用需要基于SoftSwitch技術(shù)架構(gòu)的設(shè)備，比如縱向網(wǎng)就需要關(guān)注路由器，園區(qū)網(wǎng)重點則是交換機等等，這都說明，一種技術(shù)架構(gòu)的出現(xiàn)必然是為解決某種應(yīng)用而服務(wù)的。那么,在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)大融合的趨勢下，核心交換機需要一種什么樣的架構(gòu)呢?

交換架構(gòu)的演進

隨著Internet用戶的增加和帶寬的擴大，交換機的結(jié)構(gòu)也在不斷的發(fā)展，從推出的時間看，交換架構(gòu)主要經(jīng)歷了總線型和CrossBar兩個階段。但由于以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展日進千里，因此這兩種架構(gòu)的交換機目前都活躍在市場上。

總線型交換架構(gòu)

基于總線結(jié)構(gòu)的交換機一般分為共享總線和共享內(nèi)存型總線兩大類。共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)的交換機使用大量的高速RAM來存儲輸入數(shù)據(jù)，同時依賴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(shè)計上比較容易實現(xiàn)，但在交換容量擴展到一定程度時，內(nèi)存操作會產(chǎn)生延遲;另外，在這種設(shè)計中，由于總線互連的問題增加冗余交換，引擎相對比較復(fù)雜。所以這種交換機如果提供雙引擎的話，要做到非常穩(wěn)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(nèi)存容量更大，速度也更快,中央內(nèi)存的價格變得很高。交換引擎會成為性能實現(xiàn)的瓶頸。

CrossBar+共享內(nèi)存架構(gòu)

CrossBar(即CrossPoint)被稱為交叉開關(guān)矩陣或縱橫式交換矩陣。它能很好的彌補共享內(nèi)存模式的一些不足。

首先，CrossBar實現(xiàn)相對簡單。共享交換架構(gòu)中的線路卡到交換結(jié)構(gòu)的物理連接簡化為點到點連接，實現(xiàn)起來更加方便，從而更容易保證大容量交換機的穩(wěn)定性;

其次，CrossBar內(nèi)部無阻塞。只要同時閉合多個交叉節(jié)點(crosspoint)，多個不同的端口就可以同時傳輸數(shù)據(jù)。從這個意義上，我們認為所有的CrossBar在內(nèi)部是無阻塞的，因為它可以支持所有端口同時線速交換數(shù)據(jù)。

另外，由于其簡單的實現(xiàn)原理和無阻塞的交換結(jié)構(gòu)使其可以運行在非常高的速率上，半導(dǎo)體廠商目前已經(jīng)可以用傳統(tǒng)CMOS技術(shù)制造出10Gbit/s以上速率的點對點串行收發(fā)芯片。但這種結(jié)構(gòu)依然會存在業(yè)務(wù)板總線和交換網(wǎng)板的CrossBar互連問題。由于業(yè)務(wù)板總線上的數(shù)據(jù)都是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，而一般CrossBar都采用信元交換的模式來體現(xiàn)CrossBar的效率和性能。因此在業(yè)務(wù)板上采用的共享總線的結(jié)構(gòu)，在一定程度上影響CrossBar的效率，整機性能完全受限于交換網(wǎng)板CrossBar的性能。

分布式CrossBar架構(gòu)

核心交換機的交換容量現(xiàn)已發(fā)展到了幾百個Gbps，同時支持多個萬兆接口并規(guī)模應(yīng)用在城域網(wǎng)骨干和園區(qū)網(wǎng)核心。分布式的CrossBar架構(gòu)很好地解決了在新的應(yīng)用環(huán)境下核心交換機所面臨的高性能和靈活性的挑戰(zhàn)。

也就是說，除了交換網(wǎng)板采用了CrossBar架構(gòu)之外，在每個業(yè)務(wù)板上也采用了CrossBar+交換芯片的架構(gòu)。在業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)板交換芯片和交換網(wǎng)板之間的CrossBar芯片解決了把業(yè)務(wù)板的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信元化問題，從而提高了交換效率，并且使得業(yè)務(wù)板的數(shù)據(jù)類型和交換網(wǎng)板的信元成為兩個平面，也就是說可以有非常豐富的業(yè)務(wù)板，比如可以把防火墻、IDS系統(tǒng)、路由器、內(nèi)容交換、IPv6等等類型的業(yè)務(wù)整合到核心交換平臺上，從而大大提高了核心交換機的業(yè)務(wù)擴充能力。同時，這個CrossBar有相應(yīng)的高速接口，分別連接到兩個主控板或者交換網(wǎng)板，從而大大提高了雙主控主備切換的速度。

BigHammer為網(wǎng)絡(luò)融合服務(wù)

目前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)明顯的融合趨勢，這種融合包括業(yè)務(wù)的融合、技術(shù)的融合、網(wǎng)絡(luò)的融合。港灣網(wǎng)絡(luò)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(gòu)，解決了大容量交換、多業(yè)務(wù)提供等方面問題，所以能幫助用戶網(wǎng)絡(luò)更好地實現(xiàn)這些融合。針對數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)的融合，業(yè)務(wù)板的CrossBar芯片能將語音、視頻這些大數(shù)據(jù)流簡化為定長交換的方式，提高交換效率。這也是BigHammer6800能實現(xiàn)“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(wǎng)絡(luò)融合方面，港灣網(wǎng)絡(luò)的解決方案同樣值得信賴。BigHammer系列設(shè)備不僅支持豐富的路由協(xié)議，更通過MPLS技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)界面臨的最大難題——IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡。MPLS一方面加快了數(shù)據(jù)包的查找和轉(zhuǎn)發(fā)速度，另一方面也提供了一個更有效的隧道機制。MPLS網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的業(yè)務(wù)板來實現(xiàn)的，具有很強的性能和可擴展性。交換機架構(gòu)已經(jīng)完成了從“共享總線”到“CrossBar+共享內(nèi)存”再到“全分布式CrossBar”的演進過程，在未來的日子里必將繼續(xù)發(fā)展。