边缘万兆的理由与作用

2019-11-03 19:29:36

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供稿：网友

　　网络的发展规律就是以快制慢，以廉替贵，万兆接班千兆也就是不久的事了。

　　当万兆在网络的层次结构中发生变化的时候，就会对整个网络带来意想不到的效果。

　　自2002年万兆以太网标准被IEEE正式通过以来，经过两年的发展，万兆已经在网络的核心层确立了其坚实的地位。网络对带宽的需求越来越大，随着Voip、视频点播、融合通讯等宽带应用不断推广，网络核心的万兆设备逐步能够满负荷地进行工作。而这些万兆设备最初被放上机架时，处于一种“带宽饥饿”的状态，超大的10G带宽没有被充分利用。

　　核心网络设备带宽的充溢，意味着来自底层的流量激增。来自接入层的流量如“百川入海”般涌向汇聚层，汇聚层再形成滚滚洪流上传至核心的万兆设备。当核心从千兆升级到万兆，核心不再是问题所在的时候，汇聚层上把来自接入层的流量及时上传至核心层的能力，就成为影响整个网络性能的瓶颈所在。

　　高密度千兆服务器汇聚成目前日益流行的模式，通过采用基于Intel或linux的刀片式服务器的“堆叠”系统，存储系统和服务器市场正在发生巨大的转变。随着这些系统的对外接口标准配置变为千兆，并采用千兆上连，这将需要交换机与交换机之间采用万兆互连。千兆服务器的普及将推动万兆向汇聚层靠拢。

　　当百兆到桌面形成普及，千兆到桌面的口号已经嘹亮的时候，汇聚层就必然成为网络的瓶颈。汇聚层上使用万兆，万兆从核心走向边缘，已成为事物发展的必然。

　　为什么要选万兆

　　首先，对于相对于现在的百兆/千兆网络，万兆/千兆网络价格有很大的吸引力。由于只需追加一点资金，性能就能提高10倍，因此，将千兆位以太网延伸到桌面对企业非常有吸引力。据IDC研究表明，固定配置的千兆位以太网交换机端口的平均价格已经从1998年这项技术刚兴起时的每端口800美元下降到2003年的每连接100美元以下。同样，千兆位NIC的平均价格也从1999年的500美元下降到了今天的50美元以下。

　　其次，新型高密度交换机的出现使用户能够利用现有的第5/5e类电缆部署千兆位以太网，因而无需重新为LAN布线。借助当今高密度LAN交换机上的10/100/1000端口，网络管理员可以在企业需要且预算允许时移植到速度更高的终端站点。

　　第三，从保护投资方面来看，在万兆/千兆网络上可以运行现在所有的能见到的和未来能预见到的企业一般应用程序。也就是说，在未来很长一段时间内万兆/千兆网络不会因为企业信息手段应用的增加而不断的升级、扩容、更新。

　　由上可见，万兆/千兆网络的成本已大幅下降，因而已不再是部署决策中最重要的因素。

　　边缘万兆用ASIC来造

　　位于边缘的汇聚层交换机一旦附着上万兆的名头，内部结构必然要有一个大的变化，毕竟处理带宽激增10倍，就需要由新的ASIC芯片来取代以前的NP(网络处理器)来做核心处理单元。在以往汇聚层交换机中，交换机的中央处理单元大量采用了NP来做中央处理单元。由于万兆应用在处理延迟和容量方面的要求，万兆汇聚层交换机需要采用ASIC芯片作为中央处理单元。对于特定的业务，能够同时提供极高转发性能和较低成本的只有ASIC芯片。

　　ASIC的硬件资源最为丰富，处理能力是NP不能比拟的，万兆核心层设备采用ASIC是对于性能的一种保障。但是它的先天不足也是无法回避的——由于ASIC的固定特性，ASIC芯片一旦产出后，其原有的功能无法添加。你可以把业内目前需要的功能都做在ASIC里面，但是现在主流的很多技术都是只停留在草案阶段还未标准化，比如MPLS、QoS等功能，所以现在就做死在ASIC里面显然是有很大风险的。

　　对于ASIC平台来说，最大的问题就是对多业务的灵活支持。灵活性支持主要体现在两个方面：一方面是查表技术。现在的核心设备转发一次数据要查多种不同的表——路由表、FIB表、ARP表、FDB表，如果要参与MPLS转发，还要查找LIB表，并且针对每一个数据流还要查ACL、QoS等策略表项，查表的压力是巨大的。

　　另一方面是对多业务报文的识别、处理能力。目前流行的大量协议有不少都还处于草案状态，并且新的协议也在不断地产生。能否灵活增加对新协议的支持能力也是摆在万兆设备面前的最为头痛的问题。近几年出现的TCAM（三重内容可编址存储器）很好地解决了多业务中各种表项的高速查找问题，其查找性能可以达到每秒100M次，也就是说可以支持一个10G端口每秒钟查找4次以上。而对各种路由表、ACL安全策略、QoS策略等表项的查找是多业务支持的核心内容。

　　同时，现在的硬件技术制造出的高速可编程硬件（FPGA），可以通过硬件升级增加对多业务的支持，并且没有NP微码空间的限制，又比NP拥有更多的硬件资源，能够实现40G数据流的报文头的处理，从而提供了对多业务支持的可能性。

　　ASIC芯片能够实现40G数据流的报文头的处理，从而提供了对多业务支持的可能性。ASIC负责对业务流大容量转发，从而实现了多业务应用下高速接口的大容量接入。

　　万兆网卡助万兆边缘化

　　万兆网卡的出现，将能大大增强大型服务器应用程序的性能，使得服务器能够满足桌面不断提高的带宽和处理能力。目前，桌面一些最新计算机的处理能力已经和普通服务器不相上下，处于数据中心的服务器如果在带宽处理能力上不足的话，就很难满足大量用户的大数据量需求。万兆网卡的出现正好解决了这个瓶颈问题。

　　万兆网卡的价格与千兆网卡的价格相比仍然过高，因而阻碍了万兆网卡的应用。不过，万兆网卡的价格正在下降，一旦推出真正意义上的铜缆万兆标准，其价格还会下调，毕竟光纤的价格仍然过于昂贵。Dell'Oro估计，2007年，万兆网卡的价格将6000美元降低到3000美元。观察家表示，万兆价格的下降和将于2006年推出的6类铜缆上的万兆标准，将使万兆网卡更加便宜，也因而得到更加广泛的应用。

　　但从另一方面来说，对于使用大型服务器的用户而言，万兆变得越来越具有吸引力了。圣地亚哥超级计算机中心（San Diego Supercomputer Center，简称SDSC）利用IBM高端P系列进行数学计算。其服务器最多可容纳10个千兆网卡，但是千兆的连接并没有解决瓶颈问题。虽然服务器总带宽可达5到7G，但是没有一个单独的数据流（如文件传输）速度可以超过1Gbit/s。这是P系列设备在传输大流量数据时所固有的一个问题。不过最近，SDSC安装了万兆网卡，其性能的改善非常明显。除了数据流问题之外，SDSC采用10G 网卡还有一个非技术性的原因，这就是无须铺设过多的电缆，因而可以使应用的实施变得更简单

　　Intel已经正式发布了其Intel PRO/10Gbe SR服务器万兆网卡，承诺将目前服务器的网络连结速度提高1倍以上。Intel PRO/10Gbe SR 服务器网卡能创纪录地把网卡的传输速度提高到每秒7G以上。使用万兆网卡，网络就能提供越来越多的各种高带宽应用，比如：语音、视频点播、视频会议、远程医疗。

　　既然处于桌面位置的服务器都开始配备了万兆的网卡，那么与其配套的边缘交换机上升到万兆能力，也成为理所当然的事情。毕竟不可能把每台服务器都直接接在核心万兆设备上。而且，乐观的预测，按照这个发展趋势，相信在不久的将来，不仅仅汇聚层，接入层都有被万兆青睐的必要。

　　使用汇聚层万兆产品后，可简化网络结构

　　

　　相关链接

　　以太网大事记

　　1973年，Xerox公司提出以太网技术并实现，最初以太网的速率只有2.94Mbps，

　　1980年，在Xerox、Digital、3Com的共同努力下，推出了10Mbps DIX以太网标准。

　　1983年，以太网技术（802.3）与令牌总线（802.4）和令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准。

　　1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准，以太网技术实现了第一次飞跃。

　　1998年，IEEE 802.3z千兆以太网标准正式发布。

　　2002年7月18日，IEEE通过了802.3ae，即10Gbit/s以太网，又称万兆以太网，它包括了10GBASE－R、10GBASE－W、10GBASE－LX4三种物理接口标准。

　　2004年3月，IEEE批准铜缆10G以太网标准802.3ak，新标准将作为10GBASE-CX4实施，提供双轴电缆上的10Gb/s，双轴电缆类似Infiniband联网所用的电缆。这是首个不采用5/6类电缆技术的铜缆以太网标准。

　　预计2006年将通过基于6类、7类双绞线进行万兆传输的标准IEEE 802.3an。

　　

　　重心移向高性能边缘

　　惠普ProCurve网络推出了一系列可堆叠交换机产品ProCurve Switch3400cl系列，该交换机具有新型万兆模块和附件，可以最大程度地降低网络延迟。

　　新产品系列将继续扩展ProCurve适应性边缘架构，提高安全性和网络性能，并在控制成本的同时为网络边缘提供更高速度、更佳表现和更佳智能。ProCurve适应性边缘架构是在网络边缘提供低成本、高智能控制的网络架构，它使企业能够更有效地管理复杂的应用，包括移动性、安全性和融合性。

　　对于那些对应用性能要求极为苛刻的的用户，ProCurve针对Switch3400cl系列推出了两款万兆位上行链路模块。ProCurve10-GbE铜线模块提供两个固定的CX4端口，支持长达15米的CX4线缆。这一模块可以用于堆叠Switch3400cl设备，并作为到达核心交换机的上行链路。它还支持光介质转换器，利用标准的12芯光纤MTP多模线缆将10GbE铜线最多延长到300米。ProCurve 10G 媒介转换模块还具有2个支持X2类型收发器的插槽，支持以下10-GbE标准：SR、LR、ER及CX4。

　　3400cl系列支持光纤（802.3ae）和铜线（802.3ak）万兆局域以太网行业标准。此外，交换机还提供安全的网络管理和用户访问控制，允许客户安全地控制、配置和更新其产品，而不必担心遭到非法窃听。客户可以获得千兆连接的优势，另外其内建功能将支持在未来任何时候迅速升级到万兆。

　　ProCurveSwitch 3400cl-24G

　　ProCurveSwitch 3400cl-48G

　　

　　边缘路由器也用万兆接口

　　专注于边缘路由器的Laurel网络公司推出针对ST200边缘路由器扩展的10G SDH/SONET以及10G以太网卡。

　　ST200业务边缘路由器是Laurel Networks的旗舰产品，这是一个专门为配合业务供应商IP/MPLS骨干网边缘需要而设计的路由器。ST200把互联网级别路由、全方位的多重业务支持、整合业务管理及前所未有的体系结构灵活性集于一身，以线速支持现有及不断改变的服务供应商要求。

　　增加10G接口后， ST200将可以支持从64K到10G的各种速率，10G SDH/SONET卡支持POS、PPP、HDLC以及帧中级包封等，10G以太网卡则支持包括802.1q VLANs和802.1p 优先级在内的Ethernet over MPLS。这两种卡还可以支持256k MPLS 标签交换路径 (Label Switched Paths，LSPs)。Laurel公司表示，增加10G接口后，他们的ST200将成为边缘路由器市场最有竞争力的产品。

　　

　　万兆也可堆叠

　　3Com SuperStack 3 Switch 3800系列交换机提供千兆线速转发性能，相当的价格可提供10/100M桌面交换机10倍的性能。3870交换机端口可提供10/100M及1000M三种速率选择，兼容已有设备，如打印机等；同时为新的PC和服务器工作提供最优性能的网络连接。

　　SuperStack 3 Switch 3870系列交换机具备良好的投资保护特性。内置的10Gbps堆叠端口，每一台3870交换机还支持一个扩展槽位用来支持高速10Gbps全双工以太网络连接。交换机硬件支持多层（L2/3/4）交换。

　　SuperStack 3 Switch 3870提供先进的堆叠功能，最多8个单元堆叠，或提供最多384个千兆堆叠端口。在每个单元的后面提供两个10Gbps堆叠端口，整个堆叠容量达到40Gbps。支持一个IP地址管理所有堆叠单元。

　　灵活性增强的二层10/100/1000M局域网交换机提供千兆线速转发性能，支持8个单元堆叠或384个千兆端口。支持最多8个跨堆叠单元的端口链路聚合，提供更高的网络核心接入性能。

　　性能 24或48个内置铜缆千兆端口，包括4个支持铜缆链路或 SFP (mini-GBIC)收发器的双用途端口，可使用户方便、灵活地连接基于光纤的千兆介质。基于端口的速率限制保证重要客户得到相应的带宽资源，可更大程度控制网络资源。内置的包优先级功能提供语音和视频等实时业务应用，以更优化的网络传输性能。

----《中国计算机报》