邊緣萬兆的理由與作用

2019-11-03 19:29:36

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供稿：網友

　　網絡的發展規律就是以快制慢，以廉替貴，萬兆接班千兆也就是不久的事了。

　　當萬兆在網絡的層次結構中發生變化的時候，就會對整個網絡帶來意想不到的效果。

　　自2002年萬兆以太網標準被IEEE正式通過以來，經過兩年的發展，萬兆已經在網絡的核心層確立了其堅實的地位。網絡對帶寬的需求越來越大，隨著Voip、視頻點播、融合通訊等寬帶應用不斷推廣，網絡核心的萬兆設備逐步能夠滿負荷地進行工作。而這些萬兆設備最初被放上機架時，處于一種“帶寬饑餓”的狀態，超大的10G帶寬沒有被充分利用。

　　核心網絡設備帶寬的充溢，意味著來自底層的流量激增。來自接入層的流量如“百川入海”般涌向匯聚層，匯聚層再形成滾滾洪流上傳至核心的萬兆設備。當核心從千兆升級到萬兆，核心不再是問題所在的時候，匯聚層上把來自接入層的流量及時上傳至核心層的能力，就成為影響整個網絡性能的瓶頸所在。

　　高密度千兆服務器匯聚成目前日益流行的模式，通過采用基于Intel或linux的刀片式服務器的“堆疊”系統，存儲系統和服務器市場正在發生巨大的轉變。隨著這些系統的對外接口標準配置變為千兆，并采用千兆上連，這將需要交換機與交換機之間采用萬兆互連。千兆服務器的普及將推動萬兆向匯聚層靠攏。

　　當百兆到桌面形成普及，千兆到桌面的口號已經嘹亮的時候，匯聚層就必然成為網絡的瓶頸。匯聚層上使用萬兆，萬兆從核心走向邊緣，已成為事物發展的必然。

　　為什么要選萬兆

　　首先，對于相對于現在的百兆/千兆網絡，萬兆/千兆網絡價格有很大的吸引力。由于只需追加一點資金，性能就能提高10倍，因此，將千兆位以太網延伸到桌面對企業非常有吸引力。據IDC研究表明，固定配置的千兆位以太網交換機端口的平均價格已經從1998年這項技術剛興起時的每端口800美元下降到2003年的每連接100美元以下。同樣，千兆位NIC的平均價格也從1999年的500美元下降到了今天的50美元以下。

　　其次，新型高密度交換機的出現使用戶能夠利用現有的第5/5e類電纜部署千兆位以太網，因而無需重新為LAN布線。借助當今高密度LAN交換機上的10/100/1000端口，網絡管理員可以在企業需要且預算允許時移植到速度更高的終端站點。

　　第三，從保護投資方面來看，在萬兆/千兆網絡上可以運行現在所有的能見到的和未來能預見到的企業一般應用程序。也就是說，在未來很長一段時間內萬兆/千兆網絡不會因為企業信息手段應用的增加而不斷的升級、擴容、更新。

　　由上可見，萬兆/千兆網絡的成本已大幅下降，因而已不再是部署決策中最重要的因素。

　　邊緣萬兆用ASIC來造

　　位于邊緣的匯聚層交換機一旦附著上萬兆的名頭，內部結構必然要有一個大的變化，畢竟處理帶寬激增10倍，就需要由新的ASIC芯片來取代以前的NP(網絡處理器)來做核心處理單元。在以往匯聚層交換機中，交換機的中央處理單元大量采用了NP來做中央處理單元。由于萬兆應用在處理延遲和容量方面的要求，萬兆匯聚層交換機需要采用ASIC芯片作為中央處理單元。對于特定的業務，能夠同時提供極高轉發性能和較低成本的只有ASIC芯片。

　　ASIC的硬件資源最為豐富，處理能力是NP不能比擬的，萬兆核心層設備采用ASIC是對于性能的一種保障。但是它的先天不足也是無法回避的——由于ASIC的固定特性，ASIC芯片一旦產出后，其原有的功能無法添加。你可以把業內目前需要的功能都做在ASIC里面，但是現在主流的很多技術都是只停留在草案階段還未標準化，比如MPLS、QoS等功能，所以現在就做死在ASIC里面顯然是有很大風險的。

　　對于ASIC平臺來說，最大的問題就是對多業務的靈活支持。靈活性支持主要體現在兩個方面：一方面是查表技術。現在的核心設備轉發一次數據要查多種不同的表——路由表、FIB表、ARP表、FDB表，如果要參與MPLS轉發，還要查找LIB表，并且針對每一個數據流還要查ACL、QoS等策略表項，查表的壓力是巨大的。

　　另一方面是對多業務報文的識別、處理能力。目前流行的大量協議有不少都還處于草案狀態，并且新的協議也在不斷地產生。能否靈活增加對新協議的支持能力也是擺在萬兆設備面前的最為頭痛的問題。近幾年出現的TCAM（三重內容可編址存儲器）很好地解決了多業務中各種表項的高速查找問題，其查找性能可以達到每秒100M次，也就是說可以支持一個10G端口每秒鐘查找4次以上。而對各種路由表、ACL安全策略、QoS策略等表項的查找是多業務支持的核心內容。

　　同時，現在的硬件技術制造出的高速可編程硬件（FPGA），可以通過硬件升級增加對多業務的支持，并且沒有NP微碼空間的限制，又比NP擁有更多的硬件資源，能夠實現40G數據流的報文頭的處理，從而提供了對多業務支持的可能性。

　　ASIC芯片能夠實現40G數據流的報文頭的處理，從而提供了對多業務支持的可能性。ASIC負責對業務流大容量轉發，從而實現了多業務應用下高速接口的大容量接入。

　　萬兆網卡助萬兆邊緣化

　　萬兆網卡的出現，將能大大增強大型服務器應用程序的性能，使得服務器能夠滿足桌面不斷提高的帶寬和處理能力。目前，桌面一些最新計算機的處理能力已經和普通服務器不相上下，處于數據中心的服務器如果在帶寬處理能力上不足的話，就很難滿足大量用戶的大數據量需求。萬兆網卡的出現正好解決了這個瓶頸問題。

　　萬兆網卡的價格與千兆網卡的價格相比仍然過高，因而阻礙了萬兆網卡的應用。不過，萬兆網卡的價格正在下降，一旦推出真正意義上的銅纜萬兆標準，其價格還會下調，畢竟光纖的價格仍然過于昂貴。Dell'Oro估計，2007年，萬兆網卡的價格將6000美元降低到3000美元。觀察家表示，萬兆價格的下降和將于2006年推出的6類銅纜上的萬兆標準，將使萬兆網卡更加便宜，也因而得到更加廣泛的應用。

　　但從另一方面來說，對于使用大型服務器的用戶而言，萬兆變得越來越具有吸引力了。圣地亞哥超級計算機中心（San Diego Supercomputer Center，簡稱SDSC）利用IBM高端P系列進行數學計算。其服務器最多可容納10個千兆網卡，但是千兆的連接并沒有解決瓶頸問題。雖然服務器總帶寬可達5到7G，但是沒有一個單獨的數據流（如文件傳輸）速度可以超過1Gbit/s。這是P系列設備在傳輸大流量數據時所固有的一個問題。不過最近，SDSC安裝了萬兆網卡，其性能的改善非常明顯。除了數據流問題之外，SDSC采用10G 網卡還有一個非技術性的原因，這就是無須鋪設過多的電纜，因而可以使應用的實施變得更簡單

　　Intel已經正式發布了其Intel PRO/10Gbe SR服務器萬兆網卡，承諾將目前服務器的網絡連結速度提高1倍以上。Intel PRO/10Gbe SR 服務器網卡能創紀錄地把網卡的傳輸速度提高到每秒7G以上。使用萬兆網卡，網絡就能提供越來越多的各種高帶寬應用，比如：語音、視頻點播、視頻會議、遠程醫療。

　　既然處于桌面位置的服務器都開始配備了萬兆的網卡，那么與其配套的邊緣交換機上升到萬兆能力，也成為理所當然的事情。畢竟不可能把每臺服務器都直接接在核心萬兆設備上。而且，樂觀的預測，按照這個發展趨勢，相信在不久的將來，不僅僅匯聚層，接入層都有被萬兆青睞的必要。

　　使用匯聚層萬兆產品后，可簡化網絡結構

　　

　　相關鏈接

　　以太網大事記

　　1973年，Xerox公司提出以太網技術并實現，最初以太網的速率只有2.94Mbps，

　　1980年，在Xerox、Digital、3Com的共同努力下，推出了10Mbps DIX以太網標準。

　　1983年，以太網技術（802.3）與令牌總線（802.4）和令牌環（802.5）共同成為局域網領域的三大標準。

　　1995年，IEEE正式通過了802.3u快速以太網標準，以太網技術實現了第一次飛躍。

　　1998年，IEEE 802.3z千兆以太網標準正式發布。

　　2002年7月18日，IEEE通過了802.3ae，即10Gbit/s以太網，又稱萬兆以太網，它包括了10GBASE－R、10GBASE－W、10GBASE－LX4三種物理接口標準。

　　2004年3月，IEEE批準銅纜10G以太網標準802.3ak，新標準將作為10GBASE-CX4實施，提供雙軸電纜上的10Gb/s，雙軸電纜類似Infiniband聯網所用的電纜。這是首個不采用5/6類電纜技術的銅纜以太網標準。

　　預計2006年將通過基于6類、7類雙絞線進行萬兆傳輸的標準IEEE 802.3an。

　　

　　重心移向高性能邊緣

　　惠普ProCurve網絡推出了一系列可堆疊交換機產品ProCurve Switch3400cl系列，該交換機具有新型萬兆模塊和附件，可以最大程度地降低網絡延遲。

　　新產品系列將繼續擴展ProCurve適應性邊緣架構，提高安全性和網絡性能，并在控制成本的同時為網絡邊緣提供更高速度、更佳表現和更佳智能。ProCurve適應性邊緣架構是在網絡邊緣提供低成本、高智能控制的網絡架構，它使企業能夠更有效地管理復雜的應用，包括移動性、安全性和融合性。

　　對于那些對應用性能要求極為苛刻的的用戶，ProCurve針對Switch3400cl系列推出了兩款萬兆位上行鏈路模塊。ProCurve10-GbE銅線模塊提供兩個固定的CX4端口，支持長達15米的CX4線纜。這一模塊可以用于堆疊Switch3400cl設備，并作為到達核心交換機的上行鏈路。它還支持光介質轉換器，利用標準的12芯光纖MTP多模線纜將10GbE銅線最多延長到300米。ProCurve 10G 媒介轉換模塊還具有2個支持X2類型收發器的插槽，支持以下10-GbE標準：SR、LR、ER及CX4。

　　3400cl系列支持光纖（802.3ae）和銅線（802.3ak）萬兆局域以太網行業標準。此外，交換機還提供安全的網絡管理和用戶訪問控制，允許客戶安全地控制、配置和更新其產品，而不必擔心遭到非法竊聽。客戶可以獲得千兆連接的優勢，另外其內建功能將支持在未來任何時候迅速升級到萬兆。

　　ProCurveSwitch 3400cl-24G

　　ProCurveSwitch 3400cl-48G

　　

　　邊緣路由器也用萬兆接口

　　專注于邊緣路由器的Laurel網絡公司推出針對ST200邊緣路由器擴展的10G SDH/SONET以及10G以太網卡。

　　ST200業務邊緣路由器是Laurel Networks的旗艦產品，這是一個專門為配合業務供應商IP/MPLS骨干網邊緣需要而設計的路由器。ST200把互聯網級別路由、全方位的多重業務支持、整合業務管理及前所未有的體系結構靈活性集于一身，以線速支持現有及不斷改變的服務供應商要求。

　　增加10G接口后， ST200將可以支持從64K到10G的各種速率，10G SDH/SONET卡支持POS、PPP、HDLC以及幀中級包封等，10G以太網卡則支持包括802.1q VLANs和802.1p 優先級在內的Ethernet over MPLS。這兩種卡還可以支持256k MPLS 標簽交換路徑 (Label Switched Paths，LSPs)。Laurel公司表示，增加10G接口后，他們的ST200將成為邊緣路由器市場最有競爭力的產品。

　　

　　萬兆也可堆疊

　　3Com SuperStack 3 Switch 3800系列交換機提供千兆線速轉發性能，相當的價格可提供10/100M桌面交換機10倍的性能。3870交換機端口可提供10/100M及1000M三種速率選擇，兼容已有設備，如打印機等；同時為新的PC和服務器工作提供最優性能的網絡連接。

　　SuperStack 3 Switch 3870系列交換機具備良好的投資保護特性。內置的10Gbps堆疊端口，每一臺3870交換機還支持一個擴展槽位用來支持高速10Gbps全雙工以太網絡連接。交換機硬件支持多層（L2/3/4）交換。

　　SuperStack 3 Switch 3870提供先進的堆疊功能，最多8個單元堆疊，或提供最多384個千兆堆疊端口。在每個單元的后面提供兩個10Gbps堆疊端口，整個堆疊容量達到40Gbps。支持一個IP地址管理所有堆疊單元。

　　靈活性增強的二層10/100/1000M局域網交換機提供千兆線速轉發性能，支持8個單元堆疊或384個千兆端口。支持最多8個跨堆疊單元的端口鏈路聚合，提供更高的網絡核心接入性能。

　　性能 24或48個內置銅纜千兆端口，包括4個支持銅纜鏈路或 SFP (mini-GBIC)收發器的雙用途端口，可使用戶方便、靈活地連接基于光纖的千兆介質。基于端口的速率限制保證重要客戶得到相應的帶寬資源，可更大程度控制網絡資源。內置的包優先級功能提供語音和視頻等實時業務應用，以更優化的網絡傳輸性能。

----《中國計算機報》