讓交換機路由器“智能”起來

2019-11-05 00:14:47

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供稿：網(wǎng)友

　　當今世界，網(wǎng)絡化程度越來越高，人與設備之間的通信方式日新月異、種類繁多。其中的一些通信類型已經(jīng)為大家所熟知，如ip語音(VoIP)、數(shù)字圖像、組播、視頻點播、對等文件共享、遠程視頻會議等等。不過，所有這些應用都有一個共同的特點，即對網(wǎng)絡帶寬的需求可以用“貪得無厭”一詞來形容。

　　從長遠來看，帶寬本身總是不夠用的。因此，網(wǎng)絡基礎設施背后的智能“設備”，即交換機和路由器必須承擔起以智能化的方式跟上帶寬需求腳步的艱難任務。像視頻和數(shù)字X-光這樣的應用總是要求更大、更智能化的“傳輸管道”，而VoIP應用則要求低延遲或響應時間以及一致的傳送速率。上世紀90年代中期，隨著傳統(tǒng)交換機的沒落，人們開始競相發(fā)展速度更快、智能化程度更高的交換機和路由器。硅谷的一群天才們看到了這一市場機會，由此，在一種稱為“多層交換路由”新概念的基礎上發(fā)明了網(wǎng)絡硬件及其相關的軟件。與當時僅基于軟件的路由器相比，這些新的“智能”交換機/路由器能夠提供更快的速度和更短的延遲，同時能夠?qū)⒍喾N網(wǎng)絡設備的功能結(jié)合在一起。

　　原來，當需要增加網(wǎng)絡帶寬時，網(wǎng)絡治理員往往通過對網(wǎng)絡進行重新設計來避免路由器發(fā)生瓶頸。服務器經(jīng)常不通過路由器，重新安裝在離用戶更近的地方。在大型企業(yè)中，用戶通常被劃分為通過路由器實現(xiàn)互連的一些較小的網(wǎng)絡(子網(wǎng))。這種劃分通常是按照地域、運行的應用類型、需要的數(shù)據(jù)量和安全方面的因素來進行。例如，財務部門經(jīng)常被全部布置在自己的群組中，這樣做的原因在于為了有效地保護公司的財務記錄，而不是考慮到所使用的帶寬。而VoIP電話也經(jīng)常被放置在自己的網(wǎng)絡之中，其原因在于這樣可以繞過傳統(tǒng)路由器的瓶頸。

　　當計算機需要與自己本地網(wǎng)絡之外的其他計算機進行通信時，為了將數(shù)據(jù)包發(fā)送到群組外面，它們必須先將數(shù)據(jù)包發(fā)送到離自己最近的路由器。路由器提供公司與互聯(lián)網(wǎng)之間的連接和安全邊界，以及公司內(nèi)部群組之間的連接(內(nèi)部網(wǎng))。

　　傳統(tǒng)的路由器只有在絕對必要時才使用，如通過廣域網(wǎng)連接遠程辦公室、連接到互聯(lián)網(wǎng)或隔離公司中具有高帶寬要求的群組。傳統(tǒng)的路由器很貴，現(xiàn)在仍是如此，而且與最初的設計相比并沒有重大的進展，使用的組件與一臺標準PC的類似，并使用多個接口卡運行專用的軟件。

　　與之相比，多層交換路由器將傳統(tǒng)路由器的所有功能集中在一個專用集成電路(ASIC)上。ASIC比傳統(tǒng)路由器的CPU便宜，而且通常分布在多個網(wǎng)絡端口上。現(xiàn)在，典型的交換機/路由器可能在一臺設備中包括50個ASIC，可以支持數(shù)以百計的接口。另外，新的ASIC答應智能交換機/路由器在所有的端口上以最快的速度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而不管網(wǎng)絡流量是什么類型，可以說，它們是以實際接口速度(經(jīng)常稱為線速)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。目前，市場上針對企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)的新型交換機/路由器中可在單一個接口上以每秒鐘萬兆位的帶寬(OC-192)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

　　走出舊時代，邁進交換新天地

　　由于使用一種集中式的架構(gòu)，所以傳統(tǒng)路由器一般缺乏可擴展能力。對于傳統(tǒng)路由器，到達路由器的所有數(shù)據(jù)包必須被送到一個區(qū)域進行處理，這樣，您擁有的接口數(shù)量越多，系統(tǒng)的負載越重，從而造成資源的過度占用。這大大限制了網(wǎng)絡所提供的服務，如VoIP.

　　當一個使用集中式架構(gòu)的路由器需要處理的流量超出自己的處理能力時，它就會開始丟棄數(shù)據(jù)包。而當網(wǎng)絡應用或計算機收不到響應信息時，它們會發(fā)送更多的數(shù)據(jù)包，試圖恢復會話。這樣，情況變得更糟，因為很輕易導致交叉會話過載。這種情況下，過載的路由器會根據(jù)應用、用戶的優(yōu)先級或網(wǎng)絡目的/源地址有選擇性地丟棄數(shù)據(jù)包。很明顯，我們需要一種新的方法來滿足流量增長的要求。

　　多年以來，傳統(tǒng)路由器的處理速度已經(jīng)出現(xiàn)了很大的增長，但仍不足以跟上強大應用的腳步。例如，它們現(xiàn)在每秒鐘可以轉(zhuǎn)發(fā)將近100萬個數(shù)據(jù)包。但考慮一個每秒鐘能夠發(fā)送1，488，000個數(shù)據(jù)包(pps)，同時以1，488，000 pps的速度接收數(shù)據(jù)包的千兆以太網(wǎng)接口， 2千兆以太網(wǎng)端口就能夠輕易使系統(tǒng)過載。與此形成對比的是，多層交換機/路由器以線速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，并且，交換ASIC以分布式的方式存在，答應整個系統(tǒng)高效地輸送流量。

　　這些新交換機/路由器使用一種新的網(wǎng)絡設計和治理模式。在實現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)的今天，阻塞點可以被有效地消除，用戶距數(shù)據(jù)的距離可以更遠，而且不必擔心性能的下降。我們前面例子中提到的股票交易商現(xiàn)在可以連接到與自己相距數(shù)個樓層或數(shù)百英里遠的服務器或網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，具體距離取決于交換機/路由器所支持的接口類型以及所使用的銅纜或光纖類型。此外，新的IP和優(yōu)化的以太網(wǎng)路由器更易于治理，治理人員僅需花費很少的時間來使網(wǎng)絡與新的應用保持同步。像網(wǎng)捷網(wǎng)絡的BigIron機箱式系列產(chǎn)品，它們能夠簡單地傳輸所有來自應用的流量，同時，可以添加更多的模塊來滿足容量和速度增加的要求。

　　為確定網(wǎng)絡流量的類型和容量，當今的ASIC中內(nèi)置了新的數(shù)據(jù)包采樣技術，以提供對整個系統(tǒng)流量的監(jiān)控。RFC 3176或sFlow現(xiàn)在已經(jīng)成為日益普及的方法，為企業(yè)和服務供給商提供對網(wǎng)絡中所有應用流量的實時監(jiān)視——說明流量所需的帶寬、流量的去向等等。可以說，sFlow答應大型企業(yè)更好地監(jiān)控跨多個部門的網(wǎng)絡資源的使用狀況;在大學中可以識別網(wǎng)絡中非法的無線和有線應用，并在網(wǎng)絡性能受到影響之前發(fā)現(xiàn)和制止拒絕服務(DoS)攻擊。現(xiàn)在，對于那些對安全性非常重視的企業(yè)來說，RFC 3176正快速成為必備的要求。

　　多層交換機/路由器的功能與傳統(tǒng)的路由器和交換機毫無差別，它們只是將分散的局域網(wǎng)(LAN)和城域網(wǎng)(WAN)功能集中在一個單一設備中。它們可在同組的用戶之間實現(xiàn)本地交換(即第2層交換)，于不同組的用戶間實現(xiàn)路由(即第3層交換或路由)，同時為應用提供安全特性和非凡服務(即第4層交換)。

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