為下一代核心路由器設計的可擴充IP

2019-11-05 00:33:19

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　　全球基本通信基礎設施正在爆炸性地增長。在對網絡速度展開激烈爭論之際，一個不爭的事實是通信總量在持續的增長。更多的用戶、更多的占用帶寬的內容，更多的企業通信業務，是高速增長的重要因素。這樣的增長對服務提供商改造ip核心設備提出了眾多挑戰，如IP地址的激增、路由表治理難度的增加、路由對等設備高度復雜化。
　　
　　可擴充IP的核心是有效地、經濟實用地提升系統容量的能力。解決目前單機箱IP路由器的困難會增加服務提供商網絡投資和運營成本?？蓴U充IP整體性能的主要組成部分。
　　
　　當然，增長不是網絡運營商面臨的唯一問題。在支持更多通信業務的同時，他們也要以更高的可靠性來支持通信業務。到目前為止，運營商只能領先網絡基恢復機制，如采用重新發現拓撲的路由協議來達到網絡可用性。而系統基故障恢復技術是一種更佳的可選用方案，能加速恢復時間，且過程對其它網元是透明的。
　　
　　服務提供商也需要簡化IP治理的工具。他們需要提高接口速度的機制，需要減少網絡復雜性的機制。例如，改造在每個pop（Point of PResence）安置了大量分立路由器的網絡，加重了網絡運營人員治理復雜設計的負擔。配置與維修日益增長的IP接口極大地加重了治理的負擔。
　　
　　可擴充IP平臺
　　對可擴充的IP平臺來說，最基本的限制之一是IP硬件本身的缺陷。服務提供商通過目前的單機箱IP路由器提升IP容量是很困難的。為了增加容量，運營商勢必要構建廣泛地互連的分立路由器網，以提高性能，增加冗余。采用這種方案，每增加一個路由器都會使網絡設計復雜化。
　　
　　作為以單機箱路由器為基礎的替換方案，一種新型的可擴充平臺脫穎而出。這些設備通過讓網絡運營商按需增加機箱和線路卡而增加I/O和路由容量。由于多機箱的部署是按單個邏輯路由器治理的，因此服務提供商不會增加網絡復雜性，簡化了網絡也就意味著簡化了治理，降低了運營成本。
　　
　　除了降低成本，這些平臺還能減少資金的支出。采用目前的路由器，服務提供商必須用昂貴的路由端口來互連多個路由器。反之，要是路由器設計成可擴充的，它可以借助結構容量來提升系統，而結構容量的成本僅為I/O路由容量成本的十分之一。
　　
　　當IP平臺將硬件可擴充性與光纖鏈路結合在一起時，達到了可擴充性的最高境界，即通過運營商的基礎設施進行靈活的部署。IP的路由器核心處的光纖背板與互連可讓服務提供商在POP或中心局的任意地點安置多機箱路由器的組件，從而使服務提供商免去工作量極大的空間規劃任務。若采用銅線基系統，其路由器是相互緊靠在一起的，需要相鄰的機箱空間，就要作這樣的空間規劃。
　　
　　可擴充的IP協議
　　靈活的、可擴的硬件是第一個要素，但解決可擴充的IP問題要顧及多種策略，有短期能改進的，也有經過長期努力才能實現的。優化路由代碼是一道重要的防線。路由器供給商不斷地改進代碼的效率來提升系統性能，提高系統可靠性。但這一措施是短期的行為，單憑上措施無法將IP擴充到所要求的程度。
　　
　　一個更長遠的解決方案是重新制定IP協議范圍，使它更具可擴充性。這是該行業追求的更新、更有價值的目標。但完成協議要幾年的時間，在整個基礎設施中實施協議還需更長的時間。新協議的普遍采用和實施對解決當前的IP核心問題有點遠水解不了近渴。
　　
　　為了滿足目前的要求，該行業必須以與現有設施完全可互操作的方式來擴充IP路由協議，支持日益增加的通信業務和IP地址。符合這些目標的有兩種機制；分布式路由協議和路由器端口歸并。
　　
　　分布式路由協議
　　路由控制模塊的主要功能是，確定網絡拓撲結構，通過路由器的接口分配已形成的路由表。對較大型網絡，路由器應支持對等設備的增加和路徑的改變。雖然處理器的速度在不斷地提高，但遠遠跟不上因特網的增長。因此，單個CPU不再能滿足對等設備數量的增加和路由拓撲結構的改變。
　　
　　為了保持與已有基本設備的兼容性而又能提高控制能力，新型IP核心需要分布實施路由協議的路由器。將計算負荷分攤到多機箱路由器中的多塊控制卡上，以提高計算能力，豐富存儲器資源，從而促成網絡的融合。
　　
　　各種路由協議具有不可的可擴充性。一種可選用方案是在同一邏輯地址的多機箱路由器中的多塊控制卡上執行協議。例如，BGP（邊界網關協議）具有同步的、分布式的BGP實例，其中的路由器對外部BGP對等設備都通告同一個路由在OSPF（open short path first）IS-IS（中間系統對中間系統）的場合，則在不同機箱的多塊控制卡上執行協議，一個路由器對外部對等設備來說就是單個路由器。
　　
　　可擴充的、分布式路由協議與路由器的當前工作基礎是一致的。這些設備察覺不到可擴充實施的分布性質，因而與新型IP核心設備一起工作時也無需進行修改。
　　
　　提高可靠性
　　分布式路由協議有很多優點。它不僅增加了IP的可擴充性，而且也提高了安的可靠性。在多塊控制卡上執行路由協議，故障容錯度比以往更高，要是一塊控制卡發生故障，另一塊控制卡可取代它，用作主控制器。路由器可繼續執行路由任務而無需中斷業務流。這種水平的故障容錯度極大地提高了IP網絡的穩定性，這是可擴充IP的要害因素。
　　
　　當然，僅靠提高軟件可靠性是不夠的。IP設備還要求性能更佳的硬件可靠性。時至今日，服務提供商面臨核心路由器缺少故障容錯度的尷尬境地。一個精心設計的核心路由器不應只有單個故障點。它應支持SONET APS（自動保護倒換），預防端口的故障，它還應具有冗余的電源功率和冷卻能力，以及冗余的線路卡、控制卡和交換結構卡。
　　
　　一種可行的設計解決方案是將線路卡和控制卡鏈接至路由器的兩個分立交換結構卡，結構卡通過從多級結構轉發每個數據包。這種設計改善了故障容錯度，提高了IP設備的性能。數據路徑組件的故障恢復則可分兩階段來處理。假如結構鏈路或結構卡發生故障，一個本地硬件基機構能立即繞過失效的組件轉發通信業務。其次，系統可借助內部結構路由協議來更新內部結構轉發表，對余下組件的路由重新進行優化。
　　
　　可擴充的IP接口
　　要想跟上IP通信業務的增長，可擴充路由器另一項工作是簡化IP接口的治理。端口歸并技術可讓網絡提供者將多個IP端口組合在一起，作為單個IP接口來處理。路由協議則僅治理少量的接口和拓撲結構改變。若聚合鏈路中一條鏈路發生故障，連接在一起的路由器覺察不到鏈路的故障，因為余下的鏈路仍保持著連接，并可以這些鏈路上均衡地分酏負荷，繼續轉發通信業務。
　　
　　這一類端口歸并對擴充光傳輸核心的IP城非凡有用。DWDM系統一類設備具有可擴充的光核心帶寬，但當波長倍增時，連接光核心的IP路由器必須端接所有的波長。隨著兩點間業務負荷的增長，服務提供商需要多種工具來減輕治理較高負荷的負擔。
　　
　　將接口端口歸并為一個邏輯端口就能提供簡化性。例如，服務提供商可建立組合了不同速率接口的大型點對點業務中繼。一種聚合鏈*路可以支持OC-3、OC-12、OC-48、與OC-192的端口組合，鏈接將在不同速率的鏈路上均衡分配業務負荷。這種機制極大地簡化了IP鏈路的擴充，因為服務提供商可簡單地增加聚合鏈路的數量來提升容量。他們也可增加一條鏈路，把原有鏈路的速率轉移到另一種速率上，使業務在兩條鏈路上傳送，然后去掉原有鏈路。由于這一方案使服務提供商免了作了更新接口速率通常要求的人工路由表操作，因此它不僅能改進IP的性能，還能提高IP的可靠性。
　　
　　聚合端口有助于實現下列目標：
　　* 通過分布地、負荷均衡地將通信業務分配到多個端口來擴充IP。
　　
　　* 通過冗余的鏈路來提高可靠性。
　　
　　* 通過多個端口共享一個地址來加速和簡化接口的配置。
　　
　　* 減少路由協議的開銷
　　
　　* 簡化治理。
　　
　　下一代IP核心
　　IP是統一網絡行業（包括服務提供商和企業兩者）的基礎，協議要想繼續廣泛地應用，就要增強它的性能和可靠性。主要是，協議要擴充它的容量，以便容納更多的用戶和日益增長的通信業務負荷。為此，要對當前的IP硬件和軟件作重大的改進。
　　
　　可擴充硬件是一個要害的要素，它支持更多的IP容量，經濟實用而又不致使治理復雜化。
　　
　　但IP平臺還需要可擴充的軟件，以其分布式標準IP路由協議和端口歸并的非凡功能補充硬件的容量，提高系統的性能。經過上述的改進，IP才能成功地繼續成為眾望所歸的因特網協議和商務協議。

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