優(yōu)化路由軟件，促進Internet可靠一(組圖)

2019-11-05 00:54:41

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供稿：網(wǎng)友

　　引言
　　
　　Internet正快速地成為公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的選擇。這個結(jié)論可以通過用戶需求和新應(yīng)用的快速增長，主流應(yīng)用的增加，和重要業(yè)務(wù)的增長來證實。由于客戶們開始希望類似于公共電話交換網(wǎng)（PSTN）服務(wù)的可靠性和有效性，Internet服務(wù)提供商（ISP）正在盡力地維持控制，以應(yīng)付高速增長和不斷增加的復雜性。
　　
　　傳統(tǒng)路由器廠商也開始把目光集中到Internet核心網(wǎng)的吉位、特位，甚至“任何位”的包轉(zhuǎn)發(fā)性能上來。數(shù)字巨大得幾乎難以理解。不過，任何一個熟悉網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的人都不會對此感到驚奇，因為非凡應(yīng)用集成電路（ASIC）和密波分復用（DWDM）技術(shù)的最新發(fā)展必然會使其一一實現(xiàn)。在上面討論中我們似乎忘記了一個重要的元素，那就是控制這個基本的問題。提供了所有的帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)能力，ISP們?nèi)绾卧谶M入光Internet時代的同時對他們的網(wǎng)絡(luò)進行控制和治理呢？
　　
　　速度可以殺人！假如你在迪斯尼的Autotopia上以15m.p.h的速度玩賽車，控制是非常重要的，但你并不會受到傷害。另一方面，假如你發(fā)現(xiàn)自己在Indianapolis500上，那么，高性能的剎車，輪胎，和駕駛所提供的控制，對您的生存將是非常重要的。
　　
　　這篇文章將假設(shè)我們已進入光Internet時代，高性能的轉(zhuǎn)發(fā)引擎已經(jīng)現(xiàn)實。　　　　
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司已專為高性能和高速增長的Internet服務(wù)提供商開發(fā)出了一套JUNOSInternet軟件。這篇文章將討論Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的JUNOS軟件系統(tǒng)總體設(shè)計和一些相關(guān)的性能，JUNOS軟件已預備好服務(wù)于現(xiàn)在的Internet，并對將來發(fā)展的控制奠定了堅實的基礎(chǔ)。當我們對一個路由軟件進行評價時，對其軟件結(jié)構(gòu)，路由協(xié)議，策略定義語言，流量工程能力，用戶界面，系統(tǒng)安全性，和網(wǎng)絡(luò)治理性能的檢驗是非常重要的。上述的每一個特性都將決定該軟件可以為ISP提供成功進入Internet下一階段成長所需控制的能力。
　　
　　Internet路由軟件的體系結(jié)構(gòu)
　　
　　一個軟件的結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)將被如何設(shè)計及不同組成部分間如何進行連接和相互操作。許多關(guān)心路由協(xié)議和路由器配置的網(wǎng)絡(luò)專家并不會花費時間去分析提供系統(tǒng)運行基礎(chǔ)的下層結(jié)構(gòu)。正如我們將會了解到的，軟件結(jié)構(gòu)在決定網(wǎng)絡(luò)的控制，穩(wěn)定性，性能，可治理性，和復雜軟件系統(tǒng)的可擴展性上將作為一個重要的角色。
　　
　　傳統(tǒng)路由器軟件結(jié)構(gòu)的局限性
　　
　　為全面理解傳統(tǒng)路由器軟件結(jié)構(gòu)在今天的服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)中所面臨的挑戰(zhàn)，我們很有必要去了解這些軟件系統(tǒng)的源頭和發(fā)展。最初，路由器軟件結(jié)構(gòu)假設(shè)底層的硬件僅有一個CPU，這塊CPU不僅負責提供實時的包轉(zhuǎn)發(fā)，同時也要提供路由計算，建立路由更新，治理用戶界面，和支持網(wǎng)絡(luò)治理（圖1）。這種對單一CPU的依靠，決定了傳統(tǒng)路由器操作系統(tǒng)被開發(fā)和實現(xiàn)的框架。
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　　圖1：典型的傳統(tǒng)路由軟件體系結(jié)構(gòu)
　　
　　因為傳統(tǒng)路由系統(tǒng)是在假設(shè)它們將支持對時間敏感的任務(wù)（即，包轉(zhuǎn)發(fā)）的前提下被開發(fā)的，設(shè)計者必須要開發(fā)一個具有實時操作系統(tǒng)單元的運行環(huán)境。即使他們意識到普通的操作系統(tǒng)可以提供極高的系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，但同時他們也知道，一個多進程系統(tǒng)中所固有的由于內(nèi)存治理及工作的重復而導致的性能低效性。這些傳統(tǒng)路由系統(tǒng)的設(shè)計人員決定，他們將通過合并代碼和避免重復的方式來增強整個系統(tǒng)的性能，即使這意味著將要建立一個單一的，非模塊化的代碼庫。
　　
　　以一種歷史的觀點來看，在那時的技術(shù)條件下，這個決定可能是一個最好的折中辦法。但是，為達到預期的效果，傳統(tǒng)的路由系統(tǒng)也導致了驚人的費用，包括：
　　
　　· 假設(shè)非模塊化程序的某一部分出現(xiàn)故障。例如，一個任務(wù)的內(nèi)存發(fā)生泄漏，或有一個錯誤使它對另外一個任務(wù)的代碼或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行寫操作。這些類型的錯誤將很輕易地使其它任務(wù)失敗，最終導致整個操作系統(tǒng)崩潰。恢復這類故障的唯一途徑是重新啟動整個系統(tǒng)。
　　· 這個單一的非模塊化程序需要在實時的方式下運行，以支持包轉(zhuǎn)發(fā)的需求。最初，這些操作系統(tǒng)將包轉(zhuǎn)發(fā)作為整個系統(tǒng)中優(yōu)先權(quán)最高的任務(wù)。這意味著，假如路由器的轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)非常繁忙時，將沒有足夠的CPU周期留給系統(tǒng)用來完成有關(guān)的對等更新，問候時間響應(yīng)，或路由表計算。這樣便為網(wǎng)絡(luò)帶來不穩(wěn)定性，因為路由和控制任務(wù)將不能及時地完成，從而導致路由鄰接和線路協(xié)議的丟失。
　　· 整個的軟件結(jié)構(gòu)將變得非常巨大，從而使其失去了靈活性，可伸縮性，和穩(wěn)定性。修改將變得非常困難，因為增加一個新功能可能會影響整個代碼庫。例如，是否包含了所有與實現(xiàn)可靠實施有關(guān)的部分？所含的代碼是否必要，是否會含有導致系統(tǒng)崩潰的程序錯誤？另外，代碼的長度與復雜程度將決定廠家修正敏感的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)問題和增加一些重要的新功能的速度。最后，測試一個非模塊化的代碼庫是非常困難的。沒有任何一個實驗室能夠真正模擬出全球Internet網(wǎng)絡(luò)上的真實環(huán)境，因此，測試只是針對巨型代碼庫的需要而更為復雜一些，然后，對于程序的子集進行隔離測試。這個挑戰(zhàn)可通過任何精心設(shè)計的測試進程來解決。
　　
　　隨著我們步入Internet的黃金時代，基于實時的，非結(jié)構(gòu)化代碼庫的傳統(tǒng)路由軟件結(jié)構(gòu)在支持快速出現(xiàn)的新功能和Internet核心網(wǎng)所需的穩(wěn)定運行上，都顯得力不從心。現(xiàn)在，在高性能光接口上實時地轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)要求配置基于硬件的轉(zhuǎn)發(fā)引擎。因此，下一代的路由軟件不再需要對包轉(zhuǎn)發(fā)和高級系統(tǒng)功能之間的資源競爭進行處理。基于硬件的轉(zhuǎn)發(fā)引擎的效率，答應(yīng)路由軟件運行在一個能夠提供更高的可靠性，可伸縮性，有效性，和可為敏感的重要任務(wù)應(yīng)用提供高性能的普通操作系統(tǒng)環(huán)境之中。
　　
　　源于FreeBSD的JUNOS
　　
　　FreeBSD為開發(fā)支持高速增長的Internet下一代路由體系提供了基礎(chǔ)。FreeBSD是為在普通的英特爾處理器上運行而非凡設(shè)計的。它非常穩(wěn)定，并繼續(xù)了那些從二十世紀七十年代初期便開始工作在Internet上的早期產(chǎn)品的成熟的網(wǎng)絡(luò)功能，它包含了一個非常優(yōu)秀的代碼庫以支持內(nèi)核，文件系統(tǒng)，用戶計費和安全性。
　　
　　但是，Juniper網(wǎng)絡(luò)公司加強并重寫了一部分FreeBSD，因為它最初是被設(shè)計運行在主機系統(tǒng)上的，只支持幾種有限的網(wǎng)絡(luò)接口。而另一方面，路由器具有更多種類的物理接口和子接口，并具有一個更大的路由表。另外，大部分的網(wǎng)絡(luò)代碼被去除或以行業(yè)級的工具來代替，以支持來自Internet的巨大壓力。
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的工程隊伍具有多年的Internet路由經(jīng)驗，并且在不受傳統(tǒng)路由體系約束的情況下，從最底層開始開發(fā)和設(shè)計路由體系。這就意味著，他們可以優(yōu)化其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計劃大量的虛電路，并對巨型路由表的存儲及查詢進行設(shè)計。他們可以自由地使用最新開發(fā)出的支持流量工程和不同服務(wù)等級的技術(shù)，著力設(shè)計合適的用戶界面和強有力的策略定義語言。
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的軟件體系
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司軟件體系的最基礎(chǔ)的設(shè)計思路是將控制功能與包轉(zhuǎn)發(fā)功能分離。路由引擎治理系統(tǒng)的路由和控制功能，并運行從FreeBSD得到的內(nèi)核。包轉(zhuǎn)發(fā)引擎在硬件上運行，專門用于包轉(zhuǎn)發(fā)。這兩相功能的完全分離，使路由器可以提供高性能和高可靠性的操作系統(tǒng)。
　　
　　包轉(zhuǎn)發(fā)引擎
　　
　　包轉(zhuǎn)發(fā)引擎負責提供所有的包轉(zhuǎn)發(fā)功能。這代表了進入系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量的99％。包轉(zhuǎn)發(fā)引擎由幾個可處理所有類型的數(shù)據(jù)包并專用于Internet核心網(wǎng)的ASIC組成。包轉(zhuǎn)發(fā)引擎的設(shè)計和功能將在后面討論。
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　　圖2：路由引擎和包轉(zhuǎn)發(fā)引擎
　　
　　路由引擎
　　
　　路由引擎負責執(zhí)行整個系統(tǒng)的路由處理。它通過一個能夠提供充足計算周期的處理器，在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供所需的功能。路由引擎運行著一個經(jīng)過Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的工程隊伍修改過的FreeBSD版本，使其能夠在高負荷條件下穩(wěn)定運行。
　　
　　路由協(xié)議，接口治理，機箱治理，SNMP治理，系統(tǒng)安全性，和用戶界面都作為一個子系統(tǒng)在操作系統(tǒng)內(nèi)協(xié)調(diào)工作。每個程序執(zhí)行一個獨立的進程，完全在自己的內(nèi)存保護下運行。這便減少了一些失控應(yīng)用干擾其它的應(yīng)用或內(nèi)核的機會。
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　　圖3：JUNOS軟件概念性結(jié)構(gòu)
　　
　　JUNOS路由表包含了從相鄰路由器獲得的和靜態(tài)配置的路由信息。轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得到的，它包含一個用于協(xié)調(diào)帶有輸出端口的報頭或標記的IP報頭和多協(xié)議標記交換（MPLS）標記的索引。包轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用轉(zhuǎn)發(fā)表中的內(nèi)容而不是路由表中的內(nèi)容進行轉(zhuǎn)發(fā)決定。
　　
　　JUNOS體系的優(yōu)勢
　　
　　基于將控制與轉(zhuǎn)發(fā)平臺分離的路由體系的實現(xiàn)，使Juniper網(wǎng)絡(luò)公司可以在普通操作系統(tǒng)之上運行路由引擎。這是一個非常要害的設(shè)計特點，它使JUNOS具有很高的可靠性、可維護性和性能。
　　
　　保護內(nèi)存確保運行的可靠性
　　
　　每個用戶進程都在其自己的保護內(nèi)存空間中運行。這樣便確保了一個子系統(tǒng)故障不會影響其它在保護內(nèi)存下執(zhí)行的子系統(tǒng)的運行。在這些獨立的操作之間，Juniper網(wǎng)絡(luò)為內(nèi)部進程通信建立了整潔的，良好定義的接口。這種結(jié)構(gòu)使軟件系統(tǒng)具有很好的可靠性。
　　
　　專門為ISP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司專注于為高速增長的Internet骨干網(wǎng)提供產(chǎn)品。這意味著Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的產(chǎn)品不會運行在企業(yè)環(huán)境下，也不致為滿足不同非凡應(yīng)用需求而建立非結(jié)構(gòu)化的代碼庫。
　　
　　增強的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的軟件體系使得傳輸?shù)陌肋h不會通過路由引擎進行處理。對于那些被要求送至路由引擎的業(yè)務(wù)，鏈接保持和路由協(xié)議更新將被賦予最高的優(yōu)先權(quán)，以確保無論系統(tǒng)的負載情況如何，鄰接永遠不會斷開。這種控制業(yè)務(wù)的優(yōu)先權(quán)防止了網(wǎng)絡(luò)中的級聯(lián)故障，因為它確保了無論系統(tǒng)發(fā)生什么情況，鏈接和路由鄰接都一直保持運行。
　　
　　路由協(xié)議
　　
　　路由協(xié)議的穩(wěn)定實施是成功治理一個服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的重要因素。穩(wěn)定性和高性能是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）在服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)治理業(yè)務(wù)流量的基本性能。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）的牢固性和可伸縮性對于在不同服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)之間的鏈接和控制是非常重要的。
　　
　　行業(yè)級的路由協(xié)議
　　
　　一些網(wǎng)絡(luò)專家們在評價路由協(xié)議實施的可靠性時，將互操作性作為一個單獨的因素。他們很關(guān)心軟件是否符合Internet工作組（IETF）標準和軟件在多個廠家產(chǎn)品環(huán)境中的操作情況。互操作性是每個廠商都應(yīng)滿足的一個重要元素，但它只應(yīng)作為諸多需要仔細衡量的部分中的一個因素。還有其它一些要害的元素隱藏在軟件之下，并不會被評價者立即發(fā)現(xiàn)。但是，正是這些隱藏的因素在決定路由協(xié)議在Internet中執(zhí)行的能力時起重要的作用。
　　
　　區(qū)別行業(yè)級路由協(xié)議與不完善實施的要害要素是穩(wěn)定性和可擴展性。穩(wěn)定性和可擴展性并不因故障而發(fā)生；它們必須在項目一開始就被設(shè)計到軟件體系當中去。在某個方面，路由協(xié)議的設(shè)計可與飛機的設(shè)計做以比較。一些飛機，如CessnaSkylane，主要考慮飛行安全性的需求。另一些飛行器，如F－22，具有敏銳的視覺，高速，及靈活。它們都是固定機翼的飛行器，但它們在不同的運行環(huán)境中用于不同的功能。
　　
　　穩(wěn)定性設(shè)計
　　
　　穩(wěn)定性主要關(guān)心在大型網(wǎng)絡(luò)中承受運行壓力和連續(xù)長時間無故障工作的能力。對于任何路由協(xié)議的實施，都有許多設(shè)計要點在決定系統(tǒng)穩(wěn)定性的過程中起重要作用：
　　
　　· 工程師在猜測和編寫對不同類型故障進行響應(yīng)的代碼時的遠見。其包括協(xié)議錯誤，如畸形包，意外的對等關(guān)系，如傳輸過多的請求/更新，和在網(wǎng)絡(luò)感到壓力時CPU資源被耗盡。
　　· 開發(fā)者提供正確調(diào)節(jié)器的技巧，以使得路由器可與多種不同情況相配合。
　　· 工程師在編寫代碼時自發(fā)地遵循愛因斯坦的格言“使事情盡可能地簡單，但不過于簡單”。這樣可產(chǎn)生一個易于理解的，快速的和穩(wěn)定的代碼庫。
　　
　　可擴展性設(shè)計
　　
　　擴展性主要關(guān)心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與不斷擴張的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境同步成長的能力。有許多因素在決定路由協(xié)議實施過程中的可伸縮性起著重要作用：
　　
　　· 支持的最大端口數(shù)
　　· 路由表查詢的速度
　　· 路由表中可存儲的最大路由數(shù)
　　· 每個路由器可支持的最大OSPF或IS－IS鄰接數(shù)或BGP對等體數(shù)
　　· 路由器鏈接狀態(tài)表中可存儲的最大OSPF的LSA數(shù)或IS－IS的LSP數(shù)
　　· 答應(yīng)網(wǎng)絡(luò)治理員方便有效地控制輸入，輸出，和修改大量路由信息用的策略控制語言的能力
　　
　　JUNOS路由協(xié)議實施
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的實現(xiàn)是行業(yè)級的，全功能的，并且與有關(guān)的IETF指標和實現(xiàn)的基本配置兼容。每個ISP的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計都不相同，因此，不同形式的壓力施加在路由協(xié)議上。通過過去一年里在大型ISP骨干網(wǎng)中的成功運行，證實了Juniper網(wǎng)絡(luò)公司路由協(xié)議實施的特點和穩(wěn)定性。
　　
　　內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：IS－IS和OSPF
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的IS－IS和OSPF實施與IETF指標兼容。另外，Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的 IS－IS和OSPF與ISP使用的添加（add－on）功能兼容，并證實了其與配置庫具有互操作性。
　　
　　外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：BGP－4
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)的BGP－4實施與IETF指標及配置庫實施兼容。它支持TCP的md5認證選項，組，路由擺動阻尼，結(jié)網(wǎng)組，路由反射，聯(lián)合，和對等體組。
　　
　　多點傳送協(xié)議
　　
　　JUNOS軟件從最底層開始進行開發(fā)以支持IP多點傳送。Juniper網(wǎng)絡(luò)公司提供的實施包括：Internet組治理協(xié)議（IGMP），距離向量多點傳送路由協(xié)議（DVMRP），協(xié)議獨立的多點傳送－稀疏模式（PIM－SM），服務(wù)宣告協(xié)議（SAP），和服務(wù)描述協(xié)議（SDP）等。 Juniper網(wǎng)絡(luò)公司已經(jīng)，并將繼續(xù)在IETF設(shè)計和開發(fā)這些標準和下一代建議中扮演重要角色。
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的工程隊伍
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的軟件工程隊伍能夠?qū)λ兄饕腎nternet路由軟件提供最好的實施，包括OSPF，IS－IS，和BGP－4。這種專業(yè)經(jīng)驗使得Juniper網(wǎng)絡(luò)公司不僅能夠處理流行的路由協(xié)議，而且也致力于那些正在被IETF開發(fā)的協(xié)議。JUNOS中實施的質(zhì)量反應(yīng)了我們隊伍中那些參與大量Internet手稿和RFC工作人員的經(jīng)驗和專業(yè)技能。
　　
　　Juniper網(wǎng)絡(luò)公司有選擇地組建了自己的工程師隊伍以提供在重要任務(wù)環(huán)境下的具有擴展能力的骨干網(wǎng)路由協(xié)議。Juniper網(wǎng)絡(luò)公司確信，沒有任何其它的路由廠商和新生力量可與這只工程隊伍相比較。Juniper網(wǎng)絡(luò)公司的軟件專家們將繼續(xù)提供標準上的領(lǐng)先，使那些需要能夠了解，設(shè)計，發(fā)布，并支持與Internet飛速增長有關(guān)的協(xié)議的伙伴的客戶得到好處。
　　
　　路由策略定義語言
　　
　　路由策略定義語言將決定哪條路由可被路由表接收，哪條路由可被廣播到對等體，哪些屬性的修改即要在輸入進行又要在輸出進行。策略定義語言所提供的控制對于骨干網(wǎng)是非常要害的，因為它是控制網(wǎng)絡(luò)如何被使用的基本工具。策略語言決定了通過Internet的路徑，并在對通過服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)時進行的路徑選擇起重要作用。
　　
　　輸入策略作為路由選擇處理的一部分，對進入本地路由表的信息進行治理并處理屬性。由對等體來的信息只有在通過輸入策略的過濾規(guī)則后，才會在路由選擇的處理過程中予以考慮。輸出策略治理則向遠端的對等體廣播的路由信息。路由只有在通過輸出策略的過濾規(guī)則后才會被發(fā)布。
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　　圖4：路由信息的接收和發(fā)布
　　
　　例如，假設(shè)大型ISP為第二級ISP提供接入，二級ISP將向大型ISP廣播幾百條路由信息。大型ISP可通過定義策略規(guī)則，只接收它希望得到的來自小型ISP的路由。當小型ISP新增一個客戶時，它通知大型ISP，它將轉(zhuǎn)發(fā)一組額外的報頭。ISP通過修改它的路由策略過濾規(guī)則，接收來自小型ISP的信息，更新路由表。
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　　圖5：策略過濾的例子
　　
　　JUNOS策略定義語言
　　
　　路由策略定義語言的一個要害話題是，當網(wǎng)絡(luò)治理員治理上千條路由的策略時，它的難易程度如何。JUNOS策略定義語言與編程語言相似。它答應(yīng)通過許多不同的屬性（如IP報頭，AS路徑，MED，組，本地優(yōu)先，IS－IS級，和OSPF區(qū)域）標識路由來定義策略，然后基于這些屬性進行非凡的操作（如，接受，拒絕，和修改）。因為策略語言很象編程語言，它實際上非常普通，可以隨時間的過去而增加一些新的屬性和新的操作。這便意味著，它即可以滿足今天的需求，又有能支持將來的需求。
　　
　　優(yōu)化查詢
　　
　　當對特定的路由與策略規(guī)則進行比較時，我們很輕易發(fā)現(xiàn)策略的實施將優(yōu)化查詢和識別處理的性能。策略的執(zhí)行要求每條路由更新的報頭與配置的策略比較，以決定對該路由采取什么操作。在Internet中，對等體交換處將包含數(shù)千條路由，因此，必須要有一個快速的查詢算法。
　　
　　采用線性查詢（O（n））以識別路由對策略的匹配比起使用樹型查詢（O（logn））要多花費很長的時間。傳統(tǒng)路由軟件通過訪問列表進行查詢，是線性的。因為Juniper網(wǎng)絡(luò)公司從最底層開始設(shè)計其軟件，JUNOS使用了樹型查詢。這是JUNOS策略定義語言在90年代晚期，而不是在80年代晚期被開發(fā)的一個明顯的增強性能之處。
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　　圖6：線性查詢與樹型查詢的比較
　　
　　測試策略配置
　　
　　假如沒有辦法在策略被應(yīng)用到實際網(wǎng)絡(luò)前對其進行測試，強大而靈活的策略定義語言就象是一把雙刃劍。網(wǎng)絡(luò)治理人員希望能夠在不影響業(yè)務(wù)且不更改客戶要求的設(shè)置的情況下對他們的路由策略進行測試。
　　
　　對于JUNOS，它能夠定義一個策略，然后通過策略引擎運行具有一系列屬性的報頭，以測試其結(jié)果。假如策略測試正確，網(wǎng)絡(luò)治理員將重新配置系統(tǒng)并將策略應(yīng)用于對等體。
　　
　　流量工程
　　
　　ISP必須提供一個能夠承載其客戶業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。假如這個要求不能滿足，客戶將更換其他提供商。在一個很低的級別上，滿足這一需求將要求ISP在一定范圍內(nèi)提供一定數(shù)量的線路和帶寬。換句話說，ISP必須配置一個能使客戶連接到其網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲。
　　
　　一旦物理拓撲存在，則必須處理將業(yè)務(wù)映射到拓撲上的任務(wù)。過去，將業(yè)務(wù)映射到物理拓撲上去并不是以一種科學的方法來實現(xiàn)的。映射只是通過基于產(chǎn)品的路由配置來完成。這種無計劃映射的弱點通常是通過過量提供帶寬來解決的。隨著ISP網(wǎng)絡(luò)越來越大，線路上支持的IP變得越來越快，客戶的需求變得越來越高時，將業(yè)務(wù)映射到物理拓撲上越來越需要以一種不同的方式來實現(xiàn)。被提供的載荷必須以一種控制和有效的方式被支持。這種將業(yè)務(wù)映射到物理拓撲上的過程稱作流量工程，是目前在ISP和IETF中的一個熱門話題。
　　
　　Internet骨干網(wǎng)流量控制的發(fā)展
　　
　　在90年代初期，當ISP網(wǎng)絡(luò)由T1（1.5Mbps）和T3（45Mbps）鏈路組成時，流量工程通過使用路由量度值來實現(xiàn)。基于量度的控制在那時是足以勝任的，因為無論從路由器的數(shù)量，鏈接的數(shù)量還是業(yè)務(wù)量上，那時的Internet骨干網(wǎng)都要比今天的規(guī)模小得多。
　　
　　圖7描述了基于量度的流量控制是如何運行的。假設(shè)A發(fā)送了大量的業(yè)務(wù)到C和D。如圖7所示的量度值，A－B和B－C的鏈路可能會發(fā)生阻塞，因為，A－C和A－D的業(yè)務(wù)流都將通過這些鏈路。假如C－D鏈路上的量度值變?yōu)?，A－D的業(yè)務(wù)流將轉(zhuǎn)移到A－D鏈路上，但A－C的業(yè)務(wù)流仍留在A－B－C鏈路上。結(jié)果，“熱點”在沒有中斷網(wǎng)絡(luò)上任何事物的情況下被處理了。這是一個通過使用IGP量度值進行有效流量控制的例子。
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　　圖7：基于量度的流量控制
　　
　　ISP在路由核心網(wǎng)和ATM核心網(wǎng)間做出抉擇
　　
　　大約在1994年或1995年，ISP網(wǎng)絡(luò)上的負荷已超過T3速率。那時，只有在ATM交換機上才具有OC－3（155Mbps）接口，路由器平臺并沒有類似的接口。ISP必須要作出決定：是繼續(xù)留在路由核心網(wǎng)上，還是轉(zhuǎn)移到ATM核心網(wǎng)上。每個ISP都基于幾個問題的答案而決定了他們將來的方針：
　　
　　· ISP對傳統(tǒng)路由器廠商在短期內(nèi)為其產(chǎn)品開發(fā)出OC－3和OC－12的接口是否有足夠的信心？
　　· ISP是否認為帶寬的缺乏會給他們的業(yè)務(wù)帶來很大的威脅，進而急需作出決定，即使方案將要對其網(wǎng)絡(luò)的核心部分進行完全地檢修？
　　
　　正如我們將要看到的，那些選擇了向ATM核心網(wǎng)轉(zhuǎn)移的ISP們繼續(xù)成長。同時，那些停留在傳統(tǒng)路由器核心網(wǎng)的ISP們則因為OC－3速率的SONET路由器接口推出較晚以及其較低的性能，而使其成長面臨更大的挑戰(zhàn)。在后面的幾節(jié)里，我們將討論每種選擇的優(yōu)點和缺點。
　　
　　路由核心網(wǎng)中基于量度的流量控制
　　
　　前面已經(jīng)討論過，路由量度的使用在90年代初期提供了一個基礎(chǔ)的流量控制工具。但是，隨著運營商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量和復雜性不斷增加，基于量度的流量控制變得越來越復雜，以至于它失去了其可用性的一面。網(wǎng)絡(luò)治理人員可以繼續(xù)通過調(diào)整鏈接量度值來避免阻塞，但是，在對網(wǎng)絡(luò)的一部分量度值進行調(diào)整的同時，判定該調(diào)整是否會影響網(wǎng)絡(luò)的其它部分而產(chǎn)生新的問題將變得越來越困難。
　　
　　路由核心網(wǎng)中沒有 “流量工程”的情況
　　
　　假如只有使用IGP量度值一種方法來進行流量控制，很可能會在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生一些鏈路很少被使用，而其它鏈路嚴重阻塞的情況。這種狀況對ISP來說很不經(jīng)濟，因為所有的中繼線都有開銷，即便它們未被充分使用。
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　　圖8：ISP網(wǎng)絡(luò)拓撲的例子
　　
　　圖8描述了一個模擬的ISP網(wǎng)絡(luò)拓撲。在舊金山POP與華盛頓特區(qū)POP之間有幾條潛在路徑。假設(shè)路由協(xié)議為業(yè)務(wù)在舊金山和華盛頓特區(qū)間所選取的最短路徑是舊金山－芝加哥－華盛頓特區(qū)這條路由。同時，假設(shè)有大量的業(yè)務(wù)從舊金山發(fā)往芝加哥，而且也有大量業(yè)務(wù)從芝加哥發(fā)往華盛頓特區(qū)。結(jié)果大量的從舊金山流向華盛頓特區(qū)業(yè)務(wù)將與舊金山至芝加哥和芝加哥至華盛頓特區(qū)的業(yè)務(wù)競爭。假如網(wǎng)絡(luò)只能通過IGP量度值進行鏈路選擇，則這種情況將經(jīng)常發(fā)生。依靠于IGP量度值建立的路徑將吸引大量業(yè)務(wù)。這將導致阻塞和低性能，未能對整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬進行有效利用。
　　
　　路由核心網(wǎng)的優(yōu)點與缺點
　　
　　相對于轉(zhuǎn)移到ATM核心網(wǎng)，維持原來的路由核心網(wǎng)有一些優(yōu)點：
　　
　　· 在路由核心網(wǎng)中，物理拓撲與邏輯拓撲是一致的，避免了ATM網(wǎng)絡(luò)中的“N2”問題。將在下面章節(jié)討論的“N2”問題在新增加一個邊緣節(jié)點時所表現(xiàn)出來的復雜性是非常明顯的。
　　· 在路由核心網(wǎng)中沒有信元稅。假設(shè)有20%的開銷用于ATM的組幀及實現(xiàn)包尺寸分配，這意味著對于155Mbps的OC－3鏈路，124Mbps將被用于傳輸數(shù)據(jù)，31Mbps將用于ATM開銷。但是，當你考慮一條2.488Gbps的OC－48鏈路，1.99Gbps用于數(shù)據(jù)，498Mbps將被用于ATM開銷（幾乎是一個OC－12）。由于沒有信元稅，在路由核心網(wǎng)中則意味著被提供的帶寬將更有效地被利用。
　　· 具有無連接操作特性的路由核心網(wǎng)在故障條件下將顯示出更好的適應(yīng)性。在基于 ATM鏈路的網(wǎng)絡(luò)中，作為備份的永久虛電路（PVC）必須在故障發(fā)生前被配置并安裝到交換機中。因為網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點都有發(fā)生故障的潛在可能性，因此，很難設(shè)計出與IP內(nèi)建的可恢復性相似的備份PVC。
　　
　　相對于這些優(yōu)點，傳統(tǒng)的路由核心網(wǎng)還具有一些缺點：
　　
　　· 在一個路由核心網(wǎng)中，業(yè)務(wù)負載并沒有在網(wǎng)絡(luò)鏈接中均勻地分配，造成網(wǎng)絡(luò)資源使用的低效率。一些鏈路發(fā)生阻塞，同時另一些鏈接未被充分使用。這種情況在疏松連接的網(wǎng)絡(luò)中可能還可以滿足需求，但在一個具有豐富連接的網(wǎng)絡(luò)中，對于業(yè)務(wù)在路徑中的分配進行控制，使負荷在鏈路中均勻分配就變得非常重要了。
　　· 基于量度的流量控制并不能為流量工程提供一個滿足的方案。由于ISP網(wǎng)絡(luò)的連接變得越來越豐富（即，更大，更密的結(jié)網(wǎng)，更多的備份），對網(wǎng)絡(luò)某部分的量度值進行調(diào)整是否會引起網(wǎng)絡(luò)其它部分的問題，變得越來越難以判定。
　　
　　ATM核心網(wǎng)中基于PVC的流量控制
　　
　　當IP在ATM網(wǎng)絡(luò)上運行時，路由器環(huán)繞在ATM網(wǎng)絡(luò)的四周。每個路由器通過一組穿過ATM物理拓撲而設(shè)置的PVC與其它路由器進行通信。路由器并沒有與下層網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)的物理拓撲信息。兩個路由器之間的PVC就象連接兩個路由器之間的簡單點到點電路一樣，路由器所了解的只有這些。圖9說明了ATM核心網(wǎng)中的物理拓撲與ATM核心網(wǎng)中的邏輯拓撲的區(qū)別。
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