M40骨干路由器總體描述(1)

2019-11-05 00:56:24

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挑戰(zhàn)：快速增長中的可靠性問題

---- Internet骨干網持續(xù)地面臨來自向客戶提供更快的反應時間和更高的可靠性方面的壓力。同時，路由及包轉發(fā)技術卻滯后于Internet的發(fā)展。這種滯后在面臨網絡的快速增長時，使維持網絡穩(wěn)定性的工作變得更加困難。隨著Internet骨干網向更快的光纖速率發(fā)展，網絡設計人員需要新一代能夠結合光纖速率轉發(fā)和運行控制特點的路由設備，使運營商們對自己的網絡進行快速而可靠的擴展。

M40：Internet核心網的基石

---- Juniper M40 Internet骨干網路由器是為滿足運營商們高速增長的需求而專門設計的，它提供市場上領先的包轉發(fā)速率，無與倫比的端口密度和端口配置靈活性，以及一流的Internet軟件。M40使運營商能夠將其骨干網絡速率提高至OC-48，同時提供必要的流量工程工具以確保對業(yè)務及對網絡容量使用的控制。另外，M40能夠最有效地使用POP的機架空間，提供當今市場上最高的端口密度和最優(yōu)秀的性能。M40的低功耗特性也為POP功率的有效使用提供了最佳的解決方案。最后，為確保網絡堅不可摧的穩(wěn)定性，M40可以在峰值業(yè)務負載及鏈路故障情況下處理網絡的異常壓力環(huán)境。

高速增長網絡中的速度及控制

Internet處理器：光纖速率的包轉發(fā)

---- M40通過使用Juniper開發(fā)的先進的ASIC設計，可以光纖速率的轉發(fā)性能。M40包轉發(fā)引擎（PFE）的核心是Internet處理器。這個具有超過一百萬個門電路的Internet處理器是到目前為止在路由器上使用的最大的路由查詢ASIC。該Internet處理器能夠提供每秒4千萬個包的查詢速率，是目前市場上最快的路由查詢引擎，它能夠提供超過40Gbps的數(shù)據(jù)吞吐量。Internet處理器還可以提供超過20Mpps的報頭統(tǒng)計功能。

740)this.width=740" border=undefined>Juniper Networks的M40骨干網路由器提供了市場領先的轉發(fā)性能，無與倫比的端口密度和靈活性，以及最優(yōu)秀的Internet軟件。

---- 所有的路由查詢速率反映了在硬件上完成的對所有包和所有查詢進行最長匹配路由表查詢的狀況。由于在M40系統(tǒng)中沒有緩存機制，因此也就沒有了緩存丟失的風險。另外，轉發(fā)表可以在不影響轉發(fā)速率的情況下進行更新。Internet處理器是可編程的，它能同時支持四種不同的轉發(fā)表－包括第二層與第三層的。目前所支持的協(xié)議包括IPv4（單點傳送和多點傳送）和MPLS。最后Internet處理器的性能與查詢的長度和轉發(fā)表的大小無關。隨著Internet帶寬需求的不斷增長，Internet處理器和PFE結構將作為未來Juniper平臺的基本組成部分。

JUNOS Internet軟件：流量工程及控制

---- 用于控制及引導網絡流量的協(xié)議和軟件工具對于Internet骨干網路由解決方案是非常重要的。事實上，當運營商希望通過提供各種增值服務使自己在競爭中脫穎而出時，骨干網絡的規(guī)模及復雜性都會相應增加，這是，軟件控制就顯得更為重要了。

JUNOS Internet軟件：JUNOS的模塊化設計使其具有可靠性和快速提供新功能的性能。

---- 作為控制的基礎，M40路由引擎使JUNOS Internet軟件，具有諸多特性，該軟件提供了一系列Internet上廣泛使用的路由協(xié)議。JUNOS軟件提供了BGP4、IS-IS、OSPF、 DVMRRP，和PTM協(xié)議的實現(xiàn)，這些協(xié)議的實現(xiàn)都是由在解決Internet骨干網運營商快速擴展問題方面具有豐富經驗的Juniper Networks的設計隊伍開發(fā)出來的。

---- JUNOS軟件具有模塊化結構，每個分立的程序都運行在一個獨立操作系統(tǒng)之上及保護內存中。與那些非結構化的、不具有保護運行系統(tǒng)的設計不同，JUNOS 軟件對某個模塊的修改不會影響系統(tǒng)的其它部分，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。另外，各模塊間保持清楚的接口利于對軟件的開發(fā)和維護，并能夠更快捷的響應用戶需求及推出新功能。

---- JUNOS軟件通過它的多協(xié)議標計交換（MPLS）的實現(xiàn)提供了新一級別流量工程的能力。JUNOS的MPLS與現(xiàn)有的IETF標準共同發(fā)展，它將其增強的可見性功能加入到業(yè)務參數(shù)中去，并對業(yè)務通過網絡時所選的路徑進行控制。通路選擇使運營商能夠對業(yè)務進行控制，從而對網絡容量進行有效地利用，避免發(fā)生阻塞。MPLS及流量工程將成為運營商擴展其網絡的重要工具。

高效、靈活的設計

市場領先的每英寸機架端口密度

---- Juniper M40 Internet骨干網路由器提供行業(yè)領先的端口密度，確保對寶貴的POP機架空間的有效利用。對于一個35英寸的機箱，M40路由器可提供8個OC- 48/STM-16，32個OC-12/STM-4,128個OC-3/STM-1或128個DS3接口。由于轉發(fā)引擎是過盈設計的，所有接口對任何包尺寸都可以線速操作。各種接口的端口數(shù)見表1。

接口端口/M40端口/7M機架OC-48/STM-16 SONET/SDH816OS-12/STM-4TM3264OC-12/STM-4 SONET/SDH3264OS-3/STM-1ATM64128OC-3/STM-1 SONET/SDH128256DS3128256Gigabit Ethernet2448

---- 表1：M40端口密度：M40提供了無與倫比的密度及功耗性能。

靈活的PIC集中器（FPC）可以包含多至4個PIC。在每個M40機箱上容納最多32個PIC。

無與倫比的接口配置靈活性

---- M40路由器具有當今市場上最靈活的骨干網接口速率組合。M40的接口為物理接口卡（PIC），它安插在靈活的PIC集中器（FPC）板上。M40共有8 個FPC插槽，每個FPC插槽最多支持4個PIC，匯集帶寬高于2.5Gbps，全雙工操作。除了能夠支持一個OC-48的線速接口外，每個FPC可支持 OC-2,0C-3（SONET與ATM），DS3接口的多種組合，在同一個FPC上支持答應多種接口混合使用。支持的PIC接口包括：

1-端口OC-48/STM-16SONET/SDH（注重：OC-48速率PIC占用FPC上所有4個PIC插槽）
1-端口OC-12/STM-4 SONET/SDH
1-端口OC-12/STM-4 ATM
4-端口OC-3/STM-1 SONET/SDH
2-端口OC-3/STM-1 ATM
4-端口DS3
1-端口千兆以太網

服務等級的靈活性

---- M40是為不同服務等級的應用而設計的。M40的排隊機制是基于對輸出接口上的多個隊列進行加權循環(huán)法選擇來完成的。隊列可以配置相應的丟棄配置，從而可以基于緩存容量的利用情況來控制包丟棄的速率。可通過設置隨機早期檢測配置以支持TCP流。

---- M40為運營商設置客戶服務等級提供了極大的靈活性。服務等級的設置可以基于目的地址、物理輸入接口、IPv4優(yōu)先級比特、MPLS的CoS比特、虛電路、下一跳地址，和封裝類型。M40同時也具有對輸入包優(yōu)先級進行重新分配的能力。另外，在輸入部分采用令牌桶機制進行速率策略控制，保證用戶的CIR （承諾信息速率）類型業(yè)務。最后，使用漏斗桶機制在輸出端口上實現(xiàn)速率整形。

低功率消耗。

---- 空間并不是運營商唯一缺乏的資源。隨著運營商POP的增加，數(shù)量越來越大，功率消耗問題變得越來越重要了。事實上，能否提供足夠的功率是某一設備能否支持大型網絡的一個限制因素。由于采用了很少的組件并進行了優(yōu)化設計，Juniper網絡公司的M40路由器在完全配置情況下的功耗不超過1700瓦（35A@48V），提供了最好的性能和每瓦支持的最高端口數(shù)。這種低功耗的特點不僅使運行更有效，而且對冷卻系統(tǒng)的要求也隨之降低，由此節(jié)約了能源，并使POP內部更為經濟有效。

確保網絡高度的穩(wěn)定性

為異常條件進行的設計

---- 當今的骨干網絡采用冗余設計以防止網絡的任何位置發(fā)生故障。當某條鏈路發(fā)生故障時，流量模式會發(fā)生劇烈變化，網絡必須在不增加其它不穩(wěn)定因素的前提下對故障進行處理。為保證網絡設計的完整性，骨干網路由器必須被設計成能在異常條件下工作。當鏈路上的路由器接收到由于某條鏈路發(fā)生故障而轉移過來的流量時，它必須能夠接這些流量并且不降低整個網絡的可靠性。

---- M40結構的設計使它能夠在幾個方面可靠地處理網絡異常情況。對于接口速率來說，Internet處理器的路由查詢能力是“超大的”。另外，接口間共享緩存，緩沖能力可以以容納大型的突發(fā)數(shù)據(jù)包。因此，即便對于很小尺寸的數(shù)據(jù)包，M40也能夠在所有接口上對基進行同時線速轉發(fā)。同時，M40內部的路由和轉發(fā)功能是分開的，這樣便確保了因本地路由不穩(wěn)定性而引起的路由表重新計算不會中斷包轉發(fā)處理。

為可靠性而設計

---- 除了保持網絡的可靠性外，M40路由器的設計也確保了自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性。M40的冷卻系統(tǒng)是完全冗余的，確保不會因個別的風扇或葉輪故障而導致系統(tǒng)故障。類似的，M40的雙電源供電也是完全冗余的，每個電源模塊都能夠提供系統(tǒng)所需的全部功耗負載。此外，M40可以從任何一個冗余存儲媒質上啟動，確保系統(tǒng)在磁盤故障時仍能保持運行。對于軟件的可靠性，JUNOS軟件具有保護模式的模塊化設計結構，每個單獨的進程在一個獨立操作系統(tǒng)之上和保護內存中運行。模塊化設計防止了整個系統(tǒng)范圍的故障，確保對某一部分模塊的修改不會對代碼庫的其它部分造成影響。最后，較少數(shù)量的組件和有效設計相結合，使M40系統(tǒng)具有第一流的可靠性。

M40的應用

靈活、可擴展的超級POP設計

---- M40將先進的轉發(fā)性能、接口的靈活性和豐富的軟件控制功能相結合，成為理想的Internet骨干網路由器。M40路由器的靈活性的JUNOS Internet軟件的兼容性使M40可以無縫地安裝在當今的超級POP環(huán)境中，同時提供了一種將骨干網擴展至更高速率的有效方法。

---- M40路由器的接口種類為骨干網運營商在設計超級POP結構時提供了極大的靈活性。M40和Internet處理器和高速OC-48及0C-12接口使 M40路由器能夠與SDH/SONET傳輸設備及ATM交換設備直接進行連接。M40能夠提供ATM和千兆以太網POP間交換連接，M40的端口密度使其在節(jié)省了寶貴的超級POP空間的同時提供了骨干網鏈接的冗余備份。同時，M40也可作一個將DS3接入電路和ATM或SONET的OC-3電路聚合集中起來的極具呼引力的解決方案。接口的多樣性和高密度使運營商不必配置新的路由器便可增加鏈路和轉換速率。

今天的超級POP：M40提供了極大的靈活性，可以適應今天的超級POP結構，同時具有使網絡繼續(xù)增長的可擴展性。將來的超級POP：性能等級和端口密度使運營商能夠穩(wěn)定地將網絡擴展至吉位速率。

骨干網的核心控制

---- 因為網絡的增長變得越來越快，越來越復雜，JUNOS Internet軟件為運營商提供了良好的流量工程和控制的能力。JUNOS的多協(xié)議標計交換（MPLS）實現(xiàn)提供了一套流量工程的具具，這組工具能夠對骨干網中傳輸?shù)臉I(yè)務進行控制并使業(yè)務具有可見性特點。這種控制和可見性使配置新的帶寬及避免阻塞點變得簡單易行，在擴展網絡時更加可靠。

---- 除了流量工程外，JUNOS軟件還實現(xiàn)了為大型Internet骨干網設計的OSPF和IS-IS內部網關協(xié)議，使運營商可以自由地擴展其網絡，滿足用戶需求。JUNOS的BGP4和策略的實現(xiàn)能夠為運營商間的對等體及路由廣播提供很強的靈活性和控制能力。M40的性能和JUNOS的控制構成了骨干網可靠增長的有力組合。

M40體系結構

---- M40的體系結構提供了快速可靠地擴展Internet骨干網所必須的轉發(fā)速率和網絡控制。M40系統(tǒng)包括一個路由引擎（RE）和一個包轉發(fā)引警（PFE）。路由和轉發(fā)功能的完全分離確保了它們不會對同一CPU資源自己產生競爭。

M40體系結構：路由和轉發(fā)功能的完全分離為網絡可靠成長提供了極佳的性能和控制能力。

路由引擎

---- RE包含運行在Intel平臺上的JUNOS Internet軟件。JUNOS軟件支持Internet可擴展的協(xié)議，它具有靈活的策略軟件，使接收、修改和路由報頭廣播得到最大程度的控制。此外， JUNOS軟件還提供一系列的配置治理工具，簡化了配置過程并有助于防止操作人員的錯誤。

---- RE維護路由表，而轉發(fā)表正是由路由表得來的。RE通過一條專用的100Mbps鏈路連接到PFE，在生成或更新轉發(fā)表后，RE下載一個轉發(fā)表的拷貝到PFE。轉發(fā)表的更新是自動完成的，因此包轉發(fā)并不會因路由的改變而中斷。

M40PFE數(shù)據(jù)包流：最新的ASIC設計使M40具有無與倫比的轉的速率，在所有運行條件都具有最大的穩(wěn)定性，市場領先的端口密度和靈活性。

包轉發(fā)引擎

---- PFE包括一組由Juniper Networks開發(fā)定制的ASIC。進入M40路由器的包有99％以上不經過RE而直接通過PFE進行處理，保證了路由器的線速性能。PFE使用單級緩存的共享內存結構，包在內存中只讀寫一次。單級緩存大大地降低了多級緩存系統(tǒng)所面對的復雜性和吞吐時延。共享的內存分布在FPC上，使內存可以隨接口卡的增加而增加。

---- 在入口處，包先級I/O治理器ASIC進行分析。I/O治理器將包傳遞給分布式緩沖治理器ASIC，使包在整個內存中被均勻分配。分布式緩沖治理器提取報頭轉發(fā)信息并傳遞給Internet處理器進行路由查詢。Internet處理器完成查詢后，在包被排隊并由I/O治理器按照CoS設置進行傳輸前，分布式緩沖治理器將緩存中數(shù)據(jù)包重新恢復。各ASIC間的連接路徑都設計了足夠的容量，專用通道和PFE結構避免了傳統(tǒng)的縱橫交換所必須面對的線路阻塞問題。

Juniper Networks：確保Internet不斷成長

---- 隨著M40 Internet骨干網路由器和JUNOS Internet軟件的推出，Juniper為Internet骨干網運營商提供了一個全新的控制和性能等級。業(yè)界最優(yōu)秀的協(xié)議開發(fā)人員和ASIC硬件設計專家的絕佳組合將使Juniper能夠繼續(xù)推出高性能的路由和轉發(fā)系統(tǒng)，為Internet的持續(xù)飛速增長提供必須的可擴展性、性能和可靠性。另外， Juniper具有為快速增長的Internet骨干網運營商制造并支持路由系統(tǒng)的豐富經驗，這使Juniper既能夠完全了解Internet擴展所面臨的挑戰(zhàn)，又具有幫助Internet運營商擴展其網絡以滿足現(xiàn)在乃至將來需求的非凡能力。

M40技術指標

M40系統(tǒng)結構