核心交換機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).ppt

核心交換機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),華為技術(shù)有限公司,以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 核心交換機(jī)的新發(fā)展 華為核心交換機(jī)簡(jiǎn)介,匯報(bào)提綱,以太網(wǎng)接口技術(shù)發(fā)展,事件,以太網(wǎng) FE GE 10GE,以太網(wǎng)交換機(jī)的成功,以太網(wǎng) VS 令牌環(huán)：從20世紀(jì)80年代后期至今，辦公局域網(wǎng)幾乎被以太網(wǎng)交換機(jī)所壟斷，LAN即以太網(wǎng)。令牌環(huán)現(xiàn)在已經(jīng)很少見(jiàn)了。 以太網(wǎng) VS ATM：從2000年起，以太網(wǎng)基本成為城域網(wǎng)寬帶接入的主力，ATM接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展緩慢。 三層流Cache轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)：使得以太網(wǎng)交換機(jī)從二層走向了三層，進(jìn)入IP領(lǐng)域，由于流cache技術(shù)成本很低，三層交換機(jī)對(duì)路由器的成本優(yōu)勢(shì)明顯，在2000年至2002年，三層交換機(jī)全面進(jìn)入寬帶城域網(wǎng)匯聚層，在很多地方甚至覆蓋到城域網(wǎng)核心層。,不論是80年代的發(fā)展，90年代的局域網(wǎng)壟斷位置和2000年的城域網(wǎng)拓展，以太網(wǎng)交換機(jī)的成功因素都在于：簡(jiǎn)單易用、高帶寬、低成本。,以太網(wǎng)交換機(jī)面臨的挑戰(zhàn),三層流Cache轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)：2003年波及全球的網(wǎng)絡(luò)病毒，成為傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)的流cache轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的終結(jié)者。在大網(wǎng)上的流cache轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機(jī)，在遭受網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊后，都中斷了轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，甚至癱機(jī)。 二層網(wǎng)絡(luò) VS 路由網(wǎng)絡(luò)：全以太城域網(wǎng)構(gòu)成了一個(gè)巨大的二層網(wǎng)絡(luò)，在寬帶用戶激增的情況下，網(wǎng)絡(luò)變得不可控制。伴隨著2003年下半年啟動(dòng)的城域網(wǎng)改造，各地的城域網(wǎng)逐漸演進(jìn)為路由網(wǎng)絡(luò)。 MPLS VPN業(yè)務(wù)：傳統(tǒng)的交換機(jī)只能接入用戶，不能提供更多的新型增值業(yè)務(wù)，例如：MPLS VPN。通過(guò)交換機(jī)上打一個(gè)MPLS業(yè)務(wù)補(bǔ)丁的方式，其集中式處理的業(yè)務(wù)性能瓶頸和較差的服務(wù)品質(zhì)會(huì)成為業(yè)務(wù)發(fā)展瓶頸，使得價(jià)值客戶更加不信任IP網(wǎng)絡(luò)。,在促使價(jià)值客戶轉(zhuǎn)向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，以太網(wǎng)交換機(jī)如何實(shí)現(xiàn)良好的三層轉(zhuǎn)發(fā)，并提供MPLS VPN業(yè)務(wù)，是新時(shí)期交換機(jī)面臨的重要挑戰(zhàn)。,以太網(wǎng)交換機(jī)發(fā)展歷史的啟示,大容量、高帶寬,低成本設(shè)計(jì),逐步發(fā)展新業(yè)務(wù),成本與發(fā)展取得平衡,以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 核心交換機(jī)的新發(fā)展 交換體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn) 轉(zhuǎn)發(fā)方式的改進(jìn) MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā) 核心交換機(jī)的未來(lái)之路,匯報(bào)提綱,高端交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)演進(jìn),高端交換機(jī)發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了五種交換網(wǎng)絡(luò)形式： 共享總線 環(huán)形交換 共享內(nèi)存 Crossbar 分布式Crossbar共享內(nèi)存,總線式,總線交換是最古老的一種數(shù)據(jù)交換方式，這種方式的主要特點(diǎn)是沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的交換網(wǎng)芯片，通過(guò)共享背板總線進(jìn)行各線卡之間的數(shù)據(jù)傳遞，各線卡分時(shí)占用背板總線； 結(jié)構(gòu)和技術(shù)比較簡(jiǎn)單，但交換容量受背板總線帶寬限制，無(wú)法構(gòu)建大容量系統(tǒng)，并且隨著背板總線帶寬的增加，碼流的同步控制也成為一大瓶頸； 目前采用這種交換方式的系統(tǒng)交換容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系統(tǒng)。 這種交換形式在一些老機(jī)型上仍有使用，新的系統(tǒng)不會(huì)采用這種交換形式。這種交換形式將逐漸被淘汰,環(huán)形交換,環(huán)形交換實(shí)質(zhì)上仍然是一種總線交換方式，改進(jìn)點(diǎn)就是將總線移到了芯片中，而不是在背板上； 帶寬有所提高，但是沒(méi)有根本改善； 采用這種交換方式的系統(tǒng)容量在32G-64G之間，一般來(lái)講都是有阻塞的系統(tǒng)；這種交換形式也將逐漸被淘汰。,Crossbar交換矩陣,Crossbar交換網(wǎng)采用矩陣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞交換，在交換網(wǎng)內(nèi)部沒(méi)有帶寬瓶頸，不會(huì)因?yàn)閹捹Y源不夠而產(chǎn)生阻塞； Crossbar交換網(wǎng)的擴(kuò)展能力非常強(qiáng)，交換容量可以做的很大，目前單顆芯片交換容量在256G700G之間。,共享內(nèi)存,共享內(nèi)存交換與上述交換方式有本質(zhì)不同，是一種全新的交換方式,其優(yōu)點(diǎn)是支持大量突發(fā)數(shù)據(jù)緩沖,演進(jìn)：分布Crossbar+共享內(nèi)存,分布式Crossbar共享內(nèi)存的體系結(jié)構(gòu)是核心交換機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，保證了現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)核心能支撐未來(lái)海量的數(shù)據(jù)交換和靈活的多業(yè)務(wù)支持需求,除了交換網(wǎng)板采用了Crossbar架構(gòu)之外，在每個(gè)業(yè)務(wù)板上也采用了Crossbar+共享緩存的架構(gòu) 在業(yè)務(wù)板上采用共享內(nèi)存可以很好地解決了對(duì)突發(fā)流量的吸收問(wèn)題，在業(yè)務(wù)板和交換網(wǎng)板之間采用Crossbar方式以提高交換容量和端口密度,以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 核心交換機(jī)的新發(fā)展 交換體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn) 轉(zhuǎn)發(fā)方式的改進(jìn) MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā) 核心交換機(jī)的未來(lái)之路,匯報(bào)提綱,2000年三層交換機(jī)的概念, ,三層交換機(jī) = L2交換機(jī) + 小三層的帽子。（2000年）,帽子（小三層轉(zhuǎn)發(fā)) 身體(Vlan交換機(jī)),流Cache轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)成功的原因,路由學(xué)習(xí),路由更新信息,路由表,首包查精確匹配路由,L3 CPU,流Cache表,報(bào)文,后續(xù)包,L3接口板,流Cache表,后續(xù)包,L3接口板,流Cache表,后續(xù)包,L3接口板,首包,首包,首包,ASIC算法簡(jiǎn)單成本低廉，是流cache技術(shù)在2000-2001成功的關(guān)鍵。2000-2001年城域網(wǎng)絡(luò)處于開(kāi)拓期，接近局域網(wǎng)的要求，尚未進(jìn)入精耕細(xì)作的經(jīng)營(yíng)階段，是流Cache技術(shù)存在的前提。,流Cache精確匹配表構(gòu)成：源IP地址、目的IP地址、出接口。 首包利用CPU處理，CPU將結(jié)果下發(fā)Cache表，后續(xù)包通過(guò)硬件查表方式實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)。 流Cache轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制ASIC實(shí)現(xiàn)成本低（硬件邏輯設(shè)計(jì)、工藝等方面），對(duì)CPU的處理能力要求也不高，因而進(jìn)一步降低了成本。,流Cache轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)缺陷,路由學(xué)習(xí),路由更新信息,路由表,首包查精確匹配路由,L3 CPU,流Cache表,報(bào)文,后續(xù)包,L3接口板,傳統(tǒng)的L3使用流Cache技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)蠕蟲(chóng)病毒的攻擊時(shí)（病毒報(bào)文流量不斷掃描目的IP地址，即病毒報(bào)文每包都是新地址，因此每個(gè)病毒報(bào)文都會(huì)上L3 CPU查找路由表），L3 CPU被巨大病毒流量堵死，L3接口板發(fā)生流Cache表溢出，造成網(wǎng)速急劇下降、用戶斷線、無(wú)法上網(wǎng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下流cache L3崩潰。,案例1：2001年7月1920日爆發(fā)的全球范圍的紅色代碼病毒，13小時(shí)內(nèi)使得全球30多個(gè)運(yùn)營(yíng)商局部網(wǎng)絡(luò)癱瘓 案例2：2003年8月12-25日爆發(fā)沖擊波網(wǎng)絡(luò)蠕蟲(chóng)病毒，在國(guó)內(nèi)造成上萬(wàn)個(gè)局域網(wǎng)癱瘓，大量基于流Cache技術(shù)進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā)的L3崩潰,流Cache表,后續(xù)包,L3接口板,流Cache表,后續(xù)包,L3接口板,首包,首包,首包,高品質(zhì)核心交換機(jī)的最長(zhǎng)匹配路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,路由學(xué)習(xí),路由表,S8500主控,最長(zhǎng)匹配路由表,報(bào)文,所有包,S8500接口板,路由更新信息,隨著相關(guān)技術(shù)的突破，最長(zhǎng)匹配路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)成本也在取得平衡，雖然成本還沒(méi)有降到流Cache轉(zhuǎn)發(fā)芯片的程度，但是一些具備遠(yuǎn)瞻性的核心交換機(jī)設(shè)計(jì)，開(kāi)始采用最長(zhǎng)匹配路由技術(shù)。,高品質(zhì)的核心交換機(jī),三層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)引擎天然支持最長(zhǎng)匹配路由查找算法，三層轉(zhuǎn)發(fā)特性不再是一個(gè)可有可無(wú)的帽子，而是其身體內(nèi)部的一個(gè)功能。,以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 核心交換機(jī)的新發(fā)展 交換體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn) 轉(zhuǎn)發(fā)方式的改進(jìn) MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā) 華為核心交換機(jī)簡(jiǎn)介,匯報(bào)提綱,2001年交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)MPLS VPN的方法,骨干網(wǎng),大客戶,增加一個(gè)路由器來(lái)處理MPLS VPN報(bào)文,由于傳統(tǒng)交換機(jī)不支持MPLS VPN，只能新加一個(gè)路由器，提供MPLS VPN。由于集中式處理VPN，存在性能瓶頸。 這個(gè)補(bǔ)丁方案可以進(jìn)行業(yè)務(wù)試驗(yàn)，無(wú)法支撐大網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)需求。,MPLS VPN的實(shí)現(xiàn)方案,目前，在核心交換機(jī)支持MPLS業(yè)務(wù)的方案上，存在兩種實(shí)現(xiàn)方式：集中式、分布式。 MPLS VPN集中式轉(zhuǎn)發(fā)：即通過(guò)新增加一塊集中式業(yè)務(wù)處理板來(lái)集中處理MPLS業(yè)務(wù)，這種方式可緩解老設(shè)備不支持MPLS的問(wèn)題；但這種方式缺點(diǎn)比較嚴(yán)重，存在業(yè)務(wù)性能瓶頸，無(wú)法支撐MPLS VPN的大規(guī)模運(yùn)營(yíng)需求。 MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā)：即每塊接口板都支持基于ASIC的MPLS硬件線速處理，這種方式可以支持大網(wǎng)的流量業(yè)務(wù)需求，沒(méi)有帶寬和處理能力的瓶頸限制，具備優(yōu)異的可擴(kuò)展性。,MPLS集中式處理流程,CROSSBAR,交換網(wǎng),CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,集中業(yè)務(wù)卡,L2/L3流量,MPLS VPN流量,集中式業(yè)務(wù)處理板是MPLS VPN的性能瓶頸。,核心交換機(jī)是否需要戴一個(gè)MPLS新帽子？,帽子 身體(三層交換機(jī)),？,（MPLS VPN),MPLS分布式轉(zhuǎn)發(fā)引擎,MPLS VPN引擎分布在各線卡上，各線卡協(xié)同工作，分別處理。 分布式MPLS VPN轉(zhuǎn)發(fā)處理有效的避免了集中式處理的MPLS業(yè)務(wù)性能瓶頸缺陷，能更加穩(wěn)定可靠的支持運(yùn)營(yíng)級(jí)MPLS VPN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理。,線卡內(nèi)置高性能 MPLS轉(zhuǎn)發(fā)引擎,線卡內(nèi)置高性能MPLS轉(zhuǎn)發(fā)引擎,線卡內(nèi)置高性能MPLS轉(zhuǎn)發(fā)引擎,線卡內(nèi)置高性能MPLS轉(zhuǎn)發(fā)引擎,線卡內(nèi)置高性能MPLS轉(zhuǎn)發(fā)引擎,MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā)流程,CROSSBAR ASIC芯片,交換網(wǎng),CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,L2/L3流量,MPLS VPN流量,MPLS VPN分布式轉(zhuǎn)發(fā)引擎，MPLS VPN與二層、三層的轉(zhuǎn)發(fā)性能一致。,新時(shí)期的可運(yùn)營(yíng)可管理MPLS VPN解決方案,L3,L3,L3,部署新一代核心交換機(jī)的城域網(wǎng)絡(luò)，MPLS VPN業(yè)務(wù)具備良好的魯棒性，不論是小業(yè)務(wù)流量還是大業(yè)務(wù)流量，穩(wěn)定性始終如一。VPN用戶流量即使爆炸性發(fā)展也不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量，滿足網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)營(yíng)可管理的高品質(zhì)需求。,和諧之美,高品質(zhì)核心交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)引擎內(nèi)在支持運(yùn)營(yíng)型業(yè)務(wù)，穩(wěn)定性始終如一，有效支撐業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。,以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 核心交換機(jī)的新發(fā)展 華為核心交換機(jī)簡(jiǎn)介,匯報(bào)提綱,Quidway S8500系列核心路由交換機(jī),7個(gè)槽位，5個(gè)通用I/O槽 背板容量：750G 交換容量：300G 包轉(zhuǎn)發(fā)率：180M pps,S8505,S8512,14個(gè)槽位，12個(gè)業(yè)務(wù)槽 背