核心交換機技術發(fā)展趨勢.ppt

核心交換機技術發(fā)展趨勢,華為技術有限公司,以太網交換機的發(fā)展簡史 核心交換機的新發(fā)展 華為核心交換機簡介,匯報提綱,以太網接口技術發(fā)展,事件,以太網 FE GE 10GE,以太網交換機的成功,以太網 VS 令牌環(huán)：從20世紀80年代后期至今，辦公局域網幾乎被以太網交換機所壟斷，LAN即以太網。令牌環(huán)現(xiàn)在已經很少見了。 以太網 VS ATM：從2000年起，以太網基本成為城域網寬帶接入的主力，ATM接入網絡發(fā)展緩慢。 三層流Cache轉發(fā)技術：使得以太網交換機從二層走向了三層，進入IP領域，由于流cache技術成本很低，三層交換機對路由器的成本優(yōu)勢明顯，在2000年至2002年，三層交換機全面進入寬帶城域網匯聚層，在很多地方甚至覆蓋到城域網核心層。,不論是80年代的發(fā)展，90年代的局域網壟斷位置和2000年的城域網拓展，以太網交換機的成功因素都在于：簡單易用、高帶寬、低成本。,以太網交換機面臨的挑戰(zhàn),三層流Cache轉發(fā)技術：2003年波及全球的網絡病毒，成為傳統(tǒng)以太網交換機的流cache轉發(fā)技術的終結者。在大網上的流cache轉發(fā)的三層交換機，在遭受網絡病毒攻擊后，都中斷了轉發(fā)業(yè)務，甚至癱機。 二層網絡 VS 路由網絡：全以太城域網構成了一個巨大的二層網絡，在寬帶用戶激增的情況下，網絡變得不可控制。伴隨著2003年下半年啟動的城域網改造，各地的城域網逐漸演進為路由網絡。 MPLS VPN業(yè)務：傳統(tǒng)的交換機只能接入用戶，不能提供更多的新型增值業(yè)務，例如：MPLS VPN。通過交換機上打一個MPLS業(yè)務補丁的方式，其集中式處理的業(yè)務性能瓶頸和較差的服務品質會成為業(yè)務發(fā)展瓶頸，使得價值客戶更加不信任IP網絡。,在促使價值客戶轉向寬帶網絡過程中，以太網交換機如何實現(xiàn)良好的三層轉發(fā)，并提供MPLS VPN業(yè)務，是新時期交換機面臨的重要挑戰(zhàn)。,以太網交換機發(fā)展歷史的啟示,大容量、高帶寬,低成本設計,逐步發(fā)展新業(yè)務,成本與發(fā)展取得平衡,以太網交換機的發(fā)展簡史 核心交換機的新發(fā)展 交換體系結構的演進 轉發(fā)方式的改進 MPLS VPN分布式轉發(fā) 核心交換機的未來之路,匯報提綱,高端交換機的體系結構演進,高端交換機發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了五種交換網絡形式： 共享總線 環(huán)形交換 共享內存 Crossbar 分布式Crossbar共享內存,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是沒有專門的交換網芯片，通過共享背板總線進行各線卡之間的數(shù)據(jù)傳遞，各線卡分時占用背板總線； 結構和技術比較簡單，但交換容量受背板總線帶寬限制，無法構建大容量系統(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型上仍有使用，新的系統(tǒng)不會采用這種交換形式。這種交換形式將逐漸被淘汰,環(huán)形交換,環(huán)形交換實質上仍然是一種總線交換方式，改進點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交換網采用矩陣結構實現(xiàn)無阻塞交換，在交換網內部沒有帶寬瓶頸，不會因為帶寬資源不夠而產生阻塞； Crossbar交換網的擴展能力非常強，交換容量可以做的很大，目前單顆芯片交換容量在256G700G之間。,共享內存,共享內存交換與上述交換方式有本質不同，是一種全新的交換方式,其優(yōu)點是支持大量突發(fā)數(shù)據(jù)緩沖,演進：分布Crossbar+共享內存,分布式Crossbar共享內存的體系結構是核心交換機設計的發(fā)展方向，保證了現(xiàn)在的網絡核心能支撐未來海量的數(shù)據(jù)交換和靈活的多業(yè)務支持需求,除了交換網板采用了Crossbar架構之外，在每個業(yè)務板上也采用了Crossbar+共享緩存的架構 在業(yè)務板上采用共享內存可以很好地解決了對突發(fā)流量的吸收問題，在業(yè)務板和交換網板之間采用Crossbar方式以提高交換容量和端口密度,以太網交換機的發(fā)展簡史 核心交換機的新發(fā)展 交換體系結構的演進 轉發(fā)方式的改進 MPLS VPN分布式轉發(fā) 核心交換機的未來之路,匯報提綱,2000年三層交換機的概念, ,三層交換機 = L2交換機 + 小三層的帽子。（2000年）,帽子（小三層轉發(fā)) 身體(Vlan交換機),流Cache轉發(fā)技術成功的原因,路由學習,路由更新信息,路由表,首包查精確匹配路由,L3 CPU,流Cache表,報文,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算法簡單成本低廉，是流cache技術在2000-2001成功的關鍵。2000-2001年城域網絡處于開拓期，接近局域網的要求，尚未進入精耕細作的經營階段，是流Cache技術存在的前提。,流Cache精確匹配表構成：源IP地址、目的IP地址、出接口。 首包利用CPU處理，CPU將結果下發(fā)Cache表，后續(xù)包通過硬件查表方式實現(xiàn)線速轉發(fā)。 流Cache轉發(fā)機制ASIC實現(xiàn)成本低（硬件邏輯設計、工藝等方面），對CPU的處理能力要求也不高，因而進一步降低了成本。,流Cache轉發(fā)技術缺陷,路由學習,路由更新信息,路由表,首包查精確匹配路由,L3 CPU,流Cache表,報文,后續(xù)包,L3接口板,傳統(tǒng)的L3使用流Cache技術轉發(fā)，在網絡蠕蟲病毒的攻擊時（病毒報文流量不斷掃描目的IP地址，即病毒報文每包都是新地址，因此每個病毒報文都會上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，造成網速急劇下降、用戶斷線、無法上網等現(xiàn)象，嚴重的情況下流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小時內使得全球30多個運營商局部網絡癱瘓 案例2：2003年8月12-25日爆發(fā)沖擊波網絡蠕蟲病毒，在國內造成上萬個局域網癱瘓，大量基于流Cache技術進行三層轉發(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,高品質核心交換機的最長匹配路由轉發(fā)機制,路由學習,路由表,S8500主控,最長匹配路由表,報文,所有包,S8500接口板,路由更新信息,隨著相關技術的突破，最長匹配路由轉發(fā)技術與實現(xiàn)成本也在取得平衡，雖然成本還沒有降到流Cache轉發(fā)芯片的程度，但是一些具備遠瞻性的核心交換機設計，開始采用最長匹配路由技術。,高品質的核心交換機,三層交換機的轉發(fā)引擎天然支持最長匹配路由查找算法，三層轉發(fā)特性不再是一個可有可無的帽子，而是其身體內部的一個功能。,以太網交換機的發(fā)展簡史 核心交換機的新發(fā)展 交換體系結構的演進 轉發(fā)方式的改進 MPLS VPN分布式轉發(fā) 華為核心交換機簡介,匯報提綱,2001年交換機網絡實現(xiàn)MPLS VPN的方法,骨干網,大客戶,增加一個路由器來處理MPLS VPN報文,由于傳統(tǒng)交換機不支持MPLS VPN，只能新加一個路由器，提供MPLS VPN。由于集中式處理VPN，存在性能瓶頸。 這個補丁方案可以進行業(yè)務試驗，無法支撐大網的運營需求。,MPLS VPN的實現(xiàn)方案,目前，在核心交換機支持MPLS業(yè)務的方案上，存在兩種實現(xiàn)方式：集中式、分布式。 MPLS VPN集中式轉發(fā)：即通過新增加一塊集中式業(yè)務處理板來集中處理MPLS業(yè)務，這種方式可緩解老設備不支持MPLS的問題；但這種方式缺點比較嚴重，存在業(yè)務性能瓶頸，無法支撐MPLS VPN的大規(guī)模運營需求。 MPLS VPN分布式轉發(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的流量業(yè)務需求，沒有帶寬和處理能力的瓶頸限制，具備優(yōu)異的可擴展性。,MPLS集中式處理流程,CROSSBAR,交換網,CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,集中業(yè)務卡,L2/L3流量,MPLS VPN流量,集中式業(yè)務處理板是MPLS VPN的性能瓶頸。,核心交換機是否需要戴一個MPLS新帽子？,帽子 身體(三層交換機),？,（MPLS VPN),MPLS分布式轉發(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轉發(fā)處理有效的避免了集中式處理的MPLS業(yè)務性能瓶頸缺陷，能更加穩(wěn)定可靠的支持運營級MPLS VPN業(yè)務數(shù)據(jù)處理。,線卡內置高性能 MPLS轉發(fā)引擎,線卡內置高性能MPLS轉發(fā)引擎,線卡內置高性能MPLS轉發(fā)引擎,線卡內置高性能MPLS轉發(fā)引擎,線卡內置高性能MPLS轉發(fā)引擎,MPLS VPN分布式轉發(fā)流程,CROSSBAR ASIC芯片,交換網,CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,L2/L3流量,MPLS VPN流量,MPLS VPN分布式轉發(fā)引擎，MPLS VPN與二層、三層的轉發(fā)性能一致。,新時期的可運營可管理MPLS VPN解決方案,L3,L3,L3,部署新一代核心交換機的城域網絡，MPLS VPN業(yè)務具備良好的魯棒性，不論是小業(yè)務流量還是大業(yè)務流量，穩(wěn)定性始終如一。VPN用戶流量即使爆炸性發(fā)展也不會影響網絡運行質量，滿足網絡可運營可管理的高品質需求。,和諧之美,高品質核心交換機的轉發(fā)引擎內在支持運營型業(yè)務，穩(wěn)定性始終如一，有效支撐業(yè)務的快速發(fā)展。,以太網交換機的發(fā)展簡史 核心交換機的新發(fā)展 華為核心交換機簡介,匯報提綱,Quidway S8500系列核心路由交換機,7個槽位，5個通用I/O槽 背板容量：750G 交換容量：300G 包轉發(fā)率：180M pps,S8505,S8512,14個槽位，12個業(yè)務槽 背