智能交換式IP骨干網(wǎng)解決方案

1、 智能交換式IP骨干網(wǎng)解決方案 摘要、很明顯，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要求建造一個(gè)高速ip交換主干，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)主干所應(yīng)具有的功能可以引用歐洲網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)室主任robertmandeville對交換式ip主干的看法 關(guān)鍵詞、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ip交換主干 一、網(wǎng)絡(luò)需求分析-這是一個(gè)典型的園區(qū)網(wǎng)，主節(jié)點(diǎn)由六棟樓組成，網(wǎng)絡(luò)用戶的分布、各個(gè)樓之間的位置和距離見下圖1。 -網(wǎng)絡(luò)的需求主要有、企業(yè)網(wǎng)的計(jì)算模式由客戶/服務(wù)器向intra轉(zhuǎn)移，ip將作為唯一的協(xié)議而被采用，但必須考慮如何為話音和視頻應(yīng)用提供足夠的服務(wù)質(zhì)量保證。 大幅度提高網(wǎng)絡(luò)帶寬，包括桌面、部門服務(wù)器和主干的帶寬，顯著改善響應(yīng)時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)能快速有效地傳送ip數(shù)據(jù)包。

2、容錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)集中的網(wǎng)絡(luò)管理，特別是對虛擬網(wǎng)的管理必須保證靈活和安全。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持動(dòng)態(tài)地組建跨部門的項(xiàng)目小組。較低的費(fèi)用。 -由于各建筑物之間已鋪好足夠數(shù)量的光纖，且在距離較遠(yuǎn)的樓之間（如m2和rd2之間）使用單模光纖，距離近的樓之間使用多模光纖，所以，網(wǎng)絡(luò)主干的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有布線結(jié)構(gòu)上的限制，但主干上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)能同時(shí)提供多模和單模光纖接口。 -因此，樓內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，可以由一個(gè)數(shù)據(jù)中心集中連接各配線間，即形成所謂塌陷式主干（collapsedbackbone）。見右邊示意圖2。 二、技術(shù)解決方案建議 -很明顯，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要求建造一個(gè)高速ip交換主干，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)主干所應(yīng)具有的功能可以引用歐洲

3、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)室主任robertmandeville對交換式ip主干的看法、 ip包的轉(zhuǎn)發(fā)速度快。千兆以太網(wǎng)和atm均可達(dá)到每秒千兆位級(jí)的速度，但還需考慮這兩種技術(shù)在ip傳輸效率、服務(wù)質(zhì)量保證、價(jià)格和可管理性等方面的因素。可為不同的應(yīng)用提供不同級(jí)別的服務(wù)，并能與inter協(xié)同工作。能支持ip上的話音應(yīng)用，并透過ip多點(diǎn)組播（ipmulticast）支持視頻應(yīng)用。適應(yīng)移動(dòng)的用戶和工作組。網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)調(diào)整配置以保證移動(dòng)用戶的原有身份。有能力以線速交換第四層的數(shù)據(jù)流。 -這些看法與本次招標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)需求是一致的，并對某些需求進(jìn)一步做了細(xì)化。根據(jù)上述的需求分析，以及新一代ip交換主干的特點(diǎn)，本文提出以下技術(shù)建議

4、、 -1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) -主干的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)考慮容錯(cuò)性和多鏈路上的負(fù)載共享，以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為好，但還需根據(jù)各樓內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的種類及投資等因素進(jìn)行配置。主干的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見下圖3、 -樓內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖說已有定論，但不同廠家的具體方案仍有不同。右圖所示的結(jié)構(gòu)在某些廠商的方案中經(jīng)常見到，即數(shù)據(jù)中心由交換機(jī)和路由器（或第三層交換機(jī)）共同組成，當(dāng)然數(shù)量視具體情況定，比如兩臺(tái)交換機(jī)加兩臺(tái)第三層交換機(jī)組成數(shù)據(jù)中心，見圖4(b)。，加了延時(shí)；由于使用了成倍數(shù)量的交換機(jī)，費(fèi)用也增加不少。 -更好的結(jié)構(gòu)當(dāng)然是完全由第三層交換機(jī)（或稱為交換式路由器）組建數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)中沒有通信瓶頸，桌面到服務(wù)器僅需2次跳步，而且一臺(tái)設(shè)備

5、取代二臺(tái)設(shè)備，成本大大降低。如果考慮到數(shù)據(jù)中心的容錯(cuò)，可以用兩臺(tái)第三層交換機(jī)并構(gòu)成冗余連接。配線間中布置新一代第2層交換機(jī)。值得引起注意的是，當(dāng)采用冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，數(shù)據(jù)中心交換機(jī)需要提供2至3倍于非冗余結(jié)構(gòu)所需的端口數(shù)量。 圖5.純l3式數(shù)據(jù)中心 -下表1列出目前在市場上可購買到的第三層交換機(jī)的千兆以太網(wǎng)端口密度。 表1.第三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)的端口密度 -由于主干交換機(jī)是第3、4層交換機(jī)，支持ospf協(xié)議，所以園區(qū)網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)連接上的冗余，而且運(yùn)用ospf協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)多鏈路負(fù)載分享。 -2.園區(qū)網(wǎng)絡(luò)主干的技術(shù)選擇 -毫無疑問，目前可行的選擇技術(shù)只有2種，即622mbpsatm

6、和千兆以太網(wǎng)。下面對這2種技術(shù)在與ip相關(guān)的多個(gè)方面進(jìn)行了對比、 千兆以太網(wǎng)（以幀方式傳輸）atm（以信元方式傳輸），atm的站點(diǎn)和邊緣交換機(jī)支持abr未被普遍采用實(shí)現(xiàn)上的難易程度交換機(jī)需要高速背板的支持需要新的硬件控制器第三層交換不要求對原網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行徹底更新需要有系統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)和維護(hù)atm網(wǎng)需要新的硬件以支持mpoa客戶用戶需重新培訓(xùn)是否能保證網(wǎng)絡(luò)的平滑升級(jí)新的幀格式向后兼容第三層交換不要求對原網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行徹底更新利用mpoa在ip主機(jī)之間建立捷徑式路經(jīng)，mpoa要求硬件支持虛擬網(wǎng)用802.1q建立基于端口的vlanintra要求建立基于子網(wǎng)的vlan某些交換機(jī)支持基于策略的虛擬網(wǎng)atm的強(qiáng)項(xiàng)vl

7、an與lane和mpoa集成在一起每個(gè)端口可屬于多個(gè)vlanipmulticast第2、3層交換機(jī)使用igmpsnooping技術(shù)自動(dòng)設(shè)置ipmulticast小組某些第3層交換機(jī)還支持dvmrp路由協(xié)議可以建立點(diǎn)到多點(diǎn)的虛連接第4層數(shù)據(jù)流的控制asic硬件可辨認(rèn)tcp的端口號(hào)交換機(jī)可將qos/cos/tos參數(shù)應(yīng)用于交換的數(shù)據(jù)流上對ip應(yīng)用區(qū)分優(yōu)先級(jí)無 -從以上對比可以看出，建設(shè)交換式ip園區(qū)骨干網(wǎng)所需的功能用千兆以太網(wǎng)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。這主要是由于支持千兆以太網(wǎng)的第3/4層交換機(jī)的出現(xiàn)大大地增強(qiáng)了千兆以太網(wǎng)在園區(qū)的地位，原來認(rèn)為的以太網(wǎng)的一些不足，如對多媒體應(yīng)用的支持、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和

8、多鏈路負(fù)載分享、基于標(biāo)準(zhǔn)的虛擬網(wǎng)等，已被新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)所解決。某些千兆以太網(wǎng)交換機(jī)（如smartswitchrouter交換式路由器）在單模光纖上傳輸距離可達(dá)75公里，同時(shí)還支持ipoversdh/so，使得這種技術(shù)能從園區(qū)擴(kuò)展到城域網(wǎng)。 -atm技術(shù)將繼續(xù)在一定時(shí)期內(nèi)在廣域網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮作用；對于那些要求有嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量保證（例如利用atm的線路仿真技術(shù)提供高質(zhì)量的話音通訊）的用戶來說，atm技術(shù)仍是值得考慮的選擇。 -本文針對此建議需求書的要求，采用千兆以太網(wǎng)和第3/4層交換機(jī)作為解決方案的核心。下面看看這些需求在技術(shù)上是如何被滿足的、 -(1)支持向intra轉(zhuǎn)移 -intra與傳統(tǒng)企業(yè)網(wǎng)的

9、最大不同是信息流模式的轉(zhuǎn)變，即所謂20/80規(guī)則的倒轉(zhuǎn)。在傳統(tǒng)企業(yè)網(wǎng)中，80%的流量發(fā)生在ip子網(wǎng)內(nèi)部，20%的流量發(fā)生在ip子網(wǎng)之間；而在intra中，由于各部門均可設(shè)置自己的web服務(wù)器，用戶也不關(guān)心所訪問的服務(wù)器的物理位置，他們訪問這些服務(wù)器時(shí)，80%的流量是跨子網(wǎng)的，只有20%的流量是在本部門內(nèi)發(fā)生的。intra的這種流量模式要求網(wǎng)絡(luò)的ip路由速度有大幅度的提升，這是傳統(tǒng)路由器所無法勝任的。交換式路由器采用專用集成電路實(shí)現(xiàn)線速ip， 路由性能，并可實(shí)施第4層的控制，如為各種應(yīng)用保留帶寬、設(shè)置防火墻、以及為不同的應(yīng)用區(qū)分不同的優(yōu)先級(jí)別等。交換式路由器是建造intra的最理想的骨干設(shè)備。

10、-(2)支持話音和視頻應(yīng)用 -話音和視頻應(yīng)用要求網(wǎng)絡(luò)能夠保證服務(wù)質(zhì)量，服務(wù)質(zhì)量可以由以下因素來判斷、 -延時(shí) -可獲得的帶寬-延時(shí)的抖動(dòng)-丟包率 -本方案主要利用4個(gè)技術(shù)來保證服務(wù)質(zhì)量、高速度和高帶寬。采用千兆以太網(wǎng)作為骨干、桌面直接采用交換的10/100mbps，且骨干采用多鏈路冗余、網(wǎng)絡(luò)的帶寬遠(yuǎn)超過一般多媒體應(yīng)用所需的帶寬。流量優(yōu)先化處理。ieee802.1p為以太網(wǎng)幀定義了8個(gè)優(yōu)先級(jí)別，不同類別的應(yīng)用被賦予不同的優(yōu)先級(jí)別，支持802.1p的交換機(jī)在每個(gè)端口都設(shè)置多個(gè)輸入/輸出隊(duì)列，這些隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)別是不同的，網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量的要求為這些應(yīng)用制定基于802.1p的優(yōu)先級(jí)

11、別。交換式路由器與第2層交換機(jī)相比，除了能辨認(rèn)數(shù)據(jù)包中的802.1p位，而且能夠辨認(rèn)出各種應(yīng)用的信息流，并根據(jù)網(wǎng)管人員制定的有關(guān)服務(wù)質(zhì)量的策略將這些信息流送入不同級(jí)別的隊(duì)列中。交換式路由器通過復(fù)雜的隊(duì)列管理機(jī)制來保證對時(shí)間敏感的應(yīng)用（其數(shù)據(jù)流一般也是高優(yōu)先級(jí)別的）優(yōu)先被轉(zhuǎn)發(fā)出目的端口，好的隊(duì)列管理機(jī)制也可進(jìn)行流量控制和流量整形（trafficshaping），以保證數(shù)據(jù)流不會(huì)擁塞交換機(jī)，以及獲得平穩(wěn)的數(shù)據(jù)流輸出，這對話音和視頻會(huì)議這樣的多媒體應(yīng)用是非常重要的。 帶寬預(yù)留。透過rsvp（資源保留協(xié)議），交換式路由器可以動(dòng)態(tài)地為特定的應(yīng)用保留所需的帶寬。另外，交換式路由器具有對應(yīng)用層信息流進(jìn)行控制

12、的能力，可以分辨出不同的信息流并為它們提供服務(wù)質(zhì)量保證。利用ipmulticast技術(shù)可以使視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播等應(yīng)用的信息流只流向需接收這些數(shù)據(jù)流的站點(diǎn)，而不會(huì)漫延到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)multicast組之間可以互不干擾，從而保證多媒體應(yīng)用的運(yùn)行更加暢通無阻。 -以上技術(shù)配合使用，雖還不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的服務(wù)質(zhì)量保證，但實(shí)際效果卻足以滿足絕大多數(shù)多媒體應(yīng)用的質(zhì)量要求。 -(3)顯著改善響應(yīng)時(shí)間 -交換式千兆以太網(wǎng)骨干、低延時(shí)的交換機(jī)、能對流量進(jìn)行應(yīng)用層控制的交換式路由器，這些技術(shù)和產(chǎn)品均可大幅度改善網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間。 -(4)容錯(cuò) -網(wǎng)狀的骨干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙核心交換機(jī)、冗余的配線間連接等，這些都保證

13、了網(wǎng)絡(luò)中沒有單點(diǎn)故障。交換式路由器支持vrrp（虛擬的冗余路由器協(xié)議）和ospf協(xié)議，前者用于2個(gè)交換式路由器互為備份，后者用于旁路出故障的連接。 -(5)集中的網(wǎng)絡(luò)管理和較低的總體費(fèi)用 -cabletron公司的網(wǎng)管系統(tǒng)軟件spectrum正可擔(dān)當(dāng)集中管理的任務(wù)。本方案為降低總體費(fèi)用，采用了交換式路由器而不是普通路由器作為核心設(shè)備。交換式路由器的性能是普通路由器的10100倍，而價(jià)格只有后者的十分之一。 ，可以看出，這是一個(gè)容錯(cuò)性極好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 圖3.m1樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖4.r&d1樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖5.m1樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖6.a1樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖7.a2樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖8.樓r&d2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)四

14、、本方案實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能及方案的優(yōu)勢ip包的轉(zhuǎn)發(fā)速度快。有第 3、4層功能的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)smartswitchrouter是業(yè)界性能最好的此類交換機(jī)，可以線速進(jìn)行第2、3、4層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)而不丟包，其交換矩陣速度可達(dá)32gbps，第3、4層交換能力超過3000萬包/秒。workcomputing雜志今年對多廠商的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格測試，結(jié)果是smartswitchrouter獲得最高分，并榮獲該雜志為交換機(jī)設(shè)置的唯一一個(gè)“編輯選擇獎(jiǎng)”。 容錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主干為網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過ospf協(xié)議實(shí)現(xiàn)多鏈路負(fù)載分享。主干帶寬達(dá)8000mbps，并具有足夠的擴(kuò)展性。smartswitchrout

15、er支持vrrp協(xié)議，實(shí)現(xiàn)雙smartswitchrouter之間的動(dòng)態(tài)互為備份。樓層的交換機(jī)均由多條線路連接至樓內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，多鏈路之間可進(jìn)行負(fù)載分享和互為備份?？蔀椴煌膽?yīng)用提供不同級(jí)別的服務(wù)，并能與inter協(xié)同工作。本方案采用的各型交換機(jī)均支持ieee802.1p標(biāo)準(zhǔn)，smartswitchrouter更具有對應(yīng)用層的數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制的能力，可以保證服務(wù)質(zhì)量。這種交換機(jī)還支持rip、ospf和bgp協(xié)議，并提供廣域網(wǎng)和ipoversdh/so接口，可以和inter協(xié)同工作。能支持ip上的話音應(yīng)用，并透過ip多點(diǎn)組播（ipmulticast）支持視頻應(yīng)用。本方案所使用的各種交換機(jī)均支持igmpsnooping（igmp是ip多點(diǎn)組播的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），其中，smartswitchrouter更支持dvmrp協(xié)議，使ip多點(diǎn)組播更加有效。適應(yīng)移動(dòng)的用戶和