智能的交换式IP骨干网解决方案
摘要很 明 显， 网 络 的 设 计 要 求 建 造 一 个 高 速 IP 交 换 主 干， 这 个 网 络 主 干 所 应 具 有 的 功 能 可 以 引 用 欧 洲 网 络 试 验 室 主 任 Robert Mandeville 对 交 换 式 IP 主 干 的 看 法
关键词网络设计 网络结构 IP交换主干
一、 网 络 需 求 分 析
---- 这 是 一 个 典 型 的园 区 网， 主 节 点 由 六 栋 楼 组 成， 网 络 用 户 的 分 布、 各 个 楼 之 间 的 位 置 和 距 离 见 下 图1。
---- 网 络 的 需 求 主 要 有：
---- 由 于 各 建 筑 物 之 间 已 铺 好 足 够 数 量 的 光 纤， 且 在 距 离 较 远 的楼 之 间（如 M2 和 RD2 之 间） 使 用 单 模 光 纤， 距 离 近 的 楼 之 间 使 用 多 模 光 纤， 所 以， 网 络 主 干 的 拓 扑 结 构 没 有 布 线 结 构 上 的 限 制， 但 主 干 上 的 网 络 设 备 应 能 同 时 提 供 多 模 和 单 模 光 纤 接 口。
---- 除 A2 楼 内 布 有 同 轴 电 缆， 其 它 建 筑 物 内 均 采 用 结 构 化 布 线， 每 层 楼 均 有 配 线 间。 其 中，M1 楼 的 垂 直 布 线 采 用 多 模 光 纤， 其 余 各 楼 的 垂 直 布 线 采 用 5 类 非 屏 蔽 双 绞 线。 水 平 布 线 为 3 类 或 5 类 非 屏 蔽 双 绞 线。 设 计 要 求 对 A2 楼 进 行 结 构 化 布 线 改 造，将 全 部 采 用 5 类 非 屏 蔽 双 绞 线。
---- 因 此， 楼 内 的 网 络 结 构 比 较 规 整，可 以 由 一 个 数 据 中 心 集 中 连 接 各 配 线 间， 即 形 成 所 谓 塌 陷 式 主 干 （Collapsed Backbone）。见 右 边 示 意 图 2。
---- 很 明 显， 网 络 的 设 计 要 求 建 造 一 个 高 速 IP 交 换 主 干， 这 个 网 络 主 干 所 应 具 有 的 功 能 可 以 引 用 欧 洲 网 络 试 验 室 主 任 Robert Mandeville 对 交 换 式 IP 主 干 的 看 法：
---- 这 些 看 法 与 本 次 招 标 的 网 络 需 求 是 一 致 的， 并 对 某 些 需 求 进 一 步 做 了 细 化。 根 据 上 述 的 需 求 分 析， 以 及 新 一 代 IP 交 换 主 干 的 特 点， 本 文 提 出 以 下 技 术 建 议：
---- 1. 网 络 结 构
---- 主 干 的 拓 扑 结 构 应 考 虑 容 错 性 和 多 链 路 上 的 负 载 共 享， 以 网 状 结 构 为 好， 但 还 需 根 据 各 楼 内 的 节 点 数、 网 络 应 用 的 种 类 及 投 资 等 因 素 进 行 配 置。 主 干 的 拓 扑 结 构 见 下 图 3：
---- 楼 内 的 拓 扑 结 构 虽 说 已 有 定 论， 但 不 同 厂 家 的 具 体 方 案 仍 有 不 同。右 图 所 示 的 结 构 在 某 些 厂 商 的 方 案 中 经 常 见 到，即 数 据 中 心 由 交 换 机 和 路 由 器（ 或 第 三 层 交 换 机） 共 同 组 成， 当 然 数 量 视 具 体 情 况 定， 比 如 两 台 交 换 机 加 两 台 第 三 层 交 换 机 组 成 数 据 中 心， 见 图4(b)。
---- 为 什 么 要 用第 二 层 交 换 机 加 第 三 层 交 换 机 的 方 式 而 不 直 接 用 第 三 层 交 换 机 作 为 数 据 中 心 呢？最 重 要 的 原 因 是 这 些 厂 商 的 第 三 层 交 换 机 提 供 不 了 足 够 的 千 兆 级 端 口 密 度， 只 能 先 用 有 较 高 端 口 密 度 的 第 二 层 交 换 机 放 在 数 据 中 心 的 前 端， 用于 聚 集 配 线 间 下 来 的 连 接， 然 后 再 用 1 至 2 个 端 口 连 接 第 三 层 交 换 机。 这 种 方 法 虽 解 决 了 第 三 层 交 换 机 端 口 密 度 不 足 的 问 题， 但 会 导 致 数 据 流 在 核 心 的 第 二 层 交 换 机与 第 三 层 交 换 机 之 间 产 生 瓶 颈， 而 且 桌 面 交 换 机 到 服 务 器 要 经 过 3 跳，增 加 了 延 时；由 于 使 用 了 成 倍 数 量 的 交 换 机，费 用 也 增 加 不 少。
---- 更 好 的 结 构 当 然 是 完 全 由 第 三 层 交 换 机（ 或 称 为 交 换 式 路 由 器）组 建 数 据 中 心，网 络 中 没 有 通 信 瓶 颈， 桌 面 到 服 务 器 仅 需 2 次 跳 步，而 且 一 台 设 备 取 代 二 台 设 备， 成 本 大 大 降 低。 如 果 考 虑 到 数 据 中 心 的 容 错， 可 以 用 两 台 第 三 层 交 换 机 并 构 成 冗 余 连 接。配 线 间 中 布 置 新 一 代 第 2 层 交 换 机。值 得 引 起 注 意 的 是， 当 采 用 冗 余 的 网 络 结 构 时， 数 据 中 心 交 换 机 需 要 提 供 2 至 3 倍 于 非 冗 余 结 构 所 需 的 端 口 数 量。
图5.纯 L3 式 数 据 中 心
---- 下 表 1 列 出 目 前 在 市 场 上 可 购 买 到 的 第 三 层 交 换 机 的 千 兆 以 太 网 端 口 密 度。
| 厂商 | 3Com | Bay | Cabletron | Cisco |
| 产品名称 | CoreBuilder 3500 | Accelar 1200 | SmartSwitch Router 8600 | Catalyst 8540 |
| 端口数 | 4 | 12 | 30 | 16 |
---- 由 于 主 干 交 换 机 是 第 3、4 层 交 换 机， 支 持OSPF 协 议， 所 以 园 区 网 状 的 拓 扑 结 构 不 仅 可 以 实 现 连 接 上 的 冗 余， 而 且 运 用 OSPF 协 议 可 以 实 现 多 链 路 负 载 分 享。
---- 2. 园 区 网 络 主 干 的 技 术 选 择
---- 毫 无疑 问， 目 前 可 行 的 选 择 技 术 只 有 2 种， 即 622Mbps ATM 和 千 兆 以 太 网。下 面 对 这 2 种 技 术 在 与 IP 相 关 的 多 个 方 面 进 行 了 对 比：
千兆以太网（以帧方式传输） | ATM（以信元方式传输） | |
| IP 包的传输效率 | ||
| 服务级别和服务质量 | ||
| 流量控制 | ||
| 实现上的难易程度 | ||
| 是否能保证网络的平滑升级 | ||
| 虚拟网 | ||
| IP Multicast | ||
| 第 4 层数据流的控制 |
---- 从 以 上 对 比 可 以 看 出， 建 设 交 换 式 IP 园 区 骨 干 网 所 需 的 功 能 用 千 兆 以 太 网 是 完 全 可 以 实 现 的。 这 主 要 是 由 于 支 持 千 兆 以 太 网 的 第3/4层 交 换 机 的 出 现 大 大 地 增 强 了 千 兆 以 太 网 在 园 区 的 地 位， 原 来 认 为 的 以 太 网 的 一 些 不 足， 如 对 多 媒 体 应 用 的 支 持、 灵 活 的 网 络 拓 扑 结 构 和 多 链 路 负 载 分 享、 基 于 标 准 的 虚 拟 网 等， 已 被 新 的 技 术 和 标 准 所 解 决。 某 些 千 兆 以 太 网 交 换 机 （如 SmartSWITCH Router 交 换 式 路 由 器）在 单 模 光 纤 上 传 输 距 离 可 达 75 公 里， 同 时 还 支 持 IP over SDH/SONET， 使 得 这 种 技 术 能 从 园 区 扩 展 到 城 域 网。
---- ATM 技 术 将 继 续 在 一 定 时 期 内 在 广 域 网 领 域 发 挥 作 用； 对 于 那 些 要 求 有 严 格 的 服 务 质 量 保 证 （ 例 如 利 用 ATM 的 线 路 仿 真 技 术 提 供 高 质 量 的 话 音 通 讯）的 用 户 来 说 ，ATM 技 术 仍 是 值 得 考 虑 的 选 择。
---- 本 文 针 对 此 建 议 需 求 书 的 要 求 ，采 用 千 兆 以 太 网 和 第 3/4 层 交 换 机 作 为 解 决 方 案 的 核 心。下 面 看 看 这 些需 求 在 技 术 上 是 如 何 被 满 足 的：
---- (1) 支 持 向 Intranet 转 移
---- Intranet 与 传 统 企 业 网 的 最 大 不 同 是 信 息 流 模 式 的 转 变， 即 所 谓 20/80 规 则 的 倒 转。在 传 统 企 业 网 中，80% 的 流 量 发 生 在 IP 子 网 内 部，20% 的 流 量 发 生 在 IP 子 网 之 间；而 在 Intranet 中， 由 于 各 部 门 均 可 设 置 自 己 的 Web 服 务 器， 用 户 也 不 关 心 所 访 问 的 服 务 器 的 物 理 位 置， 他 们 访 问 这 些 服 务 器 时，80% 的 流 量 是 跨 子 网 的， 只 有 20% 的 流 量 是 在 本 部 门 内 发 生 的。Intranet 的 这 种 流 量 模 式 要 求 网 络 的 IP 路 由 速 度 有 大 幅 度 的 提 升， 这 是 传 统 路 由 器 所 无 法 胜 任 的。 交 换 式 路 由 器 采 用 专 用 集 成 电 路 实 现 线 速IP 路 由 性 能，并 可 实 施 第 4层 的 控 制， 如 为 各 种 应 用 保 留 带 宽、 设 置 防 火 墙、 以 及 为 不 同 的 应 用 区 分 不 同 的 优 先 级 别 等。交 换 式 路 由 器 是 建 造Intranet 的 最 理 想 的 骨 干 设 备。
---- (2) 支 持 话 音 和 视 频 应 用
---- 话 音 和 视 频 应 用 要 求 网 络 能 够 保 证 服 务 质 量， 服 务 质 量 可 以 由 以 下 因 素 来 判 断：
---- － 延 时
---- － 可 获 得 的 带 宽
---- － 延 时 的 抖 动
---- － 丢 包 率
---- 本 方 案 主 要 利 用 4个 技 术 来 保 证 服 务 质 量：
---- 以 上 技 术 配 合 使 用， 虽 还 不 能 实 现 严 格 意 义 上 的 服 务 质 量 保 证， 但 实 际 效 果 却 足 以 满 足 绝 大 多 数 多 媒 体 应 用 的 质 量 要 求。
---- (3) 显 着 改 善 响 应 时 间
---- 交 换 式 千 兆 以 太 网 骨 干、 低 延 时 的 交 换 机、 能 对 流 量 进 行 应 用 层 控 制 的 交 换 式路 由 器， 这 些 技 术 和 产 品 均 可 大 幅 度 改 善 网 络 响 应 时 间。
---- (4) 容 错
---- 网 状 的 骨 干 拓 扑 结 构， 双 核 心 交 换 机、 冗 余 的 配 线 间 连 接 等，这 些 都 保 证 了 网 络 中 没 有 单 点 故 障。 交 换 式 路 由 器 支 持 VRRP（ 虚 拟 的 冗 余 路 由 器 协 议） 和 OSPF 协 议，前 者 用 于 2 个 交 换 式 路 由 器 互 为 备 份， 后 者 用 于 旁 路 出 故 障 的 连 接。
---- (5) 集 中 的 网 络 管 理 和 较 低 的 总 体 费 用
---- Cabletron 公 司 的 网 管 系 统 软 件 Spectrum 正 可 担 当 集 中 管 理 的 任 务。 本 方 案 为 降 低 总 体 费 用， 采 用 了 交 换 式 路 由 器 而 不 是 普 通 路 由 器 作 为 核 心 设 备。 交 换 式 路 由 器 的 性 能 是 普 通 路 由 器 的 10～100 倍， 而 价 格 只 有 后 者 的 十 分 之 一。
---- 本 方 案 采 用 千 兆 以 太 网 为 主 干， 以 SmartSwitch Router 第 3/4 层 交 换 机 为 主 干 交 换 机，其 中，在 M1 楼 中 使 用 2 台 16 槽 的 SmartSwitch Router 8600， 在 M2 楼 采 用 2 台 8 槽 的 SmartSwitch Router 8000， 在 A1 和 R&D2 楼 内 各 采 用 1 台 SmartSwitch Router 8000。 配 线 间 内 的 设 备 根 据 楼 层 的 用 户 端 口 数 量， 分 别 选 择 高 端 口 密 度 的 模 块 式 SmartSwitch 6000交 换 机、SmartSwitch 2200 交 换 机 和 24 端 口 堆 叠 式 10/100Mbps 自 适 应 交 换 机 SmartSTACK ELS100。 从 图 中 可 以 看 出， 这 是 一 个 容 错 性 极 好 的 网 络 结 构。
图 3.M1 楼 的 网 络 结 构
图 4.R&D1 楼 的 网 络 结 构
图 5. M1 楼 的 网 络 结 构
图 6. A1 楼 的 网 络 结 构
图 7. A2 楼 的 网 络 结 构
图 8.楼 R&D2 的 网 络