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[2009-9-5]
 

  当今世界,网络化程度越来越高,人与设备之间的通信方式日新月异、种类繁多。其中的一些通信类型已经为大家所熟知,如IP语音(VoIP)、数字图像、组播、视频点播、对等文件共享、远程视频会议等等。不过,所有这些应用都有一个共同的特点,即对网络带宽的需求可以用“贪得无厌”一词来形容。

  从长远来看,带宽本身总是不够用的。因此,网络基础设施背后的智能“设备”,即交换机和路由器必须承担起以智能化的方式跟上带宽需求脚步的艰难任务。像视频和数字X-光这样的应用总是要求更大、更智能化的“传输管道”,而VoIP应用则要求低延迟或响应时间以及一致的传送速率。上世纪90年代中期,随着传统交换机的没落,人们开始竞相发展速度更快、智能化程度更高的交换机和路由器。硅谷的一群天才们看到了这一市场机会,由此,在一种称为“多层交换路由”新概念的基础上发明了网络硬件及其相关的软件。与当时仅基于软件的路由器相比,这些新的“智能”交换机/路由器能够提供更快的速度和更短的延迟,同时能够将多种网络设备的功能结合在一起。

  原来,当需要增加网络带宽时,网络管理员往往通过对网络进行重新设计来避免路由器发生瓶颈。服务器经常不通过路由器,重新安装在离用户更近的地方。在大型企业中,用户通常被划分为通过路由器实现互连的一些较小的网络(子网)。这种划分通常是按照地域、运行的应用类型、需要的数据量和安全方面的因素来进行。例如,财务部门经常被全部布置在自己的群组中,这样做的原因在于为了有效地保护公司的财务记录,而不是考虑到所使用的带宽。而VoIP电话也经常被放置在自己的网络之中,其原因在于这样可以绕过传统路由器的瓶颈。

  当计算机需要与自己本地网络之外的其他计算机进行通信时,为了将数据包发送到群组外面,它们必须先将数据包发送到离自己最近的路由器。路由器提供公司与互联网之间的连接和安全边界,以及公司内部群组之间的连接(内部网)。

  传统的路由器只有在绝对必要时才使用,如通过广域网连接远程办公室、连接到互联网或隔离公司中具有高带宽要求的群组。传统的路由器很贵,现在仍是如此,而且与最初的设计相比并没有重大的进展,使用的组件与一台标准PC的类似,并使用多个接口卡运行专用的软件。

  与之相比,多层交换路由器将传统路由器的所有功能集中在一个专用集成电路(ASIC)上。ASIC比传统路由器的CPU便宜,而且通常分布在多个网络端口上。现在,典型的交换机/路由器可能在一台设备中包括50个ASIC,可以支持数以百计的接口。另外,新的ASIC允许智能交换机/路由器在所有的端口上以最快的速度转发数据,而不管网络流量是什么类型,可以说,它们是以实际接口速度(经常称为线速)转发数据。目前,市场上针对企业局域网(LAN)的新型交换机/路由器中可在单一个接口上以每秒钟万兆位的带宽(OC-192)转发数据。

走出旧时代,迈进交换新天地

  由于使用一种集中式的架构,所以传统路由器一般缺乏可扩展能力。对于传统路由器,到达路由器的所有数据包必须被送到一个区域进行处理,这样,您拥有的接口数量越多,系统的负载越重,从而造成资源的过度占用。这大大限制了网络所提供的服务,如VoIP。

  当一个使用集中式架构的路由器需要处理的流量超出自己的处理能力时,它就会开始丢弃数据包。而当网络应用或计算机收不到响应信息时,它们会发送更多的数据包,试图恢复会话。这样,情况变得更糟,因为很容易导致交叉会话过载。这种情况下,过载的路由器会根据应用、用户的优先级或网络目的/源地址有选择性地丢弃数据包。很明显,我们需要一种新的方法来满足流量增长的要求。

  多年以来,传统路由器的处理速度已经出现了很大的增长,但仍不足以跟上强大应用的脚步。例如,它们现在每秒钟可以转发将近100万个数据包。但考虑一个每秒钟能够发送1,488,000个数据包(pps),同时以1,488,000 pps的速度接收数据包的千兆以太网接口, 2千兆以太网端口就能够轻易使系统过载。与此形成对比的是,多层交换机/路由器以线速转发数据包,并且,交换ASIC以分布式的方式存在,允许整个系统高效地输送流量。

 


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