新兴的IP骨干网

网络服务供应商面临着成本危机

当前，Internet正在从一个单一的“尽力而为”方式的数据传输网络转变成为具有全球性战略意义的IP传输基础构架。而同时，正如许多专家在NGN2002大会中指出的，网络服务供应商正面临着“成本危机”。一方面，维持传统业务提供的运营成本保持不变但传统业务所带来的利润却在下降；另一方面，提供新兴业务的成本也大大高于这些业务目前所能产生的利润。这一“成本危机”主要来自于运营多个并行的网络的复杂性，以及在这些分离的网络中层叠或重复的网络设备引发的复杂性和高昂运营成本。

为此，网络服务供应商需要简化网络结构以降低复杂性，这实质上要求网络服务供应商从现有的多层次的，多网络并存的网络结构转向一个高可用性的单一骨干网。这一新兴的IP骨干将是一个两层的网络，包括底层的光纤传输层与上层的智能化包交换层。

在这一进化过程中，IP/MPLS交换将是其中的关键性核心技术。IP/MPLS技术可以为IP骨干网提供高可用性，端口可扩展性以及其它有利于多种业务综合提供所必需的关键特性。CHIARO公司的ENSTARA路由平台则是新一代路由平台中首先满足上述要求的路由平台。

对新一代IP基础设施的需求

传统的IP骨干网是建立于多层次的网络结构基础之上的，包括底层的物理媒介层，基于TDM，ATM或桢中继技术的链路层以及基于IP传输的网络层。具体来说，Internet服务供应商（ISP）通过路由器向用户提供接入服务，而路由器又是通过核心网络中的ATM或桢中继交换机形成互联，而广域范围内的数据传输又是利用了底层的SONET ADM，数字交叉连接系统或DWDM系统。这种不同网络技术的层叠模型为骨干网络引入了不必要的冗余与复杂性，这成为高昂运营成本的主要来源。在图1中，左边显示了传统的多层次网络模型，而右边则显示了简化的结构。

新兴的IP骨干网可以通过两种途径来简化网络结构。首先，通过新型的IP路由交换设备可以在单一设备上实现以往多种设备的功能，从而将多层次的网络简化为两层的结构：包交换层与传输层。其次，网络服务供应商现有的多个并存的网络将被一个能提供多种业务的单一包交换核心网络所替代。采用了MPLS技术的新一代虚拟专用网（VPN），如基于IETF标准草案martini-draft的二层MPLS VPN或基于IETF标准草案RFC2547的三层VPN（或称BGP/MPLS VPN）则为IP/MPLS骨干网络提供了支持如数据，话音，视频等多种业务的技术工具。这样，基于VPN的概念则可以在单一的IP/MPLS骨干上为桢中继，ATM，IP交换分别建立独立的VPN来满足各自业务需求。同样，其它的一些新型业务，如基于MPLS的服务供应商VPN，Ethernet传输，TDM仿真以及IP上的话音业务等均可以通过建立独立的VPN来方便的实现，如图2中所示。

图1 多层次网络模型与简化模型之比较

图2 通过VPN在单一的骨干网上实现多业务支持

网络流量增长的驱动力

Internet上的数据流量继续以每年翻一番的速度增长，这种爆炸性的增长是业界所未能预期到的。而随着诸多新型业务如视频点播，视频会议以及移动IP业务的迅速发展，显而易见，当前的Internet正在从基本的网络接入手段向具有战略性意义的IP基础设施进化。

简化的网络结构与统一的业务提供平台也是带动网络流量增长的驱动力之一。通过简化后的两层网络结构，以往的多个不同网络可以被统一到一个单一的骨干上来，而随着多种业务统一到这一单一的骨干网，其上所承载的业务流量显然会大大增长。

最后，随着通讯业界的周期性整合，一个趋势已越来越明显的显现出来：即只有少数几个大型的网络能够得以在日益激烈的竞争中存活下来，而大部分网络流量也将在这几个网络上进行传输。所以，这几个网络上的流量也必将极大的增长。

当前的POP结构讫需改变

当前的骨干网络是由分布于各地的PoP（Point of Presence）及其相互之间的连接构成的。大多数的大型网络运营商都管理着25到40个骨干PoP，小型的PoP通过接入网络连接到这些骨干PoP上，从而实现广域范围内的网络覆盖。当前的PoP通常由核心路由器，集线设备与接入设备组成，如图3所示。

图3 当前的典型PoP结构

通常，为了提高网络服务的可靠性，PoP中为核心路由器配置了重复备份。这样，当一个核心路由器由于故障，软件升级或因其它维护的需要而中断运行时，备份的冗余设备可以承担必要的服务以保证无中断的业务提供。在网络流量增加而超出了现有路由器的承载能力时，就需要增加更多的路由器。而为了实现备份冗余，则需要占用路由器上的部分端口与传输容量以在路由器之间建立互联，这就减少了实际可以进行业务提供的路由器资源。

网络运营商通常会隔两三年就进行一次路由器升级，升级后的路由器承载能力大大提高，从而就减少了PoP中的路由器数量以及相互连接所占用的资源。但这样所需要的投入是相当大的，提高了网络运营与维护的成本。而同时，对网络承载能力的要求越来越高，已大大超出了路由器能力提高的速度。

为了支持新兴的骨干网络，解决当前网络服务供应商的成本危机问题，当前的PoP结构面临着几个挑战：

1 多层次的，具有冗余的路由器系统结构在网络扩展时难以提供很好的性能价格比。这样建立的PoP具有多个垂直层次的路由器以支持多种网络功能，而又具有多个水平层次以提供网络冗余。这些路由实体之间互联的成本非常高，而且在网络中节点增多时成本也随之增加。据估计，PoP的路由器上40%的端口都被用于路由器之间的互联而无法参与能产生利润的业务提供。

2 当前的路由器可扩展性差。一方面，核心路由器上的端口数目有限，而另一方面，PoP中的多层次网状结构又需要占用宝贵的端口资源用于路由器之间的连接。在大型的PoP中，高达70%的端口被用于路由器互连。

3 当前的路由体系难以实现高可用性网络。随着多种网络向单一核心网络的汇聚，其上也将承载越来越多的高利润率或关键性应用业务，对网络可用性要求也越来越高。当前的多网络并存系统由于存在着多种网络技术，难以达到很高的整体可用性。而简化后的两层网络结构则有利于提高可用性，达到99。999%的可用性指标。

在路由器出现故障或在对其的维护过程中，往往需要路由器控制部件重启动或从工作部件切换到备份部件，在这期间，路由器无法完成正常的数据转发功能。当路由器重启动时，路由器上运行的路由协议会话也随之重启动，随后，还将需要长达30分钟的时间以与相邻的路由器重新达到同步。这意味着在长达30分钟的时间里路由器都将无法执行转发数据包的功能，这就增加了数据传输的延时并降低了数据包通过率，从而为服务级别约定（SLA）中的关键性能产生了负面影响。99。999%的可用性意味着在一年中不超过5。25分钟网络服务中断时间，而上述的问题出现一次都将破坏99。999%的可用性承诺，为服务供应商带来利润与用户满意度方面的巨大损失。

网络中的备份冗余设备可以提高网络的可靠性，但在从出现故障的路由器切换到备份路由器的过程中仍将有部分时间无法提供网络服务，这不能完全避免“成本危机”的问题。为了能真正解决这仪问题，就需要一个全新的IP路由平台来实现全球IP基础设施的架构。

ENSTARA—新一代IP平台解决方案

为了提供最优性能价格比的IP骨干基础设施，则需要一个新型的IP路由平台。这一平台应该具有更长的生命周期，更少的资本要求，更高的网络可用性并能更方便于新业务提供。CHIARO公司的高端路由平台—ENSTARA则是为满足上述各种要求而专门设计开发的。

节约投资

节约网络运营投入的一个关键在于路由器自身的良好可扩展能力，这指的是当网络中需要更高的传输容量时，可以在保持原有的设备运行的同时引入新的，端口密度更高的路由器，而不是完全以新型设备代替所有的原有设备。长期以来，路由器的传输能力及端口数量是有限的，而通过基于光纤阵列组“Optical Phase Array--OPA”技术的光纤交换核心，CHIAOR公司的ENSTARA路由平台提供了可扩展的传输能力及端口数量。ENSTARA路由平台可以根据需要连接多个光纤交换核心以提高传输能力，并且可以通过简单的星型结构的拓扑实现多个交换接口架到光纤交换核心的灵活连接，从而完成端口数量的扩展。

网络设备的灵活结构使得正在使用的设备也可以充分利用新的技术进展。在ENSTARA路由平台中，具有更高端口密度，更高传输速度以及更多新功能的接口架可以被方便的增加到已投入运行的路由设备进行逐步的容量或功能上的扩展。

高可靠性

电信级的网络基础设施结构的实现需要从网络的底层作起。为了达到99。999%的可用性要求，就需要在网络设备的每一个关键性元部件实现冗余保护，而不仅仅是限于电源或风扇。基于CHIARO的“全状态确保路由”（STAR）技术，可以实现网络设备的服务功能在出现设备故障，路由协议故障，软件故障以及软件升级或容量扩展等运营维护的过程中均不受影响。

高可靠性的设备大大改变了网络建设的思路，即不再需要投入备份的路由器而仅需要投入一个高可靠的ENSTARA路由器，在保证网络可用性要求的同时实现高达75%的成本节约。