ZXR10 8900E核心交换机新一代软件架构

ZXR10 8900E核心交换机是中兴通讯推出的新一代大容量、高性能、可重构的核心交换机，该系列产品采用了全新软件架构，基于中兴通讯最先进的软件平台，该软件平台采用模块化结构设计，相对硬件特性隔离，为各种应用程序提供统一的、可移植的、可分布式的系统运行环境，可以满足未来网络对高性能、高可靠性、可维护性、可兼容性等多方面的要求。

 

随着网络的融合发展，三网融合、FMC、移动宽带化、云计算等概念和趋势的出现，对于网络设备提出了越来越严格的要求，尤其是作为大型园区/企业网、以太城域网和数据中心核心设备的高端交换机产品，其不仅要满足高性能、大带宽的要求，还需要能够支持业务不间断、故障快速收敛、产品易维、业务快速扩展等特性，这些特性对应于交换机的软件系统，主要可体现为以下几个方面：

 

 系统高可靠稳定，能满足网络长时间稳定运行的要求；

 

 软件各组件发生故障互不影响，各软件组件独立发布版本、独立升级；

 

? 实时性能，能满足大型动态路由协议、网管协议和多处理机间数据同步的时间要求；

 

? 自愈性，尽可能检测、处理和记录整个系统异常，在异常情况下能及时进行必要的错误恢复和设备倒换；

 

? 可维护性，能对核心资源和系统服务的使用和调用状况进行必要的跟踪和记录；各组件相互独立，易于追踪故障；

 

? 简单性，仅向应用程序提供必要的系统服务，屏蔽非必要的系统服务；

 

? 封装性，能完全屏蔽硬件特性，使应用层与硬件无关，为各处理机的应用程序提供一个统一的、可移植的软件平台；

 

 平滑演进，支持快速二次开发，可快速整合外购软件，即时响应客户需求。

 

此外，随着软硬件技术的发展，新技术不断涌现，特别是软件架构方面，业界领先的标杆企业正在经历一次新的蜕变。从各设备供应商最新发布的产品来看，技术发展出现下面走势：

 

 向微内核的方向发展：随着硬件性能的提升，微内核的应用条件日益成熟，并且其优势也逐渐显现出来，目前该技术已经成熟，业界领先的设备商几乎无一例外的选择了这样的系统架构。

 

向全分布式的方向演进：随着Internet的发展，高端路由器的功能日益复杂，集中式的控制面处理已经不能满足运营商的需求，控制面的分布式处理成为未来高端设备的一个发展趋势。

 

向高可用性的提升：设备维护升级时保证网络服务的正常提供是运营商提出的新要求，业务不中断在线升级成为业界的一个研究重点。

 

为了满足网络和技术发展的需求，高端交换机设备需要一个强大、高效的软件系统做支撑，而传统的软件架构因为其设计上的缺陷，已经无法满足。旧有的软件架构常常将各功能模块糅合成一个整体代码库，所有的协议功能都由一个进程完成，模块间可以调用和互访，共享相同的内存和CPU等资源，这样导致模块间耦合性强，代码数量庞大，资源无法真正按需分配，新功能的开发周期长，代码维护困难，容易引发故障，整个系统牵一发而动全身，缺乏灵活性、稳定性和可扩展性。

 

ZXR10 8900E系列核心交换机作为新一代网络核心，充分考虑了网络和技术发展趋势，在软件设计上基于中兴通讯最新一代IP协议栈平台，采取全新模块化软件架构，完全适应开放的、多样化的IP网络发展要求。新一代的IP协议栈平台向下负责管理整个系统的硬件体系结构，向上为处理器上的应用程序提供了一个统一的、抽象的、与硬件无关的操作系统级别接口，并对系统的运行状态实时监控，进行系统异常处理和恢复。

 

整个软件架构遵循保护性、独立性、稳定性和可靠性原则，在设计上有以下特点：

 

1. 多进程设计，每个进程拥有相对独立的系统资源，拥有独立内存空间；

 

2. 软件组件分属不同的独立进程空间，实现应用程序非法操作的安全隔离和软件故障隔离；

 

3. 可实现进程动态加载和卸载，实现软件组件独立开发和在线升级，满足业务定制化要求；

 

4. 运行微内核操作系统，系统内核资源运行在最高特权模式中，所有软件组件运行在微内核系统的用户态，增强系统的安全性；

 

5. 软件系统架构支持协议分布式处理：协议独立进程、进程间使用消息通讯机制；

 

6. 具有统一的外部接口，支持快速二次开发，可整合外购件；

 

7. 具备不间断路由能力（NSR），实现故障透明化，保障设备高可靠运行；

 

8. 支持集群技术，将多台设备虚拟成一台逻辑设备，实现设备容量的“无限”扩充，同时提高可靠性。

 

新的软件架构最大特点就在于真正实现了模块化，将软件带入可重构时代。通过整个系统支持多进程化，采用微内核，区分核心态和用户态，极大的提升了软件运行的独立性，各业务功能模块分属到不同的进程，彼此隔离，消除了旧有软件架构常发生的多个模块间非法越界操作，应用程序的故障或非法操作不再破坏整个系统资源，引起设备重启等严重故障；通过用户态下、独立进程空间的软件组件化，实现了软件重构，每个独立的功能模块都可以单独开发、动态加载和裁减，使得产品软件包不再包含整个代码库，加载大量无关代码，而只需加载真正需要的功能组件，这样使得业务的开发和部署变的更加快速高效，也使得产品定位故障更为便捷准确，发布版本也不再以整个大版本为单位，可以软件组件为单位发布版本。此外，NSR的实现很好的解决了NSF/GR路由收敛缓慢，耗费时间长，并且在GR期间不能处理网络拓扑变化，有可能形成路由环路和路由黑洞，以及设备重启期间路由收敛流量占用大量CPU资源等问题。NSR通过控制平面完全主备冗余的方式来实现内部故障对外部的透明化，当主板由于某种原因（软硬件故障、软件在线升级等等）需要进行主备倒换，备板将接替主板继续工作，路由邻居会话不间断，路由转发信息得以保持，路由不需要重新收敛，并且仍然能够处理倒换期间的网络拓扑变化。

 

总的来说，基于新一代软件架构，设备突破传统架构的局限性，体现出以下全新特点，为客户带来全新的网络体验。

 

1）软件可重构实现多种业务轻松叠加，满足用户定制化需要；

 

2）软件组件化，版本可以快速开发部署，通过在线升级兼容现有网络；

 

3）通过操作系统、软件、协议间多级故障隔离，支持NSR实现业务不间断，达到五星级的可靠性，减少用户维护成本；

 

4）集群实现多设备扩展，减少配置和管理，网络拓扑简化。

 

由上可以看出，通过采用全分布式、进程化软件系统，软件模块智能动态加载，支持不中断路由(NSR)、热补丁和在线组件升级，业务层面快速故障检测和恢复，使设备更为可靠、安全、灵活，从而为用户带来更稳定的网络，更优质的服务，更高效的管理。