城域IP骨干网的变革

　　随着计算能力以指数级增长，2011年我们已经进入“泽字节”时代(1ZB=一万亿GB)。高清视频、云计算、社交网络、物联网、电子商务在改变着我们的生活，不断的带来惊喜。持续的市场发展为众多电信运营商带来了机遇，同时也带来了前所未有的压力。许多运营商预计网络业务流量年平均增长率将达到50%以上，“数据洪水”在摧毁、破坏原有的东西，推动更快的技术变革。

　　运营商精心打造的“网络堤坝”——IP骨干网已经成为最脆弱的层面：骨干网居高不下的单位比特成本、缺失的安全管控能力、复杂的运维模式成为发展新业务、新应用不可逾越的最大障碍。为了改变这种状态，避免“被管道化”，运营商也尝试开始变革。中国电信“骨干双网差异化运行+城域双平面运行”的模式，希望能通过差异化的服务摆脱困境，实现从纯管道业务向高价值互联网业务的转型。中国移动构建的移动互联网“智能管道”希望增加管道业务能力，做到精细化运营。在几种不同的承载网络技术变革探索途径中，我们可以发现新型IP骨干网的共通之处，包括：降低比特成本，提高业务承载能力，构建可管可控可信的网络(如图1所示)。

图1：新型IP 骨干网的关键能力

　　一、 超高速以太骨干网

　　为了满足网络流量迅速增长的需求，运营商一直在寻找既可以有效保证业务提供又能减少单位比特成本的方案。高速以太网就是一种方案。10GE链路已经在运营商骨干网广泛部署，在不断提升高密万兆端口的同时，如何用更高速的链路减少链路数量，克服多链路捆绑的局限性，同时简化路由处理和简化MPLS部署已经成为一种迫切的需求。最直接的网络扩容方式，是升级端口速率、提高设备容量。

　　骨干级别路由器一直以来均以不断提升的整体容量作为立命之本。从每槽位10GE线速到每槽位100GE线速的发展，远非表面看到的端口能力提升这么简单，其中蕴藏着整个路由器硬件架构的变革(如图2所示)。

　　图2 骨干路由器单机性能发展

　　CrossBar矩阵架构以集中交换、集中仲裁、静态选路为特点，无论芯片技术如何提升，也无法冲破整个架构对其整机性能提升的桎梏,骨干级别路由器则多采用CLOS架构.CLOS交换架构由贝尔实验室Charles Clos博士在1953年的《无阻塞交换网络研究》论文中首次提出，后被广泛应用于TDM网络。近二十年来包交换网络的高速发展，迫切需要超大容量和具备优异可扩展性的交换架构，CLOS这个古老而新颖的技术再一次焕发出旺盛的生命力。CLOS交换架构可以做到严格的无阻塞(Non-blocking)、可重构(Re-arrangeable)、可扩展(Scalable)，相比传统的CrossBar架构在突发流量处理、拥塞避免、递归扩展上均有巨大的提升(如图3所示)。

图3 CLOS多级交换网架构

　　针对高速的包交换系统，出现了为CLOS架构而设计的信元动态路由选路方式。动态路由关键点在于能负荷分担地均衡利用所有可达路径，结合信元拆分和重组技术，实现严格的无阻塞交换。动态路由方式另一个突出优点，即平滑支持更高速率的网络端口，比如40GE/100GE。这是因为它可以充分利用所有可用路径形成一个大的数据流通道，比如24条3.125Gbps通道可以支持100GE数据流。相反，静态路由方式则受限于单条路径的带宽，比如基于XAUI接口的Crossbar交换，网络端口速率最高只能达到10Gbps，无法支持40GE和100GE。通过对整体背板总线和交换网板能力的提升，新一代骨干级别路由器在CLOS架构下更是大放异彩，实现了对100GE接口线速能力的支持。

　　目前40G POS已经开始商用，100G逐渐成为业界关注的热点。尽管100GE迟迟没有完成业内芯片之间的标准统一，国内运营商网络的100G传输也还在单厂商试点过程中，但是作为高端骨干级别路由器已经发展到了具备100GE接口线速提供能力的阶段。同时，大量使用的万兆以太接口密度也在新一代骨干路由器上得以规模提升。在目前运营商网络上部署的骨干路由器，大多只能提供单槽位4个万兆的线速能力，为了扩展端口，只能采用昂贵的集群方式实现端口扩展。新一代的骨干路由器单槽位能够提供的万兆线速能力已经达到了8、16甚至24，更有甚者已经提前发布了48端口万兆线速的远期路标。这样的单机容量已经是现网部署的骨干路由器单机容量的2倍、4倍甚至10倍以上。无论从整体性能，还是占机架空间，或者部署复杂度等方面比较，新一代骨干路由器均以明显优势将现网骨干路由器及其集群远远抛在身后。