数据中心核心交换机架构演进与发展

　　ZDNET至顶网网络频道 7月18日 综合消息（文/曲志军）：数据是人类活动的基础，数据随着人类的发展，产生了爆炸式的增长，数据的管理和传递越来越成为人类活动的基础。海量的数据产生后，相应的提出了数据的安全、数据的集中管理、数据的可靠性传送、数据的快速处理等需求，数据中心就是为了解决和满足这些需求应用而生。为了支持和满足新形势下的数据中心建设要求，位于核心位置的交换机系统成为关键的设备。

　　以太网经过近30年的发展，带宽从10M开始，分别经历了100M、1000M、10G、40G、100G的发展阶段，现阶段10GE的以太网已经批量的应用，40GE和100GE的以太网开始逐步应用。因此，这也对承载以太网带宽发展的核心交换机提出了要求。

　　数据中心网络和以太网标准的发展，都对新一代核心交换机提出了更高的要求。什么样的系统架构才能更好的支持数据中心网络建设的发展?才能更有效的支撑以太网标准的演进?本文就是带着这个问题，深刻解析了交换机架构近十几年来的发展，从硬件架构、高速链路、整机系统、端口密度等多个角度、多个领域进行分析，展现给大家一个核心交换机不同阶段的发展历程，从而说明新一代核心交换机的体系架构应具有的核心要素。

　　核心交换机硬件架构的发展

　　核心交换机的发展经历了下面几个阶段，从最初提供FE汇聚和GE上行接口，到后来的GE汇聚和10GE上行，目前已经演进到10GE/40GE汇聚，100GE上行阶段。不同的演进阶段对核心交换机的硬件架构要求是不一样的。

　　2000年～2006年，阶段一，高密FE/GE接入汇聚，少量10GE上行，这个阶段的核心交换机以中心交换加LSW为主构成，中心交换主要是以太交换芯片为主，线卡单板以FE/GE和少量10GE的LSW作为接口芯片，背板链路以1.25G～6.25Gbps为主，线卡提供48GE线速转发，业务处理基本以二层和三层为主，QoS处理主要以简单的优先级队列调度为主。典型的产品有CISCO 4500/6500、H3C 6500/7500等。

图1：阶段一的核心交换机架构

　　这类产品的应用范围满足了FE/GE接入和少量10GE上行的场景，在数据中心领域以GE服务器为主的场景下，可以满足少量服务器组成的小型数据中心网络。

　　2006年～2012年，阶段二，高密GE/10GE接入汇聚，少量10GE/40GE上行，在这个阶段，中心交换的形态很多，有的是共享缓存的简单交换网，有的是集中仲裁的交换网，还有以6.25G为主的CLOS交换架构。线卡单板以GE和10GE的LSW作为接口芯片，少量40GE上行接口为主。背板链路以5G～10Gbps为主，每线卡槽位的带宽小于480G，目前最大能力16～48*10GE线速转发，业务处理基本以二层和三层为主，具有简单的HQoS调度，缓存范围很广，依赖于LSW芯片，有的交换机是2ms/端口，有的是10ms/端口。典型的产品有CISCO N7000、H3C 10500/12500等。

图2：阶段二的核心交换机架构

　　这类产品的应用范围满足了GE接入和10GE上行的场景，在数据中心领域以GE服务器为主的场景下，可以满足GE服务器组成的中、小型数据中心网络。

　　2012年～2020年，阶段三，高密10GE/40GE接入汇聚，少量100GE上行，这个阶段的核心交换机以CLOS动态路由交换为主，线卡单板以具有复杂业务处理能力的PP芯片为主，提供高密度的10GE/40GE线速转发和业务处理，少量100GE上行接口为主。背板链路以10G起步，未来可演进到25Gbps，每线卡槽位的带宽是1T～4T为主，目前最大能力48～96*10GE线速转发，或者24*40GE线速转发，具有完善的QoS处理能力，能支持比较大的缓存，可以达到100ms/端口。典型的产品有华为即将推出的CE12800。

　　图3：阶段三的核心交换机架构

　　这类产品的应用范围满足了高密度10GE/40GE接入的场景，按照服务器的发展演进，从2012年开始将主要以10GE服务器为主，在2015年逐渐出现40GE服务器，因此这个阶段的数据中心核心交换机必须能提供高密度10GE/40GE接口，满足10GE/40GE服务器组成的大、中型数据中心网络。

　　华为CE12800作为新一代核心交换机产品，具备了高密度10GE/40GE、带宽1T~4T、完善的QoS处理和每端口至少100ms的大缓存能力，是新一代交换机的旗舰产品。

　　三个阶段的核心交换机对比，通过上述三个阶段的分析，我们可以得出不同阶段的核心交换机的产品竞争力属性：