網絡新“核能”：新環境下的核心路由器
伴隨IP 業務的崛起，更多的傳統業務正在集成到IP 骨干網上。與此同時，用戶還希望擁有類似PSTN服務的可靠性和有效性。IP網絡必須結合互聯網的普遍連接性以及專網的可靠性和安全性，才能成為一種新型的公共網絡。由此，核心路由器必須面對新環境下新的挑戰。
從用戶需求和新應用的快速增長、主流應用的增加以及重要業務的增長來看，IP技術正快速成為公共基礎數據網的選擇。電信運營商所擁有的IP網絡必須結合互聯網的普遍連接性以及專網的可靠性和安全性，才能成為一種新型的公共網絡。在這種形勢下，運營商對核心路由器的要求越來越嚴格，與此同時，降低資金成本和運營成本的期望日益迫切。
新網絡 新核心
目前運營商會關注核心路由器的哪些方面呢？中國電信的一位專家在接受記者采訪時首先強調，核心路由器處于網絡中心，對性能的重視肯定要多于對功能的關注。包括高吞吐量、轉發性能、路由的快速收斂和平穩重啟(Graceful Restart)，都是運營商所看重的環節。分布式的體系結構，每個線卡上具備處理能力，是當前核心路由器必備的條件。另一方面，是對MPLS的支持程度。包括MPLS流量工程、MPLS負載分擔的機制是否完善等等。還有一點，便是對IPv6的支持，要求雙棧支持和實現IPv6數據包的硬件轉發。
IP網絡正承載越來越多的業務，包括新出現的各種增值業務，這是一個不可逆轉的趨勢。除了傳統的Internet業務，幀中繼、ATM、語音、視頻、VPN等業務都會在IP網絡上開展，IP網絡正成為電信級的基礎網絡。因此，網絡對核心路由器在QoS、MPLS、可擴展性和IPv6等方面都提出了新的需求。
QoS 當IP網絡成為電信級基礎網絡時，普通用戶的心理預期將會很高，因此一個穩定、可靠和安全的IP網絡對運營商來說至關重要，這就需要有QoS保證。現在ATM over IP已成為實際情形，比如中國聯通7大區中心的ATM互聯是通過IP/MPLS實現的，其核心QoS就是由IP/MPLS網提供。所以從長遠來看，越來越多的QoS 都將由IP網絡來提供，核心路由器也必須順應這種趨勢。
MPLS MPLS是經濟高效、高度可靠的多業務IP網絡的基礎。通過MPLS，服務供應商和企業可以提高帶寬的效率和擴展性，降低運營和管理開支并提供可靠的業務。MPLS 還是第3層VPN等新型IP業務的重要支持技術，同時可通過第2層VPN和Pseudo Wires支持現有的專線、幀中繼和ATM業務。核心路由器也必須能夠很好地支持MPLS的部署要求。
可擴展性 電信網絡一定要能夠隨著用戶規模的增加而不斷擴展。這種擴展性到了電信級將會非常巨大。一些在局部和小范圍內可以有效實現可擴展性的技術和產品，到了大規模就不能滿足要求，這就是量變到質變的挑戰。另一方面，可擴展性是隨著應用需求的不斷增加而增長，這就需要平滑擴展，不能有跳躍。有專家認為在今天的IP網絡發展過程中，路由器設備是個瓶頸。目前光傳輸技術已經非常先進，普通系統的帶寬就有幾百G，而路由器端口目前最大只有10G，路由器技術支持的速度遠遠落后于傳輸的速度。在這種情況下，路由器的發展大都呈跳躍式，路由器廠商2到3年就推出一款新的大容量產品，簡單淘汰舊有設備。這種非平滑擴展對運營商的投資保護很不利。所以核心路由器具有平滑的可擴展性不僅是網絡規模擴大的要求，也是運營商投資保護的需要。
IPv6 由于地址原因，將來的3G和NGN一定是基于IPv6而發展。到了3GPP5，所有信令要應用在IPv6上。到3GPP6時，甚至連話音流量都要承載在IPv6上。至于NGN，其軟交換如果沒有足夠地址，也不可能開展，它也必然要在IPv6上應用。核心路由器對IPv6的支持至關重要。
新核心 新特性
我們要靠什么樣的技術手段來滿足網絡的要求呢？可以從核心硬件、核心軟件、高可用性、可擴展性、安全性和IPv6支持等幾個方面進行簡單說明。
核心硬件
核心硬件是路由器的關鍵部分。路由器的核心硬件有基于CPU、ASIC和NP等三種形式。基于CPU的核心路由器已經被淘汰，而基于NP的還沒有占據主流市場。目前主流的核心路由器都是基于ASIC的。
籠統來說，這3種形式都是CPU芯片。只不過ASIC是個專有的CPU，針對某種應用進行了特殊的優化。應用在核心路由器上的ASIC是可編程的，以適應復雜的網絡要求。NP在處理核心網絡應用上，比不上ASIC的速度和效率，在網絡邊緣應用比較多。總之，核心路由器必須是硬件處理，主流產品是基于ASIC技術的。
核心軟件
傳統的路由器都是選擇一個簡單的微核，一步一步疊加，增添新功能。由于UNIX系統比任何一個專有系統都具有更大的可擴展性，所以現在核心路由器的核心軟件基本都是基于UNIX操作系統。核心軟件不僅要提供強大的操作系統，而且還要支持豐富的IP業務工具包。要確保高效、可預測的IP基礎服務。利用這種可擴展、高度可用的網絡，用戶能夠靈活地進行流量分段，創建獨特的應用環境，或者部署創收IP業務。
總之，核心軟件要有如下特性：模塊化，以提供很好的故障恢復能力；確保能夠方便地集成IPv6等新功能；安全性，軟件能運行在保護內存中，保證各項功能之間不會互相干擾；支持豐富的業務，能夠為各種類型的最終用戶提供有保證的體驗。
高可用性
對 IP 組網的發展和增長至關重要的，是對于分組網絡可靠性的固有信任和理解。這不是一項容易的任務，因為Internet 協議和 IP 網絡組件的最初設計要求并沒有將電信級可用性列為合理的目標。因此核心路由器具有極高的可用性顯得尤其重要。
要實現高可用性，從硬件來看，要有一個很好的體系架構，各種冗余非常完善。關鍵部件如路由引擎和交換矩陣要有冗余。從軟件來看，其自身要強壯，另外在遇到更換硬件、系統升級、增加板卡和改變鏈路等網絡調整時，軟件要有能力保證整個網絡業務不受局部調整的影響，讓整個網絡體現出非常高的可用性。它要保證路由引擎進行不丟包的切換。主引擎發生故障，切換到副引擎時不丟包，平滑切換，否則硬件的冗余就沒有意義，是假冗余。
另外還要保證平穩重啟。通常當路由重啟時，由此產生的路由重新計算和網絡范圍的路由更新會消耗掉處理資源，并有可能出現黑洞或瞬時轉發循環形式的非預期網絡行為。而平穩重啟會避免這種情況的發生。但是，平穩重啟一定要在IGP、BGP、LSP、LDP、RSVP等所有的協議層面上都實現，來避免對一些業務產生影響，這樣才能滿足電信級網絡的需求，也能實現對MPLS的支持。最后，高可用性還需要快速重路由(FRR)和BFD(Bi-direction Detection)來支持和保證。在MPLS上做到FRR，可實現50ms的切換，以進行快速保護，速度可以與光傳輸系統相匹配。
擴展性
正如前面提到，隨著光傳輸通道的發展，當路由器容量不夠用時，今天的做法就是用一個更大的路由器去替換原有的。過了一段時間，再進一步升級，不斷加碼。一般來說，2、3年就是一個更換期限，這樣對用戶來說，投資保護并不好。更好的做法是，在路由器容量出現短缺時，再疊加一臺新的路由器，如此不斷擴展下去，讓路由器自己慢慢長大，這就是路由矩陣技術。它保證了經濟平滑的可擴展性，過去部署的路由器可以得到繼續利用，而且網絡不用做大的調整。
今天的核心路由器一定要具備路由矩陣能力，才能滿足網絡擴展性的要求，充分保護用戶的投資。所以產品的發布要著眼于長期的網絡擴展要求，有超前意識。
安全性
保護網絡的安全性，在路由器體系結構上應該體現。通常路由器的體系結構有兩個平面，即路由平面和轉發平面。如果攻擊是針對路由平面，在攻擊和路由平面之間應該建有硬件屏障，進行過濾和處理，將攻擊威脅最小化。硬件屏障保護效果好，已成為公認的技術觀點。而采用軟件屏障保護路由平面，就可能成為一個被攻擊突破的危險點。
IPv6支持
IPv6的轉發不能依賴于軟件，一定要依靠硬件。因為IPv6和IPv4所處的時代是不一樣的，針對IPv6的QoS和安全都要一步到位，起點必須高，復雜繁多的網絡業務不會允許IPv6像IPv4一樣從頭發展。如果產品不是一開始就為IPv6而準備，而是靠打補丁進行升級，那今后可能就會遇到應用困難，不能滿足對IPv6的長遠需求。 #p#
核心路由器的組網
無論從拓撲和手段來看，今天的核心路由器組網已經很成熟。
一般來說，每個節點都是多級冗余。在核心節點采用全網狀連接，保證最高的冗余性；往外拓展采用雙歸連接，即一個節點分別接到2個不同的核心節點，保證整個網絡的安全性。由于今天的IP核心網絡是承載未來各項業務的綜合平臺，所以在物理拓撲決定以后，組網的軟件功能就很重要。核心節點要部署MPLS 快速重路由，保證
50ms的切換；同時全網部署平穩重啟。如果中間用的不是POTS接口，而出現以太網接口，還要用BFD。這幾項技術主要是保證網絡的快速收斂和平穩運行。
另外，考慮到未來IPv6的應用，在網絡核心進行部署時，一定要體現將來如何平滑過渡到IPv6，以及如何使IPv4與IPv6共存，雙棧部署就顯得十分重要。
核心所向
從迫在眉睫的網絡要求的角度來看，我們可以對核心路由器的未來發展趨勢做以下三點展望。
第一，將來的核心路由器會變成什么樣。它會不會在一個機箱里不斷地增加其處理能力？這種可能性不大，因為技術本身是有其局限性的。所以目前的共識是，將來的路由器發展不會在單機箱里無限增大容量，而是朝著多機架方向發展。我們從不同的角度審視都會得出相同的結論。比如對于ASIC制造商而言，要生產無限巨大能力的產品，是相當困難的；從電源角度來看，路由器端口密度越來越大，處理速度越來越快，耗電量也就成倍增長，在一個單一的機箱里無法承受如此無限上升的電耗。所以未來的核心路由器一定是采用多機架體系結構，即路由矩陣。而且真正的多機箱路由結構，能保證平滑過渡和擴展，而不是跳躍的發展。
第二，面向IPv6的廣泛部署。IPv6在運營商的轉型中能發揮重要作用，確保新型網絡可從邏輯上和地理上進行擴展。IPv6還支持為任何設備分配惟一的地址，因此可支持利用相同的IP基礎設施來部署全新的先進應用。核心路由器必然要具備以下特性，才能幫助運營商迎接當前面臨的最嚴峻的IPv6部署挑戰：全面的IPv6解決方案，為任何IPv6應用環境提供端到端的支持，從企業邊緣到服務供應商網絡核心；運營級的硬件和軟件，提供豐富的特性集、高可用的平臺、無與倫比的卓越性能以及非常靈活的遷移和運行機制；安全性，同時用于控制和數據層面功能。
第三，從全網的角度來看，網絡應該是可管理可控制的。新型的用戶端-網絡接口和運營商之間的接口將扮演極其重要的角色。用戶端-網絡接口可允許用戶和應用請求網絡特定的質量、安全性及可用性變化，網絡必須能夠了解并執行這些請求。通過使用戶和應用向網絡發送這些請求的方式實現自動化并標準化。另一方面，新型運營商之間的接口可以使不同的運營商之間進行互聯的時候，能夠準確地把各自的服務屬性做一個交互，這樣能保證業務在跨越不同運營商的時候，服務質量還能得到完整的繼承。這不僅有助于提供更具吸引力的業務產品, 而且還為提高運營商的運行整合能力鋪平了道路。
“核競爭”的背后
今年以來，沉寂了一段時期的核心路由器市場，突然熱鬧起來。全球最主要兩家路由器廠商之一的Cisco公司，于5月26日由總裁約翰·錢伯斯和高級副總裁Mike Volpi共同向業界發布了傳聞已久的最新路由器產品CRS-1。而記者得到的最新消息是，另一個路由器市場的主要玩家Juniper公司，也將在本周推出其最高端的核心路由器產品。
與此同時，國內本土的幾家路由器廠商，也在摩拳擦掌。除了中國本土的龐大市場，他們也正在將視野放眼全球。自主產權，萬兆，IPv6，從這些字眼的組合來看，國內核心路由器廠商的競爭力已經凸現出來。而來自Yankee Group的警告則是，激烈的競爭將加速行業的整合，最終可能只有幾家廠商能在增長中受益。
在當前，服務供應商和企業都意識到，聯網方式轉型的關鍵在于，需要將投機取巧的方式轉型成為具有戰略性和前瞻性的方式。實現這種轉變的關鍵因素是卓越的、安全且面向未來的IP基礎設施，服務供應商和企業能夠利用該設施來交付各種服務與應用。實現這些當今網絡的大變革，核心路由器將在其中扮演關鍵性的角色。
來自Dell''Oro集團的最新報告顯示，核心路由器市場已連續6個季度增長，隨著寬帶用戶的迅速增長，這個趨勢還將持續下去。事實上，這一波運營商級路由器市場的復蘇，是從2003年二季度開始的，用戶對寬帶的需求和企業對更先進數據服務的需求，使核心路由器市場銷售有所好轉。20世紀90年代末安裝的上一代路由器，如今需要被更先進的機型更新換代。
市場上也出現了一些新的玩家，他們能否生存發展，關鍵還是與運營商需求的契合點如何。2003年新進入核心路由器市場的Procket網絡(現已被Cisco收購)和Chiaro網絡公司宣稱其產品比傳統廠商擁有更高的可擴展性，然而目前運營商可能更為關心性能的提高。在這點上，Avici公司倒是有一些優勢。成立四年的Caspian網絡公司也在利用自己特有的基于流傳輸的路由技術致力于服務質量的提高，該技術對整個數據流而不只是對分組數據包進行傳輸，通過對不同的數據流設置優先級，運營商可以有效的保證服務質量。然而這種理念需要進行強有力的推廣才可能被運營商所接受。
核心路由器市場有好戲看了，我們當然不僅僅是觀眾，還會是更好網絡體驗的受益者。
Cisco CRS-1
Cisco CRS-1采用了IOS XR軟件，這是一個獨特的自恢復式自我防御操作系統，可實現不間斷運行，并能將系統容量擴展到92Tbps。這個創新的系統架構可以將Cisco硅分組處理器與Cisco服務分離架構結合到一起，實現前所未有的服務靈活性和服務上市速度。CRS-1主要包括兩個組件；線路卡機架和交換矩陣機架。它們的組合讓CRS-1可以從16個40Gbps插槽拓展到1152個40Gbps插槽，分布在72個通過8個矩陣機架互聯的線路卡機架中。所有這些組件都工作在同一個系統中。
Foundry NetIron 40G
NetIron 40G是一款雙堆棧IPv4/IPv6路由器，支持全套的單播和組播IPv4和IPv6路由協議，還支持包括IPv6到IPv4隧道技術以及在IPv4和IPv6混合環境中的雙堆棧運行在內的重要轉換技術。在其路由信息庫中支持數百萬條BGP路由，可以為運營商提供靈活性和可擴展性，支持線速IPv4和IPv6訪問控制列表，使運營商可以為IPv4和IPv6流量配置可擴展的安全策略。NetIron 40G路由器為新興的下一代互聯網而設計，它為具有高可用性、可擴展的和安全的IPv4和IPv6服務提供高性能解決方案。
港灣網絡PowerHammer P640/P320/P160
PowerHammer P640/P320/P160核心交換路由器，集成了港灣網絡在基礎網絡架構解決方案中的高性能標準，來組建高可靠性和多業務的IP核心網絡。采用先進的硬件技術，使其能夠提供10G平臺高速包處理技術來增強海量業務處理能力，并從業務驅動的角度實現IP核心網絡質的飛躍。該路由器具有極高的可靠性，保證業務不間斷，并已經走向商用。 具有靈活的全分布硬件轉發處理、豐富的QoS特性及良好的業務支撐能力。
華為3Com Quidway NetEngine 80
Quidway NetEngine 80(NE80)基于分布式的網絡處理器硬件轉發和無阻塞交換技術，其電信級可靠性、線速轉發性能、完善的QoS機制、豐富的業務處理能力、優異的擴展能力，滿足不斷增長的數據和互聯網業務對網絡骨干設備的需求。NE80是IP骨干網和IP城域網向寬帶化、安全化、業務化發展的重要源動力。NE80采用了業界高性能網絡處理器技術，有機結合了軟件的靈活性和硬件的高性能，既提供線速轉發性能，又具備快速良好的業務升級和擴展能力，最大限度地保證用戶投資。
Juniper T640
Juniper T系列平臺構建在MPLS優化的硬件及強韌的服務質量基礎上，可同時將可靠性、功能、性能及運行規模結合在一起而不對系統造成負面影響，從而解決了傳統設備中最常見的問題。T640光背板擴展的全新矩陣技術可以實現雙向連接，640Gbps 的前面板吞吐量和超容量設計的1280Gbps后端面板吞吐量支持到其他T640路由節點的無阻塞任意連接。這些路由節點可通過內部連接形成單一邏輯路由實體，這樣服務供應商能夠構建保護所有前端面板端口的體系結構來支持創收。
中興通訊ZXR10 T128/T64E
ZXR10 T128/T64E是中興通訊自主研發的新一代電信級核心路由器產品，模塊化、分布式的設計理念、大容量交換網芯片和高性能網絡處理器的應用，使該款產品可以提供256G/128G的交換容量、基于硬件的L2/L3/L4線速轉發能力、強大的QoS能力、完備的二三層交換特性。具備10GE、GE、FE、POS、ATM和E1等各種豐富的接口模塊、全面支持IPv4、IPv6、MPLS 二層和三層VPN、NAT、組播、QoS、帶寬控制等業務和安全功能。
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