核心交换机技术发展趋势.ppt

核心交换机技术发展趋势,华为技术有限公司,以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 华为核心交换机简介,汇报提纲,以太网接口技术发展,事件,以太网 FE GE 10GE,以太网交换机的成功,以太网 VS 令牌环：从20世纪80年代后期至今，办公局域网几乎被以太网交换机所垄断，LAN即以太网。令牌环现在已经很少见了。 以太网 VS ATM：从2000年起，以太网基本成为城域网宽带接入的主力，ATM接入网络发展缓慢。 三层流Cache转发技术：使得以太网交换机从二层走向了三层，进入IP领域，由于流cache技术成本很低，三层交换机对路由器的成本优势明显，在2000年至2002年，三层交换机全面进入宽带城域网汇聚层，在很多地方甚至覆盖到城域网核心层。,不论是80年代的发展，90年代的局域网垄断位置和2000年的城域网拓展，以太网交换机的成功因素都在于：简单易用、高带宽、低成本。,以太网交换机面临的挑战,三层流Cache转发技术：2003年波及全球的网络病毒，成为传统以太网交换机的流cache转发技术的终结者。在大网上的流cache转发的三层交换机，在遭受网络病毒攻击后，都中断了转发业务，甚至瘫机。 二层网络 VS 路由网络：全以太城域网构成了一个巨大的二层网络，在宽带用户激增的情况下，网络变得不可控制。伴随着2003年下半年启动的城域网改造，各地的城域网逐渐演进为路由网络。 MPLS VPN业务：传统的交换机只能接入用户，不能提供更多的新型增值业务，例如：MPLS VPN。通过交换机上打一个MPLS业务补丁的方式，其集中式处理的业务性能瓶颈和较差的服务品质会成为业务发展瓶颈，使得价值客户更加不信任IP网络。,在促使价值客户转向宽带网络过程中，以太网交换机如何实现良好的三层转发，并提供MPLS VPN业务，是新时期交换机面临的重要挑战。,以太网交换机发展历史的启示,大容量、高带宽,低成本设计,逐步发展新业务,成本与发展取得平衡,以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 交换体系结构的演进 转发方式的改进 MPLS VPN分布式转发 核心交换机的未来之路,汇报提纲,高端交换机的体系结构演进,高端交换机发展历程中，出现了五种交换网络形式： 共享总线 环形交换 共享内存 Crossbar 分布式Crossbar共享内存,总线式,总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线； 结构和技术比较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈； 目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统。 这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式。这种交换形式将逐渐被淘汰,环形交换,环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上； 带宽有所提高，但是没有根本改善； 采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。,Crossbar交换矩阵,Crossbar交换网采用矩阵结构实现无阻塞交换，在交换网内部没有带宽瓶颈，不会因为带宽资源不够而产生阻塞； Crossbar交换网的扩展能力非常强，交换容量可以做的很大，目前单颗芯片交换容量在256G700G之间。,共享内存,共享内存交换与上述交换方式有本质不同，是一种全新的交换方式,其优点是支持大量突发数据缓冲,演进：分布Crossbar+共享内存,分布式Crossbar共享内存的体系结构是核心交换机设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持需求,除了交换网板采用了Crossbar架构之外，在每个业务板上也采用了Crossbar+共享缓存的架构 在业务板上采用共享内存可以很好地解决了对突发流量的吸收问题，在业务板和交换网板之间采用Crossbar方式以提高交换容量和端口密度,以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 交换体系结构的演进 转发方式的改进 MPLS VPN分布式转发 核心交换机的未来之路,汇报提纲,2000年三层交换机的概念, ,三层交换机 = L2交换机 + 小三层的帽子。（2000年）,帽子（小三层转发) 身体(Vlan交换机),流Cache转发技术成功的原因,路由学习,路由更新信息,路由表,首包查精确匹配路由,L3 CPU,流Cache表,报文,后续包,L3接口板,流Cache表,后续包,L3接口板,流Cache表,后续包,L3接口板,首包,首包,首包,ASIC算法简单成本低廉，是流cache技术在2000-2001成功的关键。2000-2001年城域网络处于开拓期，接近局域网的要求，尚未进入精耕细作的经营阶段，是流Cache技术存在的前提。,流Cache精确匹配表构成：源IP地址、目的IP地址、出接口。 首包利用CPU处理，CPU将结果下发Cache表，后续包通过硬件查表方式实现线速转发。 流Cache转发机制ASIC实现成本低（硬件逻辑设计、工艺等方面），对CPU的处理能力要求也不高，因而进一步降低了成本。,流Cache转发技术缺陷,路由学习,路由更新信息,路由表,首包查精确匹配路由,L3 CPU,流Cache表,报文,后续包,L3接口板,传统的L3使用流Cache技术转发，在网络蠕虫病毒的攻击时（病毒报文流量不断扫描目的IP地址，即病毒报文每包都是新地址，因此每个病毒报文都会上L3 CPU查找路由表），L3 CPU被巨大病毒流量堵死，L3接口板发生流Cache表溢出，造成网速急剧下降、用户断线、无法上网等现象，严重的情况下流cache L3崩溃。,案例1：2001年7月1920日爆发的全球范围的红色代码病毒，13小时内使得全球30多个运营商局部网络瘫痪 案例2：2003年8月12-25日爆发冲击波网络蠕虫病毒，在国内造成上万个局域网瘫痪，大量基于流Cache技术进行三层转发的L3崩溃,流Cache表,后续包,L3接口板,流Cache表,后续包,L3接口板,首包,首包,首包,高品质核心交换机的最长匹配路由转发机制,路由学习,路由表,S8500主控,最长匹配路由表,报文,所有包,S8500接口板,路由更新信息,随着相关技术的突破，最长匹配路由转发技术与实现成本也在取得平衡，虽然成本还没有降到流Cache转发芯片的程度，但是一些具备远瞻性的核心交换机设计，开始采用最长匹配路由技术。,高品质的核心交换机,三层交换机的转发引擎天然支持最长匹配路由查找算法，三层转发特性不再是一个可有可无的帽子，而是其身体内部的一个功能。,以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 交换体系结构的演进 转发方式的改进 MPLS VPN分布式转发 华为核心交换机简介,汇报提纲,2001年交换机网络实现MPLS VPN的方法,骨干网,大客户,增加一个路由器来处理MPLS VPN报文,由于传统交换机不支持MPLS VPN，只能新加一个路由器，提供MPLS VPN。由于集中式处理VPN，存在性能瓶颈。 这个补丁方案可以进行业务试验，无法支撑大网的运营需求。,MPLS VPN的实现方案,目前，在核心交换机支持MPLS业务的方案上，存在两种实现方式：集中式、分布式。 MPLS VPN集中式转发：即通过新增加一块集中式业务处理板来集中处理MPLS业务，这种方式可缓解老设备不支持MPLS的问题；但这种方式缺点比较严重，存在业务性能瓶颈，无法支撑MPLS VPN的大规模运营需求。 MPLS VPN分布式转发：即每块接口板都支持基于ASIC的MPLS硬件线速处理，这种方式可以支持大网的流量业务需求，没有带宽和处理能力的瓶颈限制，具备优异的可扩展性。,MPLS集中式处理流程,CROSSBAR,交换网,CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,集中业务卡,L2/L3流量,MPLS VPN流量,集中式业务处理板是MPLS VPN的性能瓶颈。,核心交换机是否需要戴一个MPLS新帽子？,帽子 身体(三层交换机),？,（MPLS VPN),MPLS分布式转发引擎,MPLS VPN引擎分布在各线卡上，各线卡协同工作，分别处理。 分布式MPLS VPN转发处理有效的避免了集中式处理的MPLS业务性能瓶颈缺陷，能更加稳定可靠的支持运营级MPLS VPN业务数据处理。,线卡内置高性能 MPLS转发引擎,线卡内置高性能MPLS转发引擎,线卡内置高性能MPLS转发引擎,线卡内置高性能MPLS转发引擎,线卡内置高性能MPLS转发引擎,MPLS VPN分布式转发流程,CROSSBAR ASIC芯片,交换网,CPU,接口卡,CPU,接口卡,背板,L2/L3流量,MPLS VPN流量,MPLS VPN分布式转发引擎，MPLS VPN与二层、三层的转发性能一致。,新时期的可运营可管理MPLS VPN解决方案,L3,L3,L3,部署新一代核心交换机的城域网络，MPLS VPN业务具备良好的鲁棒性，不论是小业务流量还是大业务流量，稳定性始终如一。VPN用户流量即使爆炸性发展也不会影响网络运行质量，满足网络可运营可管理的高品质需求。,和谐之美,高品质核心交换机的转发引擎内在支持运营型业务，稳定性始终如一，有效支撑业务的快速发展。,以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 华为核心交换机简介,汇报提纲,Quidway S8500系列核心路由交换机,7个槽位，5个通用I/O槽 背板容量：750G 交换容量：300G 包转发率：180M pps,S8505,S8512,14个槽位，12个业务槽 背