交换机与路由器的应用场景

什么是路由型城域网和交换型城域网顾名思义，城域网(MetropolitanAreaNetwork)就是在一个城市范围内所建立的计算机通信网。根据不同维度，城域网有多种分类方法。比如，按建设技术类型，可分为基于SDH(MSTP)、基于WDM、基于RPR技术，基于CE(电信级以太网)等多种技术架构；按规模，可分为特大、大、中、小等不同规模；按照选用的设备类型，则可分为路由型和交换型两种城域网组网模式。本文主要关注路由型和交换型城域网的应用场景。首先对路由型和交换型城域网的概念做一个简要介绍。从网络层次而言，城域网一般分为三层：核心层、汇聚层、接入层。核心层负责交换数据包，实现数据包的高速转发，所以核心层的设备要求交换容量、转发快、高稳定性。汇聚层隔离拓扑结构变化，防止其不断变化对骨干网造成影响，引起网络振荡，同时控制路由表的大小。接入层则负责将终端用户接入到网络，具有网络接口类型丰富，接口数量多的特点。按中国电信早期定义，路由型和交换型型城域网的主要区别在于核心层采用采用的设备，如果核心层采用路由器，则成为路由型城域网；如果核心层采用交换机，则称为交换型城域网。网络结构如下图：早期路由型和交换型城域网的另一个区别在于：在路由型城域网中，专设MPLSPE旁挂在汇聚交换机旁，可以开展MPLSVPN业务；而在交换型城域网中，无PE设备，同城企业采用VLAN技术实现互联。对于个人宽带业务和LAN专线接入业务，两种类型城域网无本质差别。通过以上比较，我们可以看到，从本质上说，路由型城域网的POP点在城域网的汇聚层，而交换型城域网则是骨干网在本地的延伸网。现在提到路由型城域网的概念和早期的略有差别，现在的路由型城域网除了核心设备是路由器以外，城域网汇聚节点也一般要求是路由器，这个层次的路由器作一般称为SR（业务路由器）。本文中，路由型城域网就是指这种核心、汇聚都采用路由器组网，交换型城域网核心、汇聚都采用交换机组网的网络架构。很多人认为，和路由型城域网相比，交换型城域网在网络安全、可靠性、业务承载等方面有诸多不足，新的城域网建设应该主要考虑路由型城域网。其实，在笔者看来，这里面存在一种普遍的误解，因为随着技术、业务的不断发展，交换型、路由型并不存在取代的关系，而是根据不同的业务特征，网络规模，建设模式等各自有自己的用武之地。路由型和交换型城域网的特点及适用场景首先，我们从城域网的业务、网络架构的发展变化、交换机技术的发展等几个方面进行一个简单的介绍和回顾，进而分析两种不同类型城域网的特点和应用场景。从业务特征看，不同运营商建设城域网的业务重点有所不同。如电信的城域网主要承载个人宽带业务及大客户接入业务；移动的城域网分为CMNET和IP专网两部分，前者主要承载家庭及普通集团客户的接入，后者重点在基站接入及重大企业客户接入；而广电建设城域网的主要作为双向网改造中交互电视的承载网承载部分视频及数据业务。从承载业务的种类看，除了传统的个人宽带数据业务及大客户接入业务，一些新业务，如IPTV、VOD点播、视频监控等蓬勃发展，尤其是视频类业务的发展，对城域网的带宽、Qos保证、网络可靠性等提出了非常高的要求。以IPTV为例，即使考虑普通的标清格式，每个点播流至少需要保证2M的带宽，而现在一般家庭都不止有1部电视，如果再考虑到个人宽带业务，则每个家庭至少需要8—10M的带宽。以一个中等规模的城市50万家庭计，则个人业务总的带宽需求就是5T，即使考虑到收敛比、点播率、等因素，城域网核心层也需要数百G的交换能力，而这仅仅是只考虑的个人业务。考虑到各类业务对网络带宽的要求的不断增长，运营商各自为自己制定了目标。比如中国电信计划2010年底可以为高端用户提供20M的接入能力；广电NGB计划5年内为个人家庭提供100M的带宽；国家电网也积极提入到三网融合的浪潮中来，其目标则是为用户提供300M的带宽！从运营商的规划我们可以看到，宽带化是大的方向，城域网的核心设备必须具备T比特级别的交换能力。从城域网的架构来看，扁平化是网络发展的另一个趋势。扁平化的好处是显而易见的：网络层次的简化使网络结构清晰，管理维护更加方便，机房、用电、维护等费用大大降低；路由跳数的减少使时延更小，用户有更好的业务体验。扁平化的一个重要手段是接入网的简化，具体来说就是PON技术，尤其是EPON，在接入网中的广泛应用。现在的接入网建设，无论是电信的接入网改造还是广电的双向网改造，都是在“光进铜退”的目标下，广泛采用EPON来实施的，常见的组网方式包括FTTB+LAN，FTTB+EOC，甚至FTTH。过去的EPON设备多是独立的盒式设备，端口密度小，容量低，业务功能简单；而现在运营商多采用的是EPON和三层交换机结合的一体化设备，尤其是和大容量、多功能交换机的一体化融合。EPON作为插卡的形式插入交换机的机框中（可以插多块EPON卡），这样就把EPON的OLT部分和汇聚层交换机融为一体，进一步简化了网络结构。这样做的另一个好处是使业务处理更加灵活方便，比如灵活QinQ技术、VLAN的三层终结，甚至MPLSVPN业务等。目前业务性能最高的一体化设备可以提供160个PON口，充分满足运营商高带宽、大容量的接入要求。从交换机本身的发展来看，其业务能力有了长足发展。以往人们经常诟病的安全、可靠性、Qos能力、业务承载等方面有了极大改变。例如，现在多数交换机和路由器的转发机制类似，都是采用逐包最长匹配算法，避免了由精确匹配带来的安全性问题；一些高端交换机除主控板、电源、风扇等采用冗余设计外，交换网也采用独立的硬件架构，可靠性进一步提升，和核心路由器具有同样等级的可靠性设计。在业务上，以往只有在高端路由器上支持的MPLSVPN、IPv6等特性，目前在中、高端交换机上也支持的比较好，例如，现在多数中、高端交换机在支持MPLSVPN方面，不仅支持MPLSBGPVPN，还支持二层VPN技术，比如VPLS、VLL，某些厂家甚至可以支持PBBVPN，方便运营商开展各种形式的以太网专线业务，为大客户提供服务。再有，以前人们认为交换机Qos能力差的一个重要原因就是交换机的缓存太小，这样容易导致在突发流量下交换机丢包。近两年，这个情况也得到了很大的改观，现在部分厂家的核心交换机同样支持高速接口（例如10G）下的大缓存，缓存时间达到和核心路由器同等级别的200ms！通过以上分析，我们可以看出，现代路由器和交换机的差别越来越模糊，业界主流厂商的某些产品从传统的角度已经很难说清是交换机还是路由器。除了刚才提到的改进，和路由器相比，交换机也有其自有的优势：高性价比、高交换能力、高端口密度。同等转发性能的产品，交换机具备明显的价格优势。业界目前核心交换机单机可以支持近600个万兆接口，交换能力近7T。当然，交换机的提升并不意味着交换机可以取代路由器，路由器在接口丰富程度、大路由能力、多框级联等等方面还是有自己的特色和优势。在实际的城域网建设中，需要根据业务特点、网络规模、资金预算等多方面评估到底采用路由型城域网还是交换型城域网。从承载业务的角度看，如果是建设视频专网或者以视频业务为主的网络，比如IPTV承载网或VOD点播专网，由于视频业务大带宽，流量稳定（统计意思上）的特点，采用交换型城域网无疑是比较合适的。交换型城域网为视频业务提供一个高速交换，畅通无阻的网络架构。再比如，在城域范围内为企业提供以太网专线业务，不论是采用简单的VLAN、QinQ技术还是比较高级的VPLS或PBB技术，交换型城域网都是不错的选择。上海信网、重庆网通，都是通过交换型城域网来开展以太网专线业务，取得了不错的效果。从网络规模上说，对于大型、超大型城域网，承载综合性业务的网络，一般适合采用路由型城域网，因为此时