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萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)中的新一代技術(shù)

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作為兼容于以往的最新以太網(wǎng)技術(shù) ， 萬(wàn)兆以太網(wǎng)不僅僅是以太網(wǎng)的“高速翻版” ， 萬(wàn)兆以太網(wǎng)第一次提出了萬(wàn)兆廣域以太網(wǎng)技術(shù) ， 第一次實(shí)現(xiàn)了私有網(wǎng)絡(luò)到公眾網(wǎng)絡(luò)的融合 。同樣 ， 作為網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備 ， 萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)也不僅僅是在已有的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)上支持萬(wàn)兆的接入模塊 ， 它需要新一代的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ， 包括從交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)、二/三層技術(shù)的更新 ， 到下一代 IPv6 的缺省支持和有效的帶寬治理 。本文將探討這些新一代的技術(shù) 。
近年來(lái) ， 從局域網(wǎng)到城域網(wǎng) ， 從城域網(wǎng)到廣域網(wǎng) ， 以太網(wǎng)技術(shù)以驚人的速度正占據(jù)著越來(lái)越多的市場(chǎng) ， 尤其在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中 ， 以太網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越多地成為毫無(wú)爭(zhēng)議的選擇 。從快速以太網(wǎng)到千兆以太網(wǎng) ， 再到萬(wàn)兆以太網(wǎng) ， 技術(shù)上的更新滿足了新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所帶來(lái)的高速帶寬增長(zhǎng)和新一代應(yīng)用的需求 。
以下我們來(lái)看一下萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)中的新一代技術(shù) 。
分布式的交換體系
用戶投資購(gòu)買萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī) ， 是因?yàn)樾枰軌蛟谌魏吻闆r下線速處理數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā) ， 需要能夠處理新一代的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 ， 如組播應(yīng)用、流媒體應(yīng)用、IP語(yǔ)音、下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6應(yīng)用；同時(shí)也需要交換機(jī)能夠提供最好的投資保護(hù)、能夠占用最少的機(jī)架空間、能夠盡量地節(jié)省電量、能夠看得見(jiàn)用戶的流量等 。
顯然 ， 千兆交換機(jī)不能容納大容量萬(wàn)兆端口的線速轉(zhuǎn)發(fā) ， 目前的千兆交換機(jī)只能夠提供幾十到幾百個(gè)G的吞吐量 ， 而新一代的萬(wàn)兆交換機(jī)能夠提供每秒處理一千個(gè)G以上的吞吐 。由于如此大的數(shù)據(jù)吞吐用最高的CPU也不能實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā) ， 所以我們需要專用的網(wǎng)絡(luò)集成電路芯片（ASIC） ， 同時(shí)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)分布到各個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn) 。
分布式系統(tǒng)有不同的實(shí)現(xiàn)方式 ， 一種是在傳統(tǒng)的交換機(jī)技術(shù)上將常用的任務(wù)轉(zhuǎn)移到本地模塊上實(shí)現(xiàn) ， 它可以利用本地的交換矩陣 ， 也可以利用整個(gè)交換機(jī)的交換矩陣 ， 但是這樣的做法顯然不是最佳的；另一種做法是徹底地將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)分布到各個(gè)模塊并利用本地的大容量交換矩陣實(shí)現(xiàn) 。
所以說(shuō) ， 大容量的分布式交換結(jié)構(gòu)最為有效 ， 萬(wàn)兆交換機(jī)不僅應(yīng)該提供大容量的背板交換矩陣 ， 還應(yīng)該提供大容量的本地交換矩陣 ， 無(wú)阻塞的并行交換矩陣是目前最為先進(jìn)的技術(shù) 。
ASIC與FPGA芯片
同時(shí) ， ASIC提供的是在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)利用專用芯片而不是由CPU來(lái)處理 。ASIC的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是盡可能在芯片級(jí)上處理所有的流量轉(zhuǎn)發(fā) ， 但是問(wèn)題在于 ASIC一旦設(shè)計(jì)之后交換機(jī)就不能進(jìn)行修改 。所以我們會(huì)選擇處理盡可能多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品 ， 我們會(huì)考慮到 IPv4 的數(shù)據(jù)包交換和路由、IP組播的數(shù)據(jù)包 ， 是否能夠?qū)崿F(xiàn)芯片級(jí)的數(shù)據(jù)分流和服務(wù)質(zhì)量保證（QoS） ， 是否能夠?qū)崿F(xiàn)芯片級(jí)的數(shù)據(jù)限速 ， 數(shù)據(jù)限速是否可以實(shí)現(xiàn)多種方式以及采用信用制而非門票制的方式 ， 是否可以實(shí)現(xiàn)策略路由 ， 是否可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)列表控制（ACL） ， 是否可以實(shí)現(xiàn)新一代 IPv6 的交換和路由 ， 甚至是否可以芯片級(jí)采集數(shù)據(jù)流量等一系列問(wèn)題 。優(yōu)秀的ASIC設(shè)計(jì)體現(xiàn)了交換機(jī)設(shè)計(jì)的最高技術(shù) 。
但是 ， 有了分布式的交換體系和優(yōu)異的ASIC技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 ， 由于ASIC 的技術(shù)一旦實(shí)現(xiàn)則不能更改 ， 那么新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、新的應(yīng)用模式將完全利用 CPU來(lái)處理 ， 而這樣往往給用戶帶來(lái)性能上的損失和業(yè)務(wù)上的痛苦 。解決的辦法可以是購(gòu)買新一代ASIC設(shè)計(jì)的模塊 ， 但是硬件升級(jí)可能帶來(lái)的是昂貴的追加投資 。最新的萬(wàn)兆交換機(jī)會(huì)利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片（FPGA）來(lái)解決這一缺陷 ， 將新的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)軟件升級(jí)由硬件處理 ， 提供了用戶投資的最好保護(hù) 。

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