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核心交換機架構演進

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應用永遠是技術發(fā)展的原動力 。在目前日益復雜的業(yè)務應用面前 ， 網(wǎng)絡設備的技術架構成為一個設備適用范圍的要害因素 ， 不同的應用環(huán)境需要不同的網(wǎng)絡設備 。比如NGN的應用需要基于SoftSwitch技術架構的設備 ， 比如縱向網(wǎng)就需要關注路由器 ， 園區(qū)網(wǎng)重點則是交換機等等 ， 這都說明 ， 一種技術架構的出現(xiàn)必然是為解決某種應用而服務的 。
那么,在當前網(wǎng)絡大融合的趨勢下 ， 核心交換機需要一種什么樣的架構呢？
交換架構的演進
隨著Internet用戶的增加和帶寬的擴大 ， 交換機的結構也在不斷的發(fā)展 ， 從推出的時間看 ， 交換架構主要經(jīng)歷了總線型和CrossBar兩個階段 。但由于以太網(wǎng)技術的發(fā)展日進千里 ， 因此這兩種架構的交換機目前都活躍在市場上 。
總線型交換架構
基于總線結構的交換機一般分為共享總線和共享內(nèi)存型總線兩大類 。
共享內(nèi)存結構的交換機使用大量的高速RAM來存儲輸入數(shù)據(jù) ， 同時依靠中心交換引擎來提供全端口的高性能連接 ， 由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由 。這類交換機設計上比較輕易實現(xiàn) ， 但在交換容量擴展到一定程度時 ， 內(nèi)存操作會產(chǎn)生延遲；另外 ， 在這種設計中 ， 由于總線互連的問題增加冗余交換 ， 引擎相對比較復雜 。所以這種交換機假如提供雙引擎的話 ， 要做到非常穩(wěn)定相對比較困難 。所以我們可以看到 ， 早期在市場上推出的核心交換機往往都是單引擎 ， 尤其是隨著交換機端口的增加,由于需要內(nèi)存容量更大 ， 速度也更快,中心內(nèi)存的價格變得很高 。交換引擎會成為性能實現(xiàn)的瓶頸 。
CrossBar＋共享內(nèi)存架構
CrossBar（即CrossPoint）被稱為交叉開關矩陣或縱橫式交換矩陣 。它能很好的彌補共享內(nèi)存模式的一些不足 。
首先 ， CrossBar實現(xiàn)相對簡單 。共享交換架構中的線路卡到交換結構的物理連接簡化為點到點連接 ， 實現(xiàn)起來更加方便 ， 從而更輕易保證大容量交換機的穩(wěn)定性；
其次 ， CrossBar內(nèi)部無阻塞 。只要同時閉合多個交叉節(jié)點（crosspoint） ， 多個不同的端口就可以同時傳輸數(shù)據(jù) 。從這個意義上 ， 我們認為所有的CrossBar在內(nèi)部是無阻塞的 ， 因為它可以支持所有端口同時線速交換數(shù)據(jù) 。
另外 ， 由于其簡單的實現(xiàn)原理和無阻塞的交換結構使其可以運行在非常高的速率上 ， 半導體廠商目前已經(jīng)可以用傳統(tǒng)CMOS技術制造出10Gbit/s以上速率的點對點串行收發(fā)芯片 。
但這種結構依然會存在業(yè)務板總線和交換網(wǎng)板的CrossBar互連問題 。由于業(yè)務板總線上的數(shù)據(jù)都是標準的以太網(wǎng)幀 ， 而一般CrossBar都采用信元交換的模式來體現(xiàn)CrossBar的效率和性能 。因此在業(yè)務板上采用的共享總線的結構 ， 在一定程度上影響CrossBar的效率 ， 整機性能完全受限于交換網(wǎng)板CrossBar的性能 。
分布式CrossBar架構
核心交換機的交換容量現(xiàn)已發(fā)展到了幾百個Gbps ， 同時支持多個萬兆接口并規(guī)模應用在城域網(wǎng)骨干和園區(qū)網(wǎng)核心 。分布式的CrossBar架構很好地解決了在新的應用環(huán)境下核心交換機所面臨的高性能和靈活性的挑戰(zhàn) 。
也就是說 ， 除了交換網(wǎng)板采用了CrossBar架構之外 ， 在每個業(yè)務板上也采用了CrossBar 交換芯片的架構 。在業(yè)務板上加交換芯片可以很好地解決了本地交換的問題 ， 而在業(yè)務板交換芯片和交換網(wǎng)板之間的CrossBar芯片解決了把業(yè)務板的業(yè)務數(shù)據(jù)信元化問題 ， 從而提高了交換效率 ， 并且使得業(yè)務板的數(shù)據(jù)類型和交換網(wǎng)板的信元成為兩個平面 ， 也就是說可以有非常豐富的業(yè)務板 ， 比如可以把防火墻、IDS系統(tǒng)、路由器、內(nèi)容交換、IPv6等等類型的業(yè)務整合到核心交換平臺上 ， 從而大大提高了核心交換機的業(yè)務擴充能力 。

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