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多層交換：讓路由器“智能”起來(lái)

云知道


當(dāng)今世界，網(wǎng)絡(luò)化程度越來(lái)越高，人與設(shè)備之間的通信方式日新月異、種類繁多 。其中的一些通信類型已經(jīng)為大家所熟知，如IP語(yǔ)音（VoIP）、數(shù)字圖像、組播、視頻點(diǎn)播、對(duì)等文件共享、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議等等 。不過(guò)，所有這些應(yīng)用都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求可以用“貪得無(wú)厭”一詞來(lái)形容 。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，帶寬本身總是不夠用的 。因此，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施背后的智能“設(shè)備”，即交換機(jī)和路由器必須承擔(dān)起以智能化的方式跟上帶寬需求腳步的艱難任務(wù) 。像視頻和數(shù)字X-光這樣的應(yīng)用總是要求更大、更智能化的“傳輸管道”，而VoIP應(yīng)用則要求低延遲或響應(yīng)時(shí)間以及一致的傳送速率 。上世紀(jì)90年代中期，隨著傳統(tǒng)交換機(jī)的沒(méi)落，人們開始競(jìng)相發(fā)展速度更快、智能化程度更高的交換機(jī)和路由器 。硅谷的一群天才們看到了這一市場(chǎng)機(jī)會(huì)，由此，在一種稱為“多層交換路由”新概念的基礎(chǔ)上發(fā)明了網(wǎng)絡(luò)硬件及其相關(guān)的軟件 。與當(dāng)時(shí)僅基于軟件的路由器相比，這些新的“智能”交換機(jī)/路由器能夠提供更快的速度和更短的延遲，同時(shí)能夠?qū)⒍喾N網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能結(jié)合在一起 。

原來(lái)，當(dāng)需要增加網(wǎng)絡(luò)帶寬時(shí)，網(wǎng)絡(luò)治理員往往通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)避免路由器發(fā)生瓶頸 。服務(wù)器經(jīng)常不通過(guò)路由器，重新安裝在離用戶更近的地方 。在大型企業(yè)中，用戶通常被劃分為通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)互連的一些較小的網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)） 。這種劃分通常是按照地域、運(yùn)行的應(yīng)用類型、需要的數(shù)據(jù)量和安全方面的因素來(lái)進(jìn)行 。例如，財(cái)務(wù)部門經(jīng)常被全部布置在自己的群組中，這樣做的原因在于為了有效地保護(hù)公司的財(cái)務(wù)記錄，而不是考慮到所使用的帶寬 。而VoIP電話也經(jīng)常被放置在自己的網(wǎng)絡(luò)之中，其原因在于這樣可以繞過(guò)傳統(tǒng)路由器的瓶頸 。

當(dāng)計(jì)算機(jī)需要與自己本地網(wǎng)絡(luò)之外的其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，為了將數(shù)據(jù)包發(fā)送到群組外面，它們必須先將數(shù)據(jù)包發(fā)送到離自己最近的路由器 。路由器提供公司與互聯(lián)網(wǎng)之間的連接和安全邊界，以及公司內(nèi)部群組之間的連接（內(nèi)部網(wǎng)） 。

傳統(tǒng)的路由器只有在絕對(duì)必要時(shí)才使用，如通過(guò)廣域網(wǎng)連接遠(yuǎn)程辦公室、連接到互聯(lián)網(wǎng)或隔離公司中具有高帶寬要求的群組 。傳統(tǒng)的路由器很貴，現(xiàn)在仍是如此，而且與最初的設(shè)計(jì)相比并沒(méi)有重大的進(jìn)展，使用的組件與一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)PC的類似，并使用多個(gè)接口卡運(yùn)行專用的軟件 。
問(wèn)題所在：核心路由器“瓶頸”
解決方案：將網(wǎng)絡(luò)功能與多層交換路由器有機(jī)結(jié)合在一起


與之相比，多層交換路由器將傳統(tǒng)路由器的所有功能集中在一個(gè)專用集成電路（ASIC）上 。ASIC比傳統(tǒng)路由器的CPU便宜，而且通常分布在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口上 。現(xiàn)在，典型的交換機(jī)/路由器可能在一臺(tái)設(shè)備中包括50個(gè)ASIC，可以支持?jǐn)?shù)以百計(jì)的接口 。另外，新的ASIC答應(yīng)智能交換機(jī)/路由器在所有的端口上以最快的速度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而不管網(wǎng)絡(luò)流量是什么類型，可以說(shuō)，它們是以實(shí)際接口速度（經(jīng)常稱為線速）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 。目前，市場(chǎng)上針對(duì)企業(yè)局域網(wǎng)（LAN）的新型交換機(jī)/路由器中可在單一個(gè)接口上以每秒鐘萬(wàn)兆位的帶寬（OC-192）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 。

走出舊時(shí)代，邁進(jìn)交換新天地

由于使用一種集中式的架構(gòu)，所以傳統(tǒng)路由器一般缺乏可擴(kuò)展能力 。對(duì)于傳統(tǒng)路由器，到達(dá)路由器的所有數(shù)據(jù)包必須被送到一個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理，這樣，您擁有的接口數(shù)量越多，系統(tǒng)的負(fù)載越重，從而造成資源的過(guò)度占用 。這大大限制了網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)，如VoIP 。

當(dāng)一個(gè)使用集中式架構(gòu)的路由器需要處理的流量超出自己的處理能力時(shí)，它就會(huì)開始丟棄數(shù)據(jù)包 。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或計(jì)算機(jī)收不到響應(yīng)信息時(shí)，它們會(huì)發(fā)送更多的數(shù)據(jù)包，試圖恢復(fù)會(huì)話 。這樣，情況變得更糟，因?yàn)楹茌p易導(dǎo)致交叉會(huì)話過(guò)載 。這種情況下，過(guò)載的路由器會(huì)根據(jù)應(yīng)用、用戶的優(yōu)先級(jí)或網(wǎng)絡(luò)目的/源地址有選擇性地丟棄數(shù)據(jù)包 。很明顯，我們需要一種新的方法來(lái)滿足流量增長(zhǎng)的要求 。

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