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淺談多層交換路由器中的架構(gòu)演進(jìn)


在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高的世界上,人們不斷地以新的和不同的方式使用人與設(shè)備之間的通信 。一些通信類型已經(jīng)為人們所熟悉,如IP語音(VoIP)、數(shù)字圖像、組播、視頻點(diǎn)播、對等文件共享、遠(yuǎn)程視頻會議以及更多 。不過,所有這些應(yīng)用都有一個(gè)共同的特點(diǎn):對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求可以用“貪得無厭”一詞來形容 。
從長遠(yuǎn)看,帶寬本身總是不夠用的 。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施背后的智能“設(shè)備”——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) 。象視頻和數(shù)字X-射線這樣的應(yīng)用總是要求更大、更智能化的“管道”,而VoIP應(yīng)用要求低延遲和一致的傳送速率 。上世紀(jì)90年代中期,隨著傳統(tǒng)交換機(jī)的沒落,人們開始競相發(fā)展速度更快、智能化程度更高的交換機(jī)和路由器 。硅谷一群天才式的人物看到了這一市場機(jī)會,在一種被稱為"多層交換路由"新概念的基礎(chǔ)上發(fā)明了組網(wǎng)硬件和相容的軟件 。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鄠€(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能結(jié)合起來 。
歷史上,當(dāng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求增加時(shí),網(wǎng)絡(luò)治理員通過對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來避免路由器瓶頸 。服務(wù)器經(jīng)常繞過路由器,重新安裝在離用戶更近的地方 。例如,一組股票交易工作站可能遠(yuǎn)離公司的其他設(shè)備,并與為其提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入的服務(wù)器放在一起 。這是因?yàn)楣蚕砭W(wǎng)絡(luò)資源(如路由器)的設(shè)備數(shù)量越少,每一設(shè)備能夠得到的帶寬就越多 。傳統(tǒng)上,用戶與數(shù)據(jù)之間的距離越近,他們獲得數(shù)據(jù)的速度就越快,因?yàn)檫@樣可以避免產(chǎn)生路由器瓶頸 。
在大型企業(yè)中,用戶被劃分為通過路由器實(shí)現(xiàn)互連的較小的網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng)) 。用戶劃分的基礎(chǔ)通常是地域、運(yùn)行的應(yīng)用類型、需要的數(shù)據(jù)量和安全方面的原因 。例如,會計(jì)部門經(jīng)常被放置在自己的群組中,這樣就可以保護(hù)公司的財(cái)務(wù)記錄,而不是因?yàn)樗鼈兯褂玫膸?。VoIP電話經(jīng)常被放置在自己的網(wǎng)絡(luò)之中,這樣它們就可以繞過傳統(tǒng)路由器的瓶頸 。
當(dāng)計(jì)算機(jī)需要與不在自己所在的本地網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí),為將數(shù)據(jù)包發(fā)送到自己所在的群組之外,它們將數(shù)據(jù)包發(fā)送到距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必要時(shí)才使用,如通過廣域網(wǎng)連接遠(yuǎn)程辦公室、連接到互聯(lián)網(wǎng)以及隔離公司中有要害的、高帶寬要求的群組 。傳統(tǒng)路由器當(dāng)時(shí)很貴(現(xiàn)在仍是如此),而且與最初的設(shè)計(jì)相比并沒有重大的進(jìn)展,使用的組件與一臺標(biāo)準(zhǔn)PC類似,并使用多個(gè)接口卡運(yùn)行專用的軟件 。
與之相比,多層交換路由器將所有這些功能集中在一個(gè)專用的非凡應(yīng)用集成電路或ASIC上 。ASIC比傳統(tǒng)路由器的CPU便宜,而且通常分布在網(wǎng)絡(luò)端口上 。今天,典型的交換機(jī)/路由器可能在單一設(shè)備中包括了50個(gè)ASIC,可以支持?jǐn)?shù)以百計(jì)的接口 。新的ASIC答應(yīng)智能交換機(jī)/路由器在所有的端口上以極快的速度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)——無論網(wǎng)絡(luò)流量是什么類型 。它們以實(shí)際接口速度(經(jīng)常被稱為線速)轉(zhuǎn)發(fā)流量 。現(xiàn)在,市場上為企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)提供的新交換機(jī)/路由器,可在單一接口以每秒鐘萬兆位的帶寬(OC-192)轉(zhuǎn)發(fā)流量 。
因?yàn)槭褂弥行募軜?gòu),傳統(tǒng)路由器經(jīng)常缺乏可擴(kuò)展性 。到達(dá)路由器的所有數(shù)據(jù)包必須被送到一個(gè)單一的處理區(qū) 。您擁有的接口數(shù)量越多,系統(tǒng)的負(fù)載越重,從而導(dǎo)致資源的過度占用 。這會限制可以在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的服務(wù),如VoIP 。
當(dāng)一個(gè)使用中心阻塞架構(gòu)的路由器需要處理的流量超出自己的容量時(shí),它就會開始丟棄數(shù)據(jù)包 。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或計(jì)算機(jī)不能收到響應(yīng)時(shí),它們會為恢復(fù)會話而發(fā)送更多的數(shù)據(jù)包 。這只會使情況更糟——因?yàn)楹茌p易導(dǎo)致交叉會話過載 。這種情況下,過載的路由器會發(fā)展出自己的非邏輯性思維,根據(jù)應(yīng)用、用戶的優(yōu)先級或網(wǎng)絡(luò)目的地/來源有選擇性地丟棄數(shù)據(jù)包 。很明顯,需要一種新的處理流量增長的方法 。

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