相同的万兆，不同的品质

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相同的万兆，不同的品质

http://www.vlan9.com 作者: 2005-10-27 来源:港湾网络进入讨论

　　带宽问题引发的技术革命
　　随着因特网用户在世界范围内的飞速增长，以IP业务为主的数据业务是当今世界信息业发展的主要推动力。据有关专家预测，每6～9个月，主要ISP的因特网骨干链路的带宽需求就增长一倍，2005年后，纯语音和数据流量之比将变成1∶99。不仅如此，其它业务（如视频、多媒体业务）也逐步向数字化汇聚，最终走向统一的IP业务。据此，能否有效地支持IP业务已成为某项新技术能否有长远技术寿命的标志。然而，由面向连接、时分复用、电路交换为主的传统网络已经不再适应这种发展趋势，人们对网络带宽需求的不断增长同现有网络速率的局限之矛盾日益突出。目前，ITU-T、因特网工程任务组（IETF）以及光因特网论坛（OIF）等国际组织正在联合众多的网络设备开发商、制造商以及网络业务供应商们，共同寻找一种建设、改造因特网骨干网的方案。在这种强烈的需求驱动下，万兆以太网技术、光以太网交换技术等新技术得到迅速发展和普及。
　　万兆技术标准发展简史
　　以太网技术由Xerox公司于1973年提出并实现，最初以太网的速率只有2.94Mbps，之后在Xerox、Digital、3com的共同努力下于1980年推出了10Mbps DIX以太网标准。1983年，以太网技术（802.3）与令牌总线（802.4）和令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准。1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准，以太网技术实现了第一次飞跃。 1998年802.3z千兆以太网标准正式发布。2002年7月18日IEEE通过了802.3ae：10Gbit/s以太网又称万兆以太网，它包括了：10GBASE－R、10GBASE－W、10GBASE－LX4三种物理接口标准。2004年3月份IEEE批准铜缆10G以太网标准802.3ak，新标准将作为10GBASE-CX4实施，提供双轴电缆上的10Gb/s，双轴电缆类似Infiniband联网所用的电缆。这是首个不采用5/6类电缆技术的铜缆以太网标准。IEEE表示，新标准为机房内相互距离不超过15米的以太网交换机和服务器集群提供了一个以10Gb/s速度互联的经济的方式。至于基于6类、7类双绞线进行万兆传输的标准IEEE802.3an也预计会在2006年通过。
　　业务的融合导致技术的融合
　　带宽激增的同时，互联网的业务也正在以日新月异的速度发展着，谁也无法预测几个月之后有多少全新的业务模式在网络上运行。但是各种各样的业务都趋向于在一个统一的平台进行融合。比如：传统的语音业务进行IP化出现了VOIP；传统的视频业务也在数据平台上，也就是IP平台上演进成了流媒体。这就是原来在不同平台上的业务融合到了同一个平台上，也就是我们说的业务融合。业务应用永远都是技术发展的原动力，为了保证不同的业务的传输特别是如语音这种对时延抖动敏感的业务，在技术上就提出了质量保证（QOS）概念，针对于不同的业务定制不同的优先级服务。有了视频会议和网络游戏的需求组播技术因而得到了长足的进步。即使在数据业务在这个平台本身也因为数据的重要性和保密性的不同提出了虚拟专用网（VPN）的概念，目的就是为了保障数据在传输中的安全性。为了保证局域内网的安全，这就是访问控制列表（ACL）的作用。包括这个平台本身IPv4也要扩容到IPv6。越来越多的业务推动并产生越来越多的技术，业务的融合导致技术的融合，表现在网络设备上就是对保证各种业务的各种技术的支持能力。
　　业务融合对万兆设备的挑战
　　刚才我们谈及了业务融合的趋势，在现在的网络规模上万兆核心层设备首先面对的是必不可少的海量数据转发任务，并且还要对每一条数据流按照相应的QoS策略来转发；基于每一个端口配置上几十条上百条的ACL，整机就被配置上了千条的ACL；还要实现MPLS VPN的高速转发和全网的组播控制；最后还要支持IPv4和IPv6双协议栈，满足平台过渡的需要。面对这样的海量多业务的压力，万兆设备还能从容提供“海纳百川”的能力吗？其实现在很多的万兆设备都是实现纯粹转发意义上的万兆速率，在这样同时处理多业务的同时，性能必然会大打折扣，很难想象一块芯片即要处理转发又要支持多业务还能保证性能不变。什么来才能决定万兆设备的能力呢？是不同万兆技术，不同的技术必然导致不同处理能力。下面我们分析一下业内流行的几种万兆技术。看看什么样的万兆技术才能带来真正的万兆品质。
　　万兆架构决定万兆品质
　　业内目前主流的几种万兆技术主要是：NP技术和ASIC技术。我们逐一分析一下。
　　首先是纯NP技术，目前网络处理器（NP）技术是业内非常受欢迎的技术之一，NP技术本身就是通过厂家自己编写微码的方式对网络协议处理进行优化，通过内置微引擎的方式实现加速处理，性能是CPU无法比拟的。这样的结构注定了NP就比ASIC拥有更多的灵活性，对新增业务的支持能力永远都比ASIC强。但是NP也有其自身不能克服的缺点，NP的硬件资源对比ASIC肯定还是有很大差距的，所以其在处理海量多业务时转发性能下降很快，不能达到线速。其实NP这种技术本来就是在高性能和多业务的灵活支持能力上的一种折中方案，在网络上的定位只适合汇聚层，所以在业内很多的边缘路由器都是采用NP技术，以及许多防火墙和BRAS设备也是采用NP处理器，看重的就是NP对多业务的灵活支持能力。但万兆设备肯定要是在核心层使用的，采用NP这种技术是不足够的，并且目前10G的NP处理器还处在研发阶段，没有真正的商用，所以目前成熟的厂商推出的10G平台的设备都是采用ASIC技术的。
　　其次是纯ASIC技术，能够同时提供极高转发性能和较低成本的只有ASIC芯片了。ASIC的硬件资源最为丰富，处理能力是NP不能比拟，万兆核心层设备采用ASIC是对于性能的一种保障。但是它的先天不足也是无法回避的，由于ASIC的固定特性一直无法解决路由器对多业务支持的需求，ASIC芯片一旦产出后，其原有的功能无法添加。你可以把业内目前需要的功能都做在ASIC里面，但是现在主流的很多技术都是只停留在草案阶段还未标准化比如：MPLS，QOS等功能，所以现在就做死在ASIC里面显然是有很大风险的。
　　对于ASIC平台来说，最大的问题就是对多业务的灵活支持。灵活性支持主要体现在两个方面：一方面是查表技术，现在的核心设备转发一次数据要查多少种不同的表，路由表、FIB表、ARP表、FDB表、如果要参与MPLS转发还要查找LIB表，并且针对每一个数据流还要查ACL，QOS等策略表项，查表的压力是巨大的。另一方面是对多业务报文的识别、处理能力，目前流行的大量协议有不少都还处于草案状态，并且新的协议也在不断的产生。能否灵活增加对新协议的支持能力也是摆在万兆设备面前的最为头痛的问题。近几年出现的TCAM（三重内容可编址存储器）很好地解决了多业务中各种表项的高速查找问题，其查找性能可以达到每秒100M次，也就是说可以支持一个10G端口每秒钟查找4次以上。而对各种路由表、ACL安全策略、QoS策略等表项的查找是多业务支持的核心内容。同时现在的硬件技术制造出的高速可编程硬件（FPGA），可以通过硬件升级增加对多业务的支持，并且没有NP微码空间的限制，又比NP拥有更多的硬件资源，能够实现40G数据流的报文头的处理，从而提供了对多业务支持的可能性。港湾网络有限公司正是看到了这种可能性，经过三年的潜心研究，终于实现了ASIC+FPGA+TCAM协同实现高密度千兆、2.5G、10G接口多业务数据的大容量处理、转发，FPGA硬件实现对业务报文头的处理并控制查找形成业务流，TCAM实现对各种高速业务流表项的查找，ASIC仅仅负责对业务流大容量转发，从而实现了多业务应用下高速接口的大容量接入。同时在路由器内部，通过专用ASIC把高速接口板之间的海量数据切割成特定长度的信元，从而实现高效、低延时、T比特级别的大容量数据交换。这标志着我国在高速核心路由器的研发方面已经迈入了国际先进行列。尤其值得一提的是，PowerHammer系列核心路由器的接口板处理ASIC芯片——RAKATA是完全自主研发的400万门逻辑芯片，也标志着我国的芯片设计水平已经迈上了一个新的高度，代表着采用ASIC＋FPGA＋TCAM已经成为万兆核心路由器技术发展的一个必然方向。