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在選擇數據網絡主干設備時的技術分析

來源:PChome 2006-4-10 8:00:31 考試吧:中國教育培訓第一門戶 模擬考場

    隨著Internet的飛速發(fā)展,數據網絡技術及其設備也隨之不斷推陳出新。進入新的千年,我國數據網絡建設步入了一個嶄新的發(fā)展階段。在網絡建設項目中,作為網絡建設的決策者,尤其是技術方面的負責人,如何因地制宜,既考慮現實需求,又兼顧過去網絡的投資和未來網絡的發(fā)展;如何冷靜地面對激烈競爭的網絡市場,作出正確的選擇呢?

    數據網絡無論大小,或是城域網、園區(qū)網,或是一棟大樓內的局域網,通常不可避免的要考慮在網絡中采用什么樣的主干設備。就這點而言,我們認為從網絡主干設備的系統(tǒng)結構入手,將使你的選型思路變得清晰和準確(本文不對設備中使用何種協(xié)議展開討論)。這些觀點是結合許多網絡項目的實踐,并吸收國外第三方的一些評述而成的。我們的指導思想是,盡可能從客觀、中立的角度品評一些技術問題,以供廣大的網絡技術工作者在實踐中參考,并希望能有所陴益。

    網絡主干設備的系統(tǒng)結構 網絡主干設備的系統(tǒng)結構直接決定了設備的性能和功能水平。這猶如先天很好的一個嬰兒和一個先天不足的嬰兒,即便后天成長條件完全相同,他們的能力依然有相當大的差別。因此,深入了解設備的系統(tǒng)結構設計,客觀認知設備的性能和功能,這對正確選擇設備極有幫助,下面將從七個方面進行討論。

    1.交換結構 (Switching Fabric)

    隨著網絡交換技術不斷的發(fā)展,交換結構在網絡設備的體系結構中占據著極為重要的地位。為了便于理解,這里僅簡述三種典型的交換結構的特點:

    共享總線 由于近年來網絡設備的總線技術發(fā)展緩慢,所以導致了共享總線帶寬低,訪問效率不高;而且,它不能用來同時進行多點訪問。另外,受CPU頻率和總線位數的限制,其性能擴展困難。它適用于大部分流量在模塊本地進行交換的網絡模式。 共享內存 其訪問效率高,適合同時進行多點訪問。共享內存通常為DRAM和SRAM兩種,DRAM速度慢,造價低,SRAM速度快,造價高。共享內存方式對內存芯片的性能要求很高,至少為整機所有端口帶寬之和的兩倍(比如設備支持32個千兆以太網端口,則要求共享內存的性能要達到64Gbps)。由此可見,既便不考慮價格因素,內存芯片技術本身在某種程度上也限制了共享內存方式所能達到的性能水平。 交換矩陣(Cross bar) 由于ASIC技術發(fā)展迅速,目前ASIC芯片間的轉發(fā)性能通?蛇_到1Gbps,甚至更高的性能,于是給交換矩陣提供了極好的物質基礎。所有接口模塊(包括控制模塊)都連接到一個矩陣式背板上,通過ASIC芯片到ASIC芯片的直接轉發(fā),可同時進行多個模塊之間的通信;每個模塊的緩存只處理本模塊上的輸入/輸出隊列,因此對內存芯片性能的要求大大低于共享內存方式?傊粨Q矩陣的特點是訪問效率高,適合同時進行多點訪問,容易提供非常高的帶寬,并且性能擴展方便,不易受CPU、總線以及內存技術的限制。目前大部分的專業(yè)網絡廠商在其第三層核心交換設備中都越來越多地采用了這種技術。

    2.阻塞與非阻塞配置

    阻塞與非阻塞配置是兩種截然不同的設計思想,它們各有優(yōu)劣。在選型時,一定要根據實際需求來選擇相應的網絡設備。


    5.關鍵部件冗余設計

    通過這些年的實踐,人們已經認同處于關鍵部位的網絡設備不應存在單點故障。為此,網絡主干設備應能實現如下三方面的冗余。

    電源和機箱風扇冗余

    控制模塊冗余 控制模塊冗余功能應提供對主控制模塊的“自動切換”支持。如:備份控制模塊連續(xù)5次沒有聽到來自主控制模塊的匯報,備份模塊將進行初始化并執(zhí)行硬件恢復。另外,各種模塊均可熱插拔。 交換結構冗余 如果網絡主干設備忽略交換結構的冗余設計,就無法達到設備冗余的完整性。因此,要充分考慮網絡主干設備的可靠性,應該要求該設備支持交換結構冗余。此外,交換結構冗余功能也應具有對主交換結構“自動切換”的特性。

    6.緩沖技術

    緩沖技術在網絡交換機的系統(tǒng)結構中使用的越來越多,也越來越復雜。任何技術的使用都有著兩面性,如過大的緩沖空間會影響正常通信狀態(tài)下,數據包的轉發(fā)速度(因為過大的緩沖空間需要相對多一點的尋址時間),并增加設備的成本。而過小的緩沖空間在發(fā)生擁塞時又容易丟包出錯。所以,適當的緩沖空間加上先進的緩沖調度算法是解決緩沖問題的合理方式。對于網絡主干設備,需要注意幾點:

    每端口是否享有獨立的緩沖空間,而且該緩沖空間的工作狀態(tài)不會影響其它端口緩沖的狀態(tài)。

    模塊或端口是否設計有獨立的輸入緩沖、獨立的輸出緩沖,或是輸入/輸出緩沖。

    是否具有一系列的緩沖管理調度算法,如RED、WRED、RR/FQ、WERR/WEFQ。 7.系統(tǒng)結構的技術壽命 所選擇的網絡主干設備,其系統(tǒng)結構應能滿足用戶的功能需求,并具有足夠長的技術生命周期。換言之,要避免通過硬件補丁的辦法(不斷增加新的硬件單元對系統(tǒng)結構中存在的不足進行補償,或徹底更換新設備的方式),才能滿足用戶1至2年內不斷增長的功能需求。

    業(yè)界有很多設備的系統(tǒng)結構是第2層交換的設計概念,需要通過增加第3層的硬件模塊才能實現第3層或第3/4層交換的功能,而且第3/4層數據包的轉發(fā)能力遠低于第2層交換的轉發(fā)能力。另外,短期內還可能出現用新產品來替代原有產品的情況,這對用戶的投資保護十分不利。

    GartnerGroup 對網絡主干設備系統(tǒng)結構的評判標準

    GartnerGroup 對網絡主干設備在系統(tǒng)結構的五個主要方面給出以下評判標準(以百分比計算):

    容量(阻塞/非阻塞)(30%)

    系統(tǒng)容量這一指標占了總分的百分之三十,并強調了系統(tǒng)交換結構非阻塞配置的重要性(這是說明對網絡主干設備總體系統(tǒng)能力,以及系統(tǒng)的可擴展性方面提出了極高的要求)。

    分布式/集中式 L3(25%)

    網絡主干設備(對第3層交換機而言)的系統(tǒng)結構是分布式,還是集中式?其得分比例占到了總分的四分之一(可見分布式系統(tǒng)結構對網絡主干設備性能占有何等重要的地位)

    冗余(20%)

    系統(tǒng)的冗余設計為總分的五分之一(這里強調了設備的可靠性,即不允許網絡主干設備有單點故障)。

    端口密度/上連支持(15%)

    設備的端口密度及對上連鏈路技術的支持,占了百分之十五(實際上,這項指標除與產品的性能/價格比有關外,還特指網絡主干設備的可擴展性是否具有連接更大型網絡的能力。例如,所選用的網絡主干設備構造了一個城域網,該設備還可配置ATM模塊,這樣就非常方便的使該城域網連接到省際的或全國的ATM骨干網;同樣,若該設備可配置POS模塊,便可使該網容易地連接到更大的SDH網絡)。

    緩沖(10%)

    緩沖技術占十分之一(這是向系統(tǒng)結構要性能,尤其在系統(tǒng)容易形成擁塞的情況下,如行首阻塞等,緩沖技術在解決擁塞問題方面會起到至關重要的作用)。

    網絡主干設備功能簡述 網絡主干設備絕不僅僅是高速轉發(fā)設備,在不降低網絡性能的前提下,應能為網絡提供更多的控制和服務。這里重點強調下述三類功能。

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