智能交换式IP骨干网解决方案

智能交换式智能交换式 IP 骨干网解决方案骨干网解决方案 摘要 很明显 网络的设计要求建造一个 高速 ip 交换主干 这个网络主干所应具有的功能可以引用欧洲 网络试验室主任 robertmandeville 对交换式 ip 主干的看法 关键词 网络设计网络结构ip 交换主干 一 网络需求分析 这是一个典型的园区网 主节点由六栋楼组成 网络用户 的分布 各个楼之间的位置和距离见下图 1 网络的需求主要有 企业网的计算模式由客户 服务器向 intra 转移 ip 将作为唯一的协议而被采用 但必须考虑如何为 话音和视频应用提供足够的服务质量保证 大幅度提高网络带宽 包括桌面 部门服务器和主干的带宽 显著改善响应时间 网络能快速有效地传送 ip 数据包 容错的网络结构 集中的网络管理 特别是对虚拟网的管理必须保证灵活和安 全 网络应支持动态地组建跨部门的项目小组 较低的费用 由于各建筑物之间已铺好足够数量的光纤 且在距离较远 的楼之间 如 m2 和 rd2 之间 使用单模光纤 距离近的楼之 间使用多模光纤 所以 网络主干的拓扑结构没有布线结构上 的限制 但主干上的网络设备应能同时提供多模和单模光纤接 口 因此 楼内的网络结构比较规整 可以由一个数据中心集 中连接各配线间 即形成所谓塌陷式主干 collapsedbackbone 见右边示意图 2 二 技术解决方案建议 很明显 网络的设计要求建造一个高速ip 交换主干 这个 网络主干所应具有的功能可以引用欧洲网络试验室主任 robertmandeville 对交换式 ip 主干的看法 ip包的转发速度快 千兆以太网和 atm 均可达到每秒千兆位 级的速度 但还需考虑这两种技术在 ip 传输效率 服务质量保 证 价格和可管理性等方面的因素 可为不同的应用提供不同级别的服务 并能与inter 协同工作 能支持ip 上的话音应用 并透过 ip 多点组播 ipmulticast 支持视频应用 适应移动的用户和工作组 网络可以自动调整配置以保证移 动用户的原有身份 有能力以线速交换第四层的数据流 这些看法与本次招标的网络需求是一致的 并对某些需求 进一步做了细化 根据上述的需求分析 以及新一代 ip 交换主 干的特点 本文提出以下技术建议 1 网络结构 主干的拓扑结构应考虑容错性和多链路上的负载共享 以 网状结构为好 但还需根据各楼内的节点数 网络应用的种类 及投资等因素进行配置 主干的拓扑结构见下图 3 楼内的拓扑结构虽说已有定论 但不同厂家的具体方案仍 有不同 右图所示的结构在某些厂商的方案中经常见到 即数 据中心由交换机和路由器 或第三层交换机 共同组成 当然 数量视具体情况定 比如两台交换机加两台第三层交换机组成 数据中心 见图 4 b 加了延时 由于使用了成倍数量的交换 机 费用也增加不少 更好的结构当然是完全由第三层交换机 或称为交换式路 由器 组建数据中心 网络中没有通信瓶颈 桌面到服务器仅 需 2 次跳步 而且一台设备取代二台设备 成本大大降低 如 果考虑到数据中心的容错 可以用两台第三层交换机并构成冗 余连接 配线间中布置新一代第 2 层交换机 值得引起注意的 是 当采用冗余的网络结构时 数据中心交换机需要提供 2 至 3 倍于非冗余结构所需的端口数量 图5 纯 l3 式数据中心 下表1 列出目前在市场上可购买到的第三层交换机的千兆 以太网端口密度 表1 第三层千兆以太网交换机的端口密度 由于主干交换机是第3 4 层交换机 支持 ospf 协议 所 以园区网状的拓扑结构不仅可以实现连接上的冗余 而且运用 ospf 协议可以实现多链路负载分享 2 园区网络主干的技术选择 毫无疑问 目前可行的选择技术只有2 种 即 622mbpsatm 和千兆以太网 下面对这 2 种技术在与 ip 相关的 多个方面进行了对比 千兆以太网 以帧方式传输 atm 以信元方式传输 atm 的站点和边缘交换机支持 abr 未被普遍采用实现上的难易程度交换机需要高速背板的支持需 要新的硬件控制器第三层交换不要求对原网络进行彻底更新需 要有系统的方法设计和维护 atm 网需要新的硬件以支持 mpoa 客户用户需重新培训是否能保证网络的平滑升级新的帧格式向 后兼容第三层交换不要求对原网络进行彻底更新利用 mpoa 在 ip 主机之间建立捷径式路经 mpoa 要求硬件支持虚拟网用 802 1q 建立基于端口的 vlanintra 要求建立基于子网的 vlan 某些 交换机支持基于策略的虚拟网 atm 的强项 vlan 与 lane 和 mpoa 集成在一起每个端口可属于多个 vlanipmulticast 第 2 3 层交换 机使用 igmpsnooping 技术自动设置 ipmulticast 小组某些第 3 层 交换机还支持 dvmrp 路由协议可以建立点到多点的虚连接第 4 层数据流的控制 asic 硬件可辨认 tcp 的端口号交换机可将 qos cos tos 参数应用于交换的数据流上对 ip 应用区分优先级无 从以上对比可以看出 建设交换式ip 园区骨干网所需的功 能用千兆以太网是完全可以实现的 这主要是由于支持千兆以 太网的第 3 4 层交换机的出现大大地增强了千兆以太网在园区 的地位 原来认为的以太网的一些不足 如对多媒体应用的支 持 灵活的网络拓扑结构和多链路负载分享 基于标准的虚拟 网等 已被新的技术和标准所解决 某些千兆以太网交换机 如 smartswitchrouter 交换式路由器 在单模光纤上传输距离 可达 75 公里 同时还支持 ipoversdh so 使得这种技术能从园 区扩展到城域网 atm技术将继续在一定时期内在广域网领域发挥作用 对 于那些要求有严格的服务质量保证 例如利用 atm 的线路仿真 技术提供高质量的话音通讯 的用户来说 atm 技术仍是值得 考虑的选择 本文针对此建议需求书的要求 采用千兆以太网和第3 4 层交换机作为解决方案的核心 下面看看这些需求在技术上是 如何被满足的 1 支持向intra 转移 intra与传统企业网的最大不同是信息流模式的转变 即所 谓 20 80 规则的倒转 在传统企业网中 80 的流量发生在 ip 子网内部 20 的流量发生在 ip 子网之间 而在 intra 中 由于 各部门均可设置自己的 web 服务器 用户也不关心所访问的服 务器的物理位置 他们访问这些服务器时 80 的流量是跨子 网的 只有 20 的流量是在本部门内发生的 intra 的这种流量 模式要求网络的 ip 路由速度有大幅度的提升 这是传统路由器 所无法胜任的 交换式路由器采用专用集成电路实现线速 ip 路由性能 并可实施第4 层的控制 如为各种应用保留带宽 设置防火墙 以及为不同的应用区分不同的优先级别等 交换 式路由器是建造 intra 的最理想的骨干设备 2 支持话音和视频应用 话音和视频应用要求网络能够保证服务质量 服务质量可 以由以下因素来判断 延时 可获得的带宽 延时的抖动 丢包率 本方案主要利用4 个技术来保证服务质量 高速度和高带 宽 采用千兆以太网作为骨干 桌面直接采用交换的 10 100mbps 且骨干采用多链路冗余 网络的带宽远超过一般 多媒体应用所需的带宽 流量优先化处理 ieee802 1p 为以太 网帧定义了 8 个优先级别 不同类别的应用被赋予不同的优先 级别 支持 802 1p 的交换机在每个端口都设置多个输入 输出 队列 这些队列的优先级别是不同的 网络管理员根据各种网 络应用对服务质量的要求为这些应用制定基于 802 1p 的优先级 别 交换式路由器与第 2 层交换机相比 除了能辨认数据包中 的 802 1p 位 而且能够辨认出各种应用的信息流 并根据网管 人员制定的有关服务质量的策略将这些信息流送入不同级别的 队列中 交换式路由器通过复杂的队列管理机制来保证对时间 敏感的应用 其数据流一般也是高优先级别的 优先被转发出 目的端口 好的队列管理机制也可进行流量控制和流量整形 trafficshaping 以保证数据流不会拥塞交换机 以及获得平 稳的数据流输出 这对话音和视频会议这样的多媒体应用是非 常重要的 带宽预留 透过rsvp 资源保留协议 交换式路由器可以动 态地为特定的应用保留所需的带宽 另外 交换式路由器具有 对应用层信息流进行控制的能力 可以分辨出不同的信息流并 为它们提供服务质量保证 利用ipmulticast 技术可以使视频会议 视频点播等应用的信 息流只流向需接收这些数据流的站点 而不会漫延到整个网络 并且每个 multicast 组之间可以互不干扰 从而保证多媒体应用 的运行更加畅通无阻 以上技术配合使用 虽还不能实现严格意义上的服务质量 保证 但实际效果却足以满足绝大多数多媒体应用的质量要求 3 显著改善响应时间 交换式千兆以太网骨干 低延时的交换机 能对流量进行 应用层控制的交换式路由器 这些技术和产品均可大幅度改善 网络响应时间 4 容错 网状的骨干拓扑结构 双核心交换机 冗余的配线间连接 等 这些都保证了网络中没有单点故障 交换式路由器支持 vrrp 虚拟的冗余路由器协议 和 ospf 协议 前者用于 2 个交 换式路由器互为备份 后者用于旁路出故障的连接 5 集中的网络管理和较低的总体费用 cabletron公司的网管系统软件 spectrum 正可担当集中管理 的任务 本方案为降低总体费用 采用了交换式路由器而不是 普通路由器作为核心设备 交换式路由器的性能是普通路由器 的 10 100 倍 而价格只有后者的十分之一 可以看出 这是一个容错性极好的网络结构 图3 m1 楼的网络结构 图4 rd1 楼的网络结构图 5 m1 楼的网络结构图 6 a1 楼 的网络结构图 7 a2 楼的网络结构 图8 楼 rd2 的网络结构 四 本方案实现的网络功能及方案的优势ip 包的转发速度快 有第 3 4 层功能的千兆以太网交换机 smartswitchrouter 是业界性 能最好的此类交换机 可以线速进行第 2 3 4 层数据转发而 不丢包 其交换矩阵速度可达 32gbps 第 3 4 层交换能力超 过 3000 万包 秒 workcomputing 杂志今年对多厂商的千兆 以太网交换机进行了严格测试 结果是 smartswitchrouter 获得 最高分 并荣获该杂志为交换机设置的唯一一个 编辑选择奖 容错的网络结构 主干为网状拓扑结构 并通过ospf 协议实 现多链路负载分享 主干带宽达 8000mbps 并具有足够的扩展 性 smartswitchrouter 支持 vrrp 协议 实现双 smartswitchrouter 之间的动态互为备份 楼层的交换机均由多 条线路连接至楼内的数据中心 多链路之间可进行负载分享和 互为备份 可为不同的应用提供不同级别的服务 并能与inter 协同工作 本方案采用的各型交换机均支持 ieee802 1p 标准 smartswitchrouter 更具有对应用层的数据流进行控制的能力 可以保证服务质量 这种交换机还支持 rip ospf 和 bgp 协议 并提供广域网和 ipoversdh so 接口 可以和 inter 协同工作 能支持ip 上的话音应用 并透过 ip 多点组播 ipmulticast 支持视频应用 本方案所使用的各种交换机均支持 igmpsnooping igmp 是 ip 多点组播的工业标准 其中 smartswitchrouter 更支持 dvmrp 协议 使 ip 多点组播更加