智能交换式IP骨干网解决方案

第 1 页 共 10 页 智能交换式智能交换式 IPIP 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使用单模光纤 距离近的楼之 第 2 页 共 10 页 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 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 第 3 页 共 10 页 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 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 第 4 页 共 10 页 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 atm 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 第 5 页 共 10 页 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 支持向 intra 转移 intra 与传统企业 第 6 页 共 10 页 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 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 第 7 页 共 10 页 优先化处理 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 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 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 第 8 页 共 10 页 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 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 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 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 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 图楼的网络结构 图 d1 楼的网络结构 图楼的网络结构 图楼的网络结构 图楼的网络 结构 第 9 页 共 10 页 图 8 楼 r d2 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 xx 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 第 10 页 共 10 页 持 ip 上的话音应用 并透过 ip 多点组播支持视频应 用 本方案所使用的各种交换机均支持 igmpsnooping 其中 smartswitchrouter 更支持 dvmrp 协议