为下一代核心路由器设计的可扩充IP

　　全球基本通信基础设施正在爆炸性地增长。在对网络速度展开激烈争论之际，一个不争的事实是通信总量在持续的增长。更多的用户、更多的占用带宽的内容，更多的企业通信业务，是高速增长的重要因素。这样的增长对服务提供商改造IP核心设备提出了众多挑战，如IP地址的激增、路由表管理难度的增加、路由对等设备高度复杂化。

　　可扩充IP的核心是有效地、经济实用地提升系统容量的能力。解决目前单机箱IP路由器的困难会增加服务提供商网络投资和运营成本。可扩充IP整体性能的主要组成部分。

　　当然，增长不是网络运营商面临的唯一问题。在支持更多通信业务的同时，他们也要以更高的可靠性来支持通信业务。到目前为止，运营商只能领先网络基恢复机制，如采用重新发现拓扑的路由协议来达到网络可用性。而系统基故障恢复技术是一种更佳的可选用方案，能加速恢复时间，且过程对其它网元是透明的。

　　服务提供商也需要简化IP管理的工具。他们需要提高接口速度的机制，需要减少网络复杂性的机制。例如，改造在每个pop（Point of Presence）安置了大量分立路由器的网络，加重了网络运营人员管理复杂设计的负担。配置与维修日益增长的IP接口极大地加重了管理的负担。

　　可扩充IP平台

　　对可扩充的IP平台来说，最基本的限制之一是IP硬件本身的缺陷。服务提供商通过目前的单机箱IP路由器提升IP容量是很困难的。为了增加容量，运营商势必要构建广泛地互连的分立路由器网，以提高性能，增加冗余。采用这种方案，每增加一个路由器都会使网络设计复杂化。

　　作为以单机箱路由器为基础的替换方案，一种新型的可扩充平台脱颖而出。这些设备通过让网络运营商按需增加机箱和线路卡而增加I/O和路由容量。由于多机箱的部署是按单个逻辑路由器管理的，因此服务提供商不会增加网络复杂性，简化了网络也就意味着简化了管理，降低了运营成本。

　　除了降低成本，这些平台还能减少资金的支出。采用目前的路由器，服务提供商必须用昂贵的路由端口来互连多个路由器。反之，要是路由器设计成可扩充的，它可以借助结构容量来提升系统，而结构容量的成本仅为I/O路由容量成本的十分之一。

　　当IP平台将硬件可扩充性与光纤链路结合在一起时，达到了可扩充性的最高境界，即通过运营商的基础设施进行灵活的部署。IP的路由器核心处的光纤背板与互连可让服务提供商在POP或中心局的任意地点安置多机箱路由器的组件，从而使服务提供商免去工作量极大的空间规划任务。若采用铜线基系统，其路由器是相互紧靠在一起的，需要相邻的机箱空间，就要作这样的空间规划。

　　可扩充的IP协议

　　灵活的、可扩的硬件是第一个要素，但解决可扩充的IP问题要顾及多种策略，有短期能改进的，也有经过长期努力才能实现的。

　　优化路由代码是一道重要的防线。路由器供应商不断地改进代码的效率来提升系统性能，提高系统可靠性。但这一措施是短期的行为，单凭上措施无法将IP扩充到所要求的程度。

　　一个更长远的解决方案是重新制定IP协议范围，使它更具可扩充性。这是该行业追求的更新、更有价值的目标。但完成协议要几年的时间，在整个基础设施中实施协议还需更长的时间。新协议的普遍采用和实施对解决当前的IP核心问题有点远水解不了近渴。

　　为了满足目前的要求，该行业必须以与现有设施完全可互操作的方式来扩充IP路由协议，支持日益增加的通信业务和IP地址。符合这些目标的有两种机制；分布式路由协议和路由器端口归并。

　　分布式路由协议

　　路由控制模块的主要功能是，确定网络拓扑结构，通过路由器的接口分配已形成的路由表。对较大型网络，路由器应支持对等设备的增加和路径的改变。虽然处理器的速度在不断地提高，但远远跟不上因特网的增长。因此，单个CPU不再能满足对等设备数量的增加和路由拓扑结构的改变。

　　为了保持与已有基本设备的兼容性而又能提高控制能力，新型IP核心需要分布实施路由协议的路由器。将计算负荷分摊到多机箱路由器中的多块控制卡上，以提高计算能力，丰富存储器资源，从而促成网络的融合。

　　各种路由协议具有不可的可扩充性。一种可选用方案是在同一逻辑地址的多机箱路由器中的多块控制卡上执行协议。例如，BGP（边界网关协议）具有同步的、分布式的BGP实例，其中的路由器对外部BGP对等设备都通告同一个路由在OSPF（open short path first）IS-IS（中间系统对中间系统）的场合，则在不同机箱的多块控制卡上执行协议，一个路由器对外部对等设备来说就是单个路由器。

　　可扩充的、分布式路由协议与路由器的当前工作基础是一致的。这些设备察觉不到可扩充实施的分布性质，因而与新型IP核心设备一起工作时也无需进行修改。

　　提高可靠性

　　分布式路由协议有很多优点。它不仅增加了IP的可扩充性，而且也提高了安的可靠性。在多块控制卡上执行路由协议，故障容错度比以往更高，要是一块控制卡发生故障，另一块控制卡可取代它，用作主控制器。路由器可继续执行路由任务而无需中断业务流。这种水平的故障容错度极大地提高了IP网络的稳定性，这是可扩充IP的关键因素。

　　当然，仅靠提高软件可靠性是不够的。IP设备还要求性能更佳的硬件可靠性。时至今日，服务提供商面临核心路由器缺少故障容错度的尴尬境地。一个精心设计的核心路由器不应只有单个故障点。它应支持SONET APS（自动保护倒换），预防端口的故障，它还应具有冗余的电源功率和冷却能力，以及冗余的线路卡、控制卡和交换结构卡。

　　一种可行的设计解决方案是将线路卡和控制卡链接至路由器的两个分立交换结构卡，结构卡通过从多级结构转发每个数据包。这种设计改善了故障容错度，提高了IP设备的性能。数据路径组件的故障恢复则可分两阶段来处理。如果结构链路或结构卡发生故障，一个本地硬件基机构能立即绕过失效的组件转发通信业务。其次，系统可借助内部结构路由协议来更新内部结构转发表，对余下组件的路由重新进行优化。

　　可扩充的IP接口

　　要想跟上IP通信业务的增长，可扩充路由器另一项工作是简化IP接口的管理。端口归并技术可让网络提供者将多个IP端口组合在一起，作为单个IP接口来处理。路由协议则仅管理少量的接口和拓扑结构改变。若聚合链路中一条链路发生故障，连接在一起的路由器觉察不到链路的故障，因为余下的链路仍保持着连接，并可以这些链路上均衡地分酏负荷，继续转发通信业务。

　　这一类端口归并对扩充光传输核心的IP城特别有用。DWDM系统一类设备具有可扩充的光核心带宽，但当波长倍增时，连接光核心的IP路由器必须端接所有的波长。随着两点间业务负荷的增长，服务提供商需要多种工具来减轻管理较高负荷的负担。

　　将接口端口归并为一个逻辑端口就能提供简化性。例如，服务提供商可建立组合了不同速率接口的大型点对点业务中继。一种聚合链*路可以支持OC-3、OC-12、OC-48、与OC-192的端口组合，链接将在不同速率的链路上均衡分配业务负荷。这种机制极大地简化了IP链路的扩充，因为服务提供商可简单地增加聚合链路的数量来提升容量。他们也可增加一条链路，把原有链路的速率转移到另一种速率上，使业务在两条链路上传送，然后去掉原有链路。由于这一方案使服务提供商免了作了更新接口速率通常要求的人工路由表操作，因此它不仅能改进IP的性能，还能提高IP的可靠性。

　　聚合端口有助于实现下列目标：

　　*通过分布地、负荷均衡地将通信业务分配到多个端口来扩充IP。

　　*通过冗余的链路来提高可靠性。

　　*通过多个端口共享一个地址来加速和简化接口的配置。

　　*减少路由协议的开销

　　*简化管理。

　　下一代IP核心

　　IP是统一网络行业（包括服务提供商和企业两者）的基础，协议要想继续广泛地应用，就要增强它的性能和可靠性。主要是，协议要扩充它的容量，以便容纳更多的用户和日益增长的通信业务负荷。为此，要对当前的IP硬件和软件作重大的改进。

　　可扩充硬件是一个关键的要素，它支持更多的IP容量，经济实用而又不致使管理复杂化。

　　但IP平台还需要可扩充的软件，以其分布式标准IP路由协议和端口归并的特殊功能补充硬件的容量，提高系统的性能。经过上述的改进，IP才能成功地继续成为众望所归的因特网协议和商务协议。

摘自《电子产品世界》2001.10