萬兆以太網(wǎng)的產(chǎn)品方案-選購篇
萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品種類
隨著萬兆以太網(wǎng)標準的制定，市場上出現(xiàn)了許多支持萬兆以太網(wǎng)的產(chǎn)品。從其產(chǎn)品體系結構來看，目前的萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品可以分為兩大種類：一種是萬兆以太網(wǎng)交換模塊；另一種是真正的萬兆以太網(wǎng)交換機/路由器。
萬兆以太網(wǎng)接口模塊
目前市場上大多數(shù)支持萬兆以太網(wǎng)的產(chǎn)品是在千兆以太網(wǎng)交換機/路由器的基礎上增加萬兆以太網(wǎng)接口模塊。千兆以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品從1997年問世以來，經(jīng)過幾年的發(fā)展，技術上已經(jīng)成熟。許多千兆以太網(wǎng)設備提供商為了盡快進入萬兆以太網(wǎng)市場，便直接在千兆產(chǎn)品上增加萬兆以太網(wǎng)模塊。萬兆以太網(wǎng)技術和千兆以太網(wǎng)技術定義了MAC層和物理層規(guī)范，對上層協(xié)議透明。而千兆以太網(wǎng)體系結構的交換機加上萬兆以太網(wǎng)接口模塊是比較經(jīng)濟的網(wǎng)絡解決方案。
但是，由于千兆以太網(wǎng)交換機在體系結構設計、背板帶寬、交換能力和ASIC處理能力等方面是根據(jù)千兆的要求設計的，當接口速度提高10倍達到萬兆時，通常不能很好地勝任，更沒有足夠的擴展能力以滿足未來的網(wǎng)絡升級。例如，大多數(shù)千兆以太網(wǎng)交換機的線卡插槽和背板之間接口帶寬只有8Gbps，即便每個線卡只有1個萬兆以太網(wǎng)接口時，在理論上也不可能達到萬兆的速度。另外，交換矩陣容量、包轉發(fā)能力以及包處理芯片等都將嚴重影響到整個交換機支持萬兆以太網(wǎng)的能力。因此，僅支持萬兆以太網(wǎng)模塊的千兆以太網(wǎng)交換機還不能稱為真正意義上的“萬兆以太網(wǎng)交換機”。
萬兆以太網(wǎng)交換機/路由器
真正為萬兆以太網(wǎng)技術而重新設計體系結構的交換機/路由器通常被生產(chǎn)廠商稱為“下一代”產(chǎn)品，現(xiàn)在市場上已經(jīng)能夠找到這類產(chǎn)品。萬兆以太網(wǎng)交換機/路由器在硬件設計中主要有以下特點。
a. 背板帶寬
線卡插槽和背板之間的接口帶寬是衡量萬兆以太網(wǎng)設備最基本也是最重要的指標之一。為萬兆以太網(wǎng)設計的交換機/路由器，線卡插槽的背板接口帶寬至少需要10Gbps，比較理想的設備是能具備不少于40Gbps（雙向）的接口帶寬以支持單線卡4個萬兆以太網(wǎng)接口的密度。同時，被選購的設備應當滿足在未來線卡端口密度增加時，交換機只需替換線卡而無需替換系統(tǒng)背板的要求。當線卡上用戶端口的總帶寬超過了與背板之間的帶寬時，稱之為“過載”使用，此時用戶端口將不可能達到線速。
b. 交換容量
交換容量是指系統(tǒng)中用戶接口之間交換數(shù)據(jù)的***能力，用戶數(shù)據(jù)的交換是由交換矩陣實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的總線式交換方式容量有限，不再被萬兆以太網(wǎng)交換機所采用，取而代之的是矩陣式交換，這也是中高端千兆以太網(wǎng)交換機的主要交換形式。在無阻塞交換結構中，交換容量＝交換矩陣與線卡之間的帶寬×線卡插槽數(shù)。
交換機中的交換芯片是核心交換功能部件，通常提供比系統(tǒng)實際交換容量更大的交換能力。由于控制處理卡（或冗余配置時）通常會占用部分交換芯片的接口用于處理路由和管理等信息，系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)交換容量將小于交換芯片的總容量。例如，一臺交換芯片總容量為640Gbps（80Gbps*8）的設備，實際可用的線卡插槽為7個，可提供的線卡為單線卡2端口萬兆以太網(wǎng)接口。那么該系統(tǒng)的實際可利用交換容量是40Gbps×7=280Gbps；未來可利用的（提供單線卡4端口萬兆以太網(wǎng)接口時）***交換容量為80Gbps×7=560Gbps。
在選擇萬兆以太網(wǎng)交換機時，系統(tǒng)的實際交換容量、***可利用交換容量和交換芯片總容量都是非常重要的指標。用戶在選擇產(chǎn)品時一定要清楚地理解實際交換容量和***可利用交換容量才是選擇交換機最重要的指標，前者是實際可得到的處理能力，后者與未來擴展能力密切相關。
當交換容量小于系統(tǒng)***端口配置時的總帶寬時，就有可能出現(xiàn)交換阻塞。在選擇核心交換機或支持對時延敏感的應用時，一定要選擇無阻塞交換矩陣結構的交換機。
c. 高速ASIC芯片
萬兆以太網(wǎng)交換機/路由器要高速處理大量的數(shù)據(jù)幀，因此通常采用分布式包處理體系結構。每張線卡上都有負責包處理、包檢索、緩存和隊列的ASIC芯片。系統(tǒng)軟件支持的ACL、QoS和Multicast等功能都必須通過硬件實現(xiàn)。高速ASIC芯片是從千兆以太網(wǎng)升級到萬兆以太網(wǎng)時系統(tǒng)必須重新設計或增強的。
市場上有部分支持萬兆以太網(wǎng)接口的交換機為了爭取時間提前推出，沒有從硬件上全面升級，導致系統(tǒng)的整體性能在實施某些功能時會急劇下降。因此在選購設備時不僅要看系統(tǒng)的基本轉發(fā)能力，同時更要檢查在配置某些功能（如ACL、QoS）時整個系統(tǒng)的性能。
d. 數(shù)據(jù)包轉發(fā)能力
標準的以太網(wǎng)幀尺寸在64字節(jié)到1518字節(jié)之間。由于以太網(wǎng)交換機只是對以太網(wǎng)幀的幀頭進行分析和處理，相同傳送速度時單位時間內(nèi)要處理小尺寸幀的數(shù)量比大尺寸幀的數(shù)量更多，在衡量交換機包轉發(fā)能力時應當采用最小尺寸的包進行評價。以太網(wǎng)支持最小尺寸的幀大小為64個字節(jié)，加上傳輸需要的20個字節(jié)的幀間隔，總共是84個字節(jié)。因此，一個萬兆以太網(wǎng)端口理論上最多要處理10000Mbits / (84bytes*8bit/byte) = 14.88Mpps。
在衡量交換機是否具備線速轉發(fā)能力時，可用以下方法計算：整體轉發(fā)能力Mpps / 14.88Mpps=可支持的線速萬兆端口數(shù)。例如，一臺具備400Mpps的交換機，滿足線速轉發(fā)要求時它允許配置的***萬兆以太網(wǎng)端口數(shù)為400Mpps/14.88Mpps=27個。超過27個萬兆端口在理論上就達不到線速能力。
數(shù)據(jù)包轉發(fā)能力比背板帶寬和交換能力更有實際意義，在選購時同樣需要重視在配置ACL和QoS等服務功能時的處理能力。
萬兆產(chǎn)品重要指標
控制層面和數(shù)據(jù)層面分離
交換機和路由器從實現(xiàn)的功能上看可分為兩個部分：控制層面和數(shù)據(jù)層面。隨著高速接口的增加，核心路由器/交換機在設計中開始將數(shù)據(jù)轉發(fā)的部分工作下載到用戶線卡上完成，實現(xiàn)分布式轉發(fā)提高系統(tǒng)性能。隨著萬兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)層面和控制層面分離已經(jīng)成為了衡量一臺核心交換機/路由器的重要指標，它不僅大大提高了系統(tǒng)的處理能力，同時也實現(xiàn)了系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性．
無源背板設計
背板是實現(xiàn)用戶線卡和處理卡及交換矩陣之間的通信通道，有光背板和銅（電）背板兩種。背板是系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)，一直無法做到冗余設計。一旦背板上的部件出現(xiàn)故障則整個系統(tǒng)將停止工作。因此高可靠性的系統(tǒng)設計通常要求背板實現(xiàn)無源設計。在選擇產(chǎn)品時從高可靠性的角度出發(fā)，應當盡量不要選擇背板上有ASIC芯片或時鐘模塊等有源部件的產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)包轉發(fā)方式
傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)轉發(fā)是指數(shù)據(jù)包的轉發(fā)需要處理器卡上CPU的參與。萬兆以太網(wǎng)設備由于要在單位時間內(nèi)處理和轉發(fā)大量的數(shù)據(jù)包，單純的集中式數(shù)據(jù)轉發(fā)，即每個數(shù)據(jù)包都經(jīng)過CPU處理是不現(xiàn)實的。分布式數(shù)據(jù)轉發(fā)將數(shù)據(jù)層面和控制層面徹底分離，控制處理卡專門用來執(zhí)行路由計算、網(wǎng)絡管理及其他服務。分布式數(shù)據(jù)轉發(fā)大大提高了系統(tǒng)的整體轉發(fā)性能。用戶在選擇萬兆以太網(wǎng)交換機時，應當選擇采用了分布式交換和處理結構的交換機，而且在萬兆以太網(wǎng)模塊上一定要擁有本地交換和處理能力，只有這樣才能夠提供充足的轉發(fā)能力，確保整臺交換機中所有以太網(wǎng)端口、尤其是萬兆以太網(wǎng)端口的線速處理。
接口類型
萬兆以太網(wǎng)標準制定了多種局域網(wǎng)接口，這些物理接口采用不同的光纖類型和工作波長，傳輸距離不同，設備造價也有所不同。針對不同的網(wǎng)絡應用，用戶可以主要根據(jù)所需的傳輸距離，選用相應的萬兆以太網(wǎng)物理接口。同時，用戶應當避免選用非標準的萬兆以太網(wǎng)模塊。
萬兆鏈路捆綁
使用多條百兆或千兆鏈路進行捆綁，以進一步擴展網(wǎng)絡帶寬的技術已經(jīng)得到廣泛應用，并且實現(xiàn)了技術標準化。萬兆并不是網(wǎng)絡速率的極限，在萬兆以太網(wǎng)交換機上同樣應當可以將多條萬兆以太網(wǎng)鏈路捆綁使用，獲得20G、40G甚至更高的帶寬，為用戶網(wǎng)絡的擴展提供空間。
升級方式與費用
即使用戶在目前還不打算采用萬兆以太網(wǎng)，但考慮到未來的網(wǎng)絡升級，在選購網(wǎng)絡交換機時也應當了解清楚交換機是否支持萬兆以太網(wǎng)，以及如何升級。有些以太網(wǎng)交換機在升級到萬兆以太網(wǎng)時，需要用戶作出比較大的改動，如更換管理引擎，添加交換矩陣，甚至更換大功率電源。有的以太網(wǎng)交換機只需要用戶購買萬兆以太網(wǎng)模塊，直接插進機箱就可以使用了。很明顯，后者的總體升級費用要低于前者，為用戶提供了更好的投資保護。
網(wǎng)絡管理
在采用了萬兆以太網(wǎng)技術之后，網(wǎng)絡流量增長了10倍，網(wǎng)絡監(jiān)控、統(tǒng)計的工作量也相應增加了。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡監(jiān)控技術，無論是獨立的外部RMON探針，還是插在交換機上的網(wǎng)絡分析模塊，都是基于相同的工作原理，即端口流量鏡像加RMON，已經(jīng)無法勝任萬兆速率的流量監(jiān)控了。為了確保對網(wǎng)絡始終如一的監(jiān)控和管理，同時避免由于這些監(jiān)控功能導致網(wǎng)絡性能的降低，萬兆以太網(wǎng)模塊和交換機***支持基于硬件的網(wǎng)絡監(jiān)控和統(tǒng)計功能，如基于RFC 3176的sFlow技術，協(xié)助網(wǎng)絡管理員進行實時的流量分析、性能監(jiān)控和故障診斷，保障高性能網(wǎng)絡的正常運行，使企業(yè)的網(wǎng)絡投資回報***化。
選擇萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品，應當從其體系結構、背板帶寬、交換能力、包轉發(fā)能力等各個方面深入分析和綜合比較。尤其是隨著萬兆以太網(wǎng)的逐漸普及，所選設備滿足未來增長而應具備的擴展能力顯得尤為重要。
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