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透视千兆交换

2/14/2005来源:电信网络人气:7482

■ 唐 勇
  编者按: 3Com公司技术专家唐勇长期从事千兆网络建设咨询,在与最终用户的接触中,积累了丰富的专业经验。本报特约请他撰写了这篇非常有实用价值的专家导购文章,以期对正在千兆大门外徘徊的广大用户提供有益的建议。

千兆交换有哪些连接模式?

  与传统的以太网技术相似,千兆以太网定义了各种介质传输。IEEE802.3z分别定义了三种传输介质和三种收发器: 1000Base-LX、1000Base-SX、 1000Base-CX。同时另一个特别工作小组IEEE 802.3ab,则定义了如何在5类线基础上运行千兆以太网的物理层标准。

  这些物理层定义的标准主要是为了在不同的传输介质上传输千兆速率,并适用于不同场合对传输距离和成本的需求。这几种千兆物理层技术的传输距离和应用场合如图1所示。



图1 千兆的传输距离

  1000Base-LX 可支持的单模光纤,传输距离一般可达5公里以上;也可支持多模光纤,一般为550米( 50u的多模),它主要应用在园区网络的骨干连接。

  1000Base-SX 可支持多模光纤,传输距离依据不同的光纤标准可从220米到550米,它主要应用在建筑物内的网络骨干连接。

  1000Base-CX 用于屏蔽铜缆,传输距离为25米。它主要应用在高速存储设备之间的低成本高速互连,不过目前采用这一技术的产品比较少见。

  1000Base-T定义在传统的五类双绞线上传输距离为100米,应用于高速服务器和工作站的网络接入,也可作为建筑物内的千兆骨干连接。

  1000Base-LH用于单模光纤加长距离传输,一般可达70公里以上,主要应用在城域网上。需要注意的是,1000Base-LH是一种非标准协议,不同厂家互连必须经过兼容性测试。

千兆交换机如何分类?   千兆以太网技术从1999年初到现在两年的时间,已经成为建设局域、园区网络骨干连接的主流技术,在国内的广大企事业单位得到了广泛应用。从局域网络设计应用的角度来看,目前支持千兆以太技术的交换机可分为以下三类。

  千兆核心交换设备。可以提供高密度的(一般在24个千兆端口以上)、支持各种传输介质接口的千兆交换,它支持多协议多层交换、流量控制、质量服务、安全控制等网络核心所需的控制和服务功能。这类交换机多采用模块化机箱结构以提供灵活度、可扩展能力及设备本身的冗余配置设计。也有采用固定端口方式的,在提供固定的高密度和各种类型的千兆接口的同时,提供电源和风扇冗余以提高系统本身的可靠性。模块化和固定端口交换设备各有特点,模块化交换设备一般更灵活、可扩展性较好,而固定端口交换设备则适用于在用户需求较明确的情况下提供较低成本的网络核心。目前一些新的设备互连技术可以使固定端口交换设备一样具备灵活、可扩展性以及更优秀的冗余功能,如3Com公司最近发布的XRN技术,提供了一种建设网络核心交换的新方式,可连接多台固定端口的千兆交换设备以形成分布式交换架构。

  千兆工作组级交换设备。提供一定密度的固定千兆交换接口(一般在12至24个端口),同时支持一定的多层交换、网络控制和服务功能。这种设备一般适用于中小规模的网络核心、服务器组群连接等。

  千兆桌面交换设备。提供较高密度的10M/100M双绞线交换接口(一般为12/24/48个端口),同时提供1到2个千兆端口用于主干上连。这类设备一般支持堆叠功能,可提供多达上百个桌面交换接口。这种交换设备用于连接以太网终端设备,如PC机、网络电话等。

  目前,3Com、Cisco、Nortel等国外主流网络厂商均能提供以上全部类型的交换设备,国内厂商产品线大多集中在千兆工作组级和桌面级交换设备上,但国内厂商有向千兆核心交换设备进军的趋势。

如何组建千兆网?

  在进行网络设计之前,用户首先需要明确自己的需求。这些需求包括:网络类型,如需建园区网、单建筑网还是楼层网等; 网络规模和网络所承载的应用所决定的网络细节设计需求,如业务流量与流向对网络带宽及路由的需求、关键性业务对网络可靠性的需求、多应用环境对网络服务质量的需求、多类型用户环境对网络安全性的需求等等。这些需求分析,可由用户选定的系统集成商或第三方独立的技术咨询公司来完成。

  网络需求分析以及相对应的网络设计是一个较大的话题,由于篇幅所限,在这里只简要介绍网络的结构。我们在进行网络结构设计时,一般将网络分为两个层次:网络核心与网络边缘。

  网络核心。它会将网络的边缘设备和服务器组群进行汇聚,起到网络的中央传输和控制作用。它应能提供高密度的高带宽接口和高性能的多层交换能力,同时根据需求的不同实现网络的冗余、控制和服务功能。

  网络边缘。连接桌面计算机、网络电话等桌面以太网终端设备,提供较高密度的10M/100M 桌面接口,并可通过高带宽接口接入网络的骨干。

  在网络的核心,根据用户的需求不同,可选择千兆核心交换设备或千兆工作组交换设备,而在边缘采用桌面交换设备,还可以选择网络冗余拓扑设计,如图2所示。



图2 二层网络结构图例

  当然,各种不同类型和不同规模的网络结构不能一概而论,比如,在大规模的局域网和园区网中,有可能出现3层网络结构:网络核心层、网络汇聚层和网络接入层。有的甚至具备更多的层次。然而,万变不离其宗,网络结构设计无非是把网络的核心交换汇聚、桌面接入和网络的控制服务功能,按照用户具体的业务结构、数据流向和流量以及逻辑结构进行合理的分配和设计,如图3所示。在网络核心层采用千兆核心交换设备,在网络汇聚层可采用千兆核心和工作组级交换设备,而在网络接入层采用桌面交换设备。



图3 三层网络结构图例

  目前的局域网络建设中,千兆以太网技术作为高带宽的传输技术,广泛用于边缘交换设备与核心交换设备之间的连接或多核心交换设备之间的互连,也可用于服务器与网络核心之间的高带宽连接。另外,在宽带和城域网的骨干汇聚层,也经常采用千兆技术。

如何考核千兆性能?

  目前,市场上支持千兆技术的交换设备的种类及厂商较多,如何在这些品种繁多的设备中选择适合的设备?

  一般在我们进行设备的评估选择时,要注意以下几个方面:产品的类型,即属于前面的哪种产品;产品所支持的千兆端口密度和种类;产品的性能;产品的控制和服务功能;产品的可管理特性和产品的可用性设计等方面。用户经常被厂家提供的名目繁多的性能指标(尤其关于模块化核心交换机)和产品功能指标所迷惑,到底哪些是实际而有效的呢?

  经常见到的产品性能有背板容量、交换引擎的转发、整体吞吐量(或带宽)等参数。

  背板带宽。只有模块交换机才有这个概念,它决定了各模板与交换引擎间的连接带宽的最高上限。由于模块化交换机的体系结构不同,背板带宽并不能完全有效代表交换机的真正性能。固定端口交换机不存在背板带宽这个概念。

  交换引擎的转发性能。由于交换引擎是作为模块化交换机数据包转发的核心,所以这一指标能够真实反映交换机的性能。对于固定端口交换机,交换引擎和网络接口模板是一体的,所以厂家提供的转发性能参数,就是交换引擎的转发性能,这一指标是决定交换机性能的关键。支持第三层交换的设备,厂家会分别提供第二层转发速率和第三层转发速率,采用不同体系结构的模块化交换机,这两个参数的意义是不同的。但是,对于一般的局域网用户而言,只关心这两个指标就可以了,它是决定该系统性能的关键指标。对于大型园区网和城域网用户,讨论交换机的体系结构和第三层优化算法是有意义的。

  整体吞吐量。有时,厂家在项目技术答辩时会提到这一指标。它是把交换机所提供的所有端口的总带宽之和转算为包转发率而得到的。对于可堆叠的10M/100M边缘交换机,这一指标几乎没有实际意义,因为堆叠系统要上连到核心交换系统中,上连带宽才真正有意义。比如:可以堆叠上百个100M端口,但上连带宽只有2Gbps,性能瓶颈则在上连带宽上。对于采用分布式交换模块化而同时又应用到大型园区或城域网上的交换机,这一指标有一定意义。

  在这里特别需要指出的是,以上的技术讨论只限定在局域网范畴,在特大型园区网和城域网上,还存在路由交换和交换路由的技术概念,它不属于今天讨论的范畴。

  交换协议。除了性能指标以外,用户还被交换机所支持和实现的协议所烦恼。其实只要我们从网络应用的角度来理解就会容易许多。我们可以把它们分为:网络连接带宽扩展(链路聚合等)、网络冗余设计(快速生成树、弹性链路、虚拟冗余路由协议等)、网络安全设计(VLAN,ACL,过滤等)、网络服务质量(队列数量、802.1P、Diffserv、第四层识别、remarking标记映射等)、网络管理(CLI、Web、Telnet)等。有些是标准技术,有些是各厂家自己的特色技术,用户应该根据自己的网络设计方案来具体选择。

谨防陷入千兆误区

  通过多年的系统技术咨询工作,我发现国内的用户在网络项目设计实施和设备选型中存在着一些误区,主要体现在以下几点上。

1.网络项目设计、实施流程不规范

  网络项目立项后,其设计过程应该分为:需求分析、建立网络模型、网络逻辑设计、设备选型和网络实施设计。由于目前国内对独立的第三方项目技术咨询服务的价值不太认可,导致了各个环节不规范,甚至项目流程本末倒置,造成的后果是网络设计不合理,或者指标要求过高而导致投资损失。

2.对新技术过度热衷陷入两难

  在用户的项目需求书中,我们会经常见到这样的典型要求:'项目的技术选型要保持5年不落后,保证以后5年的可扩展性'。这是来自用户的良好愿望,但这是否意味着一定要采用最好最贵的设备呢?答案是否定的。我们经常看到,用户采用过新的技术,由于其不符合标准、不开放等原因,等到此技术真正成熟时,用户却不得不放弃;我们也看到,几年前用户为了强调网络的未来可扩展性而购买了大量的高容量的路由器和模块化交换机,但却只配置几个端口模块,今天,这些系统却面临着被新技术新产品更新换代的尴尬。网络技术在不断发展,网络设备也在不断更新换代,同时,用户规模和业务应用也在不断扩展,用户很容易陷入两难境地:一方面希望采用最新技术,一方面又担心投资失误。

  例如,目前许多用户提出要让新建网络具备"直接升级到万兆的能力",于是有的厂家就说自己的设备可以直接升级到万兆,甚至现在就可以提供万兆模板。这完全是不负责任的说法:第一,万兆标准计划在今年6月份出台,符合标准的万兆设备一般将在2003年才能出现,现在的万兆设备并不符合最终的标准; 第二,现有交换机的容量结构是基于千兆设计的,无法满足万兆的处理要求,万兆将由新容量结构的芯片技术来实现。即使有的交换机能直接升级到万兆,但对于模块化交换机而言,需要采用新的交换引擎和新的接口模板,也就意味着只有机箱还能用;固定端口的交换机顶多支持千兆上连模块,但由于系统本身的容量问题而使万兆上连的实际速度较低,从而成为摆设。其实,就大多数用户的业务应用需求而言,千兆足够了。

3.对产品功能过度追求而忽略整体性价比

  用户往往被千兆产品的功能和所谓复杂高深的技术所吸引,而很多厂商也乐此不疲地向用户推荐各种各样的功能,那么是不是功能越多、技术实现越灵活越复杂越好呢?这是另一个误区,我想提醒大家两点。第一,很多情况下用户是在为一些不需要的功能增加投资成本。第二,功能的可用性和实用性非常重要,在项目建设中,除了考虑项目设备本身的投入还要考虑设备的维护成本,虽然底层技术越灵活看似功能越强大,但同时意味着实现和维护起来越复杂,这不仅减低了网络的可管理性,提高了管理成本,同时也提高了网络的管理风险(一般来讲,越复杂的网络配置,当网络发生故障时,其故障恢复时间越慢)。同时一些底层功能的使用有可能过多占用交换机资源,造成系统整体性能下降。总之,网络功能的实现手段越简单、越实用越好。记住你的需求,不要被所谓的功能迷惑。

  简单地说,网络系统是为业务应用系统而服务的,而业务应用系统又是为企业业务服务的,因此,网络建设应该紧扣企业业务的实际需求,实现最佳的性价比平衡。

摘自《计算机世界报 第16期 》