通過(guò)扁平化網(wǎng)絡(luò )拓撲構建下一代接入點(diǎn)

以前服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò )采用的是依賴(lài)于接入層、邊緣層和核心層的分層拓撲結構。這種拓撲結構通常很有必要，因為當時(shí)的路由器分布密度低，壽命期也只有兩年。

　　盡管分層提供了一種模塊化設計方法，但在接入點(diǎn)(PoP)中太多的特殊性占用了很大部分昂貴的PoP內網(wǎng)連接端口，擠占了可能承載產(chǎn)生收入的信息流的WAN端口，從而增加互連復雜性和代價(jià)，并導致維護、配置和運行方面的挑戰。

　　圖1顯示了傳統的分層PoP。服務(wù)提供商已經(jīng)部署了冗余路由器來(lái)提高可用性。

　　在圖1中，路由器根據他們所扮演的核心、匯聚和邊緣設備的角色分別布置在各自的層內。通過(guò)增加額外路由器可以調整每個(gè)層的容量，其代價(jià)是增加了環(huán)繞各層的互聯(lián)鏈路。每一層的路由器都具有某種專(zhuān)用的功能，因此管理這些路由器可能要求獨特的配置和任務(wù)。

　　以這種方式增加設備可以提高彈性，但是冗余系統之間的交叉連接可能會(huì )減少產(chǎn)生收入的端口。分層架構越來(lái)越高的復雜性以及帶寬密集、高性能應用的部署正在將這種傳統的拓撲結構推向極限。

　　提供商需要在邊緣網(wǎng)絡(luò )中有效地提供一系列可贏(yíng)利的IP業(yè)務(wù)，以增加ARPU值(單位用戶(hù)的平均收入)。但由于配置和管理多個(gè)物理上新增的路由器來(lái)運行新業(yè)務(wù)所需的投資成本越來(lái)越高，因此對嚴格分層的PoP來(lái)說(shuō)很難提高贏(yíng)利能力。

　　為了處理客戶(hù)服務(wù)等級協(xié)議并確保高的可用性，服務(wù)提供商通常利用多個(gè)PoP位置來(lái)構建巨大的網(wǎng)絡(luò )。為了提供服務(wù)質(zhì)量和性能等級以及保持網(wǎng)絡(luò )的可維護性，簡(jiǎn)化的設計能夠更方便地創(chuàng )建具有更高可用性和靈活性的彈性網(wǎng)絡(luò )。由于PoP它們本身會(huì )趨于統一，因此整個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò )可得到簡(jiǎn)化。

　　利用那些接口類(lèi)型最豐富(銅和光接口)的高密度、靈活路由器，服務(wù)提供商可以扁平化傳統的多層網(wǎng)絡(luò )拓撲(圖2)，同時(shí)依靠產(chǎn)品和服務(wù)的差異化在市場(chǎng)中樹(shù)立競爭優(yōu)勢。

　　邊緣、匯聚和核心層整合后允許在網(wǎng)絡(luò )中使用更少的路由器，對應地降低資金和運營(yíng)開(kāi)銷(xiāo)。服務(wù)也更容易提供，因為需要配置的業(yè)務(wù)節點(diǎn)更少了。

　　圖1：傳統的層次化PoP

圖2：扁平化的核心替代方案

　　PoP扁平化對路由器的要求

　　為建立扁平化的PoP架構，路由器最好具備以下一些功能：

　　1. 核心路由器中的IP業(yè)務(wù)功能

　　2. 豐富的接口類(lèi)型

　　3. 密度和高可用性

　　4. 物理和邏輯上的可擴展性

　　5. 可維護性和可靠性

　　核心路由器中的邊緣功能

　　一般來(lái)說(shuō)，邊緣和核心路由器的要求是不同的。核心IP/MPLS路由器傾向于扮演較簡(jiǎn)單的角色；主要考慮的是直接轉發(fā)速度，而大多數服務(wù)創(chuàng )建和其它形式的網(wǎng)絡(luò )智能都將來(lái)自網(wǎng)絡(luò )邊緣。

　　盡管核心路由器也牽涉到流量工程判決、解釋QoS標記、基于過(guò)濾的轉發(fā)1和很多其他流量處理功能，但多業(yè)務(wù)邊緣路由器允許提供商將多種不同的 ATM和幀中繼網(wǎng)絡(luò )統一到單個(gè)IP/MPLS基礎架構之上，同時(shí)利用領(lǐng)先的IP業(yè)務(wù)產(chǎn)生新的收入。

　　必要功能包括業(yè)務(wù)的匯聚和分配。

　　這些邊緣路由器需要支持配置各種第二層和第三層業(yè)務(wù)。它們也可能需要在MPLS網(wǎng)絡(luò )上仿真ATM和幀中繼業(yè)務(wù)，或者以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。因此邊緣路由器需要很多種接口類(lèi)型，而且電路和中繼接口都需要。

　　圖3給出了服務(wù)提供商期望的邊緣和核心功能的差異。

圖3：路由器的邊緣和核心功能

　　業(yè)務(wù)提供商和其他運營(yíng)商越來(lái)越意識到，為了以可預測的方式擴展和構建他們的PoP設計，它們需要功能上的重疊。例如，IP邊緣功能在表中是作為核心路由器的要求列出的，而QoS要求是核心和邊緣路由器都需要的。

　　豐富的接口類(lèi)型

　　為了進(jìn)一步統一功能，關(guān)于邊緣路由器只需要某類(lèi)接口、核心路由器需要其他接口的舊規則必須重新加以修訂。通常認為核心路由器只需要實(shí)現大的光接口，不需要高密度、低容量的接口。實(shí)際上，這種限制導致了核心路由器缺乏靈活性，并很快被淘汰。

　　密度和高可用性

　　帶靈活接口的高密度路由器可以在不增加系統的情況下提高網(wǎng)絡(luò )容量，因此可以減少設備數量，并使網(wǎng)絡(luò )更加簡(jiǎn)單和穩定，降低了投入和運營(yíng)成本。

　　更大的密度可以使單一系統具有更多的端口，從而有利于減少跳數，降低整個(gè)設備的延時(shí)。在更大的系統級密度條件下，服務(wù)提供商可以在不影響網(wǎng)絡(luò )拓撲的情況下增加新的用戶(hù)。

　　然而，只有在足夠高彈性下，更大密度的這些好處才不會(huì )因為網(wǎng)絡(luò )宕機而抵消。為避免災難性的故障，以及滿(mǎn)足服務(wù)等級要求，路由器必須消除單一的故障點(diǎn)。像分開(kāi)控制和數據平面這樣的系統級功能以及模塊化操作軟件可以通過(guò)隔離進(jìn)程和流量來(lái)避免攻擊。把包括管理在內的各個(gè)功能分配給不同的處理器可以使系統自己免遭攻擊。

　　可擴展性

　　在統一PoP中的可擴展性問(wèn)題僅是提供更高的密度，并在軟件中支持邊緣功能。這些功能通常比核心功能更復雜，在很多核心路由器中并未得到很好的支持。

　　跨平臺共享-復用接口的能力提供了升級的靈活性，保護了初期投資。這是隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )流量負載的增加允許可預測成本增長(cháng)的一部分。

　　最后，有一種相對比較新的功能，稱(chēng)為邏輯路由，被提供商有效地用來(lái)擴展通常順著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)、VoIP或VPN流量這樣的功能線(xiàn)的路由資源。

　　關(guān)于可擴展性的其他考慮包括：

　　純升級路徑：接口模塊化

　　隨著(zhù)流量等級的提高，運營(yíng)商需要能夠在不中斷網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的條件下對網(wǎng)絡(luò )基礎架構進(jìn)行升級。擴展現有的路由器和復用接口可以大大降低升級PoP中的基礎架構帶來(lái)的影響。在升級運營(yíng)商產(chǎn)品環(huán)境中的軟硬件時(shí)需要不間斷路由(NSR)在線(xiàn)軟件升級(ISSU)功能，特別是在骨干網(wǎng)絡(luò )中，因為這些網(wǎng)絡(luò )環(huán)境要求提供電信級服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò )可靠性和可用性。

　　虛擬化：邏輯路由器

　　邏輯路由允許服務(wù)提供商將單個(gè)物理路由器劃分成多個(gè)邏輯路由器，其中每個(gè)邏輯路由器執行獨立的路由任務(wù)。這樣能確保向那些希望分開(kāi)不同用戶(hù)流量或流量類(lèi)型的運營(yíng)商提供安全性和完整性。邏輯路由的靈活性還能增強和調整他們網(wǎng)絡(luò )的運作，使網(wǎng)絡(luò )在不部署額外物理路由器的情況下就能提供不同的服務(wù)。

　　有了邏輯路由器后，服務(wù)提供商可以通過(guò)將網(wǎng)絡(luò )層次統一到單個(gè)高度可用的路由器，或通過(guò)多機箱路由器調整中型到大型PoP中的業(yè)務(wù)提供，來(lái)更好地管理他們的設備投資計劃。此外，通過(guò)更好的資產(chǎn)分配，改善網(wǎng)絡(luò )邊緣的增長(cháng)管理模式以及降低物理網(wǎng)絡(luò )拓撲的復雜性，邏輯路由器還可以減少運營(yíng)開(kāi)支。