集群技术走向成熟 核心路由器的趋势

互联网的高速发展对建网模型提出新的要求
任何技术的生命力在于其是否能满足人们不断增长的需求，信息技术的生命力在哪里？信息时代人们将通过信息消费构建一个虚拟世界，这将突破时间和空间的限制，极大地提升整个社会的运作效率和生产力。
纵观互联网的发展，互联网成功实现了数据、语音和视频等多业务的统一承载，已经成为了现代社会最重要的信息基础设施之一。2006年，全球互联网用户数首次超过10亿，平均普及率达到了16.6％。来自CNNIC（中国互联网络信息中心）的数据显示，截至到2006年12月31日，中国网民的数量已经达到了1.37亿。互联网用户数增加的同时，互联网上的业务也在发生着历史性的变革。从最初提供E-mail、网络聊天、网页浏览等这些简单的数据业务，到今天除了提供BT下载、搜索引擎、网上银行、在线交易、网络游戏这些业务外，互联网还要承载VoIP、IPTV、视频会议、视频点播、大客户专线、NGN、3G等多种多媒体业务。
随着互联网的普及化、商用化和宽带化，互联网建设应以满足不断增长的信息消费者业务需求为导向，来构建新一代互联网建设模型。该建网模型应能满足下一代互联网“大容量、可扩展、高可用、可管控”的综合多业务承载的需要。

新一代互联网建设模型下核心路由器技术的发展
新 一代互联网建设模型应以提升网络资源利用率、提高网络管理性为目的，目前应采取“分层次、单平面、扁平化”的建设思路。即网络架构分为核心层、汇聚层和 接入层，形成层次清晰、功能明确的网络结构；“单平面”的建设策略，在流量规模极大的情况下，仍能保证清晰的网络层次和良好的管理性；“扁平化”的路由策 略，通过采用一个IGP域，结合网络“单平面”的思路，实现IGP及BGP的负载分担，以达到网络带宽资源的充分利用。
这种新一代的互联网建设模型，要求核心层设备必须具备“大容量、可扩展”的特性。从目前技术来看，解决核心层容量问题有以下几种方法：
●扩充路由器单机框槽位数
●增加单接口容量，如2.5G到10G及将来的100G
●多台路由器通过路由互连扩展
●多台路由器通过集群技术扩展
前两种方式，由于受限于单机物理器件和微带处理工艺、功耗和串扰等因素，扩展能力有限。因此，除了进一步提高单体设备的容量外，还必须通过后两种方式来突破技术上的限制，以实现核心层设备更大的容量。

路由器通过路由互连扩展
通过路由互连扩展，是指在核心层部署多台路由器并采用full-mesh连接。如图1所示4台核心路由器的互连。

这种方式通过多台核心路由器来共同分担流量，虽然在一定程度上缓解了流量增长的压力，但是同时却带来了更多新的问题：
●额外消耗多个高速接口，增加了互连链路开销。
●每增加一台核心路由器，随之而来的就是IP地址增加、路由协议邻居数量增加、路由表条目增加、路由收敛时间增加等问题。
●网络变得更复杂，维护压力越来越大。
●更重要的是，多台设备之间流量如何均衡，一直都是业界的难题。
因此，通过路由互连扩展，只能在小范围内部署，不适合骨干层面大规模的场合。

路由器通过集群技术扩展
集群就是一种最有效的解决扩展性问题的技术，它可在方便维护、不增加网络复杂度的前提下，用更加廉价的手段来满足业务高速增长、网络性能及容量提升的需求，以降低网络的建设成本和维护成本。
集 群技术在路由器领域的引入，目的是将两台或两台以上普通核心路由器通过某种方式连接，使得这些核心路由器能够进行设备间协同工作和并行处理，实现系统容量 的平滑扩展，并且对外只表现为一台逻辑路由器。此方案又称为路由器矩阵技术或多机箱（Multi-Chassis）组合技术，通过采用并行交换技术 （PPS），将多个独立的交换网级联，共同组成一个多级多平面的交换矩阵系统，从而突破单机箱在交换容量、功耗、散热等方面的限制，实现更大容量的路由交 换系统。
由于集群系统中的每个路由器机箱之间都是通过高速光背板互连，省去了相应的互连接口，且不再需要昂贵的路由器接口卡实现复杂的QoS、路 由转发等特性，使 机箱之间的互连成本远低于普通端口互连方式；同时还克服了采用普通端口互连方式带来的带宽瓶颈问题。另外，这些路由器成员只有一个统一的管理和路由控制引 擎，逻辑上是一台路由器，从而使网络拓扑和路由结构变得简洁清晰，维护简单方便。
针对网络建设来讲，通过路由器集群，将核心设备容量升级到原来的 2倍、4倍、6倍、8倍或以上都能采取平滑扩充的方式，而且不会增加路由的跳数和复杂度。因此，集群技术完美地实现了核心路由器容量从Tbit／s级到数 十Tbit／s级的扩展，很好地解决了核心层“大容量、可扩展”的问题。

路由器集群的结构模式
根 据集群设备数量的不同，路由器集群的结构形态可以分为两框集群、四框集群和多框集群。而从目前的实现技术来看，集群内多台设备之间的连接，是采用对等互连 或中心交换框的技术，通过构建类似HUB-SPOKE的方式来实现的。因此，集群的具体结构形态又可分为背对背、1拖m、2拖m及n拖m。“背对背”是 指将2台用户框直接互连，而无需通过中心交换框；“1拖m”是指将m台用户框通过1台中心交换框进行集群互连；“2拖m”是指将m台用户框通过2台中心交 换框进行集群互连。随着集群技术的不断进步，未来将朝着“n拖m”的结构发展，集群路由器的数量可以达到64框以上，系统容量也可达到100T以上。

由 于集群内设备之间的数据交换容量巨大，采用传统的光纤互连已远远满足不了级联的需求。因此，需要采用专用的大容量数据光纤带来进行互连，而由于当前工艺的 复杂性，大容量数据光纤带的成本相对也较高。目前大容量数据光纤带可做到每束光纤带包含72芯2.5G的光纤，每束光纤带的传送能力可达到180G。
从业界技术水平的发展来看，目前两框集群技术已经具备商用能力，四框及多框集群也将逐步成熟。对于两框集群技术，又可采用“背对背”、“1拖2”及“2拖2”等三种方式来实现，如图2所示：

这 三种方式都具备相同的处理能力和设备容量，但由于“背对背”集群节省了中心交换框及一半以上的大容量数据光纤带，因此更具成本优势和较低的复杂度。而且， 当前“背对背”集群，也具备平滑升级到“1拖2”、“2拖2”、“n拖m”等多框集群的能力。在当前集群技术发展的初期，两框集群具备商用能力的实际情况 下，“背对背”集群技术无疑是一种可选择的较好的路由器集群模式。
结束语
核心路由器的发展代表了未来网络发展的方向，同时 也是IP领域设备厂商实力的体现。随着互联网技术的不断发展，特别是在IMS、FMC、数字家庭等热点概 念提出后，网络带宽需求激增，网络规模日益膨胀，下一代网络（NGN）对构建统一承载平台的关键设备，在处理能力、转发能力、扩展性、可靠性等方面提出了 更加严格的要求，而集群技术的发展正契合了这一需求。
目前核心路由器集群技术正逐步走向成熟，其商用能力、硬件结构的可靠性及软件体系的稳定性等方面，都还需要经受市场长时间的验证，但它必将是未来核心路由器的发展方向。