网络采用分层拓扑结构连接端口面临挑战 - 全文

以前服务提供商的网络采用的是依赖于接入层、边缘层和核心层的分层拓扑结构。这种拓扑结构通常很有必要，因为当时的路由器分布密度低，寿命期也只有两年。

尽管分层提供了一种模块化设计方法，但在接入点(PoP)中太多的特殊性占用了很大部分昂贵的PoP内网连接端口，挤占了可能承载产生收入的信息流的WAN端口，从而增加互连复杂性和代价，并导致维护、配置和运行方面的挑战。

图1显示了传统的分层PoP。服务提供商已经部署了冗余路由器来提高可用性。

在图1中，路由器根据他们所扮演的核心、汇聚和边缘设备的角色分别布置在各自的层内。通过增加额外路由器可以调整每个层的容量，其代价是增加了环绕各层的互联链路。每一层的路由器都具有某种专用的功能，因此管理这些路由器可能要求独特的配置和任务。

以这种方式增加设备可以提高弹性，但是冗余系统之间的交叉连接可能会减少产生收入的端口。分层架构越来越高的复杂性以及带宽密集、高性能应用的部署正在将这种传统的拓扑结构推向极限。

提供商需要在边缘网络中有效地提供一系列可赢利的IP业务，以增加ARPU值(单位用户的平均收入)。但由于配置和管理多个物理上新增的路由器来运行新业务所需的投资成本越来越高，因此对严格分层的PoP来说很难提高赢利能力。

为了处理客户服务等级协议并确保高的可用性，服务提供商通常利用多个PoP位置来构建巨大的网络。为了提供服务质量和性能等级以及保持网络的可维护性，简化的设计能够更方便地创建具有更高可用性和灵活性的弹性网络。由于PoP它们本身会趋于统一，因此整个骨干网络可得到简化。

利用那些接口类型最丰富(铜和光接口)的高密度、灵活路由器，服务提供商可以扁平化传统的多层网络拓扑(图2)，同时依靠产品和服务的差异化在市场中树立竞争优势。

边缘、汇聚和核心层整合后允许在网络中使用更少的路由器，对应地降低资金和运营开销。服务也更容易提供，因为需要配置的业务节点更少了。

图1：传统的层次化PoP

图2：扁平化的核心替代方案

PoP扁平化对路由器的要求

为建立扁平化的PoP架构，路由器最好具备以下一些功能：

1. 核心路由器中的IP业务功能

2. 丰富的接口类型

3. 密度和高可用性

4. 物理和逻辑上的可扩展性

5. 可维护性和可靠性

核心路由器中的边缘功能

一般来说，边缘和核心路由器的要求是不同的。核心IP/MPLS路由器倾向于扮演较简单的角色；主要考虑的是直接转发速度，而大多数服务创建和其它形式的网络智能都将来自网络边缘。

尽管核心路由器也牵涉到流量工程判决、解释QoS标记、基于过滤的转发1和很多其他流量处理功能，但多业务边缘路由器允许提供商将多种不同的 ATM和帧中继网络统一到单个IP/MPLS基础架构之上，同时利用领先的IP业务产生新的收入。

必要功能包括业务的汇聚和分配。

这些边缘路由器需要支持配置各种第二层和第三层业务。它们也可能需要在MPLS网络上仿真ATM和帧中继业务，或者以太网业务。因此边缘路由器需要很多种接口类型，而且电路和中继接口都需要。

图3给出了服务提供商期望的边缘和核心功能的差异。

图3：路由器的边缘和核心功能

业务提供商和其他运营商越来越意识到，为了以可预测的方式扩展和构建他们的PoP设计，它们需要功能上的重叠。例如，IP边缘功能在表中是作为核心路由器的要求列出的，而QoS要求是核心和边缘路由器都需要的。

丰富的接口类型

为了进一步统一功能，关于边缘路由器只需要某类接口、核心路由器需要其他接口的旧规则必须重新加以修订。通常认为核心路由器只需要实现大的光接口，不需要高密度、低容量的接口。实际上，这种限制导致了核心路由器缺乏灵活性，并很快被淘汰。

密度和高可用性

带灵活接口的高密度路由器可以在不增加系统的情况下提高网络容量，因此可以减少设备数量，并使网络更加简单和稳定，降低了投入和运营成本。

更大的密度可以使单一系统具有更多的端口，从而有利于减少跳数，降低整个设备的延时。在更大的系统级密度条件下，服务提供商可以在不影响网络拓扑的情况下增加新的用户。

然而，只有在足够高弹性下，更大密度的这些好处才不会因为网络宕机而抵消。为避免灾难性的故障，以及满足服务等级要求，路由器必须消除单一的故障点。像分开控制和数据平面这样的系统级功能以及模块化操作软件可以通过隔离进程和流量来避免攻击。把包括管理在内的各个功能分配给不同的处理器可以使系统自己免遭攻击。

可扩展性

在统一PoP中的可扩展性问题仅是提供更高的密度，并在软件中支持边缘功能。这些功能通常比核心功能更复杂，在很多核心路由器中并未得到很好的支持。

跨平台共享-复用接口的能力提供了升级的灵活性，保护了初期投资。这是随着网络流量负载的增加允许可预测成本增长的一部分。

最后，有一种相对比较新的功能，称为逻辑路由，被提供商有效地用来扩展通常顺着互联网、VoIP或VPN流量这样的功能线的路由资源。

关于可扩展性的其他考虑包括：

纯升级路径：接口模块化

随着流量等级的提高，运营商需要能够在不中断网络服务的条件下对网络基础架构进行升级。扩展现有的路由器和复用接口可以大大降低升级PoP中的基础架构带来的影响。在升级运营商产品环境中的软硬件时需要不间断路由(NSR)在线软件升级(ISSU)功能，特别是在骨干网络中，因为这些网络环境要求提供电信级服务质量的网络可靠性和可用性。

虚拟化：逻辑路由器

逻辑路由允许服务提供商将单个物理路由器划分成多个逻辑路由器，其中每个逻辑路由器执行独立的路由任务。这样能确保向那些希望分开不同用户流量或流量类型的运营商提供安全性和完整性。逻辑路由的灵活性还能增强和调整他们网络的运作，使网络在不部署额外物理路由器的情况下就能提供不同的服务。

有了逻辑路由器后，服务提供商可以通过将网络层次统一到单个高度可用的路由器，或通过多机箱路由器调整中型到大型PoP中的业务提供，来更好地管理他们的设备投资计划。此外，通过更好的资产分配，改善网络边缘的增长管理模式以及降低物理网络拓扑的复杂性，逻辑路由器还可以减少运营开支。