相關專題：
前言
應用永遠是技術發(fā)展的原動力。在目前日益復雜的業(yè)務應用面前，網絡設備的技術架構成為一個設備適用范圍的關鍵因素，不同的應用環(huán)境需要不同的網絡設備。比如NGN的應用需要基于SoftSwitch技術架構的設備;比如縱向網就需要關注路由器;園區(qū)網重點則是交換機等等，這都說明一種技術架構的出現(xiàn)必然是為解決某種應用而服務的。
那么在當前網絡大融合的趨勢下，核心交換機需要一種什么樣的架構呢?
交換架構的演進
隨著Internet用戶的增加和帶寬的擴大，交換機的結構也在不斷的發(fā)展，從推出的時間看，交換架構主要經歷了總線型和CrossBar兩個階段。但由于以太網技術的發(fā)展日進千里，因此這兩種架構的交換機目前都活躍在市場上。
1、總線型交換架構
基于總線結構的交換機一般分為共享總線和共享內存型總線兩大類。
最開始的以太網交換就是構建在共享總線的基礎之上的。共享總線結構所能提供的交換容量有限，一方面是因為共享總線不可避免內部沖突;另一方面共享總線的負載效應使得高速總線的設計難度相對比較大。隨著用戶對“獨享帶寬”的渴求，這種共享總線的結構很快發(fā)展為共享內存結構。
共享內存結構的交換機使用大量的高速RAM來存儲輸入數據，同時依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這類交換機設計上比較容易實現(xiàn)，但在交換容量擴展到一定程度時內存操作會產生延遲，另外在這種設計中由于總線互連的問題增加冗余交換引擎相對比較復雜，所以這種交換機如果提供雙引擎的話要做到非常穩(wěn)定相對比較困難。所以我們可以看到早期在市場上推出的核心交換機往往都是單引擎，尤其是隨著交換機端口的增加,由于需要內存容量更大,速度也更快,中央內存的價格變得很高。交換引擎會成為性能實現(xiàn)的瓶頸。
2、CrossBar+共享內存架構
隨著核心交換機的交換容量從幾十個Gbps發(fā)展到今天的幾百個Gbps，一種稱之為CrossBar的交換模式逐漸成為核心交換機的首選。
CrossBar(即CrossPoint)被稱為交叉開關矩陣或縱橫式交換矩陣。它能很好的彌補共享內存模式的一些不足。
首先，CrossBar實現(xiàn)相對簡單。共享交換架構中的線路卡到交換結構的物理連接簡化為點到點連接，實現(xiàn)起來更加方便，從而更加容易保證大容量交換機的穩(wěn)定性;
其次，CrossBar內部無阻塞。一個CrossBar只要同時閉合多個交叉節(jié)點(crosspoint)，多個不同的端口就可以同時傳輸數據。從這個意義上，我們認為所有的CrossBar在內部是無阻塞的，因為它可以支持所有端口同時線速交換數據。
另外，由于其簡單的實現(xiàn)原理和無阻塞的交換結構使其可以運行在非常高的速率上。半導體廠商目前已經可以用傳統(tǒng)CMOS技術制造出10Gbit/s以上速率的點對點串行收發(fā)芯片。
基本上2000年以后出現(xiàn)的核心交換機基本上都選擇了CrossBar結構的ASIC芯片作為核心，但由于Crossbar芯片的成本等諸多因素，這時的核心交換設備幾乎都選擇了共享內存方式來設計業(yè)務板，從而降低整機的成本因此，“CrossBar+共享內存”成為比較普遍的核心交換架構。但這種結構下，依然會存在業(yè)務板總線和交換網板的Crossbar互連問題。由于業(yè)務板總線上的數據都是標準的以太網幀，而一般Crossbar都采用信元交換的模式來體現(xiàn)Crossbar的效率和性能。因此在業(yè)務板上采用的共享總線的結構在一定程度上影響Crossbar的效率，整機性能完全受限于交換網板Crossbar的性能。
3、分布式CrossBar架構
隨著核心交換機的交換容量發(fā)展到了幾百個Gbps、同時支持多個萬兆接口并規(guī)模應用在城域網骨干和園區(qū)網核心的時候，分布式的Crossbar架構很好的解決了在新的應用環(huán)境下核心交換機所面臨的高性能和靈活性的挑戰(zhàn)。
也就是說，除了交換網板采用了Crossbar架構之外，在每個業(yè)務板上也采用了Crossbar+交換芯片的架構。在業(yè)務板上加交換芯片可以很好地解決了本地交換的問題，而在業(yè)務板交換芯片和交換網板之間的Crossbar芯片解決了把業(yè)務板的業(yè)務數據信元化從而提高了交換效率，并且使得業(yè)務板的數據類型和交換網板的信元成為兩個平面，也就是說可以有非常豐富的業(yè)務板，比如可以把防火墻、IDS系統(tǒng)、路由器、內容交換、IPv6等等類型的業(yè)務整合到核心交換平臺上，從而大大提高了核心交換機的業(yè)務擴充能力。同時這個Crossbar有相應的高速接口分別連接到兩個主控板或者交換網板，從而大大提高了雙主控主備切換的速度。
分布式Crossbar設計中，CPU也采用了分布式設計。設備主控板上的主CPU負責整機控制調度、路由表學習和下發(fā);業(yè)務板從CPU主要負責本地查表、業(yè)務板狀態(tài)維護工作。這就實現(xiàn)了分布式路由計算和分布式路由表查詢，大大緩解主控板的壓力，提高了交換機轉發(fā)效率，這也是業(yè)務板本地轉發(fā)能夠提高效率的重要原因。這種分布式Crossbar、分布式交換的設計理念是核心網絡設備設計的發(fā)展方向，保證了現(xiàn)在的網絡核心能支撐未來海量的數據交換和靈活的多業(yè)務支持的需求。
交換機架構已經完成了從“共享總線”到“CrossBar+共享內存”再到“全分布式CrossBar”的演進過程，在未來的日子里必將繼續(xù)發(fā)展，港灣網絡作為業(yè)界最主流的交換機供應商之一肯定會關注最新技術動態(tài)，引領交換技術的潮流，為用戶提供更完美的交換設備。
