核心路由器集群技术探讨（2）

5，集群技术的交换结构。

开关结构是路由器的核心技术，它直接决定了整个系统的主要性能。之前介绍的交换机、路由器多采用共享总线的分布式处理技术，共享总线的实现相对简单，但由于它不能避免内部冲突的高速总线设计的限制，难度是越来越难了。交换技术将ATM交换机的优点，解决了共享总线的不足，设备厂商和运营商一直在研究和寻找更有效的交换解决方案堵在交换过程中的问题。硬盘安装设置

交换结构分为单级交换和多级交换两种。

5.1单级开关主板故障

目前已有两种具有共享存储器和交叉开关的单级交换结构。

共享内存结构通过共享输入和输出端口的存储设备，降低了整体的存储空间的需要。分组交换是通过指针的调度执行，和交流能力提高。共享内存结构相对简单，与交换效率可根据需求进行优化。共享存储器交换结构的交换性能取决于共享内存的访问速度和可扩展性差。特别是当端口数较大时，交换效率降低，共享内存的稳定性直接影响整个交换系统。

纵横是一个严格的无阻塞交换结构和多路径可以输入和输出之间建立起的Crossbar交换结构分为3种类型：集中式（输入>输出），扩展（输入输出）和连接类型（输入=输出）。典型的交叉使用，是连接类型N×N，，纵横交叉矩阵使用调度器，根据输入点的信息，我们计算的输入和基于作业调度算法的输出之间的匹配，并配置相应的交叉点。调度程序的效率是非常关键的，这决定了交叉汇率，所以调度算法必须得到了很大的提高。

但交叉交换也存在可扩展性问题，即交换矩阵的交点随着输入和输出数量的增加而呈指数增长，为了保持非阻塞交换，必须改进和改进调度算法。成本，技术发展的成本越来越高。此外，横梁不能避免排队仲裁和传动效率的影响和限制。但相比于共享内存结构，横梁是更有效的和可扩展的，最高端路由器使用纵横目前开关结构。

共享内存和交叉口属于单级交换结构，由于技术上的限制，单级交换机结构的可扩展性不够完善。此外，由于不可避免的仲裁机制，瓶颈很容易形成，因此，单级交换结构不是未来大容量路由器的发展方向，需要逐步扩展到多级交换结构。

5.2多层交换

多级开关通过多个独立的交换矩阵的多级多平面交换矩阵形式。每架飞机配备避免仲裁员的瓶颈问题，一个独立的仲裁者。多级开关，大大提高了系统的容量。目前，路由器集群采用多级交换结构。

的多级交换结构的基本单元称为切换单元，每个交换单元具有输入和输出功能。每个开关单元相互连接，通过一定的逻辑顺序，形成一个巨大的、可扩展的交换网络，有多级交换结构，多种形式包括Clos、榕树、蝴蝶和Benes，等各种交换结构的主要区别是开关单元的互连方式，多级交换结构可分为两个部分：阻塞和非阻塞。无阻塞交换分为3种：严格无阻塞，可重构无阻塞和广义无阻塞。严格无阻塞交换指的是出发点和落脚点，只要连接空闲，随时交换网络中建立连接；可重构无阻塞网络是指连接只要起点，终点是空闲的，随时可以交换网络直接或间接地与现有的连接重新路由建立连接；广义无阻塞网络是指连接路由才能按一定规则的建立，然后可以在任何时候建立连接。

Benes是榕的一个变种，这是一个重排非阻塞网络。Benes用一个方形开关单元（输入和输出端口的数量是相同的），一个典型的3级Benes N*N交换结构可以形成每个输入和输出之间的每个可能的路径（如图5所示）。Benes的输出可以扩展到任何奇数的水平。Benes的主要优点是，它是很容易实现的。缺点是，它需要重新建立连接时，它会增加数据传输的延迟时间。目前，该方案在思科CRS集群路由器系统采用。

图5贝奈斯3级交换结构

克洛斯是严格的非阻塞的方式，这是一个扩展Benes和由一个非方形交换单元，Clos交换结构具有多可达路径的任何输入和输出之间。严格无阻塞，Clos必须满足以下条件，即m＞＝2n-1，其中M为二级开关单元的个数，n是输入线的第一级单位数和第三级单位出线数。一个典型的Clos结构有3个层次（如图6所示）。

图6 3级Clos交换结构

克洛斯的优势在于网络结构清晰、传输延时低。然而，为了增加产能和减少拥堵，大量的M和N的增加将是必要的，这将导致在技术成本和实现复杂度的增加。Clos是适合于大型网络的设计。它简化了网络层通过使用更小的开关结构，大大降低了交叉点需要建立无阻塞交换结构，降低了构建大型交换网络的成本。Juniper TX矩阵平台当前正在使用此方案。

6。集群系统的控制模式

由于涉及路由器集群系统设备数量众多，如何协调交换矩阵和用户划分成为路由集群技术的另一个争论的焦点。目前，有系统的控制方法主要有两种类型：集中式和分布式，代表产品分别。Juniper TX平台和思科CRS集群系统。

控制系统是集中式和分布式的，即所有的路由协议、软件过程、控制和转发都是通过交换矩阵完成的。用户帧管理机架的工作状态，转发路径通过交换矩阵集中处理，然后分发给用户帧。然后，为了生活，硬件的状态是从PFE传入的LCC TX，这是一个完全平滑升级单机JUNOS。

CRS-1采用分布式控制的发动机，在rack0 RP是一个系统，DSC，和另一架drp.crs-1支持过程的分布格局，并有可能是同一过程的不同的RP / DRP运行多个实例（分布式RP）。采取BGP的功能为例，每个AFI /萨菲对应一个BGP肋过程，对应于一定数量的BGP对等体，BGP发言者的过程。如果IPv4和IPv6 / VPNv4上启用了CRS-1，将有4 brib进程可以分配给任何RP / DRP。

7、主流产品和商业形势

目前，支持路由器集群的主流厂商有思科和Juniper。

思科通过CRS-1单机互连实现。它可以支持集群（4 + 2）目前，即4开关矩阵，再加上两个用户帧，它理论上可以扩展到CRS集群（8 + 72），容量为92tbps高。CRS集群采用Benes开关结构。

Juniper的txmatrix平台通过T640单机互联的实现。它可以支持TX（1 + 4）目前，即1开关矩阵加4用户帧，和Clos交换结构。Juniper TX路由器集群系统已被应用在许多世界各地的网络运营商，包括德国电信、英国电信等。
8、结束语

路由器集群技术是目前解决路由器容量瓶颈的最有效途径。这是路由器发展史上的一次飞跃和变化。它突破了传统路由器的扩展模式，使网络结构清晰，便于操作管理。虽然路由器集群技术尚未大规模商业化，各方面的稳定性和可靠性，需要经受严峻的市场考验，但它将是核心路由器的发展趋势。
{责任编辑：赵毅电话：（010）68476606 }
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