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[周报全文]网络按需购买 高性能堆叠

2003年09月01日 00:00:00 | 作者:佚名 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:网络按需购买 高性能堆叠

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    网络按需购买 高性能堆叠

    ■ 本报记者 荣钰

    2002年4月,3Com公司推出名为XRN(Expandable Resilient Networking,可扩展的弹性网络)技术和相关的产品配件。

    2003年4月,思科公司推出Catalyst 3750系列交换机及与之配套的StackWise高性能堆叠技术。并于6月19日正式向中国用户发布。

    2003年6月,北电网络公司推出BayStack 5000系列交换机和配套的FAST (Flexible Advanced Stacking Technology)。

    你会将固定配置的交换机放在什么位置?通常习惯的做法是边缘使用成本低廉的固定配置交换机,包括固定配置交换机的堆叠系统,提供高端口密度的10/100Mbps二层接入,在分布层和核心层采用机箱式交换机。

    比较固定配置交换机和机箱式交换机,后者通过冗余的电源、冗余的主控模块、可热插拔的网络接口板、主控板以及在体系结构上的特殊设计提供了设备的高可用性;无论是采用集中式交换还是分布式交换,机箱式交换机高速的总线、交换结构都提供了在高端口密度条件下更高的交换容量;机箱式交换机相对少的设备数量,减少了网络故障点的数量,减少了维护、管理的难度;机箱式交换机可以通过更换接口模块,提供更高的组网灵活性和可扩展性。我们看到很多的机箱式交换机端口密度也相当高,同时功能也要比固定配置交换机强大。这些因素使得机箱式交换机成为核心层、分布层的最佳选择。

    但是,并不是所有用户的荷包都是满满的!

    从2002年到今年,业界主流的三家厂商先后更新了他们的固定配置交换机,总结三者的特点是性能上有大幅度的提升,具备更高的千兆端口密度,同时由于采用了高性能交换机之间的连接技术,在提高可扩展性的同时,仍旧保证了整个系统的高性能、高可用性。对于很多资金有限的用户来说,高性能的堆叠系统可以为用户提供按需购买的新选择。

    用户不必在最开始就购买一个大的机箱、电源和暂时使用不到的交换容量(不论是集中式交换还是分布式交换,用户还是要为核心模块的交换矩阵、转发引擎投资,为了高可用性,有时候还要购买两个主控模块)。而是可以随着网络用户、节点数的增长、流量的增长,不断追加投资,做到Pay as your growth。

    另外固定配置交换机还能够在为用户带来高性能、高可用性网络、高端口密度的同时,采用更加紧凑、灵活的交换机排列形式为用户节省机架空间。

    但在核心和分布层这样关键的部位,要想达到这些目标,仅仅是上面这些优势和价格的诱惑还是不够。高性能堆叠交换机还需要提供接近机箱交换机的一些特性:高可靠性、高可扩展性、高性能、易于管理和灵活性以及同样强大的功能。

    思科的Catalyst 3750系列交换机及StackWise高性能堆叠技术和北电网络的BayStack 5000系列交换机及FAST技术更为类似,应该属于传统堆叠技术的升级和改进。而3Com公司的XRN技术,相比之下有着比较大的区别,不能简单地认为是交换机的堆叠技术。求同存异,我们且先在整篇文章中都用高性能堆叠这个词,看看这些新技术带来的新变化。

    新看点一:高性能

    固定配置交换机的可扩展性是个问题,而采用传统堆叠技术虽然解决了可扩展性、端口密度等问题,但是系统的整体性能却没有随之真正改变。

    3Com公司的唐勇认为XRN的固定配置交换机甚至要比一些机箱式交换机的性能还要出色!而思科的Catalyst 3750 32Gbps的交换容量,北电网络的BayStack 5000交换机160Gbps的交换容量比较现在一些厂商用于网络分布层和小型网络核心的机箱式交换机并不逊色。这都为这些交换机在网络中扮演新的角色打下了基础。

    高性能堆叠交换机之间连接线缆通信速率的提升,为高性能堆叠交换机性能的跃升打下了基础。

    在1998年以来的固定配置交换机中,通常堆叠交换机之间的连接速率在1到2Gbps。相比之下这三款交换机的连接线缆的性能都得到了大幅度的提升。现今3Com的XRN技术电缆的连接速率达到8Gbps,思科的StackWise堆叠技术电缆的速率达到32Gbps。而北电网络的BayStack 5000系列交换机的堆叠电缆速率为40Gbps。

    以往的堆叠交换机有两种情况,一是有专门的堆叠接口,也就是说实现堆叠不会减少千兆接口的数量。有的则是堆叠接口与交换机的千兆接口共用,在堆叠过程中有可能占用交换机的一个或者两个千兆接口。我们看到的这三种高性能堆叠交换机,都在交换机上设有专门的堆叠接口,不会占用交换机的千兆接口。其中Catalyst 3750交换机和BayStack 5000系列交换机的每个款产品都提供了2个专用的堆叠接口,分别与堆叠中上下两台交换机连接。

    另外依照北电公司提供的一个分析资料指出,堆叠引入了设备可靠性的问题,而市场上大部分交换机虽然有专用的堆叠模块,但仍沿用千兆接口互联的原理。当多个交换机被堆叠电缆连成一个环后看起来象是一个网络设备,但其实就如同用千兆接口把他们穿在一起。由于Spanning Tree的原因,这些堆叠电缆中的一条会被协议阻断,严重影响转发性能。当整个堆叠中的一个交换机或一条堆叠电缆发生故障时,Spanning Tree重新收敛,网络将会有至少几十秒钟的不可用时间。

    新的堆叠技术使得堆叠交换机在堆叠连接性能方面得到了本质的提升。

    利用特殊的堆叠互联电缆和堆叠软件,思科StackWise技术最多可以将9台单独的Cisco Catalyst 3750交换机连接到一个统一的逻辑单元中。为了有效地平衡流量负载,数据包被分配到两条逻辑循环路径上。每个循环路径都支持16Gbps的流量,总共支持32Gbps。输出队列会计算路径的使用率,以确保流量负载的平衡分配。无论数据帧在何时发送到路径上进行传输,系统都会计算路径的使用率,判断哪条路径拥有最多的带宽。确定之后,整个数据帧就会被复制到这条路径上。系统为流量提供服务的方式取决于它的服务等级(CoS)或者差分服务代码点(DSCP)值。低延时的流量会获得较高的优先级。而在堆叠方面,倘若发生拥塞或者是链路失效,导致堆叠链路仅剩16Gbps,交换机也将根据数据包的不同优先级,确保关键应用在堆叠中的传输。


思科的StackWise堆叠线缆连接图

    北电的FAST技术并非简单提升了原有的堆叠技术的传输速率。该公司介绍说创新的FAST技术使得堆叠中的交换机之间可以同时传输双向数据,每个交换机与上下相邻单元间都具有40Gbps的全双工带宽。由此一台交换机的堆叠通信能力达到了80Gbps(双向)FAST技术还在堆叠中提供了优化的数据传送-最短路径算法。例如一个堆叠中有8个交换机(该系列产品最多支持8台交换机的堆叠)。当第三个交换机要发一个数据包给第二个交换机时,这个包不会被送到第四个然后到第五个……依此类推,最后经过第一个交换机才传到第二个。FAST技术采用最短路径算法使得交换机间的数据传送总是选用最短路径(在第二和第三个交换机间的全双工40Gbps连接上直接传送)。这不仅提高了堆叠带宽的使用效率也减少了数据传输的时延。依上述分析,北电在其BayStack 5000系列交换机的宣传材料中所称,整个堆叠的带宽高达640Gbps,有一定的根据(不过是在比较特殊的通信模型下)。

    连接线缆速率的提升,仅仅是实现高性能的第一步,更重要的是采用新交换体系结构,新的技术让多台交换系统利用高性能堆叠技术凝聚成为一个整体,就像一台机箱式交换机一样整体协调工作。

    3Com XRN系统中,每一台高性能的交换机都拥有高性能的三层交换和二层交换能力,3Com希望借助XRN技术将每台交换机的路由、交换能力都叠加。从现在XRN体系架构主推的交换机性能看,Switch 4050/60/70系列交换机和SuperStack 3 Switch 4900单机的交换容量、性能都非常优秀,其中Switch 4050/60/70交换机单机的交换容量达到56Gbps,这已经超出了3Com现有的机箱交换机的交换容量,叠加之后的交换能力在千兆时代作为核心是相当出色的。

    相比另两种产品, XRN技术中仅采用8Gbps的交换机连接电缆,记者怀疑这可能会成为整个系统的瓶颈。3Com一直表示XRN技术的体系架构、交换路由的方式与通常的堆叠技术有着本质的区别,采用了分布式的交换架构、分布式的链路聚合、分布式的冗余路由等技术。分布式的链路聚合和冗余路由技术在二、三层交换和路由方面,实现XRN连接交换机的分布处理、负载均衡。XRN系统采用分布式架构,这样在分布式交换架构中的交换机将会为与其直接相联的主机和交换机提供第三层本地转发服务。分布式链路聚合能够实现网络核心设备与网络边缘设备的全网状互联。定制ASIC芯片能够在XRN分布式交换架构多个设备单元的连接链路之间智能地分配交换流量。XRN支持的分布式冗余路由是一种高级的路由实施策略,它使一个XRN分布式交换架构中多台互联在一起的交换机设备能够像一个统一的主动路由实体一样工作,与VRRP和HSRP不同,分布式冗余路由能够在分布式交换架构的所有交换机设备中智能地分配路由负载,从而使网络的路由性能实现最大化。

    更通俗的理解是,一般情况下每台边缘交换机通过两条链路分别连接到利用XRN技术互联的两台核心交换机。在正常情况下,边缘交换机之间的通信流量都可以在一台核心交换机上完成本地交换,而不必经过两台核心交换机之间的联接电缆。上面提到的技术,可以智能的完成2/3层交换工作在两台核心交换机的负载均衡。XRN的互联电缆,只有在网络发生故障的情况下才会承担较大的通信流量,由此看连接电缆通常情况下不会成为瓶颈。

    这样随着XRN设备单元被不断添加进分布式交换架构中,网络核心整体的第三层交换能力也会相应发生变化。网络可平衡增长的能力使网络在升级时,其性能不会受到损害。

    思科Catalyst 3750交换机配合StackWise技术,与其说是一个堆叠系统,更像一个在每个模块具备分布式转发能力的机箱式交换机。记者曾听到业内人士分析该产品利用了早期的Catalyst 6500交换机交换引擎的一些成熟技术,而其采用的RPR+(路由处理器冗余+)是在高端产品(12000/7500路由器和Catalyst 6500)上使用的技术,其交换的容量也与最早的Catalyst 6500交换机交换引擎类似。在使用StackWise进行堆叠时,第二层转发是通过一种分散的方法实现的。第三层转发则通过一种集中方法实现,整个堆叠系统涉及的交换机都会保持统一的2/3层转发表、路由表、VLAN信息、组播表,维护着统一的网络拓扑。这为堆叠中的路由和交换活动提供了最大限度的弹性,同时提高了堆叠系统整体的工作效率。

    在堆叠系统中,有主从交换机之分,主交换机负责搜集和维护正确的路由和配置信息。它通过定期地向堆叠中的所有从交换机发送副本或者升级,保持这些信息的时效性。每个交换机都拥有包含它自己的本地MAC地址表和包含堆叠中其他设备MAC地址表。主交换机将保存包含所有向堆叠报告的MAC地址表。主交换机还会创建一个包含整个堆叠中所有MAC地址的地图,并将其发给所有从交换机。这样每个交换机都可以检测到堆叠的每个端口。这消除了重复的学习流程,为系统创建了一个更快、更有效的交换基础设施。从交换机为它们所支持的每个VLAN保存它们自己的生成树。主交换机负责为堆叠中的每个VLAN保存所有生成树表的副本。当增加或者移除一个新的VLAN时,所有现有的交换机都将获得该事件的通知,并将根据该通知升级它们的转发表。

    思科StackWise技术使用了一种非常有效的机制来传输单播和组播流量。一个组播仅需要在系统上传输一次,而不是过去的多次。同样在VLAN方面也可以节省数据包在堆叠系统上的传送。

    北电由于是最新发布的产品,能找到的关于北电BayStack 5000系列的资料相对有限。据了解,该系列产品在今天仍旧偏重于2层转发和3/4层信息识别,未来将增添一些新的3层和路由功能,届时也会有类似统一路由、转发、分布式处理的设计。北电BayStack 5000系列交换机今天的最大亮点是高性能的交换,达到160Gbps的交换容量。据北电公司介绍说,未来BayStack5000系列产品将不断丰富产品线,如果用户对10Gbps上联链路的需求真正产生,用户将会看到支持1-2个10Gbps上联链路的BayStack 5000系列交换机问世,从现有的交换容量看,完全可以支持24/48×10/100/1000Base T+2×10Gbps配置的交换能力。如此整个BayStack 5000系列交换机的交换容量、整个堆叠的通信能力将大幅度跃升!据介绍,未来还将把北电在PassPort 8600上成功应用的SMLT技术应用在BayStack 5000,在体系架构和软件方面实现创新,提高系统的交换能力。

    新看点二:高千兆端口密度

    这些新交换机的问世,从千兆端口密度上看,可以说是真正跨入到了千兆交换时代。我们此次涉及到的几款产品,都能够提供高密度的千兆端口,特别是铜缆的千兆接口,领导今天愈演愈烈的千兆到桌面的潮流。

    在我们《网络世界》评测实验室2001年测试SuperStack3 Switch 4900的时候,市场上固定配置交换机的千兆端口容量一般为8个,我们拿到的4900可以提供16个千兆端口。而在去年3Com推出Switch 4050/4060交换机的时候,业内大多数的固定配置千兆交换机的端口密度为8~12个千兆端口。而Switch 4050/4060/70两款交换机都能够提供24个千兆端口。而SuperStack Switch 4924/50也可以提供24个千兆端口。除了能够提供比较高密度的千兆端口外,这些交换机另一个特点是比较高的电口千兆端口密度。以Switch 4050/4060为例前者提供了12个,后者是6个,类似的情况在SuperStack Switch 4924/50也有(+本站微信networkworldweixin),这表现出在位于网络核心的交换机要面临越来越多的高性能服务器连接的需求。

    与XRN的定位不同,Catalyst 3750交换机主要定位在中型网络的分布层、小型网络的核心和大型网络的边缘,一个责任是提供千兆到桌面的连接。在该系列产品中Catalyst 3750G-24TS、Catalyst 3750G-24T两款交换机都提供了高达24个10/100/1000Base T的接口。

    而Catalyst 3750还反映了一个有意思的现象,即在一个交换机上提供4个千兆上联链路的接口,前面提到的Catalyst 3750G-24TS和另一款Catalyst 3750-48TS(48个以太网10/100端口)都有4条SFP(Mini GBIC)上行链路。这可能也是在未来网络流量上升时所必需的。

    此次涉及的交换机都能够支持跨交换机的链路聚合功能,这样一个堆叠到核心交换机或者服务器的带宽就可以多达几个G。以北电的BayStack 5000系列为例,每个堆叠可以做32个链路聚合,每个链路聚合组中可以包括8个千兆。

    北电的BayStack 5000现在的定位主要是作为网络的接入层,完成高性能服务器和高性能PC机、工作站的千兆接入,在三层功能强大后,位置上移。现有的两款交换机BayStack 5510-24T和BayStack 5510-48T,分别提供了24/48个千兆铜缆接口。

    配合堆叠技术,Catalyst 3750系列交换机、北电的BayStack 5000系列交换机都可以在非常小的空间中提供高密度的千兆接入。特别是北电的BayStack 5000可以在一个8U高的标准机架空间中,提供384个千兆端口。

    新看点三:高可用性

    高性能堆叠交换机都力图在路由、三层/二层转发方面提供系统的高可用性。向前面提到的那样,XRN技术和后两者有着不同的做法,我们分别来看。

    XRN的做法的确不像堆叠的做法,而且现阶段的XRN只支持两台设备的连接,下个阶段将达到4个设备的连接,第三阶段则能够提供10G以太网的分布式交换。它的亮点不在堆叠这里,而是在前面性能介绍中提到的XRN采用了分布式的交换、分布式的链路聚合技术和分布式冗余路由。链路聚合、IEEE 802.1W技术和冗余路由能够保证链路出现故障之后,二/三层通信依旧畅通。而这种分布式的做法与传统的生成树和VRRP或者HSRP不同,两台设备和链路在正常情况下对于接入层交换机都是可用的。同时,借助XRN技术两台设备进行同步,也可以保证一旦一台设备出现故障,另一台设备能够接手,确保网络的高可用性。

    思科和北电的高可用性第一体现在堆叠电缆的设计和整体系统软件、交换结构的设计两方面。在堆叠系统中两者都采用了环状的堆叠链路,一旦在堆叠系统中,有一个设备出现故障,或者堆叠线缆出现故障,堆叠系统能够屏蔽掉故障点,自动形成新的环路,保证堆叠线缆的通信正常,而损坏的设备不会影响整个堆叠的正常工作。在设备发生故障的时候,用户可以在线更换设备。在软件方面,新设备加入以后,可以自动的完成配置、获得转发表等信息,在加入、移出堆叠设备的过程中整个堆叠系统都会得到路由转发信息的更新。

    另外,在堆叠系统中有主从交换机之分,在思科的StackWise技术中,主交换机扮演着非常重要的角色,就如同机箱式交换机的主控模块的角色一样。在堆叠系统中,每台交换机都可以作为主交换机的备份系统。并采用多种手段确保在主交换机切换的过程中,整个堆叠系统的二/三层转发、路由等尽可能少地受到影响。

    另外,这些产品在电源的冗余方面也有一定的考虑,不过有些产品用户要过一段时间才会获得相关的配套产品。

    新看点四:强功能

    这三个系列的产品的功能都非常强大,具备了很多机箱交换机的功能。

    比如在QoS方面,这些交换机都支持对数据包2/3/4层信息的分类识别,并依此提供QoS服务。我们发现在一些低端的设备中,一般不提供带宽整形这样的功能,而在思科和北电的交换机说明文档中都指出可以支持带宽整形的功能。另外在安全等方面,比如VLAN、IEEE 802.1X这样的功能,这些交换机同样予以很强的支持。

    新看点五:易管理

    这三个系列的产品在管理上都称能够像一台设备那样进行管理。在管理的过程中,一个高性能堆叠系统的多台设备都通过单一一个IP地址管理。曾经看到国外的测试报告中称,在使用命令行对堆叠系统中某一交换机进行配置时,就像配置机箱式交换机的一个模块和一个端口一样。另外,对一个交换机的一些配置,比如QoS、ACL可以分发到堆叠系统中的其他交换机上。

    编看编想

    尺有所短 寸有所长

    这三个厂商推出的三个系列的交换机,为用户构建网络提供了新的选择,但是所有的设备、技术都有其擅长的地方和不足的地方。

    采用固定配置交换机通过高性能的堆叠和相应的软件,能够达到机箱式交换机的一些特点,但是有些地方可能也难于完全实现。比如电源,思科发布Catalyst 3750交换机的时候,还不能提供相应的直流冗余的供电电源。

    虽然说思科、北电的高性能堆叠交换机能够提供几十Gbps的堆叠连接速率,但是这样的速率是否能和机箱式交换机的几十Gbps的交换引擎和交换矩阵相比拟呢?

    虽然说一个堆叠中几个设备之间可以做冗余备份,似乎看上去比机箱式交换机看起来更多,但是切换的速率是否能够和机箱式交换机两个主控备份模块热切换的速度相比拟?

    再比如说路由,我们曾经刊登过有关XRN冗余和性能方面的测试,但是测试中没有模拟一个路由拓扑非常复杂的网络,不知道在这种情况下XRN这样的分布式处理系统是否还能够根据网络的拓扑变化及时收敛。而3Com自己推荐在网络拓扑非常复杂、变化非常复杂,对接口要求非常丰富,需要多协议路由的网络环境下,仍旧使用机箱式交换机。

    关于技术性能的猜想,只有通过实际的测试才能给出有力的答案。但是,可以肯定的是机箱式交换机必然有其优势。要不怎么会有用户在全网范围均采用机箱式交换机呢?

    交换机也许是很多人认为同质化最严重的领域,但是这三个厂商代表的一系列国际厂商,近来推出的产品,差异性越来越大,产品线日益丰富,根据用户的需求不同,细分到了极致。就像这样的高性能堆叠产品界于传统意义的低端和高端之间,固定和机箱之间。越丰富的选择,我觉得也意味着越头痛的选择。用户要算个细账!

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]