萬兆以太網(wǎng)在行業(yè)中的應(yīng)用

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2002年萬兆標(biāo)準(zhǔn)出臺，很多用戶在感嘆技術(shù)變革之快同時，又表示萬兆的推出太超前，認(rèn)為沒有什么應(yīng)用非要上萬兆，畢竟大部分用戶也是才享受每端口1.4881M/PPS不久。未曾想到，區(qū)區(qū)兩年時間，萬兆模塊的價格就來了一個高臺跳水：2002年一個萬兆端口的價格是千兆的100倍，而現(xiàn)在僅僅是3～4倍。價格下降導(dǎo)致兩年時間國內(nèi)萬兆端口出貨量翻了兩番。

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，國內(nèi)將近80%的萬兆端口出貨集中在教育領(lǐng)域，其中大學(xué)又是應(yīng)用萬兆的領(lǐng)頭羊。基于此，我們將萬兆以太網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的采寫主要集中在高校，通過教育行業(yè)的應(yīng)用實踐，近距離了解萬兆以太網(wǎng)在行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，揭示行業(yè)用戶對于萬兆以太網(wǎng)技術(shù)的看法和認(rèn)識。

關(guān)于一二代的插曲

熟悉數(shù)據(jù)以太網(wǎng)的人士都知道，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)有所謂一二代之分。說起來有點像上天在和用戶開玩笑似的，在萬兆發(fā)展最迅速的階段里，用戶的胃口被廠商吊起來了，可各家主流廠商卻一時間又拿不出好的產(chǎn)品，因為早期的10G交換機(jī)并不能達(dá)到線速。

為此，在業(yè)界提出了一個不標(biāo)準(zhǔn)的概念，也就有了第一代和第二代萬兆交換機(jī)的區(qū)分。對用戶來講，早期很多交換機(jī)雖然號稱萬兆，但是廠商為了急于應(yīng)付市場的需求，沒有重新進(jìn)行交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，僅僅是采用了兼容老產(chǎn)品的模式，因此交換機(jī)模塊和背板之間只有8或10個G，但是萬兆全雙工至少是要20個G的，因此第一代交換機(jī)并不能夠達(dá)到線速。

同樣的道理，所謂第二代萬兆交換機(jī)就是說模塊與背板之間至少達(dá)到20G，這樣就可以保證萬兆端口達(dá)到線速。

需要指出的是，考察交換機(jī)的性能關(guān)鍵是看端口是否能夠達(dá)到線速，而并非通常所說的交換機(jī)的背板帶寬。雖然一些廠商宣稱超高的帶寬可以便于今后萬兆模塊端口的擴(kuò)充，但是需要提醒讀者注意的是，增加的端口能否達(dá)到線速除了背板帶寬要夠，還要看交換機(jī)的處理能力，這包括了交換矩陣和轉(zhuǎn)發(fā)引擎的性能。這就好比即便路修得再寬，夏利還是跑不過奔馳。

“捆綁”的瓜不甜

當(dāng)前大學(xué)校園里用萬兆主要有兩種方式：第一種是在大學(xué)內(nèi)部，主要樓宇的核心節(jié)點之間相連。第二種是主分校區(qū)，異地之間的核心節(jié)點相連。很多網(wǎng)絡(luò)廠商都說過，核心節(jié)點要不要上萬兆，一定要看學(xué)校內(nèi)部應(yīng)用的需求，畢竟很多高校的經(jīng)費還比較緊張。在這種條件下，眾廠商都推薦采用一種投資保護(hù)的做法：即先購買萬兆兼容的交換機(jī)，但可以暫時不買萬兆模塊，使用千兆鏈路捆綁的方法應(yīng)付帶寬的壓力。從實際情況來看，一些規(guī)模小一點的高校更加傾向于使用鏈路捆綁技術(shù)。

南京工程學(xué)院網(wǎng)管中心的負(fù)責(zé)人表示，由于學(xué)校的規(guī)模不是很大，學(xué)生人數(shù)少，雖然有兩個校區(qū)，但基本上校園網(wǎng)的應(yīng)用還是以訪問Internet為主，因為沒有IDC，所以校區(qū)間的流量不大。從檢測的數(shù)據(jù)來看，千兆骨干鏈路峰值負(fù)載率在70%，而當(dāng)初在兩個校區(qū)之間布線的時候就布置了2對，一對做數(shù)據(jù)，一對用來備份?，F(xiàn)在學(xué)校打算把備份光纖也利用上來，因此再用一根千兆做捆綁是非常合適的。學(xué)院目前的Internet出口上連到CERNET，出口帶寬只有1G。因此在這種情況下，將校園網(wǎng)的帶寬升級到萬兆是沒有意義的，因為當(dāng)前主要的精力應(yīng)該放在對互聯(lián)網(wǎng)出口的擴(kuò)容上。

不過對于一些規(guī)模比較大的學(xué)校，看起來直接采用萬兆會更加方便。正如福州大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心主任宋志剛老師指出的，如果學(xué)校采用多根千兆鏈路進(jìn)行捆綁，勢必會帶來QoS的問題。因為一根萬兆鏈路是一根光纖，內(nèi)部的隊列調(diào)度在一個模塊上完成。但是如果采用多根千兆鏈路進(jìn)行捆綁，每一個接口上都需要緩存，此時一旦考慮QoS，隊列調(diào)度根本沒辦法控制。此時即便有負(fù)載均衡的考慮，但是分過去的高低優(yōu)先級的包是沒有辦法估計的，可能分到這個口上高優(yōu)先級的包多，分到另一口上的高優(yōu)先級的包少，那么這個時候，本來是同級別服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)，待遇是不一樣的。另外，采用多鏈路捆綁還會存在布線的問題、組播的問題，而且捆綁帶來的管理上的復(fù)雜性也相當(dāng)高。

在這個問題上，浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心的負(fù)責(zé)人表示，如果一個大學(xué)原來的校園網(wǎng)還比較先進(jìn)，那么在應(yīng)付帶寬壓力的問題上是可以采取捆綁這種過渡辦法的，不過要是原有網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)過時，那就不如重新做。以浙江大學(xué)為例，學(xué)校原本采用的是622M的ATM網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)已經(jīng)過時了，如果用萬兆的ATM造價會非常昂貴，而且無論是用以太網(wǎng)還是ATM，原有設(shè)備都要更新，這種情況下直接上萬兆以太網(wǎng)就是明智之舉。

要路由還是交換

目前萬兆以太網(wǎng)設(shè)備一般是放在網(wǎng)絡(luò)的核心，這就產(chǎn)生了一個問題，核心設(shè)備到底是用萬兆交換機(jī)還是用萬兆路由器？需要注意的是，隨著萬兆技術(shù)的發(fā)展，路由交換機(jī)和交換路由器的區(qū)別在逐漸變小，但是設(shè)備的選取則代表了網(wǎng)絡(luò)不同的方向，而這也是被很多大學(xué)忽略的地方。

在正常情況下，國內(nèi)各個大學(xué)的核心設(shè)備上的路由會有幾百條之多。在學(xué)校內(nèi)部，由于核心節(jié)點一般是成環(huán)的，因此每一臺核心設(shè)備也都會有幾百條路由條目。那么此時一旦病毒爆發(fā)，把交換機(jī)的某個端口沖死掉了，會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)路由重計算的發(fā)生。對于流轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)來說，內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生震蕩，承受能力將相當(dāng)有限，而路由器是不存在這個承受能力問題的。因此一些學(xué)校在考慮用核心路由器來組網(wǎng)，而不是考慮交換機(jī)。當(dāng)然，對于一些普通大學(xué)而言，因為沒有特別多的路由條目發(fā)布到核心設(shè)備中來，因此用核心交換機(jī)組網(wǎng)就沒有問題了。

另外，造成上述問題還有一個客觀原因，那就是現(xiàn)在大學(xué)一般都是采用CERNET與電信兩個互聯(lián)網(wǎng)出口，學(xué)校主要是從自身的經(jīng)濟(jì)原因出發(fā)，希望一部分訪問走CERNET每月規(guī)定的流量，另一部分走電信包月的Internet出口，但是采用雙出口就不可避免地牽扯到核心設(shè)備的策略路由問題。

江蘇的常州大學(xué)城在構(gòu)建大學(xué)城網(wǎng)絡(luò)時就采用了多臺港灣公司PowerHammer P320萬兆路由器做核心的模式。大學(xué)城建網(wǎng)的出發(fā)點在于大學(xué)城內(nèi)部高校密度比較大，內(nèi)部預(yù)估流量很大，但是由于資金的問題，匯聚到核心只能采用1G鏈路。在這種情況下，一旦病毒爆發(fā)，匯聚到核心的1G鏈路非常容易被完全充滿，時間一長就容易出現(xiàn)OSPF（Open Shortest Path First)的HELLO報文無法到達(dá)，核心設(shè)備會誤認(rèn)為對端的設(shè)備已經(jīng)死掉了，容易引發(fā)全網(wǎng)的路由重計算。江蘇常州大學(xué)城網(wǎng)絡(luò)管理處的老師擔(dān)心，大學(xué)城不同于一般高校，其內(nèi)部的動態(tài)路由會多一些，而且主要采用OSPF。這時只要有一條鏈路發(fā)生改變，會引發(fā)很大范圍的路由重計算。

大學(xué)城的擔(dān)心并非沒有道理，一般的三層以太網(wǎng)交換機(jī)主要采用流轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)（Flow Cache），交換機(jī)會把收到的第一個數(shù)據(jù)包交給CPU處理，以便創(chuàng)建一個流轉(zhuǎn)發(fā)表，以后再收到這樣的包則通過交換機(jī)的ASIC芯片進(jìn)行快速轉(zhuǎn)發(fā)。但是在發(fā)生路由重計算的時候，交換機(jī)的CPU還需要對路由表項進(jìn)行更新，這時壓力很大。由于成本原因，大部分三層以太網(wǎng)交換機(jī)不會采用太好的CPU和專業(yè)的ASIC芯片，因此極易導(dǎo)致CPU過載，造成交換機(jī)死機(jī)。同理，在病毒爆發(fā)的時候，由于病毒的頻繁掃描，極易導(dǎo)致交換機(jī)流轉(zhuǎn)發(fā)表溢出，造成死機(jī)。

相反，由于現(xiàn)在核心路由器的表查找有專門的硬件來完成，CPU本身只做板卡之間的狀態(tài)維護(hù)和路由重計算這些單純的工作，所以負(fù)擔(dān)很輕，因此在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動蕩的時候沒有問題。

北京大學(xué)的萬兆以太網(wǎng)研究專家張培老師指出，對于萬兆路由器和萬兆交換機(jī)的取舍，一定要考慮到學(xué)校本身的特點。對一般的大學(xué)而言，整個校園網(wǎng)的復(fù)雜程度是很有限的，而且校園網(wǎng)一般都是靜態(tài)的，大部分OSPF也都是很簡單的，因此如果校園網(wǎng)的用戶并發(fā)量不超過萬人，使用萬兆交換機(jī)是不存在任何問題的。或者說當(dāng)高校的網(wǎng)絡(luò)真正變成應(yīng)用基礎(chǔ)平臺以后，這種理念才會有更多的價值，畢竟路由器要比交換機(jī)貴很多。

時勢造英雄

行文至此，對于為什么只有高校的萬兆以太網(wǎng)應(yīng)用走在行業(yè)的前頭我們多少已經(jīng)有了答案，所謂時勢造英雄，言外之意除了英雄本身的能力，天時地利也是不可或缺的。這話對于萬兆以太網(wǎng)來說也是恰如其分，關(guān)鍵原因還是需求的拉動。

從2000年開始，各地大學(xué)紛紛啟動擴(kuò)招計劃，學(xué)生數(shù)量一般都有100%的增長，直接后果就是大學(xué)校內(nèi)PC的擁有量已經(jīng)超過了學(xué)生的數(shù)量。根據(jù)CNNIC的調(diào)查，截止到2003年底，國內(nèi)中等規(guī)模的大學(xué)人均PC擁有量已經(jīng)超過一臺。這就導(dǎo)致各個大學(xué)校園網(wǎng)的流量比兩年前大幅飆升。

學(xué)校內(nèi)的計算機(jī)多了，再加上目前的大學(xué)校園都很大，采用單個核心節(jié)點很難把學(xué)校連接起來，因此大部分學(xué)校有兩個或多個核心，這在客觀上就要求骨干帶寬的擴(kuò)容，以便保證之間的訪問；另外，隨著大學(xué)合并風(fēng)潮的開始，一個學(xué)校有多個校區(qū)已經(jīng)不是新聞，那么要把這些校區(qū)連接起來，也有帶寬的考慮。

清華大學(xué)信息中心的王繼龍博士就曾指出，“隨著PC在學(xué)校中的普及，當(dāng)前各個大學(xué)校園網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)從簡單的互聯(lián)互通，發(fā)展到了日常辦公、教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活的平臺”。

這就是說，不管是校內(nèi)還是多個校區(qū)，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變成了部分大學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)平臺。以清華為例，學(xué)生選課以前是拿一張表格填好交上去，現(xiàn)在則直接到校園網(wǎng)上完成，中間的轉(zhuǎn)課也是從網(wǎng)上修改。此時網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)變成了辦公平臺。從企業(yè)角度看，這個網(wǎng)絡(luò)就變成了生產(chǎn)的平臺。作為一個生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)不能中斷，那么高校的網(wǎng)絡(luò)也不能中斷。因此，很多高校網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再采用傳統(tǒng)的千兆以太網(wǎng)星型連接，而是采用萬兆鏈路環(huán)狀連接的方式，一般是三個核心節(jié)點做一個環(huán)，即便某一臺設(shè)備壞了或者鏈路斷了也不會產(chǎn)生致命影響。

這種改變帶來了一個意想不到的結(jié)果，那就是當(dāng)前大學(xué)校園網(wǎng)很多應(yīng)用超過了運營商的應(yīng)用，這一點尤其是在視頻上表現(xiàn)突出。以清華大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)和西安交通大學(xué)為例，三所學(xué)校已經(jīng)開始在學(xué)生宿舍中轉(zhuǎn)播NBA和意甲的比賽。此外，網(wǎng)絡(luò)游戲、圖片音樂共享和Pear to Pear下載工具的大量使用（如BT），也促使校園網(wǎng)流量內(nèi)部流轉(zhuǎn)增高。

北京師范大學(xué)計算中心負(fù)責(zé)人黃寧寧老師認(rèn)為，在高校里面，學(xué)生使用新軟件的欲望強烈，這其中包含很多不確定因素，病毒就是一種。從目前情況看，導(dǎo)致各大學(xué)網(wǎng)絡(luò)流量異常的主要因素就是網(wǎng)絡(luò)病毒，因為一旦病毒爆發(fā)將會導(dǎo)致整個校園網(wǎng)流量在短時間內(nèi)激增。

越來越多網(wǎng)絡(luò)病毒的出現(xiàn)改變了人們傳統(tǒng)上對校園網(wǎng)的規(guī)劃方式。以前建網(wǎng)首先看學(xué)校學(xué)生有多少，然后預(yù)估每個學(xué)生的應(yīng)用流量，從中計算出大致的收斂比，然后網(wǎng)絡(luò)骨干的帶寬就知道了。但是現(xiàn)在建網(wǎng)必須首先考慮如何保證網(wǎng)絡(luò)的安全運營。因為病毒爆發(fā)速度很快，為了保證冗余度，需要按照正常流量2到3倍來設(shè)計，否則網(wǎng)絡(luò)就很危險。而在這種計算模式下，網(wǎng)絡(luò)流量超越千兆是輕而易舉的事。

主流萬兆產(chǎn)品列表

來源：CCW