100G路由探秘
网界网
董培欣
摘要： 100G路由可以为网络应用带什么新的应用拓展?当前100G路由器的发展状况如何?有什么成功的应用?何时可以真正普及?带着上述问题，《网络世界》进行了一次“100G路由探密”的技术调研活动。
Abstract：
Key words :
随着云计算、视频应用、社交网络等业务应用的兴起，互联网上的流量增长迅猛，激增的流量使IP骨干网和城域网对路由性能提升的需求不断高涨，面向“100G平台”的新一代路由设备逐渐成为新的应用热点。
100G路由可以为网络应用带什么新的应用拓展?当前100G路由器的发展状况如何?有什么成功的应用?何时可以真正普及?
带着上述问题，《网络世界》进行了一次“100G路由探密”的技术调研活动。在本次技术调研活动中，《网络世界》对阿尔卡特朗讯、博科、思科、华为、H3C、瞻博网络以及中兴等国内外知名的路由器厂商进行了问题采访。从技术性、应用性以及适用性三个方面，对各大厂商目前已有的以及将要推出的100G路由器产品进行一次综合性的技术分析
100G的优势——百G路由器应用分析
100G可以为我们带来什么?这个问题很好解答：对于个人用户来讲，100G路由器的应用可以使我们的上网带宽提升10倍，光纤入户将不再是我们的梦想。对企业级用户来讲，100G路由器的应用可以极大减轻用户在网络带宽上的资金投入。充裕的网络带宽将加速企业业务向云计算方向迈进的步伐。对于电信运营商来讲，100G路由器的应用可以让运营商不增加布线就可提升10倍的网络数据转发能力，100G链路的传输效率也会高于10条10G链路的聚合捆绑。
由此可知，100G路由器对于所有路由器厂商而言，是机遇也是挑战。在思科发布的全球云指数预测报告中，已经向我们明示了由于视频、移动互联网、云计算等新型业务的推动，无论是电信运营商、有线电视运营商、内容提供商还是企业用户，IP网络的建设和发展仍然是未来很长期的投资重点，全球的IP流量整体趋势上仍然会保持较高的增速。流量的压力、带宽的需求必然会推动100G路由技术的飞速发展。在这种市场形式之下，技术滞后将意味着被淘汰出局。因此，路由器厂商在争先宣传或发布与100G路由器相关的技术或产品。
100G的迷茫——百G路由技术分析
然而，目前100G路由器产品技术是否已然成熟了呢?在100G路由的时代，我们是否还需要忍受IP与传输两张网导致的路由计算、网络流量的规划、调度以及收敛时间难以协调的煎熬?当运营商和企业客户需要更加智能灵活地控制网络，并且希望网络本身提供增值服务能力时，路由器是否可以提供更加丰富和更灵活的服务能力?当100G路由正式部署时，旧有的路由器可否进行平滑升级?
带着上述疑问，《网络世界》对各大路由器厂商进行了一次深入的技术调研。在调研中，厂商各抒己见：有的厂商宣传自身的路由芯片技术，有的厂商力推自己的路由架构，有的厂商在推广端到端的解决方案，还有的厂商在推广路由与传输的融合……。总体上讲，要想实现100G路由的规模部署，起码存在着接口、芯片、传输三道硬件上的难关，以及IPv4与IPv6互通这一软件上的难题需要克服。下面我们来看一下，各大路由器厂商是如何向100G“平滑过渡”的。
平滑过渡的保障——厂商技术方案分析
“平滑过渡”这是本次100G路由器调研中厂商谈论频率最高的一个词语。虽然，IEEE在2010年6月发布了有关40G/100G以太网的IEEE 802.3ba标准，其它相关的光模块及帧结构等相关标准业已就位。但是目前还存在着诸多路由器向100G“平滑过渡”的问题。
100G接口与100G平台
路由器要想实现100G高密度部署的目标，首先要克服的是100G接入的问题。在调查中我们发现，虽然目前很多厂商均推出了自己的100G路由接口模块，但是目前100G路由接口模块存在着物理尺寸大、传输距离短、可靠性不高等问题。
目前厂商采用的100G路由接口模块基本均为CFP光模块，长度为144.75mm，宽82mm宽，高13.6mm，模块的电接口有148个插针，最大数据传输距离为10公里。过大的物理尺寸必然会对高密度端口部署造成影响，过多的接口插针使模块的插拔寿命受到影响，10公里的数据传输距离难以满足数据远距传输的需求。由此可知，目前100G路由接口模块技术仅解决了100G路由接口的有无问题，但是还不具备很强的实用性。同时，目前路由芯片的处理性能也无法满足过高密度100G路由端口的应用。
硕大的CFP光模块
因此，在路由器接口模块技术尚未完善之际，路由芯片处理性能尚未显著提升之前，目前的100G路由器实际上，应该称之为向100G路由过渡的100G路由器平台会更确切一些。以H3C推出了100G平台路由器这一产品为例：
在H3C的CR16000系列核心路由器中，采用了创新的交叉间隔矩阵架构，减少了数据信号在高速传输通道中的串扰和衰减，可以实现单槽位720G无阻塞交换能力，从而有效保障目前高密度10G或100G板卡的线速转发。
通过支持10M路由表、支持IPV4和IPV6双协议栈、支持多种路由协议。在满足目前运营商IP骨干网、数据中心骨干互联节点以及各种行业大型IP网络的核心和汇聚位置路由应用需求的同时，又可以通过后续升级交换网板的方式实现性能的持续提升。从而达到平滑向100G路由器过渡的效果。
实际上，这也是当前各大路由器厂商都在采用的技术解决方案：在当前，利用100G平台路由器的高性能路由处理能力可以实现高密度万兆接入或进行低密度100G路由转发，从而有效缓解目前流量带宽应用需求的压力。在未来，100G接入端口及网络传输技术完善后，可以采用提升路由器处理性能、增加100G路由接口密度的方式平滑向100G路由过渡。
Cisco CRS-3
路由芯片与路由架构
路由器的转发处理工作需要路由芯片来进行承担。高性能路由芯片是100G路由器成功应用的保障。当前路由芯片技术的发展状况是什么样的?阿尔卡特朗讯为我们提供了比较全面的分析：100G路由板卡的构建有多种方式，可以采用多个10G、20G或者40G等低速芯片组合，也可以直接使用100G高速芯片。采用单芯片构建的100G路由板卡可以在多个端口之间动态共享资源，单芯片构建的板卡具有组合芯片构建的板卡难以匹敌的优势：如非常细致的进行负载均衡以避免由于资源未能共享而造成的数据处理问题，提供简单的开发接口等。因此开发单个越来越快的路由器芯片是新一代100G路由平台面临的挑战。
阿尔卡特朗讯400G FP3路由芯片组
目前，各大主流的路由器厂商都在致力于研发自己的100G路由芯片，路由芯片的处理能力也在稳步的进行提升之中。更强的单芯片处理能力、更低的路由芯片能耗已经成为了路由芯片技术发展的必然趋势。单芯片路由交换处理性能，也将成为考量路由器性能的一项新的技术指标。
路由芯片组的处理性能在稳步提升，然而网络应用流量需求同样也在日益增长。在与瞻博网络公司的沟通采访中，我们了解到这样一个信息：网络流量增长的速度已经超过了摩尔定率。这意味着，在今后的一段时间内，路由芯片的处理能力发展进程必将落后于网络流量的应用需求。如此一来，必然将会对互联网的网络应用带来十分不良的影响。
在提出问题的同时，瞻博网络也提供出了一个革命性的变革方案：简化核心路由器业务功能，核心路由器仅负责高速承载和转发。把业务功能都放在网络的边缘路由器之中，通过降低核心设备的复杂性换取容量的增长，从而有效的提升了网络核心路由器的流量处理能力。从网络架构技术发展的角度来看，这也的确是一项当之无愧“革命性变革”。
从目前收集的厂商技术资料可以了解，将路由器网络核心简化成为超大容量的二层网络交换设备。将众多核心路由集群的技术思路已得到众多厂商的认同。目前除瞻博网络外，华为、中兴也已经有相类似的产品出来。
通过路由网络架构的变革，可以有效提升路由带宽处理能力，增加路由器接口密度，从而满足了向100G路由平滑过渡的需求。然而在实际应用部署时，还需要对兼容性问题进行关注。目前的路由器集群技术还没有通用性的标准，不同厂商的核心路由器还无法在一个统一平台上进行集成，因此在今后核心路由器的选型中，还需要对路由器的集群扩容能力进行更深入的考量。
100G路由的传输与融合
当问及目前什么因素在制约着100G路由器的普及时，很多厂商不约而同的将矛头指向了100G路由器的传输。目前100GE光模块的初期传输距离仅实现了10公里。而100GE接口首先是在长途骨干核心平面应用，需要核心路由器和传送系统的紧密配合。在传输网中，POS接口技术从标准发展的角度到40Gbps已经停止。100G时代将以以太网和OTN(光传输网络Optical Transport Network)为主，以太网/OTN封装将替代POS。在同时运用GMPLS(通用多协议标志交换协议Generalized Multiprotocol Label Switching)技术后，可以使得IP和传输控制平面协同，达到有效解决路由的计算、网络流量的规划和调度、以及收敛保护的最优化的目的。
在对厂商路由传输解决方案更进一步分析后我们可以了解，当前存在着传输与融合两种解决方案。
华为为我们具体描述了路由器与传输设备互通建设端到端100G网络的解决方案：通过华为OTN系列产品，实现1500公里超长距离传送，配合大容量OTN交换、智能 ASON(Automatically Switched Optical Network)等技术，实现WDM(Wavelength Division Multiplexing)传送网络持续向更大容量、更灵活高效和高可靠的网络演进。
中兴通讯也已推出了全程100G承载网解决方案，实现从汇聚层到骨干层、从传输层到IP层的超高速网络，具有三款高端产品——集群路由器ZXR10 T8000、大容量交叉设备ZXONE 8000以及核心交换机ZXR10 8900E。其中集群路由器ZXR10 T8000去年完成了EANTC的100G独立测试，可平滑升级支持100G端口线速转发。
而思科更是提出了一个颠覆性的解决方案：路由设备与传输设备融合，在路由器上同时集成传输和采光(IP over DWDM)这种两种技术。从而取消传输设备，打破传输和路由器之间的瓶颈，达到降低用户设备投入，减化网络结构，从根本上解决路由设备远距离传输问题。
从目前收集到的技术资料分析，目前100G路由器数据远距离传输问题依然存在，在短期内100G数据长距离传输还需要传送网设备的介入。然而路由设备与传输设备融合是未来网络发展的大趋势，一但技术成熟，必然会引发一场颠覆性的变革。
思科100G产品家族图
IPv4与IPv6
当前IPv4的地址已告枯竭，IPv6的部署举棋未定，在100G路由器中对这个问题是如何应对的?通过H3C CR16000上公布的IPv4向IPv6过渡技术我们可以了解目前主要是通过多种隧道技术和IPv4与IPv6双协议栈的方式来解决IPv4向IPv6过渡问题。
在目前IPv4向IPv6过渡时期，IPv4和IPv6双协议栈技术应用所占比例较高，也有无数的标准，无数的协议在探讨v4、v6怎么去共存。甚至思科还在路由与交换平台上推出了名址分离网络协议(LISP)。这一协议能够在IPv4隧道上自动进行IPv6的创建和修改工作，支持快速建立双栈配置，从而可有效简化IPv6部署工作。
由此可以了解，在100G路由器中，尽可能的对过渡技术进行支持，令用户顺利渡过IPv4向IPv6过渡期，也是目前所有路由器厂商的一个期望。
100G时代的变革
为了更便于用户对100G路由器产品进行了解，《网络世界》评测实验室列举了一部分100G路由器的重要评测项目，并收集了目前主流100G路由器厂商的技术资料，进行了一次技术对比。希望通过这样的对比可以使用户对不同厂商的100G路由器产品有一个较清晰的了解。
在路由器产品型号中，我们选择了各厂商100G路由器中的最高端产品进行技术对比。
在技术指标对比项目上，我们选择了交换容量、包转发率、业务槽位、单板接口数以及100G接口模块类型和支持光纤类型这些个项目进行对比。
在对比中我们发现，大交换容量、高包转发率依然是路由器发展的趋势，各厂商的路由器性能指标竞赛将会作为一个永久话题而长期存在。通过路由表容量技术指标对比我们发现，大路由表容量是100G路由的另一个技术趋势，随着IPv4向IPv6地址协议的转换，需要路由器具有更高的路由表容量来进行支持，然而大路由表必然会影响路由器的转发性能，在这个问题上如何进行平衡、取舍，是路由器技术的关键点所在。
在100G接口上，厂商基本只有CFP光纤接口模块这一种选择，由此带来的是最高2口的单板接入密度及最远10公里的数据传输距离。低端口密度及远距数据传输问题，在新技术出台之前依然无法解决。
迫切的100G应用需求
不久前，全球最大CDN服务商美国Akamai公司4日公布数据显示，中国大陆宽带平均网速1.4M 全球排名第90位。无论是视频、移动互联网、云计算等新型业务均需要网络带宽的支持，而过低的网络带宽正在限制着网络应用的发展。在国内，对网络带宽应用的需求十分迫切。然而，根据受访厂商最保守估计，100G网络的大规模应用也要在2年以后才能实现。
现如今，国内的运营商们是如何改善国内网络应用情况的呢?当我们向各家路由器厂商了解目前国内100G路由器应用情况时，各厂商均表示目前正在进行相关的测试，目前还不便于对外公布。目前，我们也很难通过其它渠道了解当前运营商的网络布署情况。与之形成鲜明对比的是在国外，有很多企业、大学及科研机构正在独立搭建自身的100G路由网络。由此可见，国内网络发展的公开性令人担忧!在100G路由技术正在蓬勃发展的今天，我们的网络应用带宽将有什么样的提升?当我们步入后100G时代时，国内网络应用会有什么新的发展变革?我们将拭目以待!
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