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Quidway® S8500万兆核心路由交换机体系架构介绍

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华为3Com 王爱农
S8500万兆核心交换机是由华为3Com公司自主开发的新一代高性能万兆核心路由交换机产品，可广泛应用于运营商IP城域网核心层、汇聚层、园区网和企业网核心层，为新一代网络提供强劲动力 。S8500基于10G平台设计，并在国内厂商中率先提供10GE接口，能够为城域网、园区网、数据中心提供超高速链路，构建端到端以太网，打造低成本、高性能、具有丰富业务支持能力的网络 。
S8500系列核心路由交换机包括提供5个业务槽位的S8505和12个业务槽位的S8512，S8505和S8512的唯一区别就是容量不同，各种业务特性完全一致，各种单板完全兼容 。图1为外观图，表1为主要性能指标 。
图1 S8500外观
S8505
S8512
背板带宽
750G
1.8T
交换容量
300G
720G
转发速率
170Mpps
408Mpps
IP转发表
128K
128K
MAC地址表
32K
32K
MPLS转发表
64K
64K
VPN
1K

1K
ACL
每线卡1K
每线卡1K
表1 S8500主要性能指标
S8500采用业界最新技术，将ASIC技术和NP技术有机融合起来，具有灵活高效的业务提供能力、平滑升级能力、完善的QoS控制机制、高可靠性，最低成本网络方案等特性 。本文简要介绍S8500体系架构的特点 。
一、; 业界领先的交换网络 。
从高端交换机，高端路由器的发展来看，共出现了3种交换网络形式 。第一种是总线交换，第二种是环形交换，第三种是共享内存交换，第四种是Crossbar交换 。
1、总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线 。主要优点是结构和技术比较简单，突出缺点是交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈 。目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统 。这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式，因此这种交换形式将逐渐被淘汰 。如图2 。
图2 共享总线
2、环形交换 。环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上 。如图3所示：
图3 环形交换
优点是带宽有所提高，但是没有根本改善，采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统 。这种交换形式也将逐渐被淘汰 。
3、共享内存交换 。共享内存交换与上述两种交换方式有本质不同，是一种全新的交换方式 。这种方式的特点就是实现简单，方便可靠，成本低廉，缺点就是受内存速度的限制无法支持大容量交换，交换容量一般在20G－80G，交换时延一般比较大 。因此这种交换方式适合应用于小容量设备和大容量设备的线卡内部交换 。如图4 。
图4 共享内存
4、Crossbar交换 。这种交换结构是业界公认的用于构建大容量系统的首选交换网络结构 。前面三种交换结构都是某种程度上的共享带宽，背板交换共享背板总线带宽，环形交换共享环形总线带宽，共享内存交换共享RAM带宽 。而Crossbar结构的交换网完全突破了这种限制，在交换网络内部没有带宽的瓶颈，既不会因为带宽资源不够而产生阻塞 。Crossbar结构的交换网采用了一种矩阵结构实现了无阻塞交换，如图5所示 。


图5 Crossbar交换
大家从图中可以看出，Crossbar交换网络在数据平面没有任何瓶颈 。这正是因为Crossbar引入了交换矩阵这种新的交换方式，摒弃了共享带宽的交换方式，在数据交换方式上是一种革命性的变化 。Crossbar交换网的扩展能力非常强，交换容量可以做的很大，基本不受硬件条件限制，目前单颗芯片交换容量在256G－700G之间，多颗芯片可以构建T级乃至几T容量的大型交换网络，足以满足当前和未来几年网络对交换容量的需求，并且随着硬件集成技术的进步，单颗Crossbar芯片支持的容量会更大 。Crossbar交换结构的大容量和强大的扩容能力正是高端设备首选这种结构的原因，这种交换结构极大的提高了高端设备的容量和未来的扩展能力 。并且Crossbar交换结构具有良好的QoS保障机制，如仲裁，低时延，按端口按优先级的流控功能 。值得一提的是与共享缓存相比，Crossbar的交换时延几乎可以忽略不计 。

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