高速路由器及其应用

 为了满足ＩＰ业务急剧增长的需要，高速路由器得到了很快发展，很好地解决了ＩＰ业务的“瓶颈”问题。采用了高速路由器的ＩＰＯＳ能否成为主导的组网方案，大多数电信公司还仍在研究与探索中。

       传统的路由器在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网上起着类似于电话网上的交换机的作用，随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务的急剧增加，它们已经不能满足业务的增长和新的多媒体应用的需要，需要高速化和加入服务质量。与此同时，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网也需要重新设计以具备高速、可扩展性、安全性和适应多类型的业务。在这种情况下，人们推出了高速路由器。在网络设计时，新出现的高速路由器是作为ＡＴＭ上的ＩＰ（ＩＰＯＡ）的接入设备还是作为骨干网的节点以及广域网将是基于ＡＴＭ交换机、高速路由器还是两者相结合是人们关心的问题。新技术、新设备的出现带给人们更多的选择，使人们难以确定将来采用何种组网方案最理想。

１ 高速路由器的特点及开发情况

      开发高速路由器是为了解决ＩＰ业务的“瓶颈”问题，采用多处理器、多存储器、多总线、并行处理方式的下一代路由器应该能够支持ＯＣ－４８（２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＯＣ－１９２（１０Ｇｂｉｔ／ｓ）这样高的线路速率，并且还要有业务分类、分组分类、分组过滤、排队管理、多播等功能。

     现在，一些厂商正在开发速率为每秒千兆比特和每秒兆兆比特的路由器。其中除Ａｃｓｅｎｄ、Ｃｉｓｃｏ公司已有产品外，大多数的厂商千兆比特和兆兆比特的路由器还正在开发之中。人们正在探索靠综合交换与转发过程来提高速率，开发的产品物理接口的速率为ＯＣ－３（１５５Ｍｂｉｔ／ｓ）、ＯＣ－１２（６２２Ｍｂｉｔ／ｓ）、ＯＣ－４８、ＯＣ－１９２等。提供ＱＯＳ和多播功能是众多设备开发者的相同承诺，他们的ＱＯＳ功能一般是通过资源预保留协议（ＲＳＶＰ）和４层交换来实现的。ＲＳＶＰ为应用预留带宽，４层交换则利用开放系统互连（ＯＳＩ）的传送层的信息，用传输控制协议（ＴＣＰ）字头来标识所应用的协议，路由器可以根据这些信息决定对哪些类型的应用优先转发。路由器的另一个重要功能特性是能否综合进现有网络设施中，即是否含有ＡＴＭ、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ、以太网端口。

     领先的高速路由器开发者及其设备情况中，Ｊｕｎｉｐｅｒ和Ｐｌｕｒｉｓ公司也在开发高速路由器。

     现在千兆比特及兆兆比特路由器已开始应用，较好的主要有Ｃｉｓ-ｃｏ公司１９９７年９月推出的１２０００系列千兆比特交换路由器（ＧＳＲ），能在千兆比特速率进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ选路，而且还具有５～６０Ｇｂｉｔ／ｓ的ＩＰ数据报多种带宽交换能力，并能提供灵巧的拥塞管理、多播、ＱＯＳ功能。使用１２０００路由器的骨干网速率可以是ＯＣ－３、ＯＣ－１２和ＯＣ－４８的，将来可以提速到ＯＣ－１９２。

     加入无阻塞纵横式交换单元的１２０００系列ＧＳＲ采用高速分布式选路的结构，可以多个千兆比特速率传送传统的３层选路业务。另外，它还可以与ＳＯＮＥＴ传输设备协同工作，进行自动保护倒换（ＡＰＳ）。ＧＳＲ含有操作系统软件，具有承诺接入速率（ＣＡＲ）和边界网关协议（ＢＧＰ）策略传播功能，以支持ＱＯＳ。ＣＡＲ功能使网络运营者可以按照网络政策来分配带宽、限制速率，在不用对网络进行物理重组的情况下，增加ＩＰ子速率。ＢＧＰ功能则通过路由的更新来生成分类策略。１２０００系列ＧＳＲ中有４端ＯＣ－３／ＳＴＭ－１ ＩＰＯＳ、１端ＯＣ－１２／ＳＴＭ－４ ＩＰＯＳ和１端ＯＣ－１２／ＳＴＭ－４ ＡＴＭ的线路卡，１９９９年推出含４端ＯＣ－１２／ＳＴＭ－４ＩＰＯＳ、４端ＯＣ－３／ＳＴＭ－４ ＡＴＭ、１端 ＯＣ－４８／ＳＴＭ－１６ ＩＰＯＳ的线路卡。

２ 高速路由器组网应用形式

    高速路由器可以用在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网、高速Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入和企业网中。为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、ＩＰ数据业务专门建设的骨干网，可以使用高带宽利用率的基于路由器结构的Ｉ-ＰＯＳ。

（１）ＩＳＰ的应用

    在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务供应商（ＩＳＰ）应用环境中，Ｃｉｓｃｏ １２０００驻留在网络的核心位置，最多可支持４４条ＯＣ－３／ＳＴＭ－１ ＩＰＯＳ光链路，通过光链路接到汇集业务的边缘路由器Ｃｉｓｃｏ ７５００系列平台。核心路由器与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网之间的连接速率可从ＯＣ－１２／ＳＴＭ－４扩展到ＯＣ－４８／ＳＴＭ－１６。ＩＰＯＳ的使用将提高性能和链路利用率。

（２）通信公司的应用

     对已具有ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ基础设施的通信公司应用高速路由器时，由Ｃｉｓｃｏ的边缘路由器把业务汇集到核心路由器Ｃｉｓｃｏ １２０００。由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网往往离最终用户很远，此时就可以通过通信公司现有的ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ基础设施（包括ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ接入环和局间环）把核心路由器Ｃｉｓｃｏ １２０００拉到最终用户附近。这种结构可以在全网提供冗余和保护。

（３）通信公司／ＩＳＰ的应用

    Ｃｉｓｃｏ １２０００同样可用在包括多业务网和ＩＰ的网中，在通信公司／ＩＳＰ网络中，既包括多业务网络，又包括ＩＰ占优势的网络。用１２０００

系列ＧＳＲ与ＡＴＭ网平面相接口，可以把数字用户线接入的复用业务量选路到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网。ＩＰ业务量可以直接在两个核心路由器之间以ＯＣ－１２／ＯＣ－４８的速率传送；数据也可以跨越局间ＳＯＮＥＴ环，到达Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网。

（４）专用网应用

    在ＩＰ专用网中可以利用ＩＰＯＳ技术。在这种应用中，边缘路由器以ＯＣ－３／ＳＴＭ－１的速率把业务汇集到Ｃｉｓｃｏ １２０００。Ｃｉｓｃｏ １２０００则以ＯＣ－１２／ＳＴＭ－４或更高的速率互连，扩大网络的可用带宽和引入可扩展性。

（５）混合网应用

    ＩＰＯＳ和ＡＴＭ可组成混合网。ＡＴＭ平台一方面提供网络的多业务功能，另一方面控制用户过多的情况，好让核心路由器专门完成Ｉｎｔｅｒｎｅｔ第３层选路和业务分类功能。ＩＰＯＳ链路用来加强核心路由器之间的域间连接性。

（６）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ２

    第２代Ｉｎｔｅｒｎｅｔ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ２）中最重要的组成单元是一些速率在１Ｇｂｉｔ／ｓ以上的被称为Ｇｉｇａｐｏｐ的数据交换机或路由器，它们是一个地区的互连点，连接该地区的Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ２成员，并与其它的Ｇｉｇａｐｏｐ相连。Ｇｉｇａｐｏｐ的主要功能是按规定的带宽和服务质量要求交换Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ２业务，Ｃｉｓｃｏ的１２０００将在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ２的Ｇｉｇａｐｏｐ结构中起重要作用。１２０００系列ＧＳＲ也可用来组建校园网。

３ 使用实例

     现在人们对高速路由器的关注点是用它组建的ＩＰＯＳ的性能如何。大型的ＩＳＰ在过去两年中有的已经在骨干网中加入ＡＴＭ，这是因为ＡＴＭ是当时唯一可用的，能把骨干网速率提高到６２２Ｍｂｉｔ／ｓ的技术，那时的路由器（如Ｃｉｓｃｏ的７５００）还没有足够的吞吐量。现在，随着千兆比特路由器的出现，一些网络业务提供者已经采用或将会选择ＩＰＯＳ方案。目前大部分厂商的高速路由器都在开发之中，１９９７年９月Ｃｉｓｃｏ推出１２０００系列ＧＳＲ后，运营公司和ＩＳＰ反应都很强烈，Ｓｐｒｉｎｔ、ＧＴＥ公司购买了其产品组建ＩＰＯＳ网。ＭＣＩ公司测试了１２０００系列ＧＳＲ以制定今后组网策略。ＵＵＮｅｔ、ＢＢＮ等网络业务提供者也已采用１２０００系列ＧＳＲ。另外，在１９９７年初，ＩＸＣ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ长途公司与Ａｓｃｅｎｄ公司一起进行了使用Ａｓｃｅｎｄ的ＧＰＦ４００的ＩＰＯＳ试验。

     从１９９７年底到１９９８年初，Ｓｐｒｉｎｔ公司已在其主要节点安装Ｃｉｓｃｏ的１２０００系列ＧＳＲ设备，把ＩＰ骨干网建成ＯＣ－１２速率的Ｉ-ＰＯＳ。虽然如此，Ｓｐｒｉｎｔ公司并不认为ＩＰＯＳ是其最终的解决方案。Ｓｐｒｉｎｔ公司的助理副总裁Ｋａｔｈｙ Ｗａｌｋｅｒ在１９９７年下一代组网会议（ＮＧＮ’９７）上说：“Ｓｐｒｉｎｔ的长期战略是在一个ＡＴＭ网传送各种业务，现在采用的ＩＰＯＳ只是一个解决临时Ｉｎｔｅｒｎｅｔ带宽问题的战术性决定。”

    与Ｓｐｒｉｎｔ公司相反，ＭＣＩ公司已经建成了２个ＯＣ－１２速率ＡＴＭ

骨干网，ＭＣＩ公司的宽带数据工程部主任Ｅｄｓｅｌ Ｇａｒｃｉａｍｅｎｄｅｚ－Ｂｕｄｅｒ说：“１９９８年ＭＣＩ公司建设了两个单独的ＡＴＭ长途网，１个用以汇集ＡＴＭ、帧中继（ＦＲ）、交换多兆比特数据业务（ＳＭＤＳ）和分组业务；另一个传送Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干业务，将来这两个网络要进行综合”。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网的快速增长将使ＭＣＩ公司重新考虑是继续使用ＩＰＯＡ，还是用ＩＰＯＳ。ＭＣＩ公司也正在考虑当在网络容量升至ＯＣ－４８（２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）时，是否用Ｉ-ＰＯＳ取代ＡＴＭ的问题。

      在美国主要城市有本地业务的ＧＴＥ公司的下属公司ＧＴＥ Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ公司在１９９７年１１月宣布要组建全国范围的ＩＰＯＳ网。目前ＧＴＥ已经购入了３个Ｃｉｓｃｏ的１２０００系列ＧＳＲ，并把它们放在由ＯＣ－３租用线组建的ＳＯＮＥＴ网上。ＧＴＥ公司的下一步计划是建设自己的长途、专用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网，它已经购买北电的ＯＣ－１９２线路系统和波分复用设备，并准备再加入１２个１２０００系列ＧＳＲ。ＧＴＥ准备先把数据与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务放入此网，将来再寻求把话音、视像业务放到网上。 现在，ＧＴＥ正在进行两个Ｖｉｄｅｏ－ｏｖｅｒ－ＩＰ的先导试验，一个是传送视、听培训信息的远程教学应用；另一个是向交易所传送多媒体财经消息的“窄播”应用。

      世界上最大的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务供应商ＵＵＮｅｔ公司已经在１９９７年美国几个大都市建造ＡＴＭ环，骨干网中也引入ＡＴＭ，但在１９９７年１０月，ＵＵＮｅｔ也宣布在骨干网上采用高速路由器１２０００系列ＧＳＲ，以向用户提供更快速的Ｗｅｂ网页接入、文件传送和千兆速率的实时应用。

４ 电信业界对高速路由器的评说

    路由器向高速发展和加入ＱＯＳ性能本身没有任何争议，目前人们的争论焦点是采用了高速路由器的ＩＰＯＳ到底怎么样?ＩＰＯＳ能否会成为主导的组网方案?在新技术、新设备不断推出的今日，人们的观点更新很快，也很难预测将来会怎样，即使是一些权威人士。甚至现在有人认为除ＩＰＯＡ以外的ＩＰ与ＡＴＭ结合技术，如ＩＰ交换、Ｔａｇ交换、ＭＰＯＡ和ＭＰＬＳ之类的直通方式对Ｉｎｔｅｒｎｅｔ性能而言未必需要，它们只是ＩＳＰ提供不同ＱＯＳ的方法。

对ＩＰＯＳ能否成为主体，大多数的公司还仍在研究与探索之中。

      电信公司都希望将来建一个综合的网络提供多业务。前面提到的Ｓｐｒｉｎｔ、ＭＣＩ、ＧＴＥ公司都是这种情况，问题是在这种情况下，Ｉ-ＰＯＳ能否满足ＱＯＳ和扩展性的要求。ＩＰＯＳ的ＱＯＳ是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＱＯＳ，其包括：带宽预定、可靠性、事务处理保证、分组优先权、丢失率、时延等性能，依靠ＲＳＶＰ、定时协议（ＲＴＰ）实现。但是这种ＱＯＳ是“软ＱＯＳ”，与面向连接的ＡＴＭ的“端到端”的“硬ＱＯＳ”相比，很难保证话音、视像的高质量，并且从源到目的地的所有路由器都需要加入ＲＳＶＰ。另外，ＡＴＭ网扩展容易，你可以在任何一个单独的链路上放入你想要的容量，根据业务实际情况占用带宽，这点在不知道未来的话务量模式的情况下十分重要，而ＩＰＯＳ则很难实现这一点。

     ＡＴ＆Ｔ与Ｌｕｃｅｎｔ科技公司的一些专家不赞成骨干网使用Ｉ-ＰＯＳ，Ｌｕｃｅｎｔ的先进多媒体通信系统的副总裁Ｋａｒｙｎ Ｍａｓｈｉｍａ说：“运营公司的下一代网络应该采用多业务ＡＴＭ交换机，因为未来的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ贸易应用将紧密结合数据、视像和话音。”ＡＴ＆Ｔ公司的分组业务部产品经理Ｂｒｕｃｅ Ｔａｎｚｉ说：“如果你不认为ＩＰ是唯一的业务的话，你就应该用ＡＴＭ支持话音、视像、多媒体应用。”

    ＩＰＯＳ与ＩＰＯＡ相比，最大的好处是可用带宽提高了２５％～３０％。但也有人认为ＡＴＭ信元的开销造成的浪费被夸大了，因为ＡＴＭ的统计复用可以提高带宽利用率。

     也有部分人竭力推崇ＩＰＯＳ。Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｖｉｅｗ杂志的技术编辑Ｓａｎｄｒａ Ｌ．Ｂｏｒｔｈｉｃｋ在参加了ＮＧＮ’９７会议以后，撰文认为高速路由器和高速通道结合在一起，再加上ＩＰＯＳ技术，就能满足Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务量和业务品种的需要，能主导Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的天下。Ｄｅｃｉｓｙｓ咨询公司的经理Ｄａｖｉｄ Ｐａｓｓｍｏｒｅ认为：在未来大多数业务是数据，而且一些用户会因价格低而愿意使用带有时延的ＩＰ电话业务的情况下，ＩＰＯＳ能满足８０％～９０％的通信需要。

     更多的人是认为ＩＰＯＳ与ＩＰＯＡ各有应用场合。投资ＩＰＯＳ的Ｃｉｓｃｏ公司的技术总监Ｅｄ Ｋｏｚｅｌ认为网络将向两个方向发展，一个是在核心网采用ＩＰＯＳ，支持数据和ＩＰ话音；另一个在核心使用ＡＴＭ，提供ＡＴＭ论坛、ＩＥＴＦ、ＩＴＵ标准的业务。

５ 结论

    通过以上分析，初步可以得到以下几点结论：

（１）高速路由器的出现主要是为了适应ＩＰ业务急剧增长的需要，它结合ＩＰＯＳ技术，利用大量现在已经存在的ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ技术基础设施，可以很好地解决基于路由器的ＩＰ网在接入和核心部分存在的“瓶颈”问题。随着高速路由器和ＩＰＯＳ技术的进一步成熟，它们也有可能支持多种业务，但从目前来看，基于ＡＴＭ的网是更理想的支持多业务的平台。

（２）高速路由器结合ＩＰＯＳ能否大量推广使用，要看人们愿意话音业务在传统的电话网上传，还是在ＩＰ网上传。如果大部分的话音业务仍在原来的电话网上传，重要的数据仍在帧中继网或专线网上传，一般的ＩＰ数据在ＩＰ网上传的话，高速路由器结合ＩＰＯＳ就会得到青睐，因为在这种情况下Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ的ＱＯＳ不成问题。

（３）高速路由器具备多种端口，在应用方面具有相当的灵活性。ＩＳＰ可以用，通信公司也可以用。其既可用于单纯的ＩＰ网上，也可用于ＩＰ与ＡＴＭ的混合网。

（４）在目前采用何种ＩＰ与ＡＴＭ结合方式还存在争议，为了应付ＩＰ业务急剧增长的局面，高速路由器结合ＩＰＯＳ不失为一种非常有效的过渡措施，但它毕竟才兴起不久，其实时性与组网灵活性等还要进一步考证，需要密切跟踪研究。

（收稿日期：１９９８－０５－０７）

[摘要] 文章简述了高速路由器的特点和开发情况，着重介绍了利用高速路由器的几种实际组网形式、应用现状及电信业界对高速路由器的评说。

[关键词] 高速路由器 ＡＴＭ上的网间协议 ＳＤＨ上的网间协议 服务质量 应用

[Abstract] Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｒｏｄ-ｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒｏｕｔｅｒ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｐｒａｃｔｉ-ｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ ｐｒｅ-ｓｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒｏｕｔｅｒ ａｒｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｐｒｅ-ｓｅｎｔｅｄ．Ｃｏｍｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＩＴ ｃｉｒ-ｃｌｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ

[Keywords] Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒｏｕｔｅｒ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ ＱＯＳ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ