骨干路由器技术展望

随着因特网在世界范围内的飞速增长，以IP业务为主的数据业务是当今世界信息业发展的主要推动力。据有关专家预测，每6～9个月，主要ISP的因特网骨干链路的带宽需求就增长一倍，2005年后，纯语音和数据流量之比将变成1∶99。不仅如此，其它业务（如视频、多媒体业务）也逐步向数字化汇聚，最终走向统一的IP业务。据此，能否有效地支持IP业务已成为某项新技术能否有长远技术寿命的标志。然而，由面向连接、时分复用、电路交换为主的传统网络已经不再适应这种发展趋势，人们对网络带宽需求的不断增长同现有网络速率的局限之矛盾日益突出。目前，ITU-T、因特网工程任务组（IETF）以及光因特网论坛（OIF）等国际组织正在联合众多的网络设备开发商、制造商以及网络业务供应商们，共同寻找一种建设、改造因特网骨干网的方案。

　　■互联网需要高性能路由器
　　由于人们早已预见到了因特网迅速发展的趋势，在网络连接方面致力于扩大网络容量，起初把同步光纤网(SONET)作为广域网标准建设骨干网，但由于因特网的数据业务量一直爆炸性持续增长，使SONET网络难以承受因特网如此巨大的业务量。近年来，一项新的技术性——密集波分复用(DWDM)应运而生并逐步走向成熟，使得未来骨干网将步入一个全光网的时代。

　　在理想的全光网中，信号的交换、选路、传输和恢复等所有功能都以光的形式进行，而不需要经过光/电、电/光变换。全光网由核心网、城域网和接入网三层组成，三者的基本结构相类似，由DWDM系统、光放大器、OADM(光分插复用器)和OXC(光交叉连接设备)等设备组成。全光网络以其巨大的带宽，处理速度高而误码率低，良好的协议透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，成为下一代高速（超高速）宽带网络的首选。全光网发展决定了未来的因特网必将是构架在全光网上的光因特网。

　　光因特网在端与端之间的连接中是靠全光网设备加上光交换/路由器完成的，路由器是最为关键的设备之一，而且与这种高速率网络相适应的路由器必须是高性能的。

　　■要依靠光的性能
　　1997年下半年以来，世界上一些公司开始陆续推出采用专用集成电路进行路由识别、计算和转发的用于未来骨干网的高性能路由器。这些高性能路由器的问世使全光网络的实现向前迈进了一大步。高性能路由器安装在主干网络的核心，可以直接利用全光网络环境。鉴于高性能路由器具有传输速率极高的光接口(如2.4和10Gbps的光接口)， 过去由SONET终端执行的高数据率多路复用不再需要了。在业务层直接与传输层链接的情况下，高性能路由器将用作多业务网络的综合传输平台，可传输租用线业务、话音、视频和数据。换句话说，路由器将是两层网络结构的不可分割的组成部分之一。

　　高性能路由器包括线速吉太位交换/路由器和光路由器。线速交换/路由器由I／O线路卡、交换机构和路由处理机组成。交换机构负责数据包的转发；路由处理机负责路由计算、服务质量（QoS）等。商品化的吉位线速交换/路由器的交换速率一般为10～60兆包/秒，包转发速率为10～60 Mbit/s，其时延和时延抖动为微秒数量级，在网络中即便通过多级线速路由交换机，其积累时延仍在可接受范围之内。光路由器是在网络核心各光波长通道之间设置MPLS协议和波长选路协议WaRP控制下的波长选择器件，实现选路交换快速形成新的光路径。波长的选路路由由内部交叉矩阵决定，一个N×N的交叉矩阵可以同时建立N2条路由，波长变换交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用不同波长的任何光纤上，具有最高的灵活性。

　　高性能路由器能够提供数量极大的传输带宽，支持的任何数据率接口结合，如与2.5、10、40Gbps或更高的数据率接口打破信息传输的“瓶颈”。不仅如此，高性能路由器还能很好地解决以往路由器中长期困扰人们的QoS、流控和价格昂贵问题，它所具有的众多优点正是对原有路由器缺陷的克服。

　　近年来，各路由器生产厂商已开始研制生产出了一些新型的高性能路由器。典型产品有Cisco 的ONS15900光路由器和GSR12016，（北京电信公众IP骨干网高端采用的路由器就是这一种）和朗讯公司的WaveStar Lambda路由器和电信级Nexabit NX64000多太位核心交换机/路由器。朗讯公司表示，Lambda路由器可以将运营商的运行费用减少25%，运营商可以很方便地配置Lambda路由器，迅速地在网络上提供光路径。此外，还有CORVIS的CoreWave光路由器，Monterey Networks公司的Monterey 20000 波长路由器，Juniper的M160线速吉位路由器，北电的Versalar 25000IP核心交换路由器以及Packet Engines公司的PowerRail 5200吉位线速路由器。这些高性能路由器的出现将为电信级运营商提供很好的骨干网组网方案。

　　值得一提的是Meta路由器，为了提高网络中互连路由器并行工作的效率, 利用数学中的伽罗瓦群，路由器阵列将数据流分布到连接起来的路由器上，从而减少了包碰撞的可能性。在路由器阵列内部，路由路径更短，这样可以大大减少使用路由器的数量,称为Meta路由器。

　　国内一些学校和公司（如清华大学、北京邮电大学、上海交通大学和烽火通信科技股份有限公司）也正在从事高性能路由器的研发工作。

　　■实验证明光的能力
　　高性能路由器已在少数发达国家中得以实现或处于实验阶段，结果令人乐观。举例如下：

　　美国的SuperNet实验型因特网主干网在波士顿和华盛顿特区之间建立起2.5Gbps的线路，在波士顿地区建立起连接5个站点的2.5Gbps网络，在旧金山海湾地区建立起连接4个站点的2.5Gbps光环路，使传输速率比目前的因特网高100倍。并在加利福尼亚的洛杉矶和奥克兰之间建立起10Gbps的光链路，在华盛顿特区建成20Gbps的连接6个政府站点的光环网络。目前正在建设的东起华盛顿特区，西至洛杉矶的远程主干网链路，将通过6个区域性研究网络连接100个研究机构，以2.5～20Gbps的速率，为远程医疗、远程教育和电视会议等实时应用传送巨量数据，使美国在因特网技术领域居领先地位。

　　1999年11月23日Corvis和Qwest宣布联合在Qwest网上用Corvis的CoreWave光路由器进行了OC-48和OC-192的远程传输试验，交换速率达2.4Tbps，并实现了传输3200公里而不使用电再生器。

　　由Bell Nexxia、Nortel、Cisco、JDS Uniphase、Newbridge在加拿大联合实现的CA*net3是加拿大第三代Internet骨干网，也是世界上第一个全国性光因特网。CA*net3采用32波长，Versalar 25000IP核心交换路由器，最高容量为40Gbit/s，超过世界上任何现有因特网的速度，下载2个半小时的电影“泰坦尼克号”只需1/15s。

　　在国内，中国网络通信有限公司（CHINA NETCOM）在天津-北京-石家庄段IP over WDM现场实验中，采用Cisco的GSR12016和Juniper的M160线速吉位路由器，往返传输多次总长度2870公里，交换容量在10Gbps以上，见下图。

　　试验结果表明，光路由器由于能保持信号的光域特性，突破了电子网络的速率瓶颈，可以快速为客户提供端到端的高速宽带路由及虚拟光纤网络，可以为网络提供商节约25％的费用，和电子交换系统相比，可以提高速率十几倍。线速吉太位路由器应用电信级骨干网也将使骨干网上的交换/路由性能大大提高。

　　■全光网下的理想
　　世界各国都在着手研究开发全光网络产品，力求解决现行通信网中由于电子处理速度而形成的瓶颈问题。以光交换技术为基础的全光网络将是新世纪的骨干网络。

　　我国的通信网规模已跃居世界前列，已形成相当的光纤骨干网格局，随着通信业务量的飞速增长和形式日趋多样化，如何在现有通信网的基础上进一步扩大通信容量和实现业务的交叉互连将成为迫切的实际问题，作为未来通信发展方向的WDM光传送网，可为这一迫切问题提供很好的解决方案。

　　据有关资料统计，通信产业投入1亿元会在10年内使国民生产总值增加13.8亿。社会效益比自身的经济效益大得多。通信网中一般交换/路由设备的投入远大于传输产品，因此，用于未来骨干网上的路由器产品的市场潜力很值得挖掘。

　　了解未来骨干网路由器，对电信级网络运营商而言，将有助于如何选择价格性能比最佳的骨干网路由器；而对于非电信级网络运营商和一般用户而言，可让您知道什么样的路由器能使您真正进入一个崭新的信息时代。

京津石IP/DWDM现场试验

[1]

文章录入：csh    责任编辑：csh