交换机技术发展趋势讲义
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结构和技术比较简单，但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。这种交换形式将逐渐被淘汰
不论是80年代的发展，90年代的局域网垄断位置和2000年的城域网拓展，以太网交换机的成功因素都在 于：简单易用、高带宽、低成本。
路漫漫其悠远
以太网交换机面临的挑战
三层流Cache转发技术：2003年波及全球的网络病毒，成为传统以太网交换机的流 cache转发技术的终结者。在大网上的流cache转发的三层交换机，在遭受网络病毒攻 击后，都中断了转发业务，甚至瘫机。
L3 CPU
路由学习
路由更新信息
首包查精确匹配路由
路由表
首包 后续包
流Cache表
报文
首包 后续包
流Cache表
首包 后续包
流Cache表
L3接口板
L3接口板
L3接口板
ASIC算法简单成本低廉，是流cache技术在2000-2001成功的关键。2000-2001年城域网络处于开拓期，接 近局域网的要求，尚未进入精耕细作的经营阶段，是流Cache技术存在的前提。
路漫漫其悠远
流Cache转发技术缺陷
传统的L3使用流Cache技术转发，在网络蠕虫病毒的攻击时（病毒报文流量不断扫描目的IP 地址，即病毒报文每包都是新地址，因此每个病毒报文都会上L3 CPU查找路由表），L3 CPU被巨大病毒流量堵死，L3接口板发生流Cache表溢出，造成网速急剧下降、用户断线、 无法上网等现象，严重的情况下流cache L3崩溃。
在促使价值客户转向宽带网络过程中，以太网交换机如何实现良好的三层转发，并提供MPLS VPN业务， 是新时期交换机面临的重要挑战。
路漫漫其悠远
以太网交换机发展历史的启示
大容量、高带宽
Βιβλιοθήκη Baidu
逐步发展新业务
成本与发展取得平衡 低成本设计
路漫漫其悠远
汇报提纲
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展
➢ 交换体系结构的演进 ➢ 转发方式的改进 ➢ MPLS VPN分布式转发
在业务板上采用共享内存可以很 好地解决了对突发流量的吸收问 题，在业务板和交换网板之间采 用Crossbar方式以提高交换容量 和端口密度
分布式Crossbar＋共享内存的体系结构是核心交换机设计的发展方向，保证 了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持需求
路漫漫其悠远
汇报提纲
路漫漫其悠远
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；
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。
路漫漫其悠远
Crossbar交换矩阵
Crossbar交换网采用矩阵结构实现无阻塞交换，在交换网内部没有带宽瓶颈，不 会因为带宽资源不够而产生阻塞；
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展
➢ 交换体系结构的演进 ➢ 转发方式的改进 ➢ MPLS VPN分布式转发
核心交换机的未来之路
路漫漫其悠远
2000年三层交换机的概念
帽子（小三层转发)
＋＝
SSii
身体(Vlan交换机)
SSii
路漫漫其悠远
三层交换机 = L2交换机 + 小三层的帽子。（2000年）
核心交换机的未来之路
路漫漫其悠远
高端交换机的体系结构演进
高端交换机发展历程中，出现了五种交换网络形式： 共享总线 环形交换 共享内存 Crossbar 分布式Crossbar＋共享内存
路漫漫其悠远
总线式
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；
流Cache转发技术成功的原因
• 流Cache精确匹配表构成：源IP地址、目的IP地址、出接口。 • 首包利用CPU处理，CPU将结果下发Cache表，后续包通过硬件查表方式实现线速转发。 • 流Cache转发机制ASIC实现成本低（硬件逻辑设计、工艺等方面），对CPU的处理能力要求也不高，因而
进一步降低了成本。
Crossbar交换网的扩展能力非常强，交换容量可以做的很大，目前单颗芯片交换 容量在256G－700G之间。
路漫漫其悠远
共享内存
共享内存交换与上述交换方式有本质不同，是一种全新的交换方式,其优点是支持 大量突发数据缓冲
路漫漫其悠远
演进：分布Crossbar+共享内存
除了交换网板采用了Crossbar架 构之外，在每个业务板上也采用 了Crossbar+共享缓存的架构
交换机技术发展趋势讲 义
路漫漫其悠远 2020/4/14
汇报提纲
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 锐捷核心交换机简介
路漫漫其悠远
以太网接口技术发展
事件
以太网
Xerox公司提出 并实现以太网技术
DIX发布10M 以太网标准
FE
GE
10GE
IEEE 通过802.3ae 10GE 标准
IEEE通过 802.3标准
以太网 VS ATM：从2000年起，以太网基本成为城域网宽带接入的主力，ATM接入网络发展缓慢。 三层流Cache转发技术：使得以太网交换机从二层走向了三层，进入IP领域，由于流cache技术成本很
低，三层交换机对路由器的成本优势明显，在2000年至2002年，三层交换机全面进入宽带城域网汇聚 层，在很多地方甚至覆盖到城域网核心层。
二层网络 VS 路由网络：全以太城域网构成了一个巨大的二层网络，在宽带用户激增 的情况下，网络变得不可控制。伴随着2003年下半年启动的城域网改造，各地的城域 网逐渐演进为路由网络。
MPLS VPN业务：传统的交换机只能接入用户，不能提供更多的新型增值业务，例如： MPLS VPN。通过交换机上打一个MPLS业务补丁的方式，其集中式处理的业务性能瓶颈 和较差的服务品质会成为业务发展瓶颈，使得价值客户更加不信任IP网络。
IEEE 通过 100BASE-T 快速以太网标准
IEEE通过 千兆以太网标准
1973年
1980年
1983年
1995年
1998年
2003年
路漫漫其悠远
以太网交换机的成功
以太网 VS 令牌环：从20世纪80年代后期至今，办公局域网几乎被以太网交换机所垄断，LAN即以太网 。令牌环现在已经很少见了。
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。这种交换形式将逐渐被淘汰
不论是80年代的发展，90年代的局域网垄断位置和2000年的城域网拓展，以太网交换机的成功因素都在 于：简单易用、高带宽、低成本。
路漫漫其悠远
以太网交换机面临的挑战
三层流Cache转发技术：2003年波及全球的网络病毒，成为传统以太网交换机的流 cache转发技术的终结者。在大网上的流cache转发的三层交换机，在遭受网络病毒攻 击后，都中断了转发业务，甚至瘫机。
L3 CPU
路由学习
路由更新信息
首包查精确匹配路由
路由表
首包 后续包
流Cache表
报文
首包 后续包
流Cache表
首包 后续包
流Cache表
L3接口板
L3接口板
L3接口板
ASIC算法简单成本低廉，是流cache技术在2000-2001成功的关键。2000-2001年城域网络处于开拓期，接 近局域网的要求，尚未进入精耕细作的经营阶段，是流Cache技术存在的前提。
路漫漫其悠远
流Cache转发技术缺陷
传统的L3使用流Cache技术转发，在网络蠕虫病毒的攻击时（病毒报文流量不断扫描目的IP 地址，即病毒报文每包都是新地址，因此每个病毒报文都会上L3 CPU查找路由表），L3 CPU被巨大病毒流量堵死，L3接口板发生流Cache表溢出，造成网速急剧下降、用户断线、 无法上网等现象，严重的情况下流cache L3崩溃。
在促使价值客户转向宽带网络过程中，以太网交换机如何实现良好的三层转发，并提供MPLS VPN业务， 是新时期交换机面临的重要挑战。
路漫漫其悠远
以太网交换机发展历史的启示
大容量、高带宽
Βιβλιοθήκη Baidu
逐步发展新业务
成本与发展取得平衡 低成本设计
路漫漫其悠远
汇报提纲
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展
➢ 交换体系结构的演进 ➢ 转发方式的改进 ➢ MPLS VPN分布式转发
在业务板上采用共享内存可以很 好地解决了对突发流量的吸收问 题，在业务板和交换网板之间采 用Crossbar方式以提高交换容量 和端口密度
分布式Crossbar＋共享内存的体系结构是核心交换机设计的发展方向，保证 了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持需求
路漫漫其悠远
汇报提纲
路漫漫其悠远
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；
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。
路漫漫其悠远
Crossbar交换矩阵
Crossbar交换网采用矩阵结构实现无阻塞交换，在交换网内部没有带宽瓶颈，不 会因为带宽资源不够而产生阻塞；
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展
➢ 交换体系结构的演进 ➢ 转发方式的改进 ➢ MPLS VPN分布式转发
核心交换机的未来之路
路漫漫其悠远
2000年三层交换机的概念
帽子（小三层转发)
＋＝
SSii
身体(Vlan交换机)
SSii
路漫漫其悠远
三层交换机 = L2交换机 + 小三层的帽子。（2000年）
核心交换机的未来之路
路漫漫其悠远
高端交换机的体系结构演进
高端交换机发展历程中，出现了五种交换网络形式： 共享总线 环形交换 共享内存 Crossbar 分布式Crossbar＋共享内存
路漫漫其悠远
总线式
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；
流Cache转发技术成功的原因
• 流Cache精确匹配表构成：源IP地址、目的IP地址、出接口。 • 首包利用CPU处理，CPU将结果下发Cache表，后续包通过硬件查表方式实现线速转发。 • 流Cache转发机制ASIC实现成本低（硬件逻辑设计、工艺等方面），对CPU的处理能力要求也不高，因而
进一步降低了成本。
Crossbar交换网的扩展能力非常强，交换容量可以做的很大，目前单颗芯片交换 容量在256G－700G之间。
路漫漫其悠远
共享内存
共享内存交换与上述交换方式有本质不同，是一种全新的交换方式,其优点是支持 大量突发数据缓冲
路漫漫其悠远
演进：分布Crossbar+共享内存
除了交换网板采用了Crossbar架 构之外，在每个业务板上也采用 了Crossbar+共享缓存的架构
交换机技术发展趋势讲 义
路漫漫其悠远 2020/4/14
汇报提纲
以太网交换机的发展简史 核心交换机的新发展 锐捷核心交换机简介
路漫漫其悠远
以太网接口技术发展
事件
以太网
Xerox公司提出 并实现以太网技术
DIX发布10M 以太网标准
FE
GE
10GE
IEEE 通过802.3ae 10GE 标准
IEEE通过 802.3标准
以太网 VS ATM：从2000年起，以太网基本成为城域网宽带接入的主力，ATM接入网络发展缓慢。 三层流Cache转发技术：使得以太网交换机从二层走向了三层，进入IP领域，由于流cache技术成本很
低，三层交换机对路由器的成本优势明显，在2000年至2002年，三层交换机全面进入宽带城域网汇聚 层，在很多地方甚至覆盖到城域网核心层。
二层网络 VS 路由网络：全以太城域网构成了一个巨大的二层网络，在宽带用户激增 的情况下，网络变得不可控制。伴随着2003年下半年启动的城域网改造，各地的城域 网逐渐演进为路由网络。
MPLS VPN业务：传统的交换机只能接入用户，不能提供更多的新型增值业务，例如： MPLS VPN。通过交换机上打一个MPLS业务补丁的方式，其集中式处理的业务性能瓶颈 和较差的服务品质会成为业务发展瓶颈，使得价值客户更加不信任IP网络。
IEEE 通过 100BASE-T 快速以太网标准
IEEE通过 千兆以太网标准
1973年
1980年
1983年
1995年
1998年
2003年
路漫漫其悠远
以太网交换机的成功
以太网 VS 令牌环：从20世纪80年代后期至今，办公局域网几乎被以太网交换机所垄断，LAN即以太网 。令牌环现在已经很少见了。