Page 34 - 网络电信2018年8月刊下

解 决 方 案

以太网交换机发展趋势研究与分析

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余久方 ，杨帆 2
1.南京工业职业技术学院计算机与软件学院；2.华为技术有限公司

摘要：以太网交换机作为目前使用最广泛的
网络设备之一，在数据通信中占据的位置越来
越重要，其发展对制造行业以及通信行业都有
至关重要的意义。文章全面分析了目前和以太
网交换机相关的主要新技术、新业务，包括工
艺制造水平，软件定义网络，云计算，无线局
域网以及5G，给出了这些技术点对以太网交换
机的影响和需求，旨在给以太网交换机的研究
和设计工作提供方向借鉴。
关键词：以太网交换机；云计算；软件定义
网络（SDN）；无线局域网；5G

引言 方面提高了单端口的通信量，另一方面也简化了网络部署。
以太网交换机，从最早的二层交换机到现在的三层交换机 交换机的数据处理能力一般使用两个指标衡量：交换容量
和多业务交换机，功能越来越丰富；交换机承担的角色也越来 和包转发率。目前华为和H3C的交换机处理能力都已经可以超
越多，涵盖了路由器，防火墙，无线AC等。 过1000Tb/s和200000Mpps [5-6] 。芯片制造工艺和交换架构对交
从使用的转发芯片看，交换机分为ASIC型交换机和可编程 换机的数据处理能力有至关重要的影响。芯片工艺使用现在的
交换机，ASIC型交换机具有高性能、低时延的优势，可编程交 FinFET，技术理论上可以达到7nm的极限，工艺越先进，单位
换机具有功能扩展灵活、开发周期短的优势；从使用场景看， 面积芯片的性能越高，功耗越低。除了制造工艺的影响外，交
各个通信厂家包括cisco，h3c和华为一般都把交换机分为园区 换机的工程设计也影响数据处理的能力。现在各个交换机厂家
交换机和数据中心交换机，园区交换机转发性能相对较低，提 的框式交换机基本都采用CLOS架构，在CLOS架构下，是否使用
供丰富的端口形态和丰富的用户接入管理功能；数据中心交换 VOQ提供流控机制，是否使用动态选路进行各级交换单元间的转
[7]
机除了能提供更高的转发性能外，还使用一系列的技术给用户 发，对交换机性能都会产生影响 。
提供流控功能（PFC，QCN）和用于云计算环境下的网络虚拟化 随着制造工艺和设备生产设计水平的提升，交换机的端口
[1]
（Vxlan，NVGRE）等功能 。 速率和处理能力将会得到不断提高。
在2018年IDC发布的全球季度以太网交换机和路由器追踪报 2、SDN
[2]
道显示，以太网交换机市场收入在持续稳健增长 。随着人们 云计算、SDN的出现，使得网络结构发生了变化，从传统
对BYOD，语音，视频的需求日益增加，同时随着SDN，云计算， 网络设备各自管理转变到控制器集中管理、云平台提供各种业
大数据的兴起，交换机正发挥着越来越重要的作用，其发展也 务。控制器具有分布式计算能力，可以处理多个网络设备的配
受到了这些业务的影响。 置和运维需求，云平台提供丰富的业务部署和操作方式，让软
件定义网络成为现实。
一、新技术新业务对交换机发展的影响 这种结构的变化对交换机和其他网络设备提出了新的要
1、通信量的增加 求。一是北向提供标准接口和控制器对接，供控制器进行管
信息化时代，数据的爆发式增长对网络设备承载的通信量 理。二是设备具有可编程能力，以应对灵活的业务需求变化。
提出了越来越高的要求。全球数据中心流量从2012年到2017年 SDN架构下网络设备控制系统结构如下页图1所示，这种网
[3]
以31%的年速度增长，在2017年底达到7.7zettabytes 。网络 络结构给交换机的软件带来如下变化：
设备的承载能力增强，主要体现在两个方面：一是设备的单端 ⑴交换机的协议、业务运算可以放到控制器上进行，控制
口速率变大，二是设备的数据处理性能增加。 器可以进行多台交换机的业务策略控制、业务配置下发；
在单端口速率方面，从当初的10Mb/s、100Mb/s发展到后 ⑵控制器软件部署不再像以前一样局限于单台设备，可以
来的1Gb/s，10Gb/s，现在已经有40Gb/s和100Gb/s的端口， 分布式部署在多台机器上。
2017年底，IEEE802.3以太网工作组正式批准了包括200Gb/s和 这种网络结构也会给整个以太网交换机产业链带来影响：
[4]
400Gb/s在内的新的802.3bs以太网标准 。端口速率的提升一 软件和硬件分离，产生了白盒交换机，传统的交换机设备厂家

62 网络电信 二零一八年八月