IP城域网引入虚拟交换机技术的研究

随着宽带网络的迅猛提速、网络业务的综合承载需求和大数据时代的到来，目前城域网的网络架构面临着巨大的挑战，其中二层汇聚层中的传统汇聚交换机因为端口密度低且无法提供大量高速接口，造成汇聚交换机性能弱;设备链路和端口利用率低且配置复杂低效，造成网络建设成本大且可靠性差;由于汇聚层设备众多、分散且维护困难，造成运维繁琐、复杂，并且运维成本高。

为了解决二层网络出现的上述问题，研究城域网引入虚拟交换机的可能性及部署方案，本文首先重点介绍了虚拟交换机及部署方式，多虚一技术和一虚多技术两种虚拟技术在网络中的应用，然后论述了虚拟交换机在现网中的实验和数据统计分析，最后给出了虚拟交换机在城域网中的部署方案建议。虚拟交换技术的引入不仅能够大幅降低故障率，减轻运维的压力，提高链路和端口的利用率，降低总体投资成本，而且还能够为后期城域网的大规模提速打下坚实的网络基础。

1、城域网现网汇聚层存在问题

IP城域网目前的网络架构包括完成高速转发城域网的各类进出流量核心路由层、用于各类业务的终结的业务控制层(包括MSE、BRAS、SR等设备)、用于各类接入业务的汇聚及透传的二层汇聚层(包括一二级汇聚交换机)，具体网络架构如下图所示。

图1：城域网架构示意图

在目前电信运营商城域网的网络架构中，宽带提速、业务综合承载给城域网造成了一定压力，特别是二层网络普遍存在设备槽位紧张、二层汇聚设备暂无设备级的保护能力，运维压力大等问题，主要存在以下三个方面：

(1)汇聚交换机性能弱

随着大数据的到来和接入带宽规模提速，OLT上行链路逐步采用2条或N条10GE链路，而传统的汇聚交换机在绝大部分节点为单点汇聚，因10GE端口密度低且现有部分设备已无扩展槽位，已无法提供大量的线速10GE接口，无法满足网络的发展要求。

(2)可靠性差，链路和端口利用率低

控制层SR/BRAS以下的大二层网络中存在的二层网络环路问题，一直以来都未能有很好解决方案。链路和设备之间无法相互热备份，只能通过复杂、低效的手工方式切换，设备和链路利用率低，单点故障较多，因此存在网络可靠性和业务保护能力差、网络建设成本大等一系列问题。

(3)运维繁琐复杂

汇聚层设备数量较多(单POP十几台)，设备容量较小，布放位置分散，设备利用率低，维护比较困难，投资大;因此组网结构复杂，运维繁琐、复杂，并且运维成本高，此种架构已不能适应网络新业务的发展，需要基于本地光纤资源的情况考虑二层进一步扁平化和优化。

2、虚拟交换机引入技术

2.1虚拟交换机介绍

为了解决城域网中二层网络出现的问题，需要在汇聚层引入虚拟交换机技术，更好的内置大量的虚拟网络端口，以及提供速度更快的联机接口，通过虚拟化技术，在城域内减少网元数量、简化L2组网、实现二层汇聚设备的设备级的保护。虚拟化技术在城域二层网络中引入可以较好解决目前二层网络设备的局限性，也能提升二层网络业务的安全性。

图2：城域网虚拟交换机架构示意图

虚拟化技术首次在电信运营商城域二层范围内进行了应用，用数据中心的思维对城域网进行优化，适应电信业务的云化、网络资源的池化的趋势，在城域网中部署虚拟交换机有以下特点。

高性能

随着网络技术的快速发展，交换机的性能也将会得到极大的提高，基于100G平台和400G平台架构的新一代核心交换机，支持高密10GE和100GE接口;单槽位支持16-48口10GE线速，4口100GE接口。

简化运维

在网络中部署虚拟交换机后，网络架构更简单清晰，虚拟化技术实现网络设备横向整合，极大减少设备的配置管理工作。多台设备虚拟为1台交换机，大大简化了网络设备的配置，减少了网络管理设备数量。

节省成本

虚拟交换机部署后，控制层中BRAS和SR 10GE接口均以捆绑方式运行，链路利用率也大大提高;大幅节省了BRAS和SR 10GE接口的成本。

稳定性高

网络稳定性和可靠性高，HJSW或OLT的任何一根光纤故障，业务将不受影响;虚拟交换机与BRAS之间任何一根光纤故障业务也不受影响。无论链路还是设备发生故障，都会自动切换，且切换时间为毫秒级。

2.2虚拟交换机部署方式

在二层网络引入虚拟化技术解决了以上现网存在的问题，目前有2种实现方式：

将现网传统汇聚交换机进行升级，实现堆叠功能;

部署虚拟交换机。

两种实现方式从功能及性能上对比如下表所示：

从上表可见虚拟交换机从功能上和性能上均优于传统汇聚交换机。所以在解决城域网现网二层设备的端口扩展以及业务保护问题时，优先考虑引入虚拟交换机。

2.3虚拟技术应用场景投资分析

2.3.1多虚一技术应用场景投资分析

现阶段一级汇聚交换