锐捷网络路由交换一体化架构技术解析

1. 概述

从上个世纪90年代至今，运营商提供给企业用户的主流专线线路发生了巨变。从早期广泛采用X25，DDN，PSTN电话线等，到后来的2M的E1线路，再到现在的MSTP、裸光纤等线路，带宽越来越大，以太接口接入成为趋势。

金融网点的业务终端设备也发生了变化，早期普遍是UNIX前置机放在网点，采用异步哑终端做业务；为了降低网点维护成本，后期普遍将前置机上收到地市支行或者省分行级别上，终端型号也由异步口哑终端逐步改为网络终端或者PC机。另外，网点办公、排队机、跑马屏等，都普遍采用以太接入，网点设备以太接入成为趋势。

在这样的趋势下，网点广域接入采用路由器，局域网接入采用交换机是很常见的接入模式。但是“路由器+交换机”模式需要两台设备，购置成本较高，管理维护麻烦。路由交换一体机由此应运而生。

在路由交换一体机上同时集成了路由和交换功能。由于其易于部署，配置简单，集成多种业务于单一平台上 ，路由交换一体机降低了网络的复杂性、IT人员的学习成本及设备采购和维护成本。随着金融网点采用IP接入成为趋势，路由交换一体机成为金融网点接入的主流产品。

为了抓住这种变化而带来的生意机会，各数据设备厂家纷纷推出各自的路由交换一体机。这些琳琅满目的路由交换一体机，在技术实现上有什么不同吗？

2. 架构分析

路由交换一体机从交换功能实现原理来看，存在两种架构：集成式交换架构，分布式交换架构。

集成式交换机架构：路由交换一体机的交换功能部分和路由功能部分共用CPU，交换芯片直接集成到路由器上，提供统一的启动文件和配置文件。

分布式交换架构：路由交换机一体机的交换功能具有独立的CPU和启动文件。交换部分采用独立成熟的交换机平台来实现。

两种交换架构的硬件原理图如下。本质都是采用交换芯片来实现其交换功能部分，交换芯片通过数据通道和路由器的主CPU进行连接。只是集成式交换架构的交换部分的管理控制是由路由器的OS来统一完成的；而分布式交换架构的交换部分多了一个CPU，有独立的OS和CPU。

图示1：集成式交换架构

图示2：分布式交换架构

这两种架构到底有什么区别呢？到底哪种交换架构更适合金融网点用户的业务需求呢？业界早在2001-2003年就有主要网络厂家公司推出了16端口和36端口的交换模块，采用的是集成式交换架构。而后来在2005年后推出的16、24和48端口的交换模块，采用的则是分布式交换架构。

对于集成式和分布式交换架构的区别的说法是这样的：集成式交换模块直接把交换芯片集成到路由器上，提供统一启动文件和统一的配置，但是这样的方式，会使得交换模块功能落后于实际的版本，不易扩展，并且提供的功能有限。

从原理上分析，集成式交换架构由于交换和路由是采用统一的OS和CPU，在管理和维护上比较方便，并且节省了交换部分的CPU，可以降低硬件的设计成本。不过这种架构功能难以扩展且功能有限。分布式交换架构由于自带OS和CPU，路由和交换都有独立的OS，硬件设计成本比较高，在管理和配置上也是对路由和交换进行独立的配置，软件成熟度高，易于功能扩展，可以提供完整的路由器和交换机的所有功能。

在金融网点采用路由交换一体机是一种新的尝试。在此类产品出现的初期，往往只要用到交换端口和VLAN等一些简单的功能就够了。随着业务的发展，交换功能的需求进一步扩展，一些金融用户提出要802.1X，BPDU Guard，Trunk，生成树，AAA，RADIUS等功能。而未来还很有可能需要用到其他功能。

交换和路由是两套相对独立的网络体系，路由交换一体机是一种创新，集成化交换架构设计模式更是一种全新的探索。在集成化交换架构下，任何功能的添加都是创新，都是在原来路由平台上增加全新的功能。路由和交换都是一套庞大的软件体系，这样的创新必然把需要用到的交换功能揉到路由平台上，带来的结果就是软件系统更加庞大，给客户业务带来风险。同时也由于这样的架构，决定了它的交换功能一定是有限的，不能提供完整的交换功能。

单独的路由器和交换机都是非常成熟的产品形态。路由器下挂交换机更是一种成熟应用模型，分布式设计，在交换模块有独立的操作系统，软件成熟度极高，同时便于功能扩展，功能丰富，可以提供交换机加上路由器所有的完整的功能。

进一步分析，分布式交换架构对于所有由交换协议报文都本地处理，比如所有的二层攻击报文、802.1X的EAP验证报文、生成树协议的BPDU报文、ARP报文、组播报文等，都可以由交换部分的CPU独立处理，不需要上传到路由器的主CPU部分。极大地降低主CPU的负担。

3. 如何选择路由交换一体机

在重要场合选择分布式路由交换一体机，而对于一些相对不重要的网络区域，它们对交换功能要求比较低，则可以选择集中式架构路由交换一体机。因为集中式路由交换一体机成本比较低，价格也相对便宜。从几个层面来分析：

从软件功能丰富层面来看：路由交换一体机是一种全新的产品创新，在此类产品出现的初期，往往只要用到交换端口和VLAN等一些简单的功能就够了。随着业务的发展，交换功能的需求进一步扩展，未来还很有可能需要用到其他功能。集中式架构提供的功能有限，而分布式交换架构可以提供完整的路由器和交换机的所有功能，且易于扩展。

从稳定性和软件成熟度角度看：交换和路由是两套相对独立的网络体系，各有侧重。在集成化交换架构下，任何新功能的增加都是创新，都需要在路由平台上增加全新的交换功能。路由和交换本都是一套庞大的软件体系，这样的创新需要把交换功能揉到路由平台上，带来的结果就是软件系统更加庞大，软件成熟度和稳定可靠性将受到影响。同时也由于这样的架构，决定了它的交换功能一定是有限的，不能提供完整的交换功能。而分布式设计，在路由和交换都有独立的CPU和操作系统，软件成熟度极高，同时便于功能扩展，功能丰富，可以提供交换机加上路由器所有的完整的功能。

从设备性能和抗网络攻击角度看：集成式架构只有一个路由的CPU，CPU需要同时处理交换和路由功能，对性能有影响。如在福建某银行，某厂家提供的集成式架构的路由交换一体机，启用了子接口和QOS后，性能下降了70%。性能的不足，对于未来带宽的扩展也埋下了隐患。而分布式架构，路由和交换由各自独立的CPU完成相应的功能，交换CPU可以处理所有的交换报文，大大降低了路由主CPU的负担，提升设备的整体性能。对于二层的交换报文的攻击，也由交换CPU直接处理，不会上送给路由CPU，大大提升设备的抗网络攻击能力。

从维护角度分析：由于分布式架构的软件功能丰富，缺省就提供了完整的交换功能，对于未来可能需要的功能预先提供好。即使未来需要做功能扩展，也不需要频繁通过软件升级或者更换设备来解决，降低维护成本。

4. 锐捷网络统一管理的分布式架构路由交换一体机

在管理上，集成式交换架构可以在统一的CLI下进行管理配置，比较方便；而分布式架构由于交换和路由有独立的CPU和OS，往往在配置上也是要独立完成的。对于需要频繁配置设备的用户来说，会感觉不便。锐捷网络公司提供的RSR20系列路由交换一体机采用分布式交换架构设计，也可以实现统一管理和维护，在具备分布式架构的功能全、速度快、抗攻击性强、稳定性好、软件成熟度高等多种优势的同时，还兼备统一管理和维护的优势，是比较好的一种选择。

综合考虑，锐捷网络分布式架构的路由交换一体机功能丰富、软件成熟度高、稳定性好、性能更高、抗攻击能力强、扩展性强。从长远看，选择分布式路由交换一体机会降低维护成本，建议在重要场合选择。