核心路由催生集群技术

　　路由器集群，又叫路由器矩阵或多机框互联（Multi-Chassis），简单来说，就是将多台路由器互联起来，形成一套逻辑上一体的路由器系统。集群技术的产生，主要有两个直接的原因：首先，单机容量逐步发展到极限；其次，超级节点的产生使得网络结构越趋复杂，运维管理难度加大。

　　3.1　单机容量到达极限
　　近年来，路由器技术发展很快，容量有了大幅度的提升，具体表现为槽位数量的增多、每槽交换能力的提升以及板卡端口密度的不断提高。设备厂商每年推出的新路由器，都是朝着这个方向发展。例如Cisco的GSR 12000系列，从最初的GSR 12404，到目前的GSR 12816，转发容量大幅度提高，端口能力也从2.5G提升到了10G。目前最高速率的端口40G（OC768）也已经面市。随着路由器在网络中地位的不断提高，路由器的发展也达到了前所未有的高峰。Cisco推出的CRS-1 16插槽路由器单机，以及Juniper的T640，容量都达到了640Gbps，是目前市面上比较高端的单机路由器。
　　对于核心层路由器来说，除了具备快速转发的能力、高安全稳定性之外，更重要的是，容量足够大、可扩展强。然而，互联网流量的发展都是远远超过设备容量更新的速度。如图1所示，互联网流量每12个月增长1倍，而路由器的容量每18个月才增长1倍。对于单台路由器来说，其扩展是有一定限制的，需考虑光器件的发展成熟度，以及电源、散热、机房承重等方面，而且也无法超越流量增长的摩尔定律。目前单台路由器的开发技术已经逐步发展到极限，路由器的发展需寻求一个新的出路。

图1　流量增长和设备更新速度的对比

　　3.2　网络结构越趋复杂
　　由于单台路由器的容量扩展性有限，因此，近年来不断提出了其他方案来缓解设备压力。主要有以下两种：
　　（1）网络层次分布式，即部署多个网络层次，通过逐层汇聚，减轻设备压力。
　　（2）节点内部署多台设备，即增加节点内设备数量，通过负载分担的方式减轻设备压力。
　　两者都是在单台路由器不能继续扩展的情况下，通过改变网络结构来适应流量的增长，主要差别在于网络分别在纵向和横向进行扩展。这两种方法都在一定程度上缓解了单台设备容量有限的局面，但随之而来的却是网络复杂度以及内部互联端口的增加。众所周知，内部端口是不产生实际经济效益的，相反还会增加不少投资。而网络结构的日趋复杂，也增加了运维部门的管理难度，同时也产生了多台路由器之间如何均衡流量的问题。超级节点就是这样诞生的，即一个城市同时存在多个网络层次，而每个网络层次都有多台设备（如图2所示），网络连接的复杂程度可想而知。因此，此方案只是目前路由器容量无法继续扩展的替代方案，是暂时性的，互联网网络流量的飞速增长，新兴应用的不断呈现，都在呼唤容量更高，更具扩展性路由器的出现。

图2　网络结构日趋复杂

　　3.3　集群技术的优势
　　集群技术通过集中化、一体化的控制管理，使集群系统各台路由器单机之间能够很好地协同工作，极大的扩展了路由器的容量，从而突破了单机在开发技术工艺上的限制。在成本方面，由于集群系统中各台路由器通过高速光背板互连，节省了额外的内部互联端口，大大减少了投资。更为重要的是，由于集群路由器对外仅体现为一台路由器，使得网络拓扑和路由策略变得简单和清晰，维护也更加方便快捷。