ZXR10 8900E核心交換機新一代軟件架構

ZXR10 8900E核心交換機是中興通訊推出的新一代大容量、高性能、可重構的核心交換機，該系列產(chǎn)品采用了全新軟件架構，基于中興通訊最先進的軟件平臺，該軟件平臺采用模塊化結構設計，相對硬件特性隔離，為各種應用程序提供統(tǒng)一的、可移植的、可分布式的系統(tǒng)運行環(huán)境，可以滿足未來網(wǎng)絡對高性能、高可靠性、可維護性、可兼容性等多方面的要求。

隨著網(wǎng)絡的融合發(fā)展，三網(wǎng)融合、FMC、移動寬帶化、云計算等概念和趨勢的出現(xiàn)，對于網(wǎng)絡設備提出了越來越嚴格的要求，尤其是作為大型園區(qū)/企業(yè)網(wǎng)、以太城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心核心設備的高端交換機產(chǎn)品，其不僅要滿足高性能、大帶寬的要求，還需要能夠支持業(yè)務不間斷、故障快速收斂、產(chǎn)品易維、業(yè)務快速擴展等特性，這些特性對應于交換機的軟件系統(tǒng)，主要可體現(xiàn)為以下幾個方面：

系統(tǒng)高可靠穩(wěn)定，能滿足網(wǎng)絡長時間穩(wěn)定運行的要求；

軟件各組件發(fā)生故障互不影響，各軟件組件獨立發(fā)布版本、獨立升級；

實時性能，能滿足大型動態(tài)路由協(xié)議、網(wǎng)管協(xié)議和多處理機間數(shù)據(jù)同步的時間要求；

自愈性，盡可能檢測、處理和記錄整個系統(tǒng)異常，在異常情況下能及時進行必要的錯誤恢復和設備倒換；

可維護性，能對核心資源和系統(tǒng)服務的使用和調用狀況進行必要的跟蹤和記錄；各組件相互獨立，易于追蹤故障；

簡單性，僅向應用程序提供必要的系統(tǒng)服務，屏蔽非必要的系統(tǒng)服務；

封裝性，能完全屏蔽硬件特性，使應用層與硬件無關，為各處理機的應用程序提供一個統(tǒng)一的、可移植的軟件平臺；

平滑演進，支持快速二次開發(fā)，可快速整合外購軟件，即時響應客戶需求。

此外，隨著軟硬件技術的發(fā)展，新技術不斷涌現(xiàn)，特別是軟件架構方面，業(yè)界標桿企業(yè)正在經(jīng)歷一次新的蛻變。從各設備供應商最新發(fā)布的產(chǎn)品來看，技術發(fā)展出現(xiàn)下面走勢：

向微內(nèi)核的方向發(fā)展：隨著硬件性能的提升，微內(nèi)核的應用條件日益成熟，并且其優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來，目前該技術已經(jīng)成熟，業(yè)界設備商幾乎無一例外的選擇了這樣的系統(tǒng)架構。

向全分布式的方向演進：隨著Internet的發(fā)展，高端路由器的功能日益復雜，集中式的控制面處理已經(jīng)不能滿足運營商的需求，控制面的分布式處理成為未來高端設備的一個發(fā)展趨勢。

向高可用性的提升：設備維護升級時保證網(wǎng)絡服務的正常提供是運營商提出的新要求，業(yè)務不中斷在線升級成為業(yè)界的一個研究重點。

為了滿足網(wǎng)絡和技術發(fā)展的需求，高端交換機設備需要一個強大、高效的軟件系統(tǒng)做支撐，而傳統(tǒng)的軟件架構因為其設計上的缺陷，已經(jīng)無法滿足。舊有的軟件架構常常將各功能模塊糅合成一個整體代碼庫，所有的協(xié)議功能都由一個進程完成，模塊間可以調用和互訪，共享相同的內(nèi)存和CPU等資源，這樣導致模塊間耦合性強，代碼數(shù)量龐大，資源無法真正按需分配，新功能的開發(fā)周期長，代碼維護困難，容易引發(fā)故障，整個系統(tǒng)牽一發(fā)而動全身，缺乏靈活性、穩(wěn)定性和可擴展性。

ZXR10 8900E系列核心交換機作為新一代網(wǎng)絡核心，充分考慮了網(wǎng)絡和技術發(fā)展趨勢，在軟件設計上基于中興通訊最新一代IP協(xié)議棧平臺，采取全新模塊化軟件架構，完全適應開放的、多樣化的IP網(wǎng)絡發(fā)展要求。新一代的IP協(xié)議棧平臺向下負責管理整個系統(tǒng)的硬件體系結構，向上為處理器上的應用程序提供了一個統(tǒng)一的、抽象的、與硬件無關的操作系統(tǒng)級別接口，并對系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)控，進行系統(tǒng)異常處理和恢復。

整個軟件架構遵循保護性、獨立性、穩(wěn)定性和可靠性原則，在設計上有以下特點：

1. 多進程設計，每個進程擁有相對獨立的系統(tǒng)資源，擁有獨立內(nèi)存空間；

2. 軟件組件分屬不同的獨立進程空間，實現(xiàn)應用程序非法操作的安全隔離和軟件故障隔離；

3. 可實現(xiàn)進程動態(tài)加載和卸載，實現(xiàn)軟件組件獨立開發(fā)和在線升級，滿足業(yè)務定制化要求；

4. 運行微內(nèi)核操作系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)核資源運行在較高特權模式中，所有軟件組件運行在微內(nèi)核系統(tǒng)的用戶態(tài)，增強系統(tǒng)的安全性；

5. 軟件系統(tǒng)架構支持協(xié)議分布式處理：協(xié)議獨立進程、進程間使用消息通訊機制；

6. 具有統(tǒng)一的外部接口，支持快速二次開發(fā)，可整合外購件；

7. 具備不間斷路由能力（NSR），實現(xiàn)故障透明化，保障設備高可靠運行；

8. 支持集群技術，將多臺設備虛擬成一臺邏輯設備，實現(xiàn)設備容量的“無限”擴充，同時提高可靠性。

新的軟件架構最大特點就在于真正實現(xiàn)了模塊化，將軟件帶入可重構時代。通過整個系統(tǒng)支持多進程化，采用微內(nèi)核，區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)，極大的提升了軟件運行的獨立性，各業(yè)務功能模塊分屬到不同的進程，彼此隔離，消除了舊有軟件架構常發(fā)生的多個模塊間非法越界操作，應用程序的故障或非法操作不再破壞整個系統(tǒng)資源，引起設備重啟等嚴重故障；通過用戶態(tài)下、獨立進程空間的軟件組件化，實現(xiàn)了軟件重構，每個獨立的功能模塊都可以單獨開發(fā)、動態(tài)加載和裁減，使得產(chǎn)品軟件包不再包含整個代碼庫，加載大量無關代碼，而只需加載真正需要的功能組件，這樣使得業(yè)務的開發(fā)和部署變的更加快速高效，也使得產(chǎn)品定位故障更為便捷準確，發(fā)布版本也不再以整個大版本為單位，可以軟件組件為單位發(fā)布版本。此外，NSR的實現(xiàn)很好的解決了NSF/GR路由收斂緩慢，耗費時間長，并且在GR期間不能處理網(wǎng)絡拓撲變化，有可能形成路由環(huán)路和路由黑洞，以及設備重啟期間路由收斂流量占用大量CPU資源等問題。NSR通過控制平面完全主備冗余的方式來實現(xiàn)內(nèi)部故障對外部的透明化，當主板由于某種原因（軟硬件故障、軟件在線升級等等）需要進行主備倒換，備板將接替主板繼續(xù)工作，路由鄰居會話不間斷，路由轉發(fā)信息得以保持，路由不需要重新收斂，并且仍然能夠處理倒換期間的網(wǎng)絡拓撲變化。

總的來說，基于新一代軟件架構，設備突破傳統(tǒng)架構的局限性，體現(xiàn)出以下全新特點，為客戶帶來全新的網(wǎng)絡體驗。

1）軟件可重構實現(xiàn)多種業(yè)務輕松疊加，滿足用戶定制化需要；

2）軟件組件化，版本可以快速開發(fā)部署，通過在線升級兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡；

3）通過操作系統(tǒng)、軟件、協(xié)議間多級故障隔離，支持NSR實現(xiàn)業(yè)務不間斷，達到五星級的可靠性，減少用戶維護成本；

4）集群實現(xiàn)多設備擴展，減少配置和管理，網(wǎng)絡拓撲簡化。

由上可以看出，通過采用全分布式、進程化軟件系統(tǒng)，軟件模塊智能動態(tài)加載，支持不中斷路由（NSR）、熱補丁和在線組件升級，業(yè)務層面快速故障檢測和恢復，使設備更為可靠、安全、靈活，從而為用戶帶來更穩(wěn)定的網(wǎng)絡，更優(yōu)質的服務，更高效的管理。