开放网络时代IXP架构演变及《IXP接入技术要求》下载！

原文来自于lightwaveonline，由NetworkNuts Wenrui翻译整理。

互联网交换中心（IXPs）是互联网生态系统中不可或缺的重要组成部分。它们为各种网络（例如不同运营商的网络）提供了一种在本地交换流量的方式，从而使互联网更加扁平和快速。为了保持竞争力，IXP也在经历从标准的以太网/IP网络向云技术的过渡，如Spine-Leaf交换结构和DCI式的互接，以降低总拥有成本（TCO），提高自动化程度，并促进在基本peering服务之外提供增值服务。

互联网交换中心（IXPs）在互联网生态系统中发挥着关键作用。在全球范围内，100多个国家有400多个IXP，其中最大的IXP的峰值数据率几乎达到10Tbps，连接着数百个网络。IXPs提供了一个中立的共享交换网络，客户一旦建立了peering连接，就可以相互交换流量。这意味着，IXP的客户价值会随着连接到IXP的客户数量而增加。

简单来说，互联网交换中心可以被视为一个二层（L2）交换机。连接到IXP的每个客户网络通过以太网接口将其一个或多个路由器连接到这个交换机。来自不同网络的路由器可以通过边界网关协议（BGP）交换路由信息来建立对等会话，然后通过以太网交换机发送流量。

图1展示了不同的对等互联方法：

IXP允许运营商在其交换网络上互连n个本地客户网络。连接数量只需要随n增加（例如，每个客户网络到IXP交换网络一个100Gbps连接），而不必像使用独立直接peering的情况那样，连接数随n²增加（例如，与n个对等伙伴每人一个10Gbps连接）。这就实现了更平坦的互联网，提高了带宽利用率，并降低了互连的成本和延迟，包括在数据中心互连（DCI）应用中。为了避免双边对等会话的繁琐设置，目前大多数IXP都使用路由服务器，它简化了peering，允许IXP客户路由器通过与路由服务器的单个（多边）BGP会话，与其他网络peering。

IXP可分为非营利性（如行业协会、学术机构、政府机构）和营利性组织。他们的商业模式取决于监管和其他因素。许多欧洲的 IXP是非营利性组织，例如依靠会员费。在美国，大多数 IXP是营利性组织。重要的是要了解，所有的IXP运营商，在提供公共中立peering服务的同时，也可能提供商业增值服务（VAS），如安全服务、云接入服务、传输服务、同步服务、缓存服务等。

在过去的几年里，内容交付网络（CDN）一直是IXP流量增长的主要贡献者。IXP是CDN控制其传输成本的关键基础设施。将内容缓存放在IXP接入交换机相同的位置，有助于实现这一目标。这些地方通常是中立的主机托管（colo）数据中心。

当前的IXP基础设施

20世纪90年代早期的IXP是基于光纤分布式数据接口（FDDI）或异步传输模式（ATM）网络，如之前提到的，当今的标准互连服务是基于以太网的。IXP的交换结构也从单个站点的以太网交换机局域网，发展到通过WAN连接的分布在多个站点的IP/MPLS网络。

利用IP/MPLS交换网络来实现分布式L2交换功能，可以提供更好的可扩展性，更适合广域网连接。将IXP交换网络分布在几个地方，有利于客户的访问，并提高了弹性。在大多数情况下，这些地点是在一个城市或区域，但将IXP结构扩展到全国或全球范围也是可能的。

因此，随着地点的增多和带宽的增加，一个灵活和可扩展的高性能连接网络成为IXP运营商的重要战略资产。对于较大的IXP来说，各个站点是通过高容量的DWDM链路连接的——通常是n x 100GbE以太网，更高的数据速率如n x 400GbE正在准备中。客户端路由器通过今天的1/10/100GbE的以太网接口连接到IXP交换网络，未来可能会有25GbE和50GbE。

图2显示了一个分布式IXP的标准IP/MPLS网络的high-level架构。客户端路由器通过标准的1/10/100GbE接口连接到不同站点（例如，colo数据中心）的IXP PE路由器。(注：根据商业模式，主机托管服务可以由 IXP 作为 VAS 提供，也可以由独立的主机托管中心提供商提供）。PE路由器与核心P路由器之间有大带宽的连接，通常是n x 100GbE DWDM。详细的架构是高度客户化的，会取决于许多因素，如光纤的可用性和所有权、拓扑结构、带宽、弹性和延迟要求等。

需要注意的是，虽然现在主要使用的是基于IP/MPLS的L2技术，但也有一些替代方法，如虚拟可扩展局域网（VXLAN），最近开始被IXP使用。这些不改变基本拓扑结构的方法，在未来可能会被更多地部署。

还值得一提的是，为了给IXP基础设施提供更好的弹性，特别是对于100GbE这样的高容量接口，光子交叉连接（PXCs）正在客户路由器和PE路由器之间越来越多地使用。在发生故障或计划维护的情况下，PXC可以从客户端路由器切换到备份PE路由器。

IXPs的创新：解耦合、SDN、NFV、自动化

在大型ICP的以DC为中心的网络中，已经广泛应用了解耦合（Disaggregation）、软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）和网络自动化，这些技术现在也越来越多地应用于电信网络和IXP。由于IXP网络通常比电信网络更加本地化，而且必须适应传统基础设施和服务不完善的环境，它们可能是引入新网络概念的理想场所。

解耦和开放会加速创新。当应用于IXP路由器和传输基础设施时，解耦提供了横向可扩展性，确保即使是意外的增长也能轻松应对，而不需要预先规划大的系统容量或进行叉车式（堆加设备）升级。

参考阅读：支持TSN标准的DCSG解耦路由器

除此之外，在解耦的网络中，可以有效地推动创新，因为网络功能是相互脱钩的，每个功能可以以自己的进度发展。这使得IXP能够在接口容量（如400GbE或1TbE以太网）以及单芯片交换容量（每芯片12.8T、25T、50T）和功能（如协议无关转发平面编程[P4]）方面平滑增加需要的内容。同时，底层的电子和光子集成将极大地降低功耗和空间要求，以及需要安装的电缆数量。

同时，开放架构可以打破对单一供应商的依赖，使网络运营商能够利用整个行业的创新，而不仅仅是单一供应商的创新。

解耦DWDM层：开放式线路系统

底层光网络也开始采用开放式光传输技术，通过传输SDN控制层，可以整合最新的光学创新和端到端的物理层自动化。有许多行业论坛和协会在进一步推动开放应用编程接口（API）和互通的愿景，包括Telecom Infra Project（TIP）的开放光与分组传输项目组，该项目组正在领导信息模型的调整，以及Open ROADM（可重构光分插复用器）多源协议项目，还有其他标准开发组织，如国际电信联盟的电信标准化部门（ITU-T），该部门正在努力确保物理层的兼容性。

此外，开放式光传输系统架构的进步正在创造超密集、超高效的IXP应用，包括用于云和数据中心网络的创新的1RU模块化开放式传输平台，该平台是包括多路复用终端系统和开放式线路系统（OLS）的光网络平台。专门为互联应用而设计，这些解耦平台具有高密度、灵活性和低功耗。OLS的创新旨在满足网络运营商现在和未来的可扩展性要求，例如『按需付费』模式，可实现最低的启动成本，减少设备备件成本，并具有可提高的成本效益。

许多互联网交换中心正在部署开放的光传输技术，以扩大容量，同时降低成本，减少占地空间和电力消耗。最新案例包括莫斯科互联网交换中心（MS-IX）、法国互联网交换中心（France-IX）、瑞士互联网交换中心（Swiss-IX）、ESpanix、柏林商业互联网交换中心（BCIX）和斯德哥尔摩互联网交换中心（STHIX）。

解耦路由器/交换机：白盒、独立于硬件的NOS、SDN和VNF

路由器的解耦在DC网络中已经有应用。与其使用机柜式的大型路由器，不如用白盒L2/L3交换机构建高度可扩展的spine-leaf网络，并由SDN控制。使用白盒和独立于硬件的网络操作系统（NOS）提供了更大的灵活性，使IXP运营商可以只选择他们真正需要的功能。

电信级解耦路由器/交换机白盒具有场景适应性、增强的同步功能和高可用性等功能的特点，并具有独立于硬件的电信级NOS。为了确保所需的弹性，这些平台依靠成熟和可扩展的IP/MPLS软件功能，支持IP/MPLS和SR路由，以及面向数据中心的协议，如VXLAN和EVPN。过去可能需要在路由器机箱中的专用模块或独立设备的额外服务，如安全服务，可以通过在白盒或标准x86服务器上托管的第三方虚拟网络功能（VNF）来支持。

可以用P4增强转发平面的功能。P4可以用来对交换机进行编程，以确定它们如何处理数据包（即定义需要处理的协议的头和字段）。这给硬件带来了灵活性，使得对新协议的额外支持成为可能，而无需像OpenFlow那样等待新芯片的推出或协议新版本的发布。

参考阅读：P4语言可编程SDN交换机

全面的SDN/NFV管理能力使IXP运营商能够引入先进的功能，如按使用量付费、复杂的流量工程，或用于缓解分布式拒绝服务（DDOS）的先进黑洞功能。

结论

互联网交换中心（IXP）是互联网生态系统中不可或缺的重要组成部分。它们为各种网络提供了一种在本地交换流量的方式，从而使互联网更加扁平和快速。为了保持竞争力，IXP也在经历从标准的以太网/IP网络向云技术的过渡，如spine-leaf交换结构和DCI式的光网络连接，以降低总拥有成本（TCO），提高自动化程度，并促进在基本peering服务之外提供增值服务。

从 2019 年起，我国开始启动新型互联网交换中心（IXP）试点，探索推动本地区域级网络互联，提升网间互通性能，应对数字时代业务发展需要。2019年10月16日，工业和信息化部批复同意在杭州开展国家级新型互联网交换中心试点。

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