解析ip核心网络。
摘要—现今，互联网的核心完全基于ip路由器。电路仅用于提供路由器之间静态的点对点的光学链路。正如其他人已经认识到的一样，目前的做法难以利用到ip核心中的超高速，低功耗光学电路交换机的优势。
尽管有很多混合分组交换与动态电路交换的建议，但是都没有说服力。在交通迅速增长，isp利润却迅速降低的时代，现在是时候重新思考如何构建骨干网。在本文中，我们建议在全网ip核心中用更低成本的混合分组的光学链路取代最大的骨干路由器。
我们利用新的控制平面的软件定义网络，从一个有利的位置的控制的分组和电路网络。为了展示巨大的潜在的成本节约，我们目前的资本支出进行了详细分析，并说明如何我们的方法提供了60％的成本节约典型骨干网运营商。
关键词：计算机网络；网络互联；光通信设备；广域网。
一、引言。互联网核心的基础设施一直因为它的发明大致维持不变。它只是增长较大以上/路由器更大，更多的/更快的链接，以及更大的交换能力，但仍然由静态光链路连接的ip路由器。
事实上，这是一个trib-尤特的行业作为一个整体，这样的规模已可持续超过二十年。
维持核心是在一个沉重的代价。单个国家的最先进的满载骨干路由器（br）今天消耗超过10千瓦（多用于冷却）[1]，费用超过$ 100万美元。长途骨干网链接的幻觉（4×为典型），为未来的业务增长和意外故障做好准备。
在不断增长的流量面前，电信运营商必须继续投资于更大，更快的路由器和链路，即使收入的增长相当缓慢。最近由资深verizon的高管表示：“不能接受的增加费用（在操作的当前模式），导致不可持续商业案例”[2]。
有几个原因当前骨干网络的成本高。在本文中，我们将展示，通过对整个网络的成本今天的骨干，有46％的资本成本（capex）的分析都花在连接到生物圈路由器端口。这些端口的成本倍之多和数量比接入端口更接近50％。
使用更便宜或更少的br端口将显着降低网络总成本。主要有三个原因，生物圈保护区有这么多的端口：
1）高容量过境交通：由br处理的数据包的55％-85％都只是通过传递给另一个br（[3,4]，分段二。b];报文没有发起或终止在该位置有没有必要如果整个流可以直接切换到正确的br来处理这些数据包。
2）标注为恢复：我们可以通过连接生物圈保护区的全部或杆tial基目减少过境交通量。我们的分析表明，在极限，这种进近减少资本开支约10％-15％（第二。
b小节）;我们仍然需要中转环节是在情况下，直接连接失败的地方。
3）过度配置：今天在ip网络链接是过度**占交通或不确定因素，如突发流量激增的新宽带应用的出现。过度配置natu-拉力增加的br端口的数量。
由光/传输网络社区的问题很好理解，并且他们已经提出了几种方法，在过去的十年中，以减少的br端口[3-6]的数量。建议包括1），保持过境运输中的电路结构域（通过光学旁路），而不是让它触摸核心路由器端口，2）所述光学层中执行恢复，最后3）按需**光学电路，以减少过度配置。
虽然光旁路确实已经部署，已经在做了非常静态的方式，一旦旁路已添加，它永远不会改变。在第二。b，我们表明，这种做法导致只有10％-15％的资本支出节省。
恢复在光网络中支持ip网络已不再使用，所有恢复在知识产权执行，和ip网络从未使用过的电路需求动态。因此，核心网络继续分组交换和使用电路交换被限制为置备静点至点wdm链路。之前的建议假定的切换层分组运行内部电路 - 这意味着重复跨层（例如，两层均必须实现的路由和衰竭恢复）功能的层次结构，并导致它们之间的坏相互作用（例如，分组路由协议变得不稳定的动态电路交换拓扑或者根本就没有任何意义，当路由器连接的全网状）。
在本文中，我们提出了涉及三个关键要素的ip内核，以前从来没有beenproposed一个新的体系结构：1）在数据平面，我们替换骨干路由器与既有分组交换和电路交换的混合数据包光开关功能几乎相等的措施； 2）我们创建的路由器邻接，在每一个接入路由器（ar）是一个来自所有其他ar跳开了一个完整的网格；和3）在控制平面中，从软件定义网络（sdn）的基础上的想法[7]，我们创造了这两个数据包和电路的单一融合控制平面。总之，我们将会看到，我们的架构显著减少了骨干路由器端口的数量，降低了网络范围内的资本支出，以及过度而来的问题，先前提出的建议。
为了支持这个想法的可行性，我们原型我们的方法，并量化地衡量它的好处，我们执行都一个资本支出分析和比较它与传统的ip-过wdm设计成本。与我们的方法中，归因于骨干端口的总成本的一小部分从下降46％至3％，整体资本开支减少了60％。此外，我们的方法是几乎不敏感的流量矩阵（tm），使骨干少脆弱的新的应用。
我们发现以较慢的速度（每tb / s的与$每tb / s的26米$11米）如果整体流量的增长五倍原数的费用比例。
**组织。在第二节我们确定的ip-过的wdm网络的成本。在第三节中，我们描述我们的架构包和动态电路的核心，它的功能如何，以及如何解决与先前提出的建议的担忧。
我们描述在第四节一个原型实现。我们模拟和分析我们所提出的设计第五节成本，比较它的设计来自第二节。最后，我们提出相关的工作在第六节和总结在第七节。
二、ip-over-wdm模型。
这样我们就可以做出一个苹果用，苹果的成本不同骨干网设计之间compari-的儿子，我们使用的每个进近设计at＆t在美国的ip核心网（所报告的rocketfuel [8]）。值得注意的是，虽然我们的设计方法是详细和全面在其步骤，它不涉及任何优化，比方说，路由数据包通过不同的路径，最小化光学**器的传输网络中的数字，或使用mpls流量工程（te）。我们不追求优化，因为优化是不是这里的目标。
相反，我们希望获得ballpark-号两个architec- tures的相对比较。最新的网络也使用40g，100g，和两个c和l波段。在这里，与苹果比较苹果，我们在两种架构假定为10g的40波。
图1（a）示出的放置在美国各地16的pop，来自其它89个城市聚集的流量。每个弹出包含多个人工鱼礁双归到生物圈中。持久性有机污染物是由34长途边缘，其中，每一个边缘由多个10gb / s的链路的连接。
该人工鱼礁可能会或可能不会在同一城市为br。
生物圈通过纤维/ wdm网络连接，为此，我们假定从[4]中所示的拓扑结构。图1（b）。
图1（a）ip拓扑（b）fiber/wdm 拓扑。
光纤拓扑具有60个节点和77的边缘。边缘被从多个平行纤维和波长构造，具有最大的每根纤维40的波长。
注意，曲线图有很大的不同。 ip链路是从两个或更多个点至点线的wdm系统缝合在一起的光波长路径（西尔cuit）上运行的逻辑链路。 ip链路和之间的映射的“波”是静态的，如在底层的光传输网络中没有有源开关。
2.1设计方法。
为了确定ip-过的wdm网络的成本，我们需要完成设计。我们按照在[5]的方法，这种方法具有以下步骤。
1）单向ar→ar流量矩阵：首先，假设重力模型tm[9]。在第五节中，我们将改变tm并研究其对资本支出的影响。
对于每个105个城市中的ip拓扑的，我们估计发送到其它104个城市的流量。然后我们缩放tm条目以达到2铽/ s的ip网络上的cumu- lative交通需求。（从与isp讨论，2 tb/ s的似乎是美国一家大型骨干网目前的总交通需求的合理估计。
）2）ip边缘标注：接下来我们需要确定很多的ip通信将如何遍历一个边缘的ip拓扑，所以我们可以决定如何大的wdm电路需要的地方。 ip流量包括：
1）城市间的平均流量需求路由在边缘，2）交通改道在边缘das等。
在出现故障的情况下，和3）的头部空间（overprovision-荷兰国际集团）可变性，在交通量。要选择我们做下面的链接速度：
1.假设所有的ip通信ar间使用dijkstra的spf算法进行路由。由此，我们判断多少流量每对生物圈之间的流动。
2.接下来，我们决定多少额外的能力来提供，所以我们可以从故障中恢复。我们认为，我们需要的，如果我们打破在ip骨干拓扑结构（一次一个），每个边缘和节点和重新路由整个tm在剩余拓扑的能力。
这模拟如何路由器将重新路由流量太大，因此使我们的流量的各边缘必须携带量的估计值。当1加到结果），它告诉我们，每一个环节应该多大。
3.最后，我们获得很大的边缘流量变化和增长做好准备。我们选择了25％，这相当于4×过**一个利用系数。
到br边缘双归为恢复和类似过度配置。
3）ip pop的尺寸标注：接下来我们确定有多少。
路由器（ar和brs），我们需要在每一个流行**和环节构成一个边缘的数量。平行ac-塞斯和骨干链路（或端口）的数量可以从占单一接口的线速边缘的需求来决定（假设10 gb /秒）。在每个弹出核心路由器的数目和总结了所有的接入和核心接口能力，并且通过无线电通信局的交换容量除以确定（假定1.
28铽/秒）。类似的计算适用于人工鱼礁。
4）wdm网标注：最后，我们确定了ip链路映射到wdm波，并从该决定有多少波需要在每边。首先，我们假设ip流量遵循最短路径（以英里）通过wdm网络。
然后，我们假设每个波传送业务的10gb / s的，并推断我们多少波需要，和wdm线系统，因此总数。我们还考虑了wdm线路系统的“光传输距离”（假定750个公里），完全和部分点亮系统，wdm应答具有客户机和线路侧收发器，和op-蒂卡尔部件，例如放大器，波长复用/解设备，以及其他。在设计方法中的所有步骤并在每一步骤中所作的假设的更多细节在[10]中讨论。
表一显示了我们的设计，为at＆t的ip网络。 48生物圈总共有2564面向核心的接口和1776连接到232人工鱼礁访问向接口。从我们与isp的讨论，核心网与几百个路由器的典型。
如果有什么事情，我们低估路由器端口数的数量，因为我们稍微简单的pop结构。
2.2资本支出分析。
要确定整体资本支出，我们需要知道，通常受到保密协议，不对外公开的每个组件信息的成本。然而，我们认为[6]是一个很好的参考值的ip和wdm系统的详细而全面的**模型。它包括路由器机箱，槽和端口卡，和wdm设备的成本。
部件选择在我们的分析中，其确切的用法，以及它们的相对成本的类型中详细[10]所述。
通过将**模型来表（1）中所示的数字，我们计算资本支出成本我们的ip-过wdm设计（图2）。在wdm网络路由1268波在$ 18.138万美元的费用；的wdm网络中的成本77％归因于wdm应答，其余所有其他的光学部件。
因为我们假设我们使用的人工鱼礁和连接 - 荷兰国际集团其时相互生物圈相同的接口（10ge），成本是相同的每个。然而，在br面向核心的端口是更加昂贵，使整个网络（$ 34个百万出于的$ 74亿美元）的成本**了近一半（46％）！
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