集群路由器：引领业界路由器架构设计

1999 年，当时正处于从64K 拨号上网过渡到1M ADSL 宽带上网之际，业界最先进路由器最大可以支持40G 带宽，大家觉得已足够今后使用了。华为却提出要研发容量达80G，构成一个系统，带宽达到160G，还可以通过堆叠级联方式，线性扩大路由器容量的架构设计。到2014 年，由于缺乏前瞻性的架构设计，业界知名的集群路由器厂家逐渐退出历史舞台。得益于先进架构设计，华为集群路由器的带宽容量可以平滑演进，满足数据流量爆炸性增长的需求，而成为业界路由器架构的主流方向，占据全球40% 市场份额。

眼界决定格局

时间回到1998 年，其时华为正在研发一款路由器NE08，想通过增加设备的槽位数扩大设备的带宽能力，但这款小路由器最多只能支持6 个槽位、共享1G 带宽的架构。为了破这个题，时任项目经理邓抄军想到了通过交换式总线代替共享式总线的方法，可以大量增加槽位，让带宽线性增长。

方向有了，还得能实现，接下来就面临两个难题：第一，要在PCB 印刷电路板上传输高速的数据信号；第二，要有一个支持大容量高速数据交换的芯片。公司将这个研发项目取名代号1011，由此掀开了华为核心路由器研发的大幕。在1011 项目之前，传统共享式总线信号在印刷电路板上跑得很慢，传输速度很难突破33Mbps，研发人员想到是否可以在印刷电路板上使用差分信号，在当时，还没有厂家做过类似的验证，这算是业界首创了。实验的结果令研发人员喜出望外，传输速率竟达到了1.25Gbps ！首先运用这项黑马技术的是另一款ATM 交换产品Radium 8750，当时这款产品的研发工作也是受制于传统传输信号不稳定而濒临失败，而这项在NE08 产品研发过程中冒出来的idea，恰似仙女挥舞了魔法棒，让8750 产品起死回生，成为业界第一个用高速信号传输的印刷电路板做系统开发的产品。

千禧年作为数据通信网络发展的一个关键阶段，随着上网的人越来越多，业界普遍认识到数据流量带宽的增长趋势。中国10 几亿人口，即使50% 中国人上网，数据流量就非常巨大了。尽管这一点成为共识，但并没有人能想到今后将需要设备支持100G、400G、T 级这么巨大的带宽容量——当时，思科的单机容量最大可以支持40G 带宽，用户觉得已经足够用了。然而华为基于对中国人口国情和对行业发展趋势的分析，希望提前进行技术布局，不惧做前无古人之事：研发一颗容量达80G、带宽达160G 的高速交换芯片, 并且同步开展堆叠级联式路由器架构的研究，以应对未来容量进一步扩大的需求。“不管以后用不用得上，都先做起来”，这是当时华为高层对1011 项目的坚定信念。大容量高速数据交换芯片的研发几经波折，在2002 年研发成功，是对其时业界主流技术的革新，对华为集群路由器的开发具有里程碑的意义。

首先，它开创了未来大容量集群路由器将采用宽带多机框级联的技术发展方向，避免带宽容量的增长被传统级联方式束缚了手脚。研发人员非常重视这些研究成果，将多机框级联的大容量集群方案申请了专利^【1】，在中国和美国都获得授权，成为一项业界首创。该发明为华为核心路由器支持大带宽演进的发展打下了坚实基础。后来的行业发展也证实了基于传统单机架构的核心路由器，由于难以满足流量带宽增长需求，逐步退出了历史舞台。

其次，1011 项目确立了大容量核心路由器的硬件架构，用性能更优的上下行对称的数据流处理架构，取代了当时业界主流的上下行不对称架构。上下行对称的处理架构通过软件提升数据传输的服务质量QoS，同时具有性能更强、功耗更低、容易扩展等优点，至此，1011项目把核心路由器需要解决的几大技术难题，包括多机框级联方式、硬件架构和高速交换网芯片，都已基本解决。

从平凡之路到不平凡之路

2003 年，华为正式启动核心路由器产品开发，2006 年华为发布了业界第一款背靠背核心路由器NE5000E 40G。该方案为华为首创，只需通过光纤就可以直接将两个单机连接成为一个容量扩大一倍的系统，快速高效地满足了运营商容量扩展的需求。2008 年又发布了2+8（2个中央框+8 个业务机框）核心集群路由器NE5000E 100G。这一代路由器的每个业务机框通过90 多根光纤带与中央机框相连，8 个机框就有将近800 根光纤带，为了解决数量众多的光纤连接问题，华为简化了多机框的光纤连接复杂度，提升了安装维护效率，也极大提高了系统的可靠性。基于中国人口大国的国情，华为把握了大容量需求的发展趋势，结合对核心路由器业务特点的深刻理解，前瞻性地设计出了平滑演进的产品架构。2013 年，2+8 核心集群路由器NE5000E 又从100G 升级到400G，产品性能保持业界领先。此后，又相继升级到800G，在2019 年达到1.6T，持续引领业界发展。

除了先进架构和超强的数据处理能力外，核心骨干集群路由器还必须具备超强的纠错容错和自愈功能，避免引起全网业务中断，因此，华为的核心集群路由器里还注入了高可靠性防御系统，代码占据整机代码量的80%。华为集群路由器第一次在中国电信做测试时，光测设备就测了一个月，光纤一根一根拔，拔到最后一根流量仍不断；交换网板一块一块拆，拆到最后一块单板流量还不断。满流量测试72 小时0 丢包，不管怎么折腾、测试，都不出问题，华为集群路由器经受住了严苛的测试，高稳定性能让客户大为震惊。

华为从1998 年开始核心路由器技术预研，到2013 年产品性能业界领先，十五年时间过去了。华为持续研发投入，在系统架构、芯片、可靠性、整机工艺等方面持续创新，创造了多个业界第一：业界第一个将高速交换网应用到路由器产品设计（1999 年）、首个推出背靠背集群解决方案（2006 年）、率先推出400G（2013 年）、800G（2016年）和1.6T（2019 年）核心集群路由器，不断突破极限，持续引领数据通信网络“交通枢纽”集群路由器发展。