光什么时候跑得比电快？这是一个看上去很傻的问题，学过物理的人都知道，光其实也是一种电磁波，光波和电波传递的速度其实是差不多的。我想讨论的是在包交换为主的领域里，光交换的发展速度能够和电交换匹敌。
      想起这个话题是源自前两天网界网www.cnw.com.cn上刊登的一个头条。
思科提出网络内存技术 提升路由器性能
http://www.cnw.com.cn/cnw07/news/IndustryNews/htm2008/20080910_59571.shtml 。 这篇文章讲述了思科的工程师Sundar Iyer提出的一个网络内存算法可以提升路由器和交换机的性能。假如电的交换能力再不断提高，还需要全光交换吗？那是不是空中楼阁呢？

突破电交换的瓶颈？

      以下为原文：
      今年不到35岁的Sundar Iyer被《Technology Review》杂志视为路由器性能提升领域的创新者。Iyer在斯坦福大学读博期间就开始研究“网络内存（network memory）”这个课题，该课题的目标是减轻10/40/100Gbps网络中由于路由器内存访问和存储瓶颈所引起的性能问题。

       Iyer在2004年与他人合创了Nemo Systems公司，并担任该公司的首席技术官和首席架构师。 不过，2005年10月，Nemo即被思科收购。Iyer说，到2009年或2010年初，Nemo公司的网络内存算法将用在27项思科产品中。

       现今路由器性能问题主要发生在互联网骨干网之类的高速网络上，因为数据包到达路由器的速度远远超过普通内存可以支持的程度。Iyer说：“系统要以非常高的速度处理内存上数以十万计的微小数据包的存储和访问操作。”

        例如，在一个10Gbps的链接上，大约每50ns（纳秒）到达一个数据包，而普通的内存，如DRAM 内存，只能每50ns存取一次。但如果内存在每50ns内只能做一次操作，那它就跟不上，因此，在每50 ns内需要两个内存来处理一个数据包：一个用于数据包写入，一个用于数据包读取。当传输速率增加时，路由器与内存性能之间差距将扩大，问题会变得更明显， 这将最终导致路由器无法支持语音、视频会议、多媒体和游戏等对性能要求严格的实时应用。

        如果采用增加SRAM内存容量，或降低DRAM延迟的方式，则“成本很高，也很笨拙”。而且，当传输速率到达40Gbps时，也不适用了。

       Iyer提出的解决方案是一种结合了负载均衡和高速缓存算法的网络内存算法。负载均衡向较慢的内存分配负载，以保证当数据需要存取时内存是可用的；高速缓存保证在任何时间高速缓存里的数据都是可用的。 

         这篇文章告诉我们在设计更高速的交换机和路由器时，特别是更高速的端口和更高的端口密度时，一个难题可能被解 决了，就是对内存的写和读取速度。我们都知道交换机和路由器其实也是一个计算机，现在大多数的存储转发模式的交换机和路由器的工作原理是，收到数据包以后 存在一个高速内存上，同时会读取数据包的包头信息通过查表决定从哪个端口转发出去，转发的时候在从相关位置读取信息从接口中发送出去。随着端口速度的提 升，以及网络上诸如存储和实时应用越来越多，对这一速度的要求越来越高，除了对转发能力的要求外也要求对这些内存的读取和写的速度越快，交换机和路由器内 部数据的传递速度越快。再加上对QoS的要求，有些包要快速转发，在有些通路上如果出现拥塞，一些对延迟不敏感的数据还要被缓存起来，在链路畅通的时候再 转发出去。可以想象，在端口速度达到10G、40G，以及未来的100G，这些内存的写入、读取和相关调度是多大的难度，而且还要加上复杂的QoS算法， 有些要先送出去，有些要保存住。这位思科的科学家在解决这个问题。

一蹶不振的光交换？
       对于网络的交换节点，也就是通常交换机和路由器工作的地方，电信里会把大的这种节点叫做pop点或者交换局，所面临的瓶颈早在2000年的时候就有很多科 学家遇见到了。当时很多人都在说未来在这些节点中交换设备（当时主要提的是DXC，SDH的传输设备，现在交换机、路由器已经开始融合这样的设备功能）采 用光信号转变为电信号，选路交换后，转变为光信号的方式将成为瓶颈。

     2000年前后，恰逢光通信最火的年代。很多公司都投入到了全光交换的领域，就是不再做或者基本不做光电转换直接在光的层面进行交换。虽然提出全光交换的 很多公司比如朗讯、北电等大公司都来自于传统的电路交换领域，但是很多人还是考虑到了以互联网为代表的包交换会成为主流，所以当时除了全光的OXC（取代 SDH领域的DXC），更热门的是lamda router，光波路由器。当时还有一个协议叫做lamda pls，就是光波的标签交换，把MPLS放到光领域里了。记得还有些词汇比如ASON等等。

       很多大公司还有很多新锐的公司都投入到了相关研发当中。下图是当时朗讯的光波路由器的核心部件，负责光波交换的元器件是很多很微小的镜子，当设备决定这段 波束向那里转发的时候，他会调整到合适的角度，反射光波。我还记得当时安捷伦刚刚从惠普分离出来，也是全光交换领域一个领先厂商，他们的做法是用了喷墨打 印机的技术，当决定一束光要向另一个方向转发时，在芯片里会在光路的交叉点出现一个气泡，变成一个镜子，进行转发。类似的方案还有很多，记得当年有一期通 讯世界杂志（杂志那种哦）曾经有篇文章详细讲过，非常有趣。

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好多小镜子，记得当初在电信展上要用显微镜看呢！

       中国在863-300项目也就是在2000前后也开始突破oxc，做过16波或者32波的oxc，哈哈记不住了。

      过去有个新兴运营商Global Crossing还用过朗讯的光波路由器。

      但是随着911，上一轮互联网的泡沫破裂之后，世界似乎安静了。现在看似乎还没有当初电信专家预言的光电转换的瓶颈出现，而且现在给我的感觉路由交换设备 的发展速度貌似应该超过了过去的光传输设备。40G接口的路由器出现的时候，相应的光传输设备还不多，而现在以太交换的下一代接口要不100G要不 40G，只是在争论哪个合适，而且可能都会上马，只待市场成熟了。但是似乎很少听见关于全光交换的声音了。

光交换有啥瓶颈？

       记得上次看过一个电视片，讲光的，还采访了很多个诺贝尔奖获得者。他们主要研究的成绩在光的存储 上，好像有人就是贝尔实验室的。据说在全光交换的时候，如何缓存光信号是个麻烦的问题，就像过去说网络，有个说法是必然存在拥塞的地方，一旦出现拥塞，又 要保证一些信息不丢失，就需要高速的缓存。网界网那篇文章就是谈电缓存的问题。

        哪些科学家做了很多研究，很多是科学演算，也有试验，取得了巨大的成绩，但是应该说距离在光交换设备里做缓存还有很大的差距。现在能用的是在涂料上，可以缓存光，让涂料发出炫彩光芒。

       昨天给武汉邮科院的余少华博士发了个短信，咨询这个问题。他的回复距离全光交换还有段距离，有些技术问题还要解决，还要再过几年。

       不知道问题在哪里，是不是缺钱呢？但愿光跑得快些。按照两千年的标准肯定是不行了，现在一个交换机或者路由器里，提供几个T的全网状的线速交换没什么问题了，而且并不太贵。