挑战：快速增长中的可靠性问题
---- Internet骨干网持续地面临来自向客户提供更快的反应时间和更高的可靠性方面的压力。同时，路由及包转发技术却滞后于Internet的发展。这种滞后在面临网络的快速增长时，使维持网络稳定性的工作变得更加困难。随着Internet骨干网向更快的光纤速率发展，网络设计人员需要新一代能够结合光纤速率转发和运行控制特点的路由设备，使运营商们对自己的网络进行快速而可靠的扩展。
M40：Internet核心网的基石
---- Juniper M40 Internet骨干网路由器是为满足运营商们高速增长的需求而专门设计的，它提供市场上领先的包转发速率，无与伦比的端口密度和端口配置灵活性，以及一流的Internet软件。M40使运营商能够将其骨干网络速率提高至OC-48，同时提供必要的流量工程工具以确保对业务及对网络容量使用的控制。另外，M40能够最有效地使用POP的机架空间，提供当今市场上最高的端口密度和最优秀的性能。M40的低功耗特性也为POP功率的有效使用提供了最佳的解决方案。最后，为确保网络坚不可摧的稳定性，M40可以在峰值业务负载及链路故障情况下处理网络的异常压力环境。
高速增长网络中的速度及控制
Internet处理器：光纤速率的包转发
---- M40通过使用Juniper开发的先进的ASIC设计，可以光纤速率的转发性能。M40包转发引擎（PFE）的核心是Internet处理器。这个具有超过一百万个门电路的Internet处理器是到目前为止在路由器上使用的最大的路由查询ASIC。该Internet处理器能够提供每秒4千万个包的查询速率，是目前市场上最快的路由查询引擎，它能够提供超过40Gbps的数据吞吐量。Internet处理器还可以提供超过20Mpps的报头统计功能。
Juniper Networks的M40骨干网路由器提供了市场领先的转发性能，无与伦比的端口密度和灵活性，以及最优秀的Internet软件。
---- 所有的路由查询速率反映了在硬件上完成的对所有包和所有查询进行最长匹配路由表查询的状况。由于在M40系统中没有缓存机制，因此也就没有了缓存丢失的风险。另外，转发表可以在不影响转发速率的情况下进行更新。Internet处理器是可编程的，它能同时支持四种不同的转发表－包括第二层与第三层的。目前所支持的协议包括IPv4（单点传送和多点传送）和MPLS。最后Internet处理器的性能与查询的长度和转发表的大小无关。随着Internet带宽需求的不断增长，Internet处理器和PFE结构将作为未来Juniper平台的基本组成部分。
JUNOS Internet软件：流量工程及控制
---- 用于控制及引导网络流量的协议和软件工具对于Internet骨干网路由解决方案是非常重要的。事实上，当运营商希望通过提供各种增值服务使自己在竞争中脱颖而出时，骨干网络的规模及复杂性都会相应增加，这是，软件控制就显得更为重要了。
JUNOS Internet软件：JUNOS的模块化设计使其具有可靠性和快速提供新功能的性能。
---- 作为控制的基础，M40路由引擎使JUNOS Internet软件，具有诸多特性，该软件提供了一系列Internet上广泛使用的路由协议。JUNOS软件提供了BGP4、IS-IS、OSPF、 DVMRRP，和PTM协议的实现，这些协议的实现都是由在解决Internet骨干网运营商快速扩展问题方面具有丰富经验的Juniper Networks的设计队伍开发出来的。
---- JUNOS软件具有模块化结构，每个分立的程序都运行在一个独立操作系统之上及保护内存中。与那些非结构化的、不具有保护运行系统的设计不同，JUNOS 软件对某个模块的修改不会影响系统的其它部分，从而提高整个系统的可靠性。另外，各模块间保持清楚的接口利于对软件的开发和维护，并能够更快捷的响应用户需求及推出新功能。
---- JUNOS软件通过它的多协议标计交换（MPLS）的实现提供了新一级别流量工程的能力。JUNOS的MPLS与现有的IETF标准共同发展，它将其增强的可见性功能加入到业务参数中去，并对业务通过网络时所选的路径进行控制。通路选择使运营商能够对业务进行控制，从而对网络容量进行有效地利用，避免发生阻塞。MPLS及流量工程将成为运营商扩展其网络的重要工具。
高效、灵活的设计
市场领先的每英寸机架端口密度
---- Juniper M40 Internet骨干网路由器提供行业领先的端口密度，确保对宝贵的POP机架空间的有效利用。对于一个35英寸的机箱，M40路由器可提供8个OC- 48/STM-16，32个OC-12/STM-4,128个OC-3/STM-1或128个DS3接口。由于转发引擎是过盈设计的，所有接口对任何包尺寸都可以线速操作。各种接口的端口数见表1。
接口
端口/M40
端口/7M机架
OC-48/STM-16 SONET/SDH
8
16
OS-12/STM-4TM
32
64
OC-12/STM-4 SONET/SDH
32
64
OS-3/STM-1ATM
64
128
OC-3/STM-1 SONET/SDH
128
256
DS3
128
256
Gigabit Ethernet
24
48
---- 表1：M40端口密度：M40提供了无与伦比的密度及功耗性能。
灵活的PIC集中器（FPC）可以包含多至4个PIC。在每个M40机箱上容纳最多32个PIC。
无与伦比的接口配置灵活性
---- M40路由器具有当今市场上最灵活的骨干网接口速率组合。M40的接口为物理接口卡（PIC），它安插在灵活的PIC集中器（FPC）板上。M40共有8 个FPC插槽，每个FPC插槽最多支持4个PIC，汇集带宽高于2.5Gbps，全双工操作。除了能够支持一个OC-48的线速接口外，每个FPC可支持 OC-2,0C-3（SONET与ATM），DS3接口的多种组合，在同一个FPC上支持答应多种接口混合使用。支持的PIC接口包括：
1-端口OC-48/STM-16SONET/SDH（注重：OC-48速率PIC占用FPC上所有4个PIC插槽）
1-端口OC-12/STM-4 SONET/SDH
1-端口OC-12/STM-4 ATM
4-端口OC-3/STM-1 SONET/SDH
2-端口OC-3/STM-1 ATM
4-端口DS3
1-端口千兆以太网
服务等级的灵活性
---- M40是为不同服务等级的应用而设计的。M40的排队机制是基于对输出接口上的多个队列进行加权循环法选择来完成的。队列可以配置相应的丢弃配置，从而可以基于缓存容量的利用情况来控制包丢弃的速率。可通过设置随机早期检测配置以支持TCP流。
---- M40为运营商设置客户服务等级提供了极大的灵活性。服务等级的设置可以基于目的地址、物理输入接口、IPv4优先级比特、MPLS的CoS比特、虚电路、下一跳地址，和封装类型。M40同时也具有对输入包优先级进行重新分配的能力。另外，在输入部分采用令牌桶机制进行速率策略控制，保证用户的CIR （承诺信息速率）类型业务。最后，使用漏斗桶机制在输出端口上实现速率整形。
低功率消耗。
---- 空间并不是运营商唯一缺乏的资源。随着运营商POP的增加，数量越来越大，功率消耗问题变得越来越重要了。事实上，能否提供足够的功率是某一设备能否支持大型网络的一个限制因素。由于采用了很少的组件并进行了优化设计，Juniper网络公司的M40路由器在完全配置情况下的功耗不超过1700瓦（35A@48V），提供了最好的性能和每瓦支持的最高端口数。这种低功耗的特点不仅使运行更有效，而且对冷却系统的要求也随之降低，由此节约了能源，并使POP内部更为经济有效。
确保网络高度的稳定性
为异常条件进行的设计
---- 当今的骨干网络采用冗余设计以防止网络的任何位置发生故障。当某条链路发生故障时，流量模式会发生剧烈变化，网络必须在不增加其它不稳定因素的前提下对故障进行处理。为保证网络设计的完整性，骨干网路由器必须被设计成能在异常条件下工作。当链路上的路由器接收到由于某条链路发生故障而转移过来的流量时，它必须能够接这些流量并且不降低整个网络的可靠性。
---- M40结构的设计使它能够在几个方面可靠地处理网络异常情况。对于接口速率来说，Internet处理器的路由查询能力是“超大的”。另外，接口间共享缓存，缓冲能力可以以容纳大型的突发数据包。因此，即便对于很小尺寸的数据包，M40也能够在所有接口上对基进行同时线速转发。同时，M40内部的路由和转发功能是分开的，这样便确保了因本地路由不稳定性而引起的路由表重新计算不会中断包转发处理。
为可靠性而设计
---- 除了保持网络的可靠性外，M40路由器的设计也确保了自身系统的稳定性。M40的冷却系统是完全冗余的，确保不会因个别的风扇或叶轮故障而导致系统故障。类似的，M40的双电源供电也是完全冗余的，每个电源模块都能够提供系统所需的全部功耗负载。此外，M40可以从任何一个冗余存储媒质上启动，确保系统在磁盘故障时仍能保持运行。对于软件的可靠性，JUNOS软件具有保护模式的模块化设计结构，每个单独的进程在一个独立操作系统之上和保护内存中运行。模块化设计防止了整个系统范围的故障，确保对某一部分模块的修改不会对代码库的其它部分造成影响。最后，较少数量的组件和有效设计相结合，使M40系统具有第一流的可靠性。
M40的应用
灵活、可扩展的超级POP设计
---- M40将先进的转发性能、接口的灵活性和丰富的软件控制功能相结合，成为理想的Internet骨干网路由器。M40路由器的灵活性的JUNOS Internet软件的兼容性使M40可以无缝地安装在当今的超级POP环境中，同时提供了一种将骨干网扩展至更高速率的有效方法。
---- M40路由器的接口种类为骨干网运营商在设计超级POP结构时提供了极大的灵活性。M40和Internet处理器和高速OC-48及0C-12接口使 M40路由器能够与SDH/SONET传输设备及ATM交换设备直接进行连接。M40能够提供ATM和千兆以太网POP间交换连接，M40的端口密度使其在节省了宝贵的超级POP空间的同时提供了骨干网链接的冗余备份。同时，M40也可作一个将DS3接入电路和ATM或SONET的OC-3电路聚合集中起来的极具呼引力的解决方案。接口的多样性和高密度使运营商不必配置新的路由器便可增加链路和转换速率。
今天的超级POP：M40提供了极大的灵活性，可以适应今天的超级POP结构，同时具有使网络继续增长的可扩展性。
将来的超级POP：性能等级和端口密度使运营商能够稳定地将网络扩展至吉位速率。
骨干网的核心控制
---- 因为网络的增长变得越来越快，越来越复杂，JUNOS Internet软件为运营商提供了良好的流量工程和控制的能力。JUNOS的多协议标计交换（MPLS）实现提供了一套流量工程的具具，这组工具能够对骨干网中传输的业务进行控制并使业务具有可见性特点。这种控制和可见性使配置新的带宽及避免阻塞点变得简单易行，在扩展网络时更加可靠。
---- 除了流量工程外，JUNOS软件还实现了为大型Internet骨干网设计的OSPF和IS-IS内部网关协议，使运营商可以自由地扩展其网络，满足用户需求。JUNOS的BGP4和策略的实现能够为运营商间的对等体及路由广播提供很强的灵活性和控制能力。M40的性能和JUNOS的控制构成了骨干网可靠增长的有力组合。
M40体系结构
---- M40的体系结构提供了快速可靠地扩展Internet骨干网所必须的转发速率和网络控制。M40系统包括一个路由引擎（RE）和一个包转发引警（PFE）。路由和转发功能的完全分离确保了它们不会对同一CPU资源自己产生竞争。
M40体系结构：路由和转发功能的完全分离为网络可靠成长提供了极佳的性能和控制能力。
路由引擎
---- RE包含运行在Intel平台上的JUNOS Internet软件。JUNOS软件支持Internet可扩展的协议，它具有灵活的策略软件，使接收、修改和路由报头广播得到最大程度的控制。此外， JUNOS软件还提供一系列的配置治理工具，简化了配置过程并有助于防止操作人员的错误。
---- RE维护路由表，而转发表正是由路由表得来的。RE通过一条专用的100Mbps链路连接到PFE，在生成或更新转发表后，RE下载一个转发表的拷贝到PFE。转发表的更新是自动完成的，因此包转发并不会因路由的改变而中断。
M40PFE数据包流：最新的ASIC设计使M40具有无与伦比的转的速率，在所有运行条件都具有最大的稳定性，市场领先的端口密度和灵活性。
包转发引擎
---- PFE包括一组由Juniper Networks开发定制的ASIC。进入M40路由器的包有99％以上不经过RE而直接通过PFE进行处理，保证了路由器的线速性能。PFE使用单级缓存的共享内存结构，包在内存中只读写一次。单级缓存大大地降低了多级缓存系统所面对的复杂性和吞吐时延。共享的内存分布在FPC上，使内存可以随接口卡的增加而增加。
---- 在入口处，包先级I/O治理器ASIC进行分析。I/O治理器将包传递给分布式缓冲治理器ASIC，使包在整个内存中被均匀分配。分布式缓冲治理器提取报头转发信息并传递给Internet处理器进行路由查询。Internet处理器完成查询后，在包被排队并由I/O治理器按照CoS设置进行传输前，分布式缓冲治理器将缓存中数据包重新恢复。各ASIC间的连接路径都设计了足够的容量，专用通道和PFE结构避免了传统的纵横交换所必须面对的线路阻塞问题。
Juniper Networks：确保Internet不断成长
---- 随着M40 Internet骨干网路由器和JUNOS Internet软件的推出，Juniper为Internet骨干网运营商提供了一个全新的控制和性能等级。业界最优秀的协议开发人员和ASIC硬件设计专家的绝佳组合将使Juniper能够继续推出高性能的路由和转发系统，为Internet的持续飞速增长提供必须的可扩展性、性能和可靠性。另外， Juniper具有为快速增长的Internet骨干网运营商制造并支持路由系统的丰富经验，这使Juniper既能够完全了解Internet扩展所面临的挑战，又具有帮助Internet运营商扩展其网络以满足现在乃至将来需求的非凡能力。
M40技术指标
M40系统结构
每秒4千万个数据包的转发速率
路由及转发功能完全分离
基于ASIC的40Gbps的包转发引擎
独立、专用、基于Intel的路由引擎运行JUNOS Internet软件
8个灵活PIC集中器（FPC）插槽，可热插拔
32个可用的物理接口卡（PIC）插槽
冗余备份并可热插拔的双电源（AC或-48V DC）
冗余的，可热插拔的冷却风扇和叶轮
行业领先的每英寸机框端口密度：第个35英寸的机箱可容纳128个DS3，128个OC-3，32个OC-12，32个千兆以太网或8个OC-48。
行业领先的接口灵活性
包转发引擎
基于ASIC的40Gbps的交换引擎包括：
Internet处理器ASIC；真正实现线速性能的40Mpps的查询速率
用于协调共享单级缓存的分布式缓冲器治理器
用于对包进行线速分析，优先级选择和排队的I/O治理器
物理接口卡
1-端口OC-48/STM-16 SONET/SDH PIC，单模，媒体距离（占用整个FPC）
1-端口OC-12/STM-4 SONET/SDH PIC，多模(mm)以及SMIR形式
1-端口OC-12/STM-4 ATM PIC,MM以及SMIR形式
4-端口OC-3/STM-1 SONET/SDH PIC，MM以及SMIR形式
2-端口OC-3/STM-1 ATM PIC,MM以及SMIR形式
4-端口DS3 PIC
1-端口千兆以太网
路由引擎
JUNOS Internet软件
BGP4，具有联合、路由反射器、组、路由摆动阻尼、TCP md5认证
OSPF、IS-IS内部网关协议
用于过滤和修改路由的灵活的策略软件
用于流量工程的具有RSVP的MPLS
用于多点传送的DVMRP、PIM SM、PIM DM
用于加强功能的配置治理功能
使用SSH进行安全远程访问
RE平台
紧凑的PCI工业形态因子
233MHz Intel Pentium
80MB闪存
用于备份存储的LS-120驱动器和6.4GB硬盘驱动器
用于带外治理的以太网端口
用于控制台及远程治理的2个异步串口（RS－232）
物理尺寸
尺寸：35"（高），19"（宽），23.5"（厚）
重量：250lbs（全配置情况）
机架安装选择：前置或中间安装
电源要求
DC
最大DC功率：1680瓦
最大电流：48V电压时为35A
直流输入电压：-38V至-75的运行范围
AC
最大AC功率：1664瓦
最大电流：208V电压时为8A
AC输入电压：180V至264V的运行范围
环境
温度：0到40℃
最大海拔高度：10000英尺
相对湿度：5％至95％，非凝聚
机构认可
安全
UL 1950
CSA 22.2-NO.950
ENV 41003,60950,60825激光安全（一类）
EMI
AS 3548A类
EN5022A类辐射
FCCA类
VCCI一类
抗扰性
IEC-1000-3-2电源线谐波
IEC-1000-4-2ESD
IEC-1000-4-3辐射抗干扰
IEC-1000-4-4EFT
IEC-1000-4-5浪涌
IEC-1000-4-6低频公用抗干扰
IEC-1000-4-11电压倾角和下垂
NEBS
NEBS：标准级别（级别3兼容）
NEBS：物理保护
NEBS：EMC及安全性
SR-3580
GR-63-Core,GR-1089-Core
ETSI
ETS-300386-2交换设备
