由于宽带应用的不断涌现和消费者需求的不断增长，运营商不得不加紧扩展网络容量。若以这样的速度发展，网络的容量很快就会消耗殆尽。许多运营商采用增加交换机和路由器的办法来满足用户需求，但这种方法的有效性还有待实践来检验。其它的运营商则采用长途网的解决方案，建立每根光纤能够传输80个OC-48（2.5Gb/s）通道的DWDM系统。这两种解决方案需要的设备都要占据比较大的空间，但在端局内能为它们提供的空间都非常有限。
　　尽管目前业务量模式开始发生变化，以数据为核心的Internet业务已在世界范围得到广泛应用，但是对电路交换式业务的需求仍然会存在，并且会一直延续到未来。正是由于这些因素，运营商和系统设计师积极合作，希望开发一种可以不断升级的系统结构，这种结构目前能够提供几个G比特的容量，而将来可以升级到几个T比特。大家都知道，除了以更高的速率传送信元和数据包之外，这些T比特级交换机和路由器还必须完成更多的功能。
　　同样，下一代的传送平台也必须能够有效地处理现有的主要逻辑层协议，包括ATM、IP、多协议标签交换（MPLS）、千兆以太网和电路交换式时分复用（TDM）。倘若要在T比特速率下提供灵活性的服务就需要一种全新的系统结构，如采用高密度交换核心来管理巨大的业务流量，采用成百上千个线路卡来汇聚和处理各种类型的服务。
　　今天的OC-48交换机和路由器最多只能容纳16个线路卡。要将几百个传统的OC-48、OC-192（10Gb/s）或者OC-768（40Gb/s）线路卡安装在现有的网络设备子系统（NEBS）即19英寸的标准机架上，简直是不可能的。
　　这样，支持线路速率达到几个T比特的业务就需要一种全新的分组交换系统，它能够支持分装在多个机架上的几百个线路卡，允许这些机架远离交换核心设备。这是一个巨大的挑战，但是使用新型的交换结构和叫作线路卡到交换机（LCS：line card to switch）的协议可以解决这个问题。
　　使用LCS协议，交换机和线路卡机架就可以在物理位置上分离，间距可以达到1000英尺。这些系统可以在不中断服务的情况下进行升级，当容量从几十个G扩展到几十个T比特的时候，仍然可以保留运营商在线路卡机架上的投资。
　　为了利用LCS协议构建T比特路由器、ATM交换机和光交换机，还需要有一个四合一芯片组，包括一个调度处理器、一个交叉处理器、一个数据处理器和一个增强交叉型端口处理器。这些处理器协同工作形成一个能够支持电信级混合业务网的交换平台（见图1）。
　　交换结构所支持的线路卡既能够处理电路交换的TDM业务也能够控制分组交换的数据业务，包括IP、PoS、ATM和帧中继。目前，这些芯片组提供的端口线路速率可达OC-192、总容量可达320Gb/s。下一代芯片组能使总容量达到每秒几个T比特。
　　目前的系统芯片组最多能够支持32个端口，每个端口的速率可达10Gb/s。每个端口可以支持一个OC-192负荷，也可以支持4个OC-48负荷。采用单级、无缓存、无阻塞、虚拟输出队列的交换机简化了系统硬件和软件体系结构的实现，提供了可以预测的性能。利用LCS这种模块化的设计方法，设计者能够创建出多业务提供平台（MSPP）和DWDM系统（见图2）。
　　交换单元和线路卡之间的接口可以通过两种方式实现。如果交换单元的端口和线路卡位于同一个电路板上，就可以使用电接口。如果交换单元和线路卡机架在物理位置上分开，就可以使用多模的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）阵列。在后一种配置中，交换单元和线路卡之间的距离最远可达1000英尺。
　　在操作中，LCS可以看作是一种使用流控协议的标签交换，由于它的使用，设计者在开发硬件时也不再需要对交换核心的端口数有一个确切的了解。当数据由线路卡进入交换核心时，系统就会给它分配一个预先在交换核心和线路卡之间协商好的标签。这个标签指明了应该是交换核心的哪一个输出端口、以怎样的优先级接收此数据。 　　式来实现。数据在线路卡和交换核心之间以64字节（或76字节）信元的方式进行传递，每个信元携带一个8字节的LCS标头。交换核心不对负荷进行处理，因此不对负荷的内容作出规定，它可以是可变长度的IP包、以太网帧或者帧中继帧的一部分，也可以是一个完整的ATM信元。由于使用了这种灵活的处理方法，LCS在ATM交换机、帧中继交换机、光交换机、IP交换机以及千兆以太网、TDM交叉连接和存储区域网（SAN）中都非常有用。
　　为了能够在T比特速率的带宽上使服务获得更大的弹性，需要在网络核心、边缘以及城域网使用全新的电信级交换机。这些交换机将使用能够管理巨大业务量的高密度交换核心，还会包括几百个用来汇聚和处理各种类型服务的线路卡。 　　使用LCS协议，系统提供商可以设计出多协议、集合式的T比特速率交换机和路由器，并且可以兼容未来使用大容量交换核心的设备。
　　在使用LCS协议和辅助芯片组的系统中，交换核心和线路卡机架之间的距离可达1000英尺，这将有效利用端局的有限空间。
　　由于LCS协议具有高度的灵活性，可以在不中断业务的情况下对交换系统进行升级，系统容量可从几十个G比特扩展到几十个T比特，而原有设备还可以继续使用，从而有效地保护了对现有技术的投资。
译自《Lightwave》2001.4期《New architecture for terabit-rate switches and routers》