网络处理器

《网络处理器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络处理器（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、网络处理器技术简介 2003年3月11日 李雪莹 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 报告内容 n什么是网络处理器技术 n产生的技术背景 n技术原理 n应用领域 n产品现状 n未来之路 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 1. 什么是NPUs技术 网络处理器（Network Processor，简称NP）是一 种可以编程的设备（比较典型就是一种芯片）。它不 仅仅指的是某一类的设备或产品，而更加广泛地代表 了一种网络设计的技术理念。 网络处理器的本质 主要的优势： 优异的性价比 高度的灵活性 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算

2、中心网络安全组 2. 产生的技术背景 网络设备的核心处理部件随着应用需求的 变化大致经历了3个阶段的发展过程： CPU ASIC（Application Specific Integrated Circuit ，特定用途集成电路） 网络处理器 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 2. 产生的技术背景 网络处 理 器与CPU CPU 具有一般化的体系结构和指令集，以求支持复杂的运 算并容易添加新的功能。但处理速度一般相对较 慢， 可扩展性差，很难满 足网络高速发展的需要。 网络 处理器 专为进 行网络分组处 理而开发，具有优秀的体系结构 和指令集，因此它有比CPU更好

3、的处理性能，能够满 足网络高速发展的需求。 网络处 理 器与ASIC ASIC 作为硬件集成电路，具有高速的处理能力。但编程能 力有限，灵活性差。仅能支持有限的应用和服务，很 难满 足网络业务 多样化的需求。研制周期长，成本高 ，市场存活时间 短。 网络 处理器 有专门 的指令集和配套的软件开发系统，具有很强的 编程能力，方便开发各种应用，支持可扩展的服务， 能够很好满足网络业务 多样化发展的趋势 。研制周期 短，成本低，市场存活时间长 。但依赖于软件的运行 ，因此，处理性能较ASIC相对差一些。 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 3.1 基本结构

4、 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 片内处理器：网络处理器内部包含多个片内处理器 ，构成多处理器系统。这些片内处理器按照功能可以 分为核心和转发引擎两种。 核心：用于系统管理维护和复杂的数据处理。 转发引擎：提供的是快速的数据处理，提供分类调度 等服务功能。它可能含有多个硬件线程，每个线程都 有一套专门的硬件来存放程序运行的上下文，可获得 线程切换的零开销。 3.1 基本结构 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 高速的I/O接口单元：网络处理器有丰富的网络I/O 接口单元，包括物理链路接口、交换接口、存储

5、器接 口以及其他外部处理单元接口等。 内部高速总线：多组处理器和I/O接口单元通过内 部高速总线（一般为多总线结构）连接在一起，组成 优化的数据通路结构，从而提供很强的硬件并行处理 能力。 存储器：包含多种不同性能的存储结构，以适应不 同的应用目的。例如Flash用于存放硬件启动/引导程序 ；SRAM存放路由表、队列结构等各种查询表格； SDRAM作为缓冲区存放分组数据。 3.1 基本结构 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 . 技术原理 专用指令集：片内转发引擎一般具有专用的精简指令集 ，这些指令经过针对网络数据处理的优化，例如数据读 写，状态判断，堆栈操作，哈希

6、查找等。 专用组件（协处理器）：要求高速处理（线速）的通用 功能模块可以用硬件来实现以提高性能。例如路由查找 和数据加密等。 3.1 基本结构 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 可编程性：网络处理器的本质在于其可编程性，从而改 变ASIC灵活性差的缺点。这是通过提供界面友好而功能 强大的编程、调试和性能评价等软件环境实现的。 并行处理：网络处理器能够实现不同级别的并行处理， 通过流水线实现指令级的并行，通过硬件线程实现线程 级的并行，通过片内处理器结构实现处理器级的并行。 高速数据处理：网络处理器需要具有线速处理能力，以 避免设备成为瓶颈，它的硬件

7、结构为此提供了保证。 3.2 技术特点 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 深层数据处理：也叫智能处理（Intelligent Processing ），就是根据不同的服务要求可对分组（帧）进行不 同深度的处理。例如路由查找只需要处理第三层（IP 头部），分类需要处理到第四层（TCP/UDP协议）， 而安全则需要处理到应用层（分组携带的有效载荷） 。 模块化设计：网络处理器体系结构的模块化也包含不 同的层次，硬件层面和软件层面的模块化。通过模块 化设计力图在保持高性能的基础上获得很好的可扩展 性和灵活性，并能使设备厂商容易研发不同性能和不 同特性的设

8、备。 3.2 技术特点 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 3. 技术原理 可扩展性：网络处理器的可扩展性同样包括硬件可扩 展性和服务可扩展性。前者指网络处理器除了可以用 来研制小型设备，还可以通过交换机构的连接研制大 型设备。后者是指可以在对原有软件结构做很小改动 的基础上加入新的服务和功能。 3.2 技术特点 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 4. 应用领域 * 入侵检测系统、数据加密、网络监控、Intranet防火 墙等安全控制，防御内部和外部的恶意行为； * 进行分组分类，识别关键业务流，提供优先传输服务 ，实现用户在网络服务上

9、的各种管理策略，保证服务 质量QoS； * 提供虚拟专用网VPN； * 流量工程； 4.1 在LAN/企业网中 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 4. 应用领域 主要是支持多种新型业务和多种网络接入，并进行服务 质量控制，其中包括： * 分组分类、聚合和调度； * 实现基于业务等级协议（SLA）的服务质量管理，提供 带宽和时延保证，支持动态带宽管理； * 提供VPN； * 实现负载均衡； * 分解和装配各种类型的协议数据单元，执行协议转换 ，支持多种传输媒体接入； * 安全与网络监控。 4.2 在广域边缘/接入网络 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算

10、中心网络安全组 4. 应用领域 在核心网中，网络处理器用在OC-48到OC-192甚至更高 速率下实现对聚合流的分类识别和转发，支持服务质量 控制和流量工程，支持多协议标号转换（MPLS）、区 分服务（DiffServ）等协议。 4.3 在广域核心网络 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 5. 产品现状 nIXP1200系列基本结构为： 1个主频最高可达232MHz的处理核心StrongARM、6个 RISC结构的可编程微引擎（每个微引擎又包含4个硬件 线程）、64位和最高85MHz的IX Bus、32位的SRAM接口 单元（工作频率为核心频率的一半）、64位的SD

11、RAM接 口单元（工作频率为核心频率的一半）、32位和最高 66MHz的PCI总线接口单元。IXP1200通过FBI接口单元 和IX Bus相连接。另外还有一套集成开发环境用于对 微引擎作应用开发，支持的语言有汇编和C。 典型产品 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 5. 产品现状 nIXP2400和IXP2800系列：它们除了增加了到交换结构的接 口外，基本上保持了原来的体系结构，但性能有了很大提 高。IXP2400支持2.5Gbps应用，具有8个600MHz的微引擎、 600MHz的处理核心Xscale，可外接1块DDR DRAM和2块QDR SRAM，支持标准

12、的线卡/交换接口标准SPI-3或CSIX-L1。 IXP2800支持10Gbps应用，具有16个1.4GHz的微引擎、 700MHz的处理核心Xscale，可外接3块RDRAM和4块QDR SRAM ，支持标准的线卡/交换接口标准SPI-4.2或CSIX-L1。 典型产品 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 5. 产品现状 nIBM公司的产品有NP4GS1和NP4GS3系列，它们支持 2.5Gbps应用； nVitesse公司的支持2.5Gbps应用的IQ2000和IQ2200; nC-port公司的支持2.5Gbps应用的C-5和C-5e等等。 典型产品 网络处理

13、器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 6. 未来之路 n性能不断提高 随着生产工艺的提高和体系结构的进一步优化，网络处理器将会有更高的 处理速度、更小的尺寸和功耗、更高的可扩展性、更方便实用的开发工具 。 n标准化 网络处理器论坛（NPF）肩负着解决标准化问题这一使命，该组织由 CSIX(Common Switch Interface Consortium)和CPIX(Common Programming Interface Forum)这2个组织于2001年2月共同创建，CSIX主 要制订网络处理器与交换机构之间的标准硬件接口，而CPIX则制定网络处 理器应用开发的标准软件接口（API）。CSIX目前已制订出相关规范CSIX- L1。 网络处理器技术简介 中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组 6. 未来之路 n产品系列化 n多种技术并存 在对处理性能需求很高的高端设备中，ASIC仍然有着 很强的生命力。在未来的设备中，可能形成一种以网 络处理器为核心，协处理器、CPU和ASIC为辅助处理 单元的格局。 n形成庞大的第三方队伍 谢谢大家！