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下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備核心單元——網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用研究
摘要：網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計(jì)、應(yīng)用被認(rèn)為是推動(dòng)下一代網(wǎng)絡(luò)向高性能、靈活性方向發(fā)展的核心技術(shù)。本文從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制角度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理基本操作、網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生技術(shù)需求、基本功能、體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、產(chǎn)品現(xiàn)狀、應(yīng)用前景、未來(lái)發(fā)展進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)處理器 體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 數(shù)據(jù)分組 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出以下要求：具有優(yōu)異性能，支持高速分組處理；具有高度靈活性，支持不斷變換高層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。傳統(tǒng)的基于ＧＰＰ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只滿足靈活性要求；基于ＡＳＩＣ(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只滿足高性能要求；網(wǎng)絡(luò)處理器能夠通過(guò)靈活的軟件體系提供硬件級(jí)的處理性能，基于ＮＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有高性能和靈活性。
１ 網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生技術(shù)需求
以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備核心部件更新為標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：
（１）以ＧＰＰ為核心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)
在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展早期，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低，服務(wù)少，研究集中在服務(wù)框架構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。設(shè)備以ＧＰＰ為核心，在通用操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以軟件方式實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。目前許多邊緣設(shè)備：如防火墻、ＶＰＮ設(shè)備、ＶＯＩＰ設(shè)備，還在采用這種通用處理器＋通用操作系統(tǒng)＋專用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件的體系結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是靈活性好，缺點(diǎn)是性能處理差。這種結(jié)構(gòu)為支持各種復(fù)雜運(yùn)算，采用通用體系結(jié)構(gòu)和指令集，其通用性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能處理差。
（２）以ＡＳＩＣ／ＲＩＳＣ為核心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)
隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于通用計(jì)算機(jī)處理的增長(zhǎng)速度，網(wǎng)絡(luò)瓶頸變成基于ＧＰＰ的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。采用基于ＡＳＩＣ和ＲＩＳＣ（ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｓｔｒｕｃｔ ｓｅｔ ｃｏｍｐｕｔｅ）為核心的體系結(jié)構(gòu)成為主流，尤其是骨干設(shè)備的設(shè)計(jì)。為獲取高性能，通常由ＲＩＳＣ負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)管理，ＡＳＩＣ負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理。這種結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，缺乏靈活性。ＡＳＩＣ不具備可編程性，一旦將計(jì)算邏輯固化到硬件，很難修改。設(shè)計(jì)制造復(fù)雜ＡＳＩＣ需要花費(fèi)１８?jìng)�(gè)月到兩年時(shí)間，設(shè)備制造商必須準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的市場(chǎng)需求和技術(shù)趨勢(shì)。
（３）以ＮＰ為核心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)
在新信息技術(shù)、用戶需求、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)三駕馬車牽引下，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需求出現(xiàn)新特點(diǎn)，主要集中在以下三方面：（１）高性能壓力依舊存在：按照摩爾定律，電處理器處理速度每１８?jìng)�(gè)月增加一倍；但隨著ＤＷＤＭ等光纖技術(shù)在主干網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，每１２個(gè)月光纖鏈路容量就增加一倍。因此以電處理器為核心的路由器仍然是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展瓶頸。在低廉光處理技術(shù)出現(xiàn)之前，需要充分挖掘現(xiàn)有電處理技術(shù)。（２）靈活性要求更為迫切：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的爆炸性增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)的瞬息萬(wàn)變，使得服務(wù)提供商和設(shè)備提供商面臨流量增加、用戶增多的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，面臨根據(jù)用戶復(fù)雜多變要求，快速提供、部署不同服務(wù)的市場(chǎng)挑戰(zhàn)。服務(wù)提供商希望設(shè)備提供商提供保護(hù)已有巨額投資的平滑升級(jí)解決方案。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，只有采用靈活性好，開(kāi)發(fā)成本低，周期短，可持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技術(shù)，才能在未來(lái)市場(chǎng)占據(jù)先機(jī)。（３）高層細(xì)化處理更為關(guān)鍵：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大、新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致新協(xié)議不斷出現(xiàn)，對(duì)服務(wù)質(zhì)量和安全性能的要求越來(lái)越高。核心問(wèn)題在于：設(shè)備能夠在網(wǎng)絡(luò)２～７層上對(duì)高速數(shù)據(jù)流進(jìn)行細(xì)化分組分類處理，而不僅是在網(wǎng)絡(luò)２～３層上進(jìn)行數(shù)據(jù)流的簡(jiǎn)單存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)處理。數(shù)據(jù)分組處理涉及層次越多，系統(tǒng)資源負(fù)荷開(kāi)銷就越大。
在高速數(shù)據(jù)流高層細(xì)化處理背景下，ＮＰ技術(shù)為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。其特點(diǎn)是：ＮＰ針對(duì)數(shù)據(jù)分組處理，采用優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)、專用指令集、硬件單元，滿足高速數(shù)據(jù)分組線速處理要求；具有軟件編程能力，能夠迅速實(shí)現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)、應(yīng)用，滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)復(fù)雜多樣化需求，靈活性好；設(shè)備具有軟件升級(jí)能力，滿足用戶設(shè)備硬件投資保護(hù)需求。此外為縮短設(shè)備提供商的產(chǎn)品研制周期，ＮＰ廠商通常會(huì)提供配套硬件評(píng)估板和規(guī)范軟件應(yīng)用范例。
２ 網(wǎng)絡(luò)處理器概念
網(wǎng)絡(luò)處理器是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用特定指令處理器?熏是面向數(shù)據(jù)分組處理的、具有體系結(jié)構(gòu)特征和／或特定電路的、軟件可編程器件。通過(guò)靈活的軟件體系提供硬件級(jí)的處理性能是ＮＰ的關(guān)鍵特性。
在以ＧＰＰ和ＡＳＩＣ／ＲＳＩＣ為核心的設(shè)備體系結(jié)構(gòu)階段，對(duì)２～３層數(shù)據(jù)處理采用“存儲(chǔ)——轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)分組處理模式。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，需要對(duì)２～７層的數(shù)據(jù)分組采用“存儲(chǔ)——處理——轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)分組處理模式才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的ＱＯＳ、安全控制、負(fù)載均衡等功能模塊。ＮＰ的出現(xiàn)，標(biāo)志著設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)分組的處理能力從低層粗放式處理過(guò)渡到高層細(xì)化處理。
３ 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理基本操作
在對(duì)ＡＴＭ、ＶＬＡＮ、ＭＰＬＳ、ＩＰｖ４、ＩＰｖ６、ＩＰＳｅｃ、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＮＡＴ、Ｗｅｂ交換、ＱＯＳ協(xié)議等多種協(xié)議和應(yīng)用的分析基礎(chǔ)上，參考文獻(xiàn)?眼１?演歸納對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)分組處理的六種基本操作：（１）模式匹配：對(duì)分組字段的比特進(jìn)行匹配。輸入為需要匹配值和分組字段值，輸出為某個(gè)確定邏輯值。（２）檢索：根據(jù)某個(gè)關(guān)鍵字查找數(shù)據(jù)。通常與模式匹配聯(lián)合使用，用于查找表中的某個(gè)特定數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法取決于關(guān)鍵字的大小和需要搜索的類型（一對(duì)一或一對(duì)多）。（３）計(jì)算：對(duì)不同協(xié)議，數(shù)據(jù)分組的計(jì)算處理差異很大。如：ＩＰＳＥＣ中需要對(duì)整個(gè)分組進(jìn)行加密、解密、鑒別等計(jì)算；而多數(shù)協(xié)議都要求進(jìn)行ＣＲＣ效驗(yàn)計(jì)算。（４）數(shù)據(jù)處理：對(duì)分組報(bào)頭的修改便視為數(shù)據(jù)處理。如：數(shù)據(jù)分組的分割、重組；ＩＰＶ４中的ＴＴＬ
字段每跳減一修改。（５）隊(duì)列管理：對(duì)進(jìn)出的協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行存儲(chǔ)和出入管理。負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)文在分組分割／重組的存儲(chǔ)操作，以及與ＱＯＳ相關(guān)的流量整形和流量工程策略。（６）控制處理：通常涉及不需要線速執(zhí)行的管理任務(wù)，如：異常處理、表更新、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總等。
通過(guò)繼承ＡＳＩＣ和ＲＩＳＣ分層處理合理思想，ＮＰ將網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)劃分為控制面和數(shù)據(jù)面兩個(gè)層次：控制面負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)性的管理和策略控制任務(wù)，數(shù)據(jù)面負(fù)責(zé)承載高速多變的數(shù)據(jù)分組處理。目前ＮＰ主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的線速分析、處理及轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)上述六種基本操作組合，實(shí)現(xiàn)以下功能：協(xié)議識(shí)別／分類、數(shù)據(jù)包拆分／重組、排隊(duì)／接入控制、流量整形／流量工程、數(shù)據(jù)包修正、差錯(cuò)檢測(cè)。隨著ＳＯＣ技術(shù)發(fā)展，ＮＰ將集成更多設(shè)備級(jí)功能。
４ 網(wǎng)絡(luò)處理器體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
４．１ Ｉｎｔｅｌ公司ＩＸＰ１２００網(wǎng)絡(luò)處理器介紹
ＩＸＰ１２００系列是Ｉｎｔｅｌ公司ＩＸＡ架構(gòu)的核心產(chǎn)品，組成如下：１個(gè)主頻最高可達(dá)２３２ＭＨｚ的處理核心ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ；６個(gè)ＲＩＳＣ結(jié)構(gòu)的可編程微引擎，每個(gè)微引擎又包含４個(gè)硬件線程；６４位ＩＸ Ｂｕｓ；３２位的ＳＲＡＭ接口單元，工作頻率為核心頻率的一半；６４位的ＳＤＲＡＭ接口單元，工作頻率為核心頻率的一半；３２位ＰＣＩ總線接口單元，最高６６ＭＨｚ。
主要特點(diǎn)為：
（１）并行處理：六個(gè)微引擎和一個(gè)ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ構(gòu)成
ＩＸＰ１２００的計(jì)算資源，共享相同資源，包括：ＳＤＲＡＭ,ＳＲＡＭ,ＰＣＩ,ＩＸ Ｂｕｓ等。微引擎和ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ均為ＲＩＳＣ處理器，并行工作。ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ負(fù)責(zé)協(xié)議控制層面任務(wù)和微引擎管理。微引擎負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)層面的高速數(shù)據(jù)分組處理，通過(guò)對(duì)六個(gè)微引擎／２４個(gè)硬件線程分配不同功能的微碼程序，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)／靜態(tài)調(diào)配。微碼程序的可重載性為系統(tǒng)軟件升級(jí)提供了極大方便。
（２）分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：每個(gè)微引擎獨(dú)立使用２５６個(gè)３２位寄存器。其中１２８?jìng)�(gè)寄存器是傳送寄存器集。每個(gè)微引擎將數(shù)據(jù)載入自己的傳送寄存器集，對(duì)傳送寄存器集進(jìn)行操作，然后通過(guò)傳送寄存器集寫到數(shù)據(jù)目的地。數(shù)據(jù)載入傳送寄存器集后，微引擎可在單指令周期完成訪問(wèn)。
（３）硬件多線程：每個(gè)微引擎有４個(gè)編程計(jì)算器，支持４個(gè)硬件線程。每個(gè)線程可以執(zhí)行相同或不同的微碼程序，采用內(nèi)部線程通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)線程同步，提高系統(tǒng)效率。微碼指令采用５級(jí)流水線機(jī)制，執(zhí)行周期為１個(gè)時(shí)鐘周期。
（４）主動(dòng)內(nèi)存管理：ＳＤＲＡＭ和ＳＲＡＭ支持多個(gè)讀寫隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排隊(duì)以優(yōu)化帶寬。允許ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ和６個(gè)微引擎／２４個(gè)線程同時(shí)提交對(duì)內(nèi)存單元的讀寫請(qǐng)求，內(nèi)存單元根據(jù)特定優(yōu)化指令對(duì)讀寫請(qǐng)求硬件優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。用戶可自定義內(nèi)存管理優(yōu)化策略。
（５）多層并發(fā)性：通過(guò)多個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)總線和控制總線，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并發(fā)移動(dòng)：ＳＤＲＡＭ單元和微引擎或ＩＸ ＢＵＳ單元之間的雙向同時(shí)讀寫；ＳＲＡＭ單元和微引擎或ＩＸ ＢＵＳ單元之間的雙向同時(shí)讀寫；ＳＤＲＡＭ單元和ＰＣＩ單元之間讀寫；ＩＸ ＢＵＳ單元和微引擎之間讀寫。
（６）塊數(shù)據(jù)移動(dòng)：每個(gè)微引擎分配很大的寄存器集，單個(gè)指令就可以實(shí)現(xiàn)功能單元之間６４個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)塊移動(dòng)，和功能單元與ＩＸ ＢＵＳ之間１２８?jìng)�(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)塊移動(dòng)。塊數(shù)據(jù)移動(dòng)在充分利用微引擎計(jì)算資源的同時(shí)，還可以減小微碼程序規(guī)模。
（７）可擴(kuò)展性：多個(gè)ＩＸＰ１２００處理器可以通過(guò)ＩＸ ＢＵＳ總線互聯(lián)，從而有效增加處理系統(tǒng)處理能力和數(shù)據(jù)帶寬；ＡＴＭ、Ｅ１／Ｔ１、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＭＡＣ等數(shù)據(jù)接口可以通過(guò)ＩＸ ＢＵＳ總線接入ＩＸＰ１２００；微引擎的微碼程序存儲(chǔ)空間具有可擴(kuò)展性。
４．２ ＩＢＭ公司ＮＰ４ＧＳ３網(wǎng)絡(luò)處理器介紹
ＮＰ４ＧＳ３網(wǎng)絡(luò)處理器是ＩＢＭ ＰｏｗｅｒＮＰ網(wǎng)絡(luò)處理器家族的高端產(chǎn)品，支持２．５Ｇｂｐｓ的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，由以下模塊組成：（１）ＥＰＣ：嵌入式處理器組是ＮＰ核心部件，包含１６個(gè)協(xié)議處理器，可同時(shí)執(zhí)行３２個(gè)線程，具有并行處理３２個(gè)數(shù)據(jù)分組的能力。為提高性能，采用硬件加速器實(shí)現(xiàn)樹(shù)搜索、幀轉(zhuǎn)發(fā)、幀過(guò)濾、ＣＲＣ計(jì)算及其他功能。（２）Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＰｏｗｅｒＰＣ：負(fù)責(zé)ＮＰ非實(shí)時(shí)管理控制，包括特殊幀處理、配置、盒管理和高層協(xié)議處理。同時(shí)集成ＰＣＩ接口，可以滿足用戶集成其他新器件的需求。（３）Ｉｎｇｒｅｓｓ ＥＤＳ：對(duì)來(lái)自物理層設(shè)備的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行入隊(duì)、出隊(duì)、調(diào)度，然后送到交換組織。（４）Ｅｇｒｅｓｓ ＥＤＳ：對(duì)來(lái)自交換組織的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行入隊(duì)、出隊(duì)、調(diào)度，然后送到物理層設(shè)備。（５）Ｉｎｇｒｅｓｓ ＳＷＩ：將數(shù)據(jù)分組從Ｉｎｇｒｅｓｓ ＥＤＳ傳送到交換組織或其他的ＮＰ４ＧＳ３。（６）Ｅｇｒｅｓｓ ＳＷＩ：將數(shù)據(jù)分組從交換組織或其他的 ＮＰ４ＧＳ３傳送到Ｉｎｇｒｅｓｓ ＥＤＳ。（７）Ｉｎｇｒｅｓｓ ＰＭＭ：接收來(lái)自物理層設(shè)備的數(shù)據(jù)分組。（８）Ｅｇｒｅｓｓ ＰＭＭ：將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到物理層設(shè)備。
ＮＰ４ＧＳ３網(wǎng)絡(luò)處理器支持４０個(gè)１０／１００Ｍｂ以太網(wǎng)端口和４個(gè)Ｇｉｇａｂｉｔ以太網(wǎng)端口，可配置成４個(gè)ＯＣ－１２ ＰＯＳ?熏１６個(gè)ＯＣ－３ ＰＯＳ或鏈接聚合ＰＯＳ端口。處理器具有擴(kuò)展能力，可由多達(dá)６４個(gè)的ＮＰ４ＧＳ３組成交換組織，實(shí)現(xiàn)２層、３層甚至更高層數(shù)據(jù)分組的線速轉(zhuǎn)發(fā)處理。
４．３ 網(wǎng)絡(luò)處理器體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
上述兩種ＮＰ的體系結(jié)構(gòu)具有以下共同特點(diǎn)：（１）多內(nèi)核并行處理器：采用多內(nèi)核并行處理器結(jié)構(gòu)。片內(nèi)處理器按任務(wù)分為核心處理器和數(shù)據(jù)分組協(xié)處理器。核心處理器通常負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的管理任務(wù)；數(shù)據(jù)分組處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)、線速數(shù)據(jù)分組處理。（２）專用硬件加速處理單元：采用專用硬件對(duì)特定協(xié)議操作進(jìn)行協(xié)處理：如ＣＲＣ效驗(yàn)、哈希查找、樹(shù)查找、字符匹配。針對(duì)安全產(chǎn)品，提供加／解密、大數(shù)運(yùn)算等硬件單元。（
３）優(yōu)化指令集：通常采用ＲＩＳＣ技術(shù)，結(jié)合多級(jí)流水線技術(shù)，大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成。并針對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理特點(diǎn)，設(shè)置專用硬件加速處理單元，提供專用指令如壓縮指令、哈希查找、狀態(tài)判斷、數(shù)據(jù)讀寫指令。（４）優(yōu)化內(nèi)存管理和分級(jí)存儲(chǔ)器組織：ＮＰ需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分組的接收、存儲(chǔ)、復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)，內(nèi)存操作成為系統(tǒng)開(kāi)銷的一大瓶頸。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常采用塊數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)技術(shù)和特殊的優(yōu)化存儲(chǔ)接口。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)：ＳＲＡＭ用于存放需要快速查找的各種表結(jié)構(gòu)；ＳＤＲＡＭ用于存放數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)。（５）硬件多線程：為了提高ＮＰ資源利用率，每個(gè)數(shù)據(jù)分組協(xié)處理器還支持多個(gè)硬件線程。每個(gè)線程都有一套專門的硬件來(lái)存放上下文（Ｃｏｎｔｅｘｔ），可獲得線程切換的零開(kāi)銷。（６）高速Ｉ／Ｏ接口：具有豐富的高速Ｉ／Ｏ接口，包括物理鏈路接口、交換接口、存儲(chǔ)器接口、ＰＣＩ總線接口。（７）可擴(kuò)展性：多個(gè)ＮＰ之間還可以互連，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)處理器簇，以支持更為大型高速的網(wǎng)絡(luò)處理。
５ 網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)品現(xiàn)狀和應(yīng)用前景
目前已有３０個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理器廠商完成超過(guò)５００個(gè)的ＮＰ設(shè)計(jì)，產(chǎn)品主要面向２．５Ｇｂｐｓ網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和１０Ｇｂｐｓ網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，４０Ｇ的ＮＰ正在走向市場(chǎng)。面向２．５Ｇｂｐｓ網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的ＮＰ有：Ｖｉｔｅｓｓｅ公司的ＩＱ２０００和ＩＱ２２００，Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的Ｃ－５ ＤＣＰ。面向１０Ｇｂｐｓ網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和全部７層協(xié)議的ＮＰ有：Ｘｓｔｒｅａｍ Ｌｏｇｉｃ公司的動(dòng)態(tài)多線程(ＤＭＳ)處理器核，Ｅｚｃｈｉｐ公司的ＮＰ－１，Ｌｅｘｒａ公司的ＮｅｔＶｏｒｔｅｘ，Ｂａｙ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ公司的ＢＲＥＣＩＳ ＭＳＰ５０００。
網(wǎng)絡(luò)處理器廠家推出ＮＰ產(chǎn)品時(shí)，通常會(huì)推出配套硬件調(diào)試目標(biāo)機(jī)評(píng)估板、ＮＰ開(kāi)發(fā)軟件工具、操作系統(tǒng)。目前ＮＰ主要采用嵌入式操作系統(tǒng)，如ＶｘＷｏｒｋｓ、Ｌｉｎｕｘ等等，也有一些廠商提供專用操作系統(tǒng)，如Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ公司的Ｖｅｒａ采用Ｓｃｏｕｔ ＯＳ操作系統(tǒng)。大部分ＮＰ有集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持，能夠用Ｃ語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，如：Ｉｎｔｅｌ的ＷｏｒｋＢｅｎｃｈ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持Ｃ語(yǔ)言和微代碼?熏具有圖形化界面，能夠進(jìn)行硬件平臺(tái)軟件模擬調(diào)試，同時(shí)提供豐富的ＩＰ協(xié)議ＡＰＩ、子程序、應(yīng)用范例。
網(wǎng)絡(luò)處理器主要用于網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)骨干設(shè)備，開(kāi)發(fā)從第２層到第７層的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備中，支持各種新業(yè)務(wù)、服務(wù)安全接入，進(jìn)行質(zhì)量控制，其中包括：提供ＶＰＮ；入侵檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、防火墻等安全控制；進(jìn)行分組分類，識(shí)別關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，保證ＱＯＳ；執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種傳輸媒體接入；記費(fèi)和負(fù)載均衡等。在網(wǎng)絡(luò)骨干設(shè)備中，用于在ＯＣ－４８ ｔｏ ＯＣ－１９２甚至更高速率下實(shí)現(xiàn)聚合流的分類識(shí)別和轉(zhuǎn)發(fā)，支持流量工程和ＱＯＳ控制。并將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備３層以上協(xié)議處理功能引入到核心網(wǎng)中，如對(duì)骨干網(wǎng)實(shí)施國(guó)家級(jí)的入侵檢測(cè)。
根據(jù)不同需求，可以采用ＮＰ靈活構(gòu)造不同規(guī)模的處理平臺(tái)，如單個(gè)ＮＰ構(gòu)成的小型單板設(shè)備；多個(gè)ＮＰ構(gòu)成的中型單板設(shè)備；多個(gè)線卡通過(guò)交換組織構(gòu)成多板大型設(shè)備。下面是已有的基于ＮＰ的應(yīng)用范例：（１）高速路由交換設(shè)備：Ｃｌｏｕｄｓｈｉｅｌｄ公司使用八個(gè)Ｉｎｔｅｌ的ＩＸＰ１２００構(gòu)建的ＯＣ－４８光速２～７層包服務(wù)器。ＡＬＣＡＴＥＬ使用ＩＢＭ的ＰＯＷＥＲＮＰ構(gòu)建核心路由設(shè)備。Ｃｉｓｃｏ公司基于Ｃｉｓｃｏ ＰＸＦ網(wǎng)絡(luò)處理器的邊緣路由器。（２）高速安全設(shè)備：清華紫光ＵＦ１００００是基于兩個(gè)Ｉｎｔｅｌ的ＩＸＰ１２００網(wǎng)絡(luò)處理器陣列千兆防火墻。作為第三方軟件開(kāi)發(fā)商，Ｄｅｃｅｎｇ公司推出基于Ｉｎｔｅｌ的ＩＸＰ２４００的Ｓｎｏｒｔ千兆網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)軟件解決方案。ＩＸＰ２８５０更是以面向１０－Ｇｂｉｔ／ｓ的ＩＰＳＥＣ ＶＰＮ設(shè)備市場(chǎng)而引起安全設(shè)備生產(chǎn)廠商的高度注意。（３）骨干測(cè)試設(shè)備：骨干網(wǎng)絡(luò)從２．５Ｇｂｐｓ到１０Ｇｂｐｓ，甚至是４０Ｇｂｐｓ的高速發(fā)展?熏給網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試同樣帶來(lái)挑戰(zhàn)�；冢危械南乱淮鷧f(xié)議分析儀和性能測(cè)試儀成為趨勢(shì)。ＥＭＰＩＲＩＸ公司使用ＭＯＴＯＲＯＬＡ的Ｃ－５ＤＣＰ，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模擬設(shè)備。（４）家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：下一代網(wǎng)絡(luò)的概念將從國(guó)家電信網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)擴(kuò)展到家庭網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)。其中家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，需要根據(jù)具體家庭用戶，快速、綜合實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)：如安全訪問(wèn)控制、ＶＰＮ、視頻流ＱＯＳ保障、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、計(jì)費(fèi)管理等。低端ＮＰ正好完全滿足家庭網(wǎng)關(guān)個(gè)性化、多變性、高性能要求特點(diǎn)。
此外，ＮＰ的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用直接推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)處理器論壇（ＮＰＦ）的成立。該論壇于２００１年由公共交換接口協(xié)會(huì)ＣＳＩＸ和公共編程接口論壇ＣＰＩＸ兩個(gè)組織共同創(chuàng)建，ＣＳＩＸ制定ＮＰ與交換組織之間的標(biāo)準(zhǔn)硬件接口，ＣＰＩＸ制定ＮＰ開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)軟件接口。ＮＰＦ的成立，將進(jìn)一步推動(dòng)ＮＰ的發(fā)展，一方面將逐步結(jié)束目前各家ＮＰ硬件實(shí)現(xiàn)和軟件開(kāi)發(fā)工具各不相同的局面，另一方面將形成一支龐大的第三（接上頁(yè)）
方隊(duì)伍，分布在硬件組件、ＮＰ操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)工具、軟件應(yīng)用等方面。
網(wǎng)絡(luò)處理器面向高速數(shù)據(jù)流的高層細(xì)化分組處理，通過(guò)對(duì)執(zhí)行環(huán)境、內(nèi)存、硬件加速器、總線結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開(kāi)發(fā)接口的綜合優(yōu)化，具有靈活軟件體系提供硬件級(jí)處理性能的關(guān)鍵特性。以網(wǎng)絡(luò)處理器為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備高性能和靈活性特點(diǎn)，較好滿足了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)和市場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)需求，具有巨大發(fā)展空間。
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