下一代网络设备核心单元——网络处理器应用研究

下一代网络设备核心单元——网络处理器应用研究 网络高速发展，对下一代网络设备提出以下要求：具有优异性能，支持高速分组处理；具有高度灵活性，支持不断变换高层网络服务。传统的基于ＧＰＰ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）的网络设备只满足灵活性要求；基于ＡＳＩＣ(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)的网络设备只满足高性能要求；网络处理器能够通过灵活的软件体系提供硬件级的处理性能，基于ＮＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）的网络设备具有高性能和灵活性。 １ 网络处理器产生技术需求 以网络设备核心部件更新为标志，网络设备体系结构发展经历了三个阶段： （１）以ＧＰＰ为核心的网络设备体系结构 在网络发展早期，网络传输速率低，服务少，研究集中在服务框架构建和网络实现。设备以ＧＰＰ为核心，在通用操作系统基础上，以软件方式实现各种网络服务。目前许多边缘设备：如防火墙、ＶＰＮ设备、ＶＯＩＰ设备，还在采用这种通用处理器＋通用操作系统＋专用网络服务软件的体系结构。其优点是灵活性好，缺点是性能处理差。这种结构为支持各种复杂运算，采用通用体系结构和指令集，其通用性导致网络性能处理差。 （２）以ＡＳＩＣ／ＲＩＳＣ为核心的网络设备体系结构 随着网络带宽的增长速度远大于通用计算机处理的增长速度，网络瓶颈变成基于ＧＰＰ的节点设备。采用基于ＡＳＩＣ和ＲＩＳＣ（ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｓｔｒｕｃｔ ｓｅｔ ｃｏｍｐｕｔｅ）为核心的体系结构成为主流，尤其是骨干设备的设计。为获取高性能，通常由ＲＩＳＣ负责非实时管理，ＡＳＩＣ负责高速数据处理。这种结构缺点是开发周期长，缺乏灵活性。ＡＳＩＣ不具备可编程性，一旦将计算逻辑固化到硬件，很难修改。设计制造复杂ＡＳＩＣ需要花费１８个月到两年时间，设备制造商必须准确预测未来的市场需求和技术趋势。 （３）以ＮＰ为核心的网络设备体系结构 在新信息技术、用户需求、市场竞争三驾马车牵引下，未来网络需求出现新特点，主要集中在以下三方面：（１）高性能压力依旧存在：按照摩尔定律，电处理器处理速度每１８个月增加一倍；但随着ＤＷＤＭ等光纤技术在主干网络的广泛应用，每１２个月光纤链路容量就增加一倍。因此以电处理器为核心的路由器仍然是网络发展瓶颈。在低廉光处理技术出现之前，需要充分挖掘现有电处理技术。（２）灵活性要求更为迫切：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的爆炸性增长，数据通信市场的瞬息万变，使得服务提供商和设备提供商面临流量增加、用户增多的严峻挑战，面临根据用户复杂多变要求，快速提供、部署不同服务的市场挑战。服务提供商希望设备提供商提供保护已有巨额投资的平滑升级解决。面对这些挑战，只有采用灵活性好，开发成本低，周期短，可持续性网络开发技术，才能在未来市场占据先机。（３）高层细化处理更为关键：网络应用范围不断扩大、新型业务不断涌现，导致新协议不断出现，对服务质量和安全性能的要求越来越高。核心问在于：设备能够在网络２～７层上对高速数据流进行细化分组分类处理，而不仅是在网络２～３层上进行数据流的简单存储转发处理。数据分组处理涉及层次越多，系统资源负荷开销就越大。 在高速数据流高层细化处理背景下，ＮＰ技术为下一代网络的核心技术。其特点是：ＮＰ针对数据分组处理，采用优化体系结构、专用指令集、硬件单元，满足高速数据分组线速处理要求；具有软件编程能力，能够迅速实现新的、服务、应用，满足网络业务复杂多样化需求，灵活性好；设备具有软件升级能力，满足用户设备硬件投资保护需求。此外为缩短设备提供商的产品研制周期，ＮＰ厂商通常会提供配套硬件评估板和软件应用范例。