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下一代网络设备核心单元——网络处理器应用研究

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

TM、E1/T1、Ethernet MAC等数据接口可以通过IX BUS总线接入IXP1200;微引擎的微码程序存储空间具有可扩展性。

4.2 IBM公司NP4GS3网络处理器介绍

NP4GS3网络处理器是IBM PowerNP网络处理器家族的高端产品,支持2.5Gbps的网络应用,由以下模块组成:(1)EPC:嵌入式处理器组是NP核心部件,包含16个协议处理器,可同时执行32个线程,具有并行处理32个数据分组的能力。为提高性能,采用硬件加速器实现树搜索、帧转发、帧过滤、CRC计算及其他功能。(2)Embedded PowerPC:负责NP非实时管理控制,包括特殊帧处理、配置、盒管理和高层协议处理。同时集成PCI接口,可以满足用户集成其他新器件的需求。(3)Ingress EDS:对来自物理层设备的数据分组进行入队、出队、调度,然后送到交换组织。(4)Egress EDS:对来自交换组织的数据分组进行入队、出队、调度,然后送到物理层设备。(5)Ingress SWI:将数据分组从Ingress EDS传送到交换组织或其他的NP4GS3。(6)Egress SWI:将数据分组从交换组织或其他的 NP4GS3传送到Ingress EDS。(7)Ingress PMM:接收来自物理层设备的数据分组。(8)Egress PMM:将数据分组发送到物理层设备。

NP4GS3网络处理器支持40个10/100Mb以太网端口和4个Gigabit以太网端口,可配置成4个OC-12 POS?熏16个OC-3 POS或链接聚合POS端口。处理器具有扩展能力,可由多达64个的NP4GS3组成交换组织,实现2层、3层甚至更高层数据分组的线速转发处理。

4.3 网络处理器体系结构特点

上述两种NP的体系结构具有以下共同特点:(1)多内核并行处理器:采用多内核并行处理器结构。片内处理器按任务分为核心处理器和数据分组协处理器。核心处理器通常负责非实时的管理任务;数据分组处理器进行实时、线速数据分组处理。(2)专用硬件加速处理单元:采用专用硬件对特定协议操作进行协处理:如CRC效验、哈希查找、树查找、字符匹配。针对安全产品,提供加/解密、大数运算等硬件单元。(

3)优化指令集:通常采用RISC技术,结合多级流水线技术,大部分指令在一个时钟周期完成。并针对网络协议处理特点,设置专用硬件加速处理单元,提供专用指令如压缩指令、哈希查找、状态判断、数据读写指令。(4)优化内存管理和分级存储器组织:NP需要进行大量的数据分组的接收、存储、复制、转发,内存操作成为系统开销的一大瓶颈。为了解决这个问题,通常采用块数据运动技术和特殊的优化存储接口。同时对数据进行分类存储:SRAM用于存放需要快速查找的各种表结构;SDRAM用于存放数据分组数据。(5)硬件多线程:为了提高NP资源利用率,每个数据分组协处理器还支持多个硬件线程。每个线程都有一套专门的硬件来存放上下文(Context),可获得线程切换的零开销。(6)高速I/O接口:具有丰富的高速I/O接口,包括物理链路接口、交换接口、存储器接口、PCI总线接口。(7)可扩展性:多个NP之间还可以互连,构成网络处理器簇,以支持更为大型高速的网络处理。

5 网络处理器产品现状和应用前景

目前已有30个网络处理器厂商完成超过500个的NP设计,产品主要面向2.5Gbps网络应用和10Gbps网络应用,40G的NP正在走向市场。面向2.5Gbps网络应用的NP有:Vitesse公司的IQ2000和IQ2200,Motorola公司的C-5 DCP。面向10Gbps网络应用和全部7层协议的NP有:Xstream Logic公司的动态多线程(DMS)处理器核,Ezchip公司的NP-1,Lexra公司的NetVortex,Bay Microsystems公司的BRECIS MSP5000。

网络处理器厂家推出NP产品时,通常会推出配套硬件调试目标机评估板、NP开发软件工具、操作系统。目前NP主要采用嵌入式操作系统,如VxWorks、Linux等等,也有一些厂商提供专用操作系统,如Princeton公司的Vera采用Scout OS操作系统。大部分NP有集成开发环境支持,能够用C语言、汇编语言进行开发,如:Intel的WorkBench集成开发环境,支持C语言和微代码?熏具有图形化界面,能够进行硬件平台软件模拟调试,同时提供丰富的IP协议API、子程序、应用范例。

网络处理器主要用于网络接入、网络骨干设备,开发从第2层到第7层的各种网络服务和应用。在网络接入设备中,支持各种新业务、服务安全接入,进行质量控制,其中包括:提供VPN;入侵检测、网络监控、防火墙等安全控制;进行分组分类,识别关键业务流,保证QOS;执行协议转换,支持多种传输媒体接入;记费和负载均衡等。在网络骨干设备中,用于在OC-48 to OC-192甚至更高速率下实现聚合流的分类识别和转发,支持流量工程和QOS控制。并将传统的网络接入设备3层以上协议处理功能引入到核

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