网络处理器发展及其应用.ppt

网络处理器开发与应用、英特尔ixp系列网络处理器、RD、CNIC、报告概述、网络处理器开发历史基于英特尔ixp系列网络处理器英特尔ixp2400网络系统设计网络处理器应用、报告概述、网络处理器开发历史基于英特尔ixp系列网络处理器英特尔ixp2400网络系统设计网络处理器的应用领域、路由器的发展历程、路由器技术接口卡和CPU通过内部总线连接，CPU负责路径收集、转发处理、设备管理等所有事务。第二代路由器：集中式分布式转发、接口模块化、总线交换在网络接口卡上执行一些智能处理。大多数消息直接通过业务主板缓存中的路由表传递，以减少对总线和CPU的请求。第三代路由器：部署转发、总线交换完全分布式结构、路由和转发分离、整个设备的管理和路由的仪表板收集、计算功能，每个业务主板根据存储的路由传输独立进行路由转发。总线技术也有了很大的发展，通过总线在业务板之间传递数据完全独立于仪表板，并实现并行高速处理，使路由器的处理性能提高了一倍。路由器开发(续)、第4代路由器：ASIC分布式转发、网络交换的传统基于软件的IP路由器已不能满足网络的发展需要。引入ASIC实施方法后，交付过程的所有细节都将以硬件方式完成。通过纵横制或共享内存方法解决交换网络中的内部交换问题，路由器的性能达到了千兆位，即早期千兆位交换机路由器千兆位交换机路由器(GSR)。第五代路由器技术：网络处理器部署转发、网络交换互联网泡沫时代、网络不可管理问题、IP地址不足问题、IP业务服务质量问题、IP安全等问题严重阻碍了网络发展。业务才是网络的真正价值，所有技术都必须以业务为中心。网络管理、用户管理、业务管理、MPLS、VPN、可控制多播、IP-QoS、流量工程等多种新技术层出不穷。IP标准也逐渐修改成熟。新技术的出现和标准化的进展对高速路由器的业务功能提出了越来越高的要求。第四代路由器侧重于路由器的转发性能，最大进步是速度提高。基于这些问题，第四代路由器ASIC技术的非一致性、长业务交付周期等缺陷也是不可避免的。第五代路由器继承了硬件体系结构中第四代路由器的结果，重要的IP业务流程处理使用可编程的、专为IP网络设计的网络处理器技术。网络处理器的出现，什么是网络处理器(NP)，网络处理器是特定于网络应用领域的应用程序的命令处理器，是包含数据包处理、体系结构功能和/或特定电路的软件可编程设备。通过灵活的软件系统提供硬件级别的处理能力是NP的核心特性。以GPP和ASIC/RSIC为核心的设备体系结构阶段将“存储转发”数据分组处理模式用于2-3层数据处理。随着网络的发展，要实现复杂的QOS、安全控制、负载平衡等功能模块，需要“存储处理转发”数据分组处理模式。NP的出现表明，数据分组的设备处理能力已从较低层处理转变为较高层的详细处理。NP技术是下一代网络的核心技术，它使用优化的体系结构、专用指令集和硬件单元，可满足高速数据包线速处理要求。软件编程能力、灵活性，以快速实现新的标准、服务和应用程序，满足网络业务的各种复杂需求；设备具有软件升级功能，可以满足用户设备硬件投资保护需求。网络处理器产品AppliedMicroCircuitsCorp(AMCC)仍然是Cisco和其他顶级OEM供应商使用的AMCC网络处理器产品的领导者。IBMPowerNP网络处理器CISCOPXF网络处理器MotorolaC-PortC-5Chip网络处理器IntelIXP网络处理器Agere (jer系统)vites，各大企业的市场份额，报告概述，网络处理器开发历史英特尔IXP系列网络处理器英特尔ixp 222嵌入式网络设备。intelixp 2 xxtproductineofnetworkprocessorsoc-3至OC-12线速处理应用程序。inteixp 2 xxxproductlineofnetworkprocessors灵活、高性能、可扩展的网络处理器。满足最高OC-192的线速处理。IXP2400网络处理器，1个Intel xscale core 8 8个MicroEngineVersion2(MEv2)1个DDRSDRAM控制器1个独立QDRSRAM控制器MSF(mediandswitchfabable)控制平面处理器通常负责非实时管理任务。数据面处理器执行实时线速数据包处理。处理器XScal在处理高级协议的控制平面上工作，8个并行微引擎在数据平面上工作。微引擎是一种简化的可编程处理器，可以在入口和出口以线速处理数据分组。硬件多线程支持：为了提高网络处理器的资源利用率，每个微引擎还支持4个或8个硬件线程。每个线程都有一组专用硬件来保存上下文，而不需要切换线程的开销。优化指令集，设计专用硬件加速处理单元。大部分指令都是使用RISC技术，结合多层次管线技术，在一个时钟周期中执行。对于网络协议处理功能，专用硬件加速提供了乘法命令、CRC验证说明、散列计算说明、字节排序说明、硬件队列和环操作说明、内容寻址存储(CAM)查找说明、MSF和DRAM之间的高速通道说明、状态判断以及数据读写说明等特殊命令、IXP2400功能(续)、优化的分层存储组织和分布式访问。网络数据处理需要接收、存储、复制和传播大量数据分组，存储操作成为系统开销的大瓶颈。微引擎内部有很多不同类别的寄存器、本地内存、CAM、微引擎外部有很多划痕垫。SRAM和SDRAM(用于保存需要快速搜索的各种表结构)、SDRAM(用于保存数据分组信息)，以及SDRAM(用于在网络处理器外部扩展大型外部存储SRAM和SDRAM)。模块可以并行访问多个数据存储设备，不同数据存储设备的访问时间有很大差异。硬件支持的环和队列操作。网络数据处理涉及许多队列或循环中的数据结构操作，而入队或出队操作需要访问内存多次，因此对数据处理包处理周期有很大影响。IXP2400中的SRAM控制器提供基于SRAM的先进先出队列，通过硬件实现环形和排队操作。连接IXP2400外部功能、IXP2400外部功能(续)、介质和交换接口(MSF-mediandswitchfabric interface)物理层设备。连接交换矩阵。支持UTOPIA1/2/3、POS-2、SPI-3(POS-PL3)和CSIX接口标准。两个存储接口QDRSRAM接口(QuadDataRateSRAM)。1个DDRDRAM接口(DoubleDataRateDRAM)。慢端口(SlowPorts)连接FlashROM和外部芯片的控制接口。PCI接口64位/66 MHz PCI总线，与主CPU接口。使用两个IXP2400时，流量控制总线(FlowControlBus)将流量控制信息在两个NPU之间传递到专用通道。IXP2400体系结构、MEv2属性和MEv2-MicroEngineVersion28微引擎分为两个组，每个组都有专用命令和数据总线。MECluster0和MECluster1。每个硬件多线程微引擎有4/8个硬件线程，从而实现线程之间的无开销切换。非抢占多线程由微码命令控制线程之间的切换。分布式数据存储提供对各种数据存储设备的并行访问。微引擎内部-寄存器、本地内存、凸轮。微型引擎外部- SRAM、SDRAM、scratchpad。许多寄存器256 GPRS，512 transfer，128下一个next neighbor。获取指令和数据分离微码指令没有延迟。MEv2，报告概述，网络处理器开发历史IntelIXP系列网络处理器基于英特尔IXP2400网络系统的网络处理器应用程序设计，基于NP的通用网络系统，基于IXP2400的OC-48系统，基于英特尔ixp网络处理器的软件设计，网络设备软件三个级别的数据设计。控制水平。管理级别。网络设备软件的三个级别，包括慢数据通道和快数据通道。快速数据通道是微引擎处理的数据转发通道，其中大部分数据包完成处理和转发。缓慢的数据通道：典型的RISC核心处理异常复杂的数据包，例如数据包段、具有扩展头的数据包处理等。控制级别处理各种通信协议。维护传输和状态资讯。管理级别安装配置界面。策略管理界面。系统管理、统计、计费等。构建基于MicroenginePipeline、IXA软件框架、多微引擎、多线程并行设计和网络处理器的成功网络系统的关键在于网络处理器软件系统的设计和开发。关键问题是使软件系统充分发挥网络处理器的灵活性和高性能。实施网络处理器软件系统的一个挑战是，软件设计与网络处理器的硬件结构关系非常密切，为网络处理器编程硬件体系结构，使用网络处理器(如多处理引擎、专用硬件处理单元、各种寄存器、片上内存和其他硬件单元)合理分配和使用优化包处理的各种硬件资源，从而获得高性能系统。通常在微引擎上运行的应用程序软件包含多个线程，多个线程在多个微引擎上运行。必须考虑并行编程问题。线速处理是如何完成的？如何保持数据包的顺序？如何在多个线程之间传递包的状态？数据互不相容是如何实现的？如何隐藏存储访问延迟？数据包如何排队？IXP2400处理流程示例，IXP2400处理流程示例，1。SDH设备位于packet2 .接收MSF，将packet拆分为多个mpacket。RBUFElement3。将mpacket写入MSF以等待Receive_Free_list中的数据的线程4。接收线程根据RSW直接从RBUFElement读取DRAM，并将Mpacket重新组合到packet5中。接收线程将packet放在刮擦垫环中，6 .处理线程从scratchpad环中取出packet 7。从DRAM中读取包需要处理的事项。8.处理数据。9.将处理的数据入队到SRAM队列。10.发射线程从SRAMQueue中弹出数据11。将发送packet拆分为多个mpacket，然后从DRAM直接写入TBUFElement12。写入TBUF发送控制字，MSF开始发送数据13。SDH设备向生产线发送包、报告评论、网络处理器开发历史IntelIXP系列网络处理器基于IntelIXP2400网络系统设计网络处理器的应用领域；使用NP(由单个NP组成的小型单板设备)灵活配置各种规模的处理平台的网络处理器应用领域：由多个NP组成的中型单板设备；多个线路卡通过交换组织构成多板大型设备。传统的基于NP的应用示例：高速路由交换设备：Cloudshield使用OC-48光通量2-7层打包服务器，该服务器使用8个Intel IXP1200构建。ALCATEL使用IBM的POWERNP构建核心路由设备。Cisco基于CiscoPXF网络处理器的边缘路由器。高速安全设备：Tsinghua ziguang UF10000是基于两个英特尔的IXP1200网络处理器阵列千兆位防火墙。第三方软件开发商Deceng推出了用于基于Intel的IXP2400的Snort千兆网络入侵检测系统软件解决方案。IXP2850以用于10-Gbit/s的IPSECVPN设备市场为中心，受到安全