安全产品架构分析

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1、安全产品架构分析   “安全”的网络，离不开安全产品，而高端的安全产品则更是焦点。万兆性能和深度报文处理已成为高端产品的基本需求。能否从设计上就既保证强大的性能和丰富的功能，同时又最大限度的降低和保护用户投资，构建一个“弹性”的产品平台，成为高端安全产品架构设计的精髓。   安全产品的基本架构安全产品如同其他数据通信产品一样，其系统架构设计也有着基本原则和定式。即使是面临新的挑战，这些基本的设计框架依然得到了延续，但在具体的方案和实现上，却有着不同的优化和改进。最基本的一个设计框架就是安全产品基本

2、上都基于“快速路径+慢速路径”的设计原则（图1），这是由安全产品的技术特点决定的。快速路径用来完成基本的数据转发和交换（尤其是数据流的后续报文，特点是流量大），而慢速路径进行深度的协议处理（不但包括数据流的首包处理，还包括对payload的复杂处理，特点是处理复杂）。从具体实现上看，业界主流厂商安全产品大致可以分为如下几类：1.ASSP+通用处理器平台（X86Server/嵌入式系统）2.FPGA/ASIC+多核处理器/通用X86处理器3.多核处理器+通用X86处理器4.NP+多核处理器5.FPG

3、A/ASIC+NP+多核处理器/通用X86处理器从架构上看，1是一种架构，所有功能都依赖于通用的CPU处理平台（图2），而2、3、4、5的产品架构比较类似，可以统一归纳为一种架构（图3）。这两种架构最大的区别就在于其是否有专门的部件或模块，来独立完成快速路径的处理。这里，我们把第一种架构，即完全基于通用处理器来完成所有报文处理的架构称为“纯软件的设计架构”（架构A），而把有专门部件或模块进行快速路径处理的架构称为“基于硬件加速的架构”（架构B）。需要注意的是，对于纯软件的架构设计，处理器平台其实也

4、有不同的选择，比如可以是X86架构的通用处理器，也可以是单核的嵌入式处理器如PowerPC，还可以是最新的多核处理器。相对于X86处理器和嵌入式处理器，多核处理器由于其在单颗芯片内集成了更多的CPU处理单元，因此其在处理能力上比前两者更高，辅助于优秀的软件系统设计，是目前通用处理器上较好的选择。当然，考虑到其也是靠软件编程来实现各种功能的，在下文中针对通用处理器平台就不再分开讨论了。纯软件的架构设计，是最常见的一种安全产品设计方案，也是一种通用的安全产品架构设计，可以称之为“万能”设计。对于安全领

5、域的各种产品形态，都完全可以采用架构A的方案进行设计。在这种架构上面，产品的所有特性和功能都是通过编写软件代码来实现的，可以最大限度的实现灵活性、复杂性和扩展性。另外，从技术难度和成本来讲，架构A也是很有优势的。但是，架构A的缺点也显而易见——性能比较差。即使是使用目前业界最高端的CPU来实现，在复杂业务处理的情况下也很难达到2G以上的吞吐性能。这不仅仅因为在架构A中所有的功能都用软件完成，本身对处理器而言就是很沉重的负载，而且，通用处理器（包括多核处理器）在外围接口上，往往因为其考虑了更多的通用

6、性而造成不能够达到很高的带宽。所以，在业界的安全厂家中，架构A在中低端安全产品中采用的比较多，设计的产品往往都具有较好的性价比。对于高端的安全产品，为了达到更高的性能目标，则必须采用基于硬件加速的产品架构设计，即架构B。架构B有什么优势呢？首先，把处理相对比较简单、但是流量很大的“快速路径”从处理器上“卸载（Offload）”下来，把“宝贵”的处理器资源留给复杂的协议处理和报文的深度检测。另一方面，因为专用芯片如FPGA/ASIC、NPU等本身又具有很高带宽的外部接口（如多个DDRRAM、SRAM

7、、TCAM接口等），具有很强的报文处理能力，让这些芯片去承担大吞吐量的快速路径处理，恰恰充分发挥了它的特点。这样的系统设计就达到了很好的平衡——“物尽其用”，让每颗芯片都去完成其最擅长的功能，充分发挥其硬件加速的特点。高端安全产品的架构设计“基于硬件加速的架构”（图3），其慢速路径的通用处理器单元可以基于多核处理器来实现，这种选择相对于基于X86的处理器和嵌入式处理器在处理能力上更有优势，灵活性也很强，是目前主流的实现方式。在快速路径的设计上，根据前面的描述，也有各种各样的实现方案（如实现方式2、

8、3、4、5），这些不同的实现方案采用了不同的芯片如FPGA/ASIC、NPU及多核处理器等。面对这些组合，该如何看待其方案的差异性呢？在分析这个问题之前，先来看看高端安全产品的一个设计理念——从处理器上卸载更多的业务。安全产品因为其业务处理的复杂性和多变性，导致不可能完全采用ASIC来完成所有的业务处理，这一点在本文前面已经有所讨论。所以，通用处理器在安全产品中是必不可少的一个部件。但是，通用处理器的性能差也是无法避免的。因此，要想达到更高的性能，就必须尽可能的让更多的流量不通过通