信息技术快报3-2.pdf

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1、第1卷第2期信息技术快报Vol.1,No.2InformationTechnologyLetterJuly,2003网络处理器产生、发展趋势及设计要求石晶林1网络处理器的产生随着通信技术的飞速发展，要求新一代的网络设备要能完成目前的传真业务、低速数据终端业务、视频业务、高速数据业务和多媒体终端业务的接入，还要能将目前多种形式的网络如ATM、PSTN、DDN、X.25等统一到同一个骨干网络环境中，实现全网的综合统一管理；除此之外，它还要能提供随时可能出现的新业务服务，完成业务整形、队列管理、QoS策略与流量工程管

2、理，并最终实现全网灵活多样的智能化管理。在早期分组交换机和路由器中这些要求体现为更需要灵活性来支持新出台的和经常更改的协议。，高吞吐量是第二位的。这些系统由通用CPU和共用总线相连接的多个接口卡组成。所有从接口卡进入系统的数据通过共用总线送至处理器，由处理器处理数据且作出转发的决定。然后，数据再次通过共用总线送至目的接口卡，供传输之用。所以当时的网络设备如路由器或交换机都类似于PC机的体系结构，即：CPU+RAM+ROM，如图1所示。各种RAMROM链路接入/输出端口CPU图1传统的网络接入交换机结构图1所示类

3、型接入交换机的最大优点是：所有的功能几乎都由软件所完成，因此增值业务仅仅通过系统软件升级就可实现，使得ISP可以在同一套系统中开发出灵活多样的服务，接入业务类型及物理端口也可以做到多样化。Cisco2500就是这种类型路由交换机的典型代表。随着速度的增加，共用总线结构不能令人满意地按比例增加，成为数据通路中棘手的瓶颈。为了缓解互连瓶颈，接口卡中增添了智能处理器。这些处理器就地处理与转发大部分数据，不再借助于主CPU，有效地将转发功能分布到每块卡上。这样，大部分数据至多通过共用总线一次而不是二次，从而减少了总线上

4、的业务量。随着速度的进一步增加，共用总线结构最终寿终正寝。开始涌现出新的系统，即以交换式结构替代共用总线。交换结构以高出CPU几个数量级的速度传送数据，且可用分布式处理-0-第1卷第2期信息技术快报Vol.1,No.2InformationTechnologyLetterJuly,2003器进行处理，因而消除了互连瓶颈。在消除了互连瓶颈后，接口卡处理器成为新的瓶颈。一种新方案开始受到人们的喜爱，新方案采用称为转发引擎的专用CPU卡的统计式共用池来实施数据处理和转发。在这类系统中，接口卡仅发送信息包的报头，通过交

5、换结构送至其中一个转发引擎，由它作出转发决定，并将处理结果返回接口卡。接口卡再将信息包转发至相应的输出接口。采用这个方案后，CPU仅需处理一部分数据，其余的数据则直接通过高速交换结构从一个接口传送至另一个接口。新方案产生了新的术语，“快速通路”和“慢速通路”。任何无须CPU干预、直接在接口间进行传送的那部分信息包被认为处于快速通路中；任何需要CPU处理的信息包或其一部分，被认为处于慢速通路中，其中包括报头、控制包和异常包。Cisco的12000系列就是这种方案的具体体现。Cisco提出的是多层交换式转发加路由软

6、件计算(Cisco的一项ASIC专利)的方案，它将硬件交换转发的高速性与软件路由计算的灵活性结合了起来，其代表的产品是：Catalyst5000s。它对高速、大容量的交换机解决方案是多级的并行交换处理，如GSR12000。图2给出了Cisco公司的交换式路由器结构框图。多层纵横交换结构线路卡线路卡分组输入转发信息根据线路卡线路卡一个线路卡内的分布式路由计算信息获得线路卡线路卡路由刷新路由处理器路由处理器路由表的计算和FIB的创建冷却系统电源系统本结构特点：A：Cisco分布式快速路由处理转发（DCEF专利）B：

7、Cisco中间交换结构的“空分复用”SRP专利C：分组输入时，地址查询在本地的线路卡转发ASIC中完成D：下一个时钟，所有的卡通过Fabric发送分组；E：请求发送申请输入到调度器中，以为下一次发送设置好交叉连接。图2Cisco公司交换式路由器结构图尽管转发引擎结构达到了极高的效率，但不断增加的速度远远超过了通用CPU满足该要求的能力，提出了尽可能多地将数据传入快速通路的要求。因此，接口板上的通用CPU让位给了高速、固定功能的ASIC。使用了ASIC，转发过程几乎可以不用CPU。这样，大部分信息包完全可使用快速

8、通路通过系统。只有控制包和异常包需经慢速通路转发至CPU。然而，与此同时也丧失了通用CPU-1-第1卷第2期信息技术快报Vol.1,No.2InformationTechnologyLetterJuly,2003固有的可编程能力。系统设计者仍处于最初的权衡带宽或灵活性，速度或可编程性的两难境地。设计人员梦寐以求的是这样一种器件，既能安放在接口卡的快速通路中，类似于固定功能ASIC；又具