网络处理器与传统处理器的比较
21ic 2024-06-21

处理器可以说是机器的大脑,通过处理器,能够对0、1数据进行处理。为增进大家对处理器的认识,本文将对处理器,以及网络处理器的应用场景予以介绍。如果你对处理器、网络处理器具有兴趣,不妨和小编一同继续往下阅读哦。


一、网络处理器,什么是网络处理器

网络处理器是将ASIC (专用集成电路)的速度和一个CPU结合起来以提供高性能联网解决方案的集成电路设备。ASIC技术广泛用于分类、筛选和转发IP通信。不过,ASIC的问题是,它们是通过硬接线而具有某一特定功能集合的。如果功能集合改变或升级,ASIC必须被更换。当新标准(MPLS和Diff-Serv是最近标准发展的例子)出现时,ASIC必须被更换,而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。

网络处理器解决这个问题并提供增强性能。网络处理器是一种高性能、可编程的I/O设备。它特定地应用于通信领域的各种任务,比如包处理、协议分析、路由查找、声音/数据的汇聚、防火墙、QoS等。可编程性是区分网络处理器和ASIC的标准。与创建一次性ASIC相反,网络处理器允许创建网络设备的供应商给通信处理器编写代码来减少产品上市的时间。通过允许让供应商给设备添加新功能,这个策略也延长了设备的使用寿命。

网络处理器器件内部通常由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成,多个微码处理器在网络处理器内部并行处理,通过预先编制的微码来控制处理流程。可以对网络处理器编程以支持自定义算法。处理器被优化以执行网络设备的多种功能,包括帧分类、筛选、转发、标记、策略管理、业务流量调整以及Diff-Serv路由选择。这些功能与提供QoS、通信优先级、业务流量管理的交换机相关联。控制业务流的策略由软件实现,所以这些策略很容易升级。对于一些复杂的标准的操作(如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等)则采用硬件协处理器来进一步提高处理性能。从而实现了业务灵活性和高性能的有机结合。网络处理器的使用方法与ASIC相同。它们位于网络交换设备的数据路径中,与物理接口直接相连。处理机也可以执行组帧、分段和重组,以及其他功能。  EZchip的TOPcore网络处理器技术集成了许多小而快的处理器,每个处理器都被优化以执行特定任务,并在性能上能够比其他基于普通RISC处理器的网络处理机体系结构有10倍的改进。四个TOP(任务优化处理器)是TOPparse(数据分组分析与分类)、TOPsearch(搜索与查找)、TOPresolve (转发与QoS决策)和TOPmodify(数据分组修改)。TOPparse负责从数据流中鉴别和抽取各种包头、标记、地址、端口、协议、域、模板和关键词,它可以解析任何格式的包、封装方法、专有标记等。TOPsearch用解析后的域作为关键词,完成在相关的路由、分类和策略表中的查找。TOPresolve进行转发、QoS决策、升级查找表和进程状态信息。TOPmodify负责修改包内容,并完成在包中的重写、增加或插入操作。


二、网络处理器应用场景

让我们看看网络处理器到底能应用在哪些场景:

首先,是终端设备(手机/基站,wifi,光纤/Cable/ADSL等),连接到接入网,然后再汇聚到核心网。就节点吞吐量而言,大致可以分为几类:

第一, 在终端,吞吐量在1Gbps级别,可以是手机,可以是光纤,可以是有线电视,也可以是Wifi,此时需要小型家庭路由器,无需专用网络加速器,对接口有需求,比如ATM,光纤,以太网或者基带芯片。

第二, 在基站或者边缘数据中心,吞吐量在1Tbps级别,此时需要边缘路由器,基站还需要FPGA或者DSP做信号处理。

第三, 在电信端,吞吐量远大于1Tbps,此时需要核心路由器,由专用芯片做转发。

以上场景中,低端的只需要1-2核跑所有的数据面和控制面程序就行;对于中端应用,控制面需要单核能力强的处理器,数据面需要能效高,核数众多的处理器和网络加速器;高端路由器需要专用asic进行数据面处理,同时使用单核能力强的处理器做控制面。

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