下一代网络设备核心单元——网络处理器应用研究

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心网中，如对骨干网实施国家级的入侵检测。

根据不同需求，可以采用

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