网络处理器，什么是网络处理器

网络处理器，什么是网络处理器

什么是网络处理器?所谓网络处理器就是一种可编程器件，它特定的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。网络处理器的英文名称为Network Processor，简称NP。

网络处理器技术　　

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。而对于一些复杂的标准操作(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。

网络处理器特点　　

● 并行处理器: 采用多内核并行处理器结构。片内处理器按任务大致分为核心处理器和转发引擎。 　　
● 专用硬件协处理器: 对要求高速处理的通用功能模块采用专用硬件实现以提高系统性能。 　　
● 专用指令集: 转发引擎通常采用专用的精简指令集，并针对网络协议处理特点优化。 　　
● 分级存储器组织: NP存储器一般包含多种不同性能的存储结构，对数据进行分类存储以适应不同的应用目的。 　　
● 高速I/O接口: NP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总线接口等。通过内部高速总线连接在一起，提供很强的硬件并行处理能力。 　　
● 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。 从网络处理器以上特点可以看出，与通用处理器相比，网络处理器在网络分组数据处理上具有明显的优势。

网络处理器结构

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。图2显示了TOPcore的体系结构。系统能以lOGbit/s/OC-192(可升级至40Gbit/s/OC-768)的速率执行复杂的数据分组操作和七层数据分组处理。

网络处理器面对ASIC的优点　　

纯硬件的ASIC防火墙缺乏可编程性，这使得它缺乏灵活性从而跟不上防火墙功能的快速发展。虽然现代的ASIC技术提高了可编程性，但从开发难度、开发成本和开发周期方面看，仍然困难重重。 　　

NP完全支持编程，编程模式简单，一旦有新的技术或者需求出现，可以很方便地通过微码编程进行实现。提供了更快的技术、功能跟进和更加灵活的扩展能力，特别是在新规格、新标准的支持上 。 　　

网络处理器（NP）是专门为处理数据包而设计的可编程处理器，能够直接完成网络数据处理的一般性任务。硬件体系结构大多采用高速的接口技术和总线规范，具有较高的I/O能力，包处理能力得到了很大提升。

网络处理器相对于X86的优点　　

基于X86架构的防火墙，由于CPU处理能力和PCI总线速度的制约 ，在实际应用中，尤其在小包情况下，这种结构的千兆防火墙远远达不到千兆的转发速度（64字节包长时，双向转发速率一般为百分之二十以下），难以满足千兆骨干网络的应用要求。 　　

采用NP架构的防火墙，各种算法可以通过硬件实现 ，在实现复杂的拥塞管理、队列调度、流分类和QoS功能的前提下，还可以达到极高的查找、转发性能，实现“硬转发”。

网络处理器的应用　　

1、在LAN企业网中
入侵检测系统、数据加密、网络监控、Intranet防火墙等安全控制，防御内部和外部的恶意行为；
进行分组分类，识别关键业务流，提供优先传输服务，实现用户在网络服务上的各种管理策略，保证服务质量QoS；
提供虚拟专用网VPN；
流量工程
　　
2、在广域边缘/接入网络
主要是支持多种新型业务和多种网络接入，并进行服务质量控制，其中包括：
分组分类、聚合和调度
实现基于业务等级协议（SLA）的服务质量管理，提供带宽和时延保证，支持动态带宽管理；
提供VPN
实现负载均衡
分解和装配各种类型的协议数据单元，执行协议转换，支持多种传输媒体接入。
　　
3、在广域核心网络
在核心网中，网络处理器用在OC-48到OC-192甚至更高速率下实现对聚合流的分类识别和转发，支持服务质量控制和流量工程，支持多协议标号转换（MPLS）、区分服务（DiffServ）等协议。