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网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组网络处理器技术简介中国科学院高能物理研究所计算中心网络安全组网络处理器技术简介2003年3月11日李雪莹报告内容什么是网络处理器技术产生的技术背景技术原理应用领域产品现状未来之路网络处理器（NetworkProcessor，简称NP）是一种可以编程的设备（比较典型就是一种芯片）。它不仅仅指的是某一类的设备或产品，而更加广泛地代表了一种网络设计的技术理念。网络处理器的本质主要的优势：优异的性价比高度的灵活性123451.什么是NPUs技术网络设备的核心处理部件随着应用需求的变化大致经历了3个阶段的发展过程：CPUASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，特定用途集成电路）网络处理器2.产生的技术背景2.产生的技术背景网络处理器与CPUCPU具有一般化的体系结构和指令集，以求支持复杂的运算并容易添加新的功能。但处理速度一般相对较慢，可扩展性差，很难满足网络高速发展的需要。网络处理器专为进行网络分组处理而开发，具有优秀的体系结构和指令集，因此它有比CPU更好的处理性能，能够满足网络高速发展的需求。网络处理器与ASICASIC作为硬件集成电路，具有高速的处理能力。但编程能力有限，灵活性差。仅能支持有限的应用和服务，很难满足网络业务多样化的需求。研制周期长，成本高，市场存活时间短。网络处理器有专门的指令集和配套的软件开发系统，具有很强的编程能力，方便开发各种应用，支持可扩展的服务，能够很好满足网络业务多样化发展的趋势。研制周期短，成本低，市场存活时间长。但依赖于软件的运行，因此，处理性能较ASIC相对差一些。3.技术原理3.1基本结构片内处理器：网络处理器内部包含多个片内处理器，构成多处理器系统。这些片内处理器按照功能可以分为核心和转发引擎两种。01核心：用于系统管理维护和复杂的数据处理。02转发引擎：提供的是快速的数据处理，提供分类调度等服务功能。它可能含有多个硬件线程，每个线程都有一套专门的硬件来存放程序运行的上下文，可获得线程切换的零开销。033.1基本结构3.技术原理高速的I/O接口单元：网络处理器有丰富的网络I/O接口单元，包括物理链路接口、交换接口、存储器接口以及其他外部处理单元接口等。内部高速总线：多组处理器和I/O接口单元通过内部高速总线（一般为多总线结构）连接在一起，组成优化的数据通路结构，从而提供很强的硬件并行处理能力。存储器：包含多种不同性能的存储结构，以适应不同的应用目的。例如Flash用于存放硬件启动/引导程序；SRAM存放路由表、队列结构等各种查询表格；SDRAM作为缓冲区存放分组数据。3.1基本结构3.技术原理专用指令集：片内转发引擎一般具有专用的精简指令集，这些指令经过针对网络数据处理的优化，例如数据读写，状态判断，堆栈操作，哈希查找等。1专用组件（协处理器）：要求高速处理（线速）的通用功能模块可以用硬件来实现以提高性能。例如路由查找和数据加密等。23.1基本结构３.技术原理可编程性：网络处理器的本质在于其可编程性，从而改变ASIC灵活性差的缺点。这是通过提供界面友好而功能强大的编程、调试和性能评价等软件环境实现的。A并行处理：网络处理器能够实现不同级别的并行处理，通过流水线实现指令级的并行，通过硬件线程实现线程级的并行，通过片内处理器结构实现处理器级的并行。B高速数据处理：网络处理器需要具有线速处理能力，以避免设备成为瓶颈，它的硬件结构为此提供了保证。C3.2技术特点3.技术原理0102深层数据处理：也叫智能处理（IntelligentProcessing），就是根据不同的服务要求可对分组（帧）进行不同深度的处理。例如路由查找只需要处理第三层（IP头部），分类需要处理到第四层（TCP/UDP协议），而安全则需要处理到应用层（分组携带的有效载荷）。模块化设计：网络处理器体系结构的模块化也包含不同的层次，硬件层面和软件层面的模块化。通过模块化设计力图在保持高性能的基础上获得很好的可扩展性和灵活性，并能使设备厂商容易研发不同性能和不同特性的设备。3.2技术特点3.技术原理3.技术原理3.2技术特点·可扩展性：网络处理器的可扩展性同样包括硬件可扩展性和服务可扩展性。前者指网络处理器除了可以用来研制小型设备，还可以通过交换机构的连接研制大型设备。后者是指可以在对原有软件结构做很小改动的基础上加入新的服务和功能。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；