四種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)的詳細(xì)比較分析

處理性能是用戶在選擇核心交換機(jī)時(shí)最為關(guān)注的一點(diǎn)。同時(shí)，由于用戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境紛繁多樣，總處在不斷的發(fā)展和變化之中。如何應(yīng)對未來的發(fā)展和變化？如何應(yīng)對用戶多種不同環(huán)境的挑戰(zhàn)？這些都對核心交換機(jī)靈活支持各種不同的業(yè)務(wù)提出了挑戰(zhàn)，業(yè)務(wù)按需疊加的能力成為必然，同時(shí)，業(yè)務(wù)的疊加不應(yīng)影響核心交換機(jī)的處理性能，也就是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到業(yè)務(wù)和性能并重的要求。

針對這種情況，業(yè)內(nèi)采取了NP+ASIC的設(shè)計(jì)方式，這種體系結(jié)構(gòu)完美地滿足了強(qiáng)大處理能力、業(yè)務(wù)按需疊加、業(yè)務(wù)和性能并重的現(xiàn)代核心交換機(jī)設(shè)計(jì)需求，成為目前核心交換機(jī)設(shè)計(jì)中最為重要的發(fā)展方向。

交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了其處理能力和業(yè)務(wù)支持能力。目前，業(yè)內(nèi)主要有以下幾種常用的技術(shù)：

1 通用CPU的優(yōu)點(diǎn)是功能易擴(kuò)展，理論上可以實(shí)現(xiàn)任何網(wǎng)絡(luò)功能，但缺點(diǎn)是性能低下。所以，在交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通用CPU一般僅用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制和管理。

2 ASIC芯片可以使用硬件方式實(shí)現(xiàn)性能極高的多種常用網(wǎng)絡(luò)功能，單顆芯片就可以實(shí)現(xiàn)幾百M(fèi)PPS以上的處理能力。但ASIC芯片一旦開發(fā)完畢就很難繼續(xù)擴(kuò)展其他應(yīng)用了，新功能的添加需要芯片研發(fā)公司花費(fèi)較長開發(fā)周期。所以，ASIC芯片最合適應(yīng)用于處理網(wǎng)絡(luò)中的各種成熟傳統(tǒng)功能。

3 FPGA是可以反復(fù)編程、擦除、使用以及在外圍電路不動的情況下用不同軟件就可實(shí)現(xiàn)不同功能的一種門陣列芯片，可以在一定程度上靈活地?cái)U(kuò)展業(yè)務(wù)處理類型。但可惜的是，F(xiàn)PGA由于技術(shù)的限制，發(fā)展至今其處理能力還是非常有限的（今年6月份業(yè)界推出了10G處理能力的FPGA，但還未得到大規(guī)模的成熟應(yīng)用），造成了FPGA無法很好地同時(shí)處理多種協(xié)議，不能滿意地勝任復(fù)雜業(yè)務(wù)擴(kuò)展。所以，在交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)PGA一般僅應(yīng)用于少量簡單協(xié)議的擴(kuò)展。

4 NP網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)部由若干個(gè)微碼處理器和若干硬件協(xié)處理器組成。近幾年，NP技術(shù)得到了長足的發(fā)展，使得NP保留了ASIC高性能處理數(shù)據(jù)的特性（2002年業(yè)界就出現(xiàn)了10G的NP產(chǎn)品，現(xiàn)在業(yè)界還出現(xiàn)了少量的40G處理能力的NP產(chǎn)品）。同時(shí)，NP通過眾多并行運(yùn)轉(zhuǎn)的微碼處理器，能夠通過微碼編程進(jìn)行復(fù)雜的多業(yè)務(wù)擴(kuò)展。NP技術(shù)的不足是網(wǎng)絡(luò)廠商使用NP進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要投入大量的相關(guān)開發(fā)人員，各廠家的NP需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法進(jìn)行開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的復(fù)制，同時(shí)NP的性能和ASIC相比依然還存在一些差距，所以NP網(wǎng)絡(luò)處理器被應(yīng)用于高端網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品復(fù)雜的多業(yè)務(wù)擴(kuò)展，但并不用于網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

無疑，通過對幾種體系設(shè)計(jì)技術(shù)的分析可以看出，使用NP+ASIC的體系設(shè)計(jì)方式是最為完美的選擇。使用ASIC芯片高速處理各種傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，如二層交換、三層路由、ACL、QoS以及組播處理等等，滿足核心交換機(jī)對于交換機(jī)處理性能的需求；而利用NP實(shí)現(xiàn)各種非傳統(tǒng)或未成熟的業(yè)務(wù)，根據(jù)需要靈活支持IPV6、Load Balancing、VPN、NAT、IDS、策略路由、MPLS、防火墻等多種業(yè)務(wù)功能，滿足核心交換機(jī)對于業(yè)務(wù)按需疊加的需求；同時(shí)NP接近ASIC的高效特性又保障了多業(yè)務(wù)提供的高性能，依然保持了核心交換機(jī)對于強(qiáng)大處理能力的需求。