数事载本与率用
网络处理器及其应用
张天照
(中国电子科技集团公司第五十研究所上海200331)
应用研究
摘要在深入分析网络处理器的构或和特点的基础上,结合具体实例介绍了网络处理器在骨干网和接入网中的应用情况；结合通信网络的发展趋势和逐辑端程方式设计网络处理器的方法,从应用角度阐述了网络处理器在传统网络以及软件定义网络等新型网络中的作用，并分析了网络处理器的发展方向、潜在的应用场景
关键词：网络处理器接入网骨干网通信网络
中图分类号：TP393.05 1引言
文献标识码:A
网络处理器是一种面向通信领城、软件可编程的专用芯片；具有ASIC的处理速度和通用CPU编程灵活性，可满足通信网络中第 2层到第7层涉及的各类处理需求；已经成为数据网、电信网等领域中的关键部件。随着新业务的不断涌现，软件定义网络等新型网络的试验与部署，网络处理器也得到了更快的发展、更广的应用。在分析网络处理器主要构成和特点的基础上，结合EZchip公司和PMC-Sierra公司的相关产品介绍了网络处理器在数据网骨干层、电信网接人层的应用情况，通过对xilinx公司的以逻辑编程方式设计网络处理器方法的分析，阐述了网络处理器在新型网络中的作用及其未
来的发展方向和应用场景。 2网络处理器的构成和特点
如图1所示，网络处理器通常由处理单元、流量管控单元、互连单元，存错储单元等部分构成。处理单元通常包括一个通用处理弓擎、多个专用处理引擎和硬件加速引擎，形成一个多处理器系统，通用处理引肇通常采用通用CPU架构，用于系统的管理与维护、异常的处理等工作；专用处理引擎多采用定制架构，用于对数据包进行不同层面、不同深度的高速处理，硬件加速引擎一般由支持哈希查找数据编解码等功能的硬件电路构成，配合专用处理引肇工作。流量管控单元对每个数据包及关联的数据流进行综合处理以满足QoS等方面的要求。互连单元采用多种高速总线将各个单元连接起来，形成硬件并行的数据通路结构。存储单元提供数据包，表项类、指令类等多种类型的片内存储空间，并通过Flash，TCAM,RLDRAM等接
命入单元
流量管控单元
全
输出单元
片外存储器
表项要存储单元
存储通
避/接！
数据类存储单元
通用处理引单
图1网络处理器的典型构成框图
收稿日期：201604-13
作者篇介：张天照(1981一)，男，河南南阳人，颈士，研究方向：通信系统。
文章编号：1007-9416(2016)06-0053-02 口提供大量的片外存储空间。
网络处理器高速、灵活的特性主要体现在专用处理引擎处理数据包的能力方面。专用处理引擎具有相对独立的存储、指令译码与执行、状态、控制等部件，通过多线程切换，块传输、多总线等机制并行的处理数据包，可协同硬件加速引肇进一步提高处理速度。利用专用处理引擎之间无直接关联的特点，通过流水线可实现系统指令的并行处理，使网络处理器线速工作。设计人员可通过对专用处理引肇微码编程控制数据包的整个处理过程，具有比拟于通用CPU的灵活性，使基于网络处理器的设备能够以软件升级的方式快速适应需求的变化。
3网络处理器的应用
3.1网络处理器在骨干网中的应用
骨干网的建设周期长、投人多，承载的业务量大、可靠性要求高，其网络设备需要兼顾当前和长远发展的各种需求，通常采用以网络处理器为核心部件设计性能高，扩展性强的网络设备。如图2所示，全双工线卡主要由4颗EZchip公司的网络处理器NP-4构成(2，最大处理速率100Gbps。NP-4主要由多个专用处理引擎(TOPs,Task Optimized Processors)，流量管理控制器(TM,Traffic Managers)、内部互连单元、控制CPU、QoS管理CPU等部分构成，图中摊线展示了数据包在全双工线卡中的主要传输过程。
oPa TM
ETOP
控制CPU QoScPU
Np
QoSCPt 控制CPU
外部存储器
ErOP
控制CPU
QoSCPu
TM B
Inter laken
NP-4
TM TOPA
QoSCPU 控制CPU
PCIe
/Serdes
主控CPU
图2基于NP-4的100Gbps全双工线卡
Tntes laken