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[周报全文]迈普双核路由器MP7200架构技术浅析

2006年05月17日 16:08:17 | 作者:迈普通信技术有限公司 陈一山 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

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路由器技术的发展,除了表现在支持的协议更新、功能更多等方面之外,在路由器硬件架构方面也随着IC等相关技术发展而不断发展。在这些相关技术中,最典型的是双核以及多核处理器技术。目前处理器技术的发展已从简单提高主频,向在单芯片上集成两个或多个处理器内核部件的双核或多核处理器的方向上转变。和提高主频的发展不同,双核和多核处理器是具有并行处理概念的片上系统,它的发展除了芯片技术之外,软件也是其关键技术。本文将重点介绍路由器架构技术,并从其架构技术角度解析双核路由器MP7200的设计思想和技术特点。

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迈普双核路由器MP7200

我们知道路由器是读取数据包中地址信息、然后决定如何传送的一种专用智能型网络设备,其基本功能就是根据数据包中自身携带的地址信息和设备中路由信息来转发数据包。典型的路由器设备通常由一个中央处理单元和若干个接口处理单元所组成。这些功能单元之间通常通过总线方式、共享存储或交换矩阵等方式相连。路由器根据使用位置不同,分为核心路由器和边缘路由器。核心路由器用于网络的骨干层,边缘路由器用于网络的接入和汇聚层。为此,边缘路由器通常也被称为接入路由器和汇聚路由器。核心路由器通常具有若干个高速接口,便于完成骨干层的网状组网功能;边缘路由器通常具有少量高速接口和大量中低速接口,便于完成网络的接入和汇聚功能。合理的网络结构,要求核心路由器比边缘路由器具备更高的性能。

集中式架构和分布式架构

路由器设备在体系架构上分为集中式处理架构和分布式处理架构两大类。集中式架构路由器的包转发判决功能由设备中的惟一智能部件——中央处理单元完成,各接口单元只负责完成该接口的物理电器连接和数据在物理链路上的收发,不具有包的分析和路由判决的智能性。中央处理单元与各个接口单元通常采用共享或专用总线方式连接。中央处理单元通常是由CPU(包括通用CPU、专用CPUNP)、存储器和相应软件为主构成的一个专用计算机系统所组成。整个设备的优劣主要由这个专用计算机系统决定。由于受到计算机技术限制,此类架构路由器虽然在性能上还不能满足网络核心层设备的性能要求,但是,由于该架构路由器具有控制简单、可靠性高、功能扩展灵活、适应性广、成本低廉等优势,能很好满足接口种类繁多、功能发展变化较快、应用环境多样、性能要求不高、对售价比较敏感的接入路由器市场需求。

与集中式架构不同,分布式架构路由器的中央处理单元仅负责协议处理等控制平面功能,而把包转发判决等数据平面功能分布到各个接口单元上。这就要求每个接口单元除了完成接口的物理电器连接和数据物理收发功能外,还具有包地址解析和路由判决等智能功能。通常分布式架构路由器的每个接口处理单元为此都要配备一个CPU系统以完成这些智能功能。为了进一步提高性能,满足核心网络市场需求,还必须把这些数据转发平面的功能硬件化,用专用硬件(ASICNP)技术来加速数据包的转发。在分布式架构中通常采用共享存储技术或交换结构(Crossbar)技术来解决各个单元之间的有效连接问题。由于分布式架构中的接口单元能够自己处理包的地址解析、路由判决和转发功能,这样当接口数量增加(增加接口单元)时,不会导致中央处理单元的负荷大幅增加。设备性能仅受限于连接机制(共享存储或交换结构)的容量。连接机制技术是此类设备的关键,它的优劣往往决定了设备的容量和性能。目前这些技术已很成熟,已有很多通信芯片厂商能提供此类专用芯片。分布式架构路由器通过增加智能化每个接口单元的代价来减轻主控单元的处理压力,并通过采用ASICNP技术以牺牲灵活性的代价来加速数据包的转发,从而达到了提高设备性能的目的。此架构设备实质上是一个多处理机系统,控制复杂、功能扩展性和灵活性较差、成本较高。但是以其优良的性能,分布式架构路由器能很好满足于性能要求高、接口类型少、功能变化小、对售价不太敏感的核心路由器市场需求。

核心路由器几乎无一例外都是采用分布式架构技术的设备,接入路由器几乎都是采用集中式架构技术的设备。而在汇聚路由器市场上采用这两种架构技术的设备都存在。为了适应和争夺这个市场,促使集中式架构设备向提高性能、分布式架构设备向提高功能灵活性和降低成本方向上发展,迈普公司的MP7200系列路由器是集中式架构技术向高性能方向发展的典型代表。

“双核”的价值体现

处理器芯片技术发展在从以提高主频为主转向以集成双核和多核为主的方向之后,其发展速度更加迅猛。几乎所有处理器芯片厂家都在积极开发内核更多、性能更高的处理器芯片。通用处理器如此,通信专用处理器也是如此。MP7200系列路由器就是业界首先成功采用通信专用双核处理器芯片的一款高性能汇聚路由器。MP7200系列路由器由1个中央处理单元和4/8个接口处理单元组成。中央处理单元与各接口单元之间采用双PCI总线加2Gbps带宽的专用通道相连。MP7200的数据转发判决功能由中央处理单元完成,在体系架构上属于集中式架构。但是和传统的集中式架构不同,MP7200的三个高速接口(GE)均直接出自中央处理单元的通信专用多核处理器芯片,其接口控制部件与多核CPU一起集成于一个单芯片中,借助于片内硬件加速功能,使得对于消耗处理资源和总线带宽资源较大的高速接口处理更加有效。MP7200在多核的集中式架构下(+本站微信networkworldweixin),采用了数据平面和控制平面相分离的思想,针对多核硬件,采用了包含多核分配、多核下的PFA(包转发加速)等多项创新技术,充分发挥了多核处理系统的优点,提高了系统并行运行程度和运行效率,保证了数据平面高速性和控制平面的灵活性。MP7200的这种架构保持了控制简单、可靠性高、灵活性好、适应性广和成本优势明显等传统集中式架构优势,同时大幅提高了设备性能,使设备接口带宽更大,接口密度更高,整机性能更强,更好地满足了汇聚路由器市场的需求。

采用多核技术的MP7200路由器和采用ASICNP技术的设备不同,它的性能提高不是以牺牲功能灵活性为代价,而是由以片上并行系统为特点的多核处理技术进步带来的。从MP72002.2MPPS实际性能来看,已远远高出传统设备的几百KPPS水平,进入到了中高端汇聚路由器市场领域。多核技术使得集中式架构路由器在功能灵活性和设备性能上达到了新的高度。我们有理由相信,随着多核技术的不断发展,采用其技术的产品在功能多样性上和设备性能上将不断提高。在整个汇聚路由器市场,以及数据安全设备市场上,我们将会看到越来越多采用多核技术的、具有更多功能的路由器身影。

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]