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[周报全文]ENP重新定义以太网转发技术

2013年12月17日 15:08:21 | 作者:吕超 彭晓澎 | 来源:网界网 | 查看本文手机版

摘要:衡量交换机性能的指标很多,如吞吐量、延时、可管理性、安全性等,而其中最本质的一点,则是交换机的转发技术。

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ENP
以太网转发技术

以太网转发技术的困境

衡量交换机性能的指标很多,如吞吐量、延时、可管理性、安全性等,而其中最本质的一点,则是交换机的转发技术。

从多年前的十兆、百兆、千兆直至万兆,以太网交换机的转发能力在飞速发展。而ASIC芯片则是为以太网交换机的转发能力提供源动力的核心。随着视频、移动、BYOD[注]云计算[注]、物联网等业务的迅猛发展,以太网本身也在发生巨变。这种变化体现在以太网不仅要具备大规模转发能力,且网络本身要具备弹性、智能控制、管理简易等特性,这就要求以太网交换机功能要进行灵活、敏捷的扩充。目前,虽然交换机的功能已经由最初的仅二层交换发展到全面支持路由交换,但需求仍然集中在为企业终端提供联通性方面,还不能满足云计算下新业务的快速变化。

ASIC的先天缺陷:

固定架构无法随需应变

ASIC面临的最大挑战就是无法灵活扩展。因为ASIC只能解析预先定义的应用协议,如果要支持新的应用协议,模块内的数字电路必须重新设计。这意味着每新增一项业务就需要新增一个模块,同时也就意味着整个芯片需要从头再来。而一个芯片从设计到样片返回,再到样片测试和设备上市,一般需要两年以上的时间,这种开发模式严重阻碍了设备厂商对业务的快速响应。

于是,市场上就应运而生了一种ASIC替代方案——商用NP(网络处理器)。那么,商用NP是否能够补上ASIC的短板,成为一种理想的以太网交换机转发核心呢?

商用NP:编程灵活,功耗较高

商用NP一般由五个部分组成:NPU、指令Memory、Table Memory(片内)、Packet Memory(片内)和Table DRAM(片外)。这种设计思路使每个模块的灵活性得到了提高。但是在实际部署业务时,需要细致地考虑如何进行业务流程切分。而每个NPU组的指令空间都是有限的,如果某个指令空间即将耗尽,则无法支持新的业务。如果业务切分不好,则会导致某些NPU组负载过重,产生业务处理瓶颈。所以实际上NP芯片的总体灵活性并没有比ASIC提高多少,总体性能也仍然不能令人满意。

可编程是发展方向,商用NP不适合交换机,而可编程ASIC又不够灵活,因此需要新的技术突破。

ENP:性能和灵活性的完美结合

针对现状,华为公司立足于二十多年芯片研发积累,开创性地推出了以太网络处理器ENP,其性能和功耗与ASIC不相上下,但却具有商用NP的灵活性,是性能和灵活性的完美结合。该芯片具有以下一些特点:

■ 完整的指令空间与硬加速,克服了商用NP的性能短板

ENP中的NPU与商用NP中的NPU有所不同,其可访问完整的指令空间。因此每个NPU组都能执行从Parse到Modify的任何指令,这样就不需要像商用NP那样,将业务处理切分到不同的NPU组上,不仅节省了开发过程(+微信关注网络世界),还可以快速开发出新业务。另外,ENP采用了多线程技术,有效降低了IO访问延时对NPU性能的影响。

■ 华为SmartMemory解决了内存访问的性能瓶颈

商用NP或商用ASIC在架构上将计算与存储严格分离开来,导致计算逻辑单元与存储单元物理距离增大,计算单元和存储单元交互增多,进而导致访问延时长、功耗高。如果多个源对同一地址进行读写操作,为保证数据的一致性,必须锁存地址,这样很容易形成访问瓶颈。针对这种情况,华为ENP集成了SmartMemory,让存储单元集成了一些计算和判断处理的能力,用以减少主计算单元与SmartMemory之间的操作交互,从而大大提高了计算单元与存储单元之间的访问效率。

另外,SmartMemory还集成了华为自研的查找算法引擎(Search Engine)、协处理器(Co-Processor)和流量管理器(Traffic Management),囊括了商用NP或ASIC对内存操作的所有算法,可以被ENP任何功能单所调用。

■ 百万级别流表,全面支持Hybrid OpenFlow

基于Hybrid OpenFlow的SDN[注]网络方案,采用OpenFlow和传统路由双平面来进行不同的转发控制,用于传统网络向SDN过渡。

■ 先进的降功耗措施使得ENP具有和ASIC比平的能耗表现。(更多内容详见: http://www.cnw.com.cn/P/5391

参考资料

1.SDN:(Software Defined Network,软件定义网络)是一种新型的开放网络创新架构。最初是由美国斯坦福大学研究组提出,OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,从而实现...详情>>

2.BYOD:(Bring Your Own Device)是指携带自己的设备办公,这些设备包括个人电脑、手机、平板等,使用者可以不受时间、地点、设备、人员、网络环境的限制登陆到公司网络,并进行工...详情>>

3.云计算:(Cloud Computing)描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。云计算是继1980年代大型计算机到...详情>>

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