思科QuantumFlow處理器與ASR1000路由器成就多業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)絡(luò )
2012/02/13
CTI論壇(ctiforum)2月13日消息（記者 浩宇):以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計算為代表的新技術(shù)，帶動(dòng)信息通信業(yè)務(wù)創(chuàng )新節奏加快，通信終端越來(lái)越多，接入方式也趨于多樣化，全球可用的存儲、帶寬、計算和信息系統正在呈現爆炸性增長(cháng)。傳統網(wǎng)絡(luò )架構通常為了滿(mǎn)足日益復雜的業(yè)務(wù)需求， 需要部署大量的專(zhuān)有業(yè)務(wù)設備，使得網(wǎng)絡(luò )結構日益復雜。隨著(zhù)企業(yè)和運營(yíng)商對于業(yè)務(wù)智能化的需求越來(lái)越高，網(wǎng)絡(luò )架構早已不再只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )對應一種業(yè)務(wù)，融合成為必然的趨勢，新一代企業(yè)網(wǎng)需要具備整合的云連接、應用感知、更全面的安全及統一策略控制等能力來(lái)更好的支撐企業(yè)傳統業(yè)務(wù)及新業(yè)務(wù)。
思科ASR1000系列路由器是耗資2.5億美元, 耗費5年時(shí)間研制成功的一款匯聚多業(yè)務(wù)路由器, 作為思科無(wú)邊界網(wǎng)絡(luò )（Cisco Borderless Network）的重要組件, 思科ASR 1000 系列匯聚服務(wù)路由器通過(guò)提供業(yè)界領(lǐng)先的性能、服務(wù)容量以及可信賴(lài)的緊湊結構，為服務(wù)提供商和企業(yè)打造了一個(gè)堅固的多業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)絡(luò )邊界。
業(yè)務(wù)至上—QuantumFlow 處理器解析
思科在多年前已經(jīng)意識到， 在網(wǎng)絡(luò )的邊界隨著(zhù)新技術(shù)的使用， 傳統的網(wǎng)絡(luò )處理器設計將無(wú)法滿(mǎn)足日益多樣化的業(yè)務(wù)需求。通用處理器（CPU）雖然可以靈活的通過(guò)軟件編程實(shí)現新的業(yè)務(wù)，但缺乏流量?jì)?yōu)先級管理機制，并且轉發(fā)效率相對較低，而傳統的多核心網(wǎng)絡(luò )處理器雖然能夠提供很高的吞吐量，單由于使用微碼編程并且受制于微碼空間的限制無(wú)法進(jìn)行靈活的報文處理，相對固定的流水線(xiàn)無(wú)法靈活的處理業(yè)務(wù)。
思科為這款處理器投入了一個(gè)接近600人的世界一流的開(kāi)發(fā)團隊，耗時(shí)5年開(kāi)發(fā)完成這款QuantumFlow處理器，它將網(wǎng)絡(luò )處理器技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。它是一個(gè)具有高性能轉發(fā)能力同時(shí)又兼備靈活的業(yè)務(wù)處理能力、大規模并行處理并集成多種業(yè)務(wù)和流量管理的高速網(wǎng)絡(luò )處理器。它是業(yè)界第一款完全集成的可編程大規模多核心并行流處理器，集成了QoS和先進(jìn)的內存管理機制并同時(shí)提供集成的多業(yè)務(wù)編程和業(yè)務(wù)交付能力。
QuantumFlow處理器架構：
Cisco QuantumFlow處理器視頻簡(jiǎn)介
http://www.cisco.com/assets/cdc_content_elements/flash/netsol/sp/quantum_flow/demo.html
多核心并行處理
第一代QuantumFlow處理器（QFP）使用90nm工藝， QFP擁有40個(gè)定制QFP數據包處理引擎(PPE)，每個(gè)PPE支持4個(gè)執行線(xiàn)程。利用多達160個(gè)并行運行的獨立處理器線(xiàn)程，平均每線(xiàn)程功耗僅0.51W， 遠低于業(yè)界平均水平。同時(shí)QFP提供了一個(gè)高速的多核互聯(lián)總線(xiàn)，確保每個(gè)內核都能及時(shí)快速的訪(fǎng)問(wèn)到相關(guān)的資源，并且能夠避免在不夠先進(jìn)的硬件架構中常見(jiàn)的CPU過(guò)度使用和超長(cháng)延遲問(wèn)題，而傳統的網(wǎng)絡(luò )處理器架構僅有少量的內核，因此需要使用交換矩陣或總線(xiàn)將多塊網(wǎng)絡(luò )處理器互聯(lián)才能達到和QFP相同的處理速度，其功耗遠高于QFP系統，而多塊網(wǎng)絡(luò )處理器資源互相訪(fǎng)問(wèn)將會(huì )帶來(lái)大量的數據包延遲。
例如在運行SBC業(yè)務(wù)時(shí)， 單塊QFP可以并發(fā)處理68,000個(gè)語(yǔ)音流， 其語(yǔ)音轉發(fā)延遲僅56微秒(56 microseconds), 而另一個(gè)廠(chǎng)商的分布式平臺則需要使用3個(gè)業(yè)務(wù)板卡通過(guò)交換網(wǎng)互聯(lián)， 共計六塊傳統網(wǎng)絡(luò )處理器才能達到相同的語(yǔ)音流處理能力，同時(shí)轉發(fā)延遲高達1毫秒。
先進(jìn)的內存管理機制
QFP具有非凡的計算能力，在設計上采用了一個(gè)先進(jìn)的內存管理架構，能夠為其創(chuàng )新功能提供出色的支持。憑借高速、多級命令緩存，QFP能夠快速地訪(fǎng)問(wèn)必要的代碼，以便向任意數據包提供多項服務(wù)。
傳統的網(wǎng)絡(luò )處理器為了優(yōu)化報文分類(lèi)和處理速度并節省內存訪(fǎng)問(wèn)帶寬，通常僅訪(fǎng)問(wèn)數據包頭以獲得較高的轉發(fā)吞吐量，當這類(lèi)處理器進(jìn)行深度數據包檢測（DPI），防火墻，網(wǎng)絡(luò )地址轉換（NAT），Netflow等復雜操作時(shí)，將會(huì )對性能造成不良影響。
QFP的PPE能夠訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)數據包，雖然在僅進(jìn)行簡(jiǎn)單轉發(fā)時(shí)報文處理速度稍低，但在并發(fā)部署多項高級服務(wù)時(shí)，性能并沒(méi)有明顯的下降。
引用《網(wǎng)絡(luò )世界》評測實(shí)驗室曾在《軟硬兼施，應對2.0 挑戰》一文中描述過(guò)QFP-10G的處理性能描述：
簡(jiǎn)潔高效的編碼能力
QFP是一款完全的基于C代碼編程的網(wǎng)絡(luò )處理器， 與傳統的基于微碼編程的網(wǎng)絡(luò )處理器相比， QFP可以更快的更好的實(shí)現新的業(yè)務(wù)。并可以完成對多種復雜業(yè)務(wù)的硬件加速處理，例如對BFD的硬件加速可以支持多達4,000個(gè)會(huì )話(huà)50ms的檢測，并且QFP處理器占用率僅2%，而在對SBC接入用戶(hù)快速注冊的加速處理中，可以使得SBC功能可以滿(mǎn)足多達720,000 IP電話(huà)終端注冊。
同時(shí)由于QFP對整個(gè)報文是可以見(jiàn)的，因此QFP還提供DPI流量控制功能，通過(guò)靈活的代碼編寫(xiě)能力，QFP支持對多達1200種協(xié)議進(jìn)行深度檢測并進(jìn)行報文分類(lèi)和統計，統計信息直接通過(guò)QFP輸出為Netflow格式日志報文，并配合靈活的QoS隊列服務(wù)，實(shí)現了對用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )中的應用感知和控制(Application Visibility and Control, AVC)。
靈活的QoS處理能力
QFP提供了一個(gè)非常靈活的流量管理引擎， 它有128,000個(gè)邏輯隊列，用戶(hù)能按任意層次結構對其進(jìn)行分配，從而實(shí)施一個(gè)先進(jìn)的分層流量管理系統，允許在一個(gè)數據包一次穿越ASR1000時(shí)應用多達5級的QoS調度， 并且QFP還可以在多個(gè)信道上監控每秒數百萬(wàn)個(gè)事件，并配合NBAR等多種應用識別工具，使其成為當今業(yè)界最準確最靈活的流量控制引擎。
靈活的處理流水線(xiàn)
傳統的網(wǎng)絡(luò )處理器使用固定的流水線(xiàn)結構，使得在多種業(yè)務(wù)疊加時(shí)， 不同的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)冗長(cháng)的報文處理流水線(xiàn)，極大地影響了報文處理延遲和整機吞吐量。當需要增加新的業(yè)務(wù)時(shí)，通常需要很長(cháng)的時(shí)間來(lái)修改整個(gè)流水線(xiàn)。
QFP可以為不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型提供靈活的流水線(xiàn)結構，節省了計算資源的消耗并同時(shí)降低了整機的報文延遲。并伴隨著(zhù)這種靈活的流水線(xiàn)結構使得多種業(yè)務(wù)可以快速的疊加在原有的網(wǎng)絡(luò )架構下。
平衡之美—ASR1000架構淺析
集中式還是分布式
通過(guò)采用業(yè)界首款可擴展可編程型應用感知網(wǎng)絡(luò )處理器 Cisco QuantumFlow 處理器，無(wú)需額外板卡， 支持的服務(wù)包括安全服務(wù) （例如加密和防火墻）、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、基于網(wǎng)絡(luò )的應用識別（NBAR）、Cisco IOS 靈活數據包匹配（FPM）、寬帶匯聚（BRAS）和會(huì )話(huà)邊界控制器（SBC）等。可即時(shí)打開(kāi)并以萬(wàn)兆位速度運行，無(wú)需犧牲網(wǎng)絡(luò )性能或間斷服務(wù)。
因此ASR1000通過(guò)集中式的QFP引擎完美的實(shí)現了多種業(yè)務(wù)整合和高效運營(yíng)，一塊網(wǎng)絡(luò )處理器完美的實(shí)現了多個(gè)傳統處理器的功能和性能，因此無(wú)需使用分布式架構就能提供多達數10Gbps的處理能力。 并且隨著(zhù)工藝的更新，下一代QFP處理器將會(huì )使用更多的內核并占用更小的主板空間，并獲得160Gbps的處理能力
綠色環(huán)保
由于Cisco ASR1000系列多業(yè)務(wù)匯聚路由器在緊湊的機箱內集成了多種功能，同時(shí)通過(guò)對QuantumFlow處理器進(jìn)行的優(yōu)化測試， Cisco ASR1000系列路由器功耗遠小于同類(lèi)產(chǎn)品。
平衡之美
傳統網(wǎng)絡(luò )處理器通常使用TCAM進(jìn)行大規模的路由查詢(xún)和會(huì )話(huà)查詢(xún)以及ACL匹配，但TCAM通常成本高、功耗大和路由更新復雜。同時(shí)報文分類(lèi)等處理也需要借助于TCAM，因此在一個(gè)多業(yè)務(wù)路由器平臺上，通常需要對TCAM進(jìn)行分區來(lái)實(shí)現不同的業(yè)務(wù)， 這樣也導致了很多性能瓶頸。
思科在開(kāi)發(fā)ASR1000系列路由器時(shí)將CRS上使用的查表器件移植到了QuantumFlow處理器上，可以支持多達4,000,000條路由的高速查詢(xún)，同時(shí)使用了專(zhuān)用的硬件Hash器件完成對防火墻，NAT等會(huì )話(huà)的高速查詢(xún)，因此TCAM資源全部用于報文分類(lèi)處理以及復雜的ACL匹配等。通過(guò)多組件的平衡處理， 使得ASR1000在進(jìn)行多種復雜業(yè)務(wù)疊加處理時(shí)維持了很高的處理能力。同時(shí)為了更好的服務(wù)于中國市場(chǎng)， 思科公司在上海設立了專(zhuān)門(mén)的研發(fā)團隊進(jìn)行Cisco ASR1000系列多業(yè)務(wù)匯聚路由器的新特性開(kāi)發(fā)和維護。
《網(wǎng)絡(luò )世界》評測實(shí)驗室關(guān)于A(yíng)SR1000的測試報告http://www.cnw.com.cn/weekly/htm2009/20090623_176411.shtml
CTI論壇報道
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