使用網(wǎng)絡(luò)處理器實現(xiàn)ip網(wǎng)絡(luò)的qos

使用網(wǎng)絡(luò)處理器實現(xiàn)ip網(wǎng)絡(luò)的qos

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1、使用網(wǎng)絡(luò)處理器實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS

2、第1摘要:隨著因特網(wǎng)的高速發(fā)展,能夠以線速處理網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)并提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)的網(wǎng)絡(luò)處理器逐漸成為新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心。結(jié)合對IP網(wǎng)絡(luò)QoS的簡單介紹,論述了網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和功能,分析了其在路由器中的應(yīng)用。1在IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)QoS的必要性QoS(QualityofService)是網(wǎng)絡(luò)使用各種技術(shù),為選定的傳輸量提供更好的服務(wù)。QoS的主要目的包括保護足夠的帶寬,可控制抖動和延遲(為一些實時和交互式的傳輸量)及改良的丟包特性。500)this.style.ouseg(this)">傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)一個盡力而為(BestEffort)的系統(tǒng),既不

3、能保證分組傳輸?shù)募皶r性,也不能保護分組的時間序列性-這是因為它更關(guān)注向哪里發(fā)送分組,而較少注意發(fā)送分組的時間。但是,隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)上PC數(shù)量的爆炸式增長,提出許多新要求:企業(yè)的IPintra和商業(yè)IP骨干網(wǎng)應(yīng)在端到端的行為上具有更高的可預(yù)測性;中級和頂級IP骨干網(wǎng)的ISP也需要在其廣域IP網(wǎng)絡(luò)上提供可預(yù)測的并有保證的服務(wù);由于帶寬不是無限的,傳統(tǒng)的解決方法-“網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時就增加帶寬”也變得不再實用。因此,通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配來滿足各種業(yè)務(wù)需求的QoS控制機制已成為IP網(wǎng)絡(luò)的迫切要求,也是多業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。2路由器如何提供QoS為實現(xiàn)QoS,除了轉(zhuǎn)發(fā)分組到正確的下

4、一跳之外,路由器必須實現(xiàn)分類、排除和調(diào)度功能以提供不同的轉(zhuǎn)發(fā)特性。分組分類階段建立一個分組在隨后的路由器中被處理的上下文(context),用于建立瞬時處理特性(管制、標(biāo)記、排隊和調(diào)度)。對于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò),通常采用MF分類。典型的MF分類器要求分類關(guān)鍵字覆蓋標(biāo)識特定終端的源和目的IP地址。當(dāng)分組通過路由器時,將檢查地址、協(xié)議和端口號多達(dá)104比特。3網(wǎng)絡(luò)微處理器網(wǎng)絡(luò)微處理器是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行高效快速處理的專用微處理器,主要功能是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組提供高效快速的處理以及QoS功能的實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)處理功能模塊位于物理層和轉(zhuǎn)換功能之間,主要完成對分組的成幀和驗證、分類、修正、加密

5、以及排隊的功能。如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的巨大市場吸引了包括Intel、Vitesse、IBM、Solidum等眾多世界頂級集成電路生產(chǎn)廠家。在目前領(lǐng)先的十幾家網(wǎng)絡(luò)處理器供應(yīng)商中,沒有哪兩家的產(chǎn)品是完全一樣的。有些供應(yīng)商主要針對局域網(wǎng)或邊緣配置,另一些則傾向于主干網(wǎng)或廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)處理器的類型也很多,因此定義網(wǎng)絡(luò)處理器比定義存儲器、PLD這樣的半導(dǎo)體產(chǎn)品更加復(fù)雜。本文采用廣義的網(wǎng)絡(luò)定義,即包括可以完成全部或部分網(wǎng)絡(luò)處理功能的專用處理器。500)this.style.ouseg(this)">目前各種NPU的體系結(jié)構(gòu)可分為4種類型:(1)嵌入式RISC使用常用的可編程RISC(Reduce

6、dInstructionSetputers),RISC機每秒可執(zhí)行一定數(shù)目的指令。但是RISC機的核心-基于控制器是一個硬件編碼(hard-coded)狀態(tài)機。該狀態(tài)機的功能一般是為了更方便地獲取和執(zhí)行指令,而不是直接執(zhí)行分類功能,因此效率不高。其代表產(chǎn)品是Intel公司的“IXP1200網(wǎng)絡(luò)微處理器”,主要用于硬件路由器的智能切換處理以及頻帶控制等的QoS處理。(2)大規(guī)模并行處理大規(guī)模并行處理體系在處理大量相互獨立的數(shù)據(jù)時非常有效,但它的價格較高,硬件設(shè)計的靈活性和軟件設(shè)計的可編程性不高。另外,在對多個數(shù)據(jù)分組進行并行處理時,會丟掉隊分組間關(guān)聯(lián)狀態(tài)的分析。(3)基于CAN以CA

7、N為基礎(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)是目前市場上流行、較為便宜的一種解決方案。CAN包含了一個巨大的、可快速查找的數(shù)據(jù)表。CAM的內(nèi)容描述了將被查找數(shù)據(jù)的位模式,分類需查看分組中的n比特,可能的位模式為2n。但由于實際上許多組合是不存在的,因此CAN只需存儲可能的位模式的一部分。例如在簡單分類中n=64,則可能的位模式可達(dá)264(2×1019),而實際需要的CAN也許只要1M比特。但在下一代Inter上,為分組和應(yīng)用服務(wù)提供QoS,需要檢測分組中的128~256比特,即有2128~256種組合,這就需要很多的CAM。典型的產(chǎn)品如Sibercore公司的SiberCAMTMUltera2M,它以一個專

8、用先進的三態(tài)CAN結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),可用于幾千兆/兆兆的路由器和多層次的企業(yè)交換器。Ultra-2M通過使用掩碼來降低位模式的存儲量,最多可使數(shù)據(jù)項由原來的2n個降到2(n-1)個,解決了多比特分類對CAM容量的要求。有較強的自學(xué)習(xí)功能,但在可編程性上還有特改進。500)this.style.ouseg(this)">(4)可編程狀態(tài)機(ProgrammableStateMachine)傳統(tǒng)的PSM技術(shù)存在的問題是:其策略由狀態(tài)樹(statetree)描繪,當(dāng)策略必須深入檢

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