下一代网络设备核心单元：网络处理器应用研究

专用硬件加速处理单元，提供专用指令如压缩指令、哈希查找、状态判断、数据读写指令。(4)优化内存管理和分级存储器组织：NP需要进行大量的数据分组的接收、存储、复制、转发，内存操作成为系统开销的一大瓶颈。为了解决这个问题，通常采用块数据运动技术和特殊的优化存储接口。同时对数据进行分类存储：SRAM用于存放需要快速查找的各种表结构；SDRAM用于存放数据分组数据。(5)硬件多线程：为了提高NP资源利用率，每个数据分组协处理器还支持多个硬件线程。每个线程都有一套专门的硬件来存放上下文(Context)，可获得线程切换的零开销。(6)高速I/O接口：具有丰富的高速I/O接口，包括物理链路接口、交换接口、存储器接口、PCI总线接口。(7)可扩展性：多个NP之间还可以互连，构成网络处理器簇，以支持更为大型高速的网络处理。

5 网络处理器产品现状和应用前景

目前已有30个网络处理器厂商完成超过500个的NP设计，产品主要面向2.5Gbps网络应用和10Gbps网络应用，40G的NP正在走向市场。面向2.5Gbps网络应用的NP有：Vitesse公司的IQ2000和IQ2200，Motorola公司的C-5 DCP。面向10Gbps网络应用和全部7层协议的NP有：Xstream Logic公司的动态多线程(DMS)处理器核，Ezchip公司的NP-1，Lexra公司的NetVortex，Bay Microsystems公司的BRECIS MSP5000。

网络处理器厂家推出NP产品时，通常会推出配套硬件调试目标机评估板、NP开发软件工具、操作系统。目前NP主要采用嵌入式操作系统，如VxWorks、Linux等等，也有一些厂商提供专用操作系统，如Princeton公司的Vera采用Scout OS操作系统。大部分NP有集成开发环境支持，能够用C语言、汇编语言进行开发，如：Intel的WorkBench集成开发环境，支持C语言和微代码，具有图形化界面，能够进行硬件平台软件模拟调试，同时提供丰富的IP协议API、子程序、应用范例。

网络处理器主要用于网络接入、网络骨干设备，开发从第2层到第7层的各种网络服务和应用。在网络接入设备中，支持各种新业务、服务安全接入，进行质量控制，其中包括：提供VPN；入侵检测、网络监控、防火墙等安全控制；进行分组分类，识别关键业务流，保证QOS；执行协议转换，支持多种传输媒体接入；记费和负载均衡等。在网络骨干设备中，用于在OC-48 to OC-192甚至更高速率下实现聚合流的分类识别和转发，支持流量工程和QOS控制。并将传统的网络接入设备3层以上协议处理功能引入到核心网中，如对骨干网实施国家级的入侵检测。

根据不同需求，可以采用NP灵活构造不同规模的处理平台，如单个NP构成的小型单板设备；多个NP构成的中型单板设备；多个线卡通过交换组织构成多板大型设备。下面是已有的基于NP的应用范例：(1)高速路由交换设备：Cloudshield公司使用八个Intel的IXP1200构建的OC-48光速2～7层包服务器。ALCATEL使用IBM的POWERNP构建核心路由设备。Cisco公司基于Cisco PXF网络处理器的边缘路由器。(2)高速安全设备：清华紫光UF10000是基于两个Intel的IXP1200网络处理器阵列千兆防火墙。作为第三方软件开发商，Deceng公司推出基于Intel的IXP2400的Snort千兆网络入侵检测系统软件解决方案。IXP2850更是以面向10-Gbit/s的IPSEC VPN设备市场而引起安全设备生产厂商的高度注意。(3)骨干测试设备：骨干网络从2.5Gbps到10Gbps，甚至是40Gbps的高速发展，给网络性能测试同样带来挑战。基于NP的下一代协议分析仪和性能测试仪成为趋势。EMPIRIX公司使用MOTOROLA的C-5DCP，开发网络参数模拟设备。(4)家庭网络设备：下一代网络的概念将从国家电信网、企业网扩展到家庭网络、个人网络。其中家庭网关是家庭网络的核心设备，需要根据具体家庭用户，快速、综合实现各种服务：如安全访问控制、VPN、视频流QOS保障、网络存储、计费管理等。低端NP正好完全满足家庭网关个性化、多变性、高性能要求特点。

此外，NP的开发、应用直接推动网络处理器论坛(NPF)的成立。该论坛于2001年由公共交换接口协会CSIX和公共编程接口论坛CPIX两个组织共同创建，CSIX制定NP与交换组织之间的标准硬件接口，CPIX制定NP开发标准软件接口。NPF的成立，将进一步推动NP的发展，一方面将逐步结束目前各家NP硬件实现和软件开发工具各不相同的局面，另一方面将形成一支庞大的第三方队伍，分布在硬件组件、NP操作系统、开发工具、软件应用等方面。

网络处理器面向高速数据流的高层细化分组处理，通过对执行环境、内存、硬件加速器、总线结构、网络应用开发接口的综合优化，具有灵活软件体系提供硬件级处理性能的关键特性。以网络处理器为核心的下一代网络设备具备高性能和灵活性特点，较好满足了未来网络和市场对网络设备的技术需求，具有巨大发展空间。