思科QuantumFlow與ASR1000成就多業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)絡(luò)

以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為代表的新技術(shù)，帶動(dòng)信息通信業(yè)務(wù)創(chuàng)新節(jié)奏加快，通信終端越來越多，接入方式也趨于多樣化，全球可用的存儲(chǔ)、帶寬、計(jì)算和信息系統(tǒng)正在呈現(xiàn)爆炸性增長。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通常為了滿足日益復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求，需要部署大量的專有業(yè)務(wù)設(shè)備，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。隨著企業(yè)和運(yùn)營商對于業(yè)務(wù)智能化的需求越來越高，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)早已不再只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)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(yīng)用感知、更全面的安全及統(tǒng)一策略控制等能力來更好的支撐企業(yè)傳統(tǒng)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(fèi)5年時(shí)間研制成功的一款匯聚多業(yè)務(wù)路由器,作為思科無邊界網(wǎng)絡(luò)（CiscoBorderlessNetwork）的重要組件,思科ASR1000系列匯聚服務(wù)路由器通過提供業(yè)界領(lǐng)先的性能、服務(wù)容量以及可信賴的緊湊結(jié)構(gòu)，為服務(wù)提供商和企業(yè)打造了一個(gè)堅(jiān)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(shí)到，在網(wǎng)絡(luò)的邊界隨著新技術(shù)的使用，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計(jì)將無法滿足日益多樣化的業(yè)務(wù)需求。通用處理器（CPU）雖然可以靈活的通過軟件編程實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)，但缺乏流量優(yōu)先級(jí)管理機(jī)制，并且轉(zhuǎn)發(fā)效率相對較低，而傳統(tǒng)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法進(jìn)行靈活的報(bào)文處理，相對固定的流水線無法靈活的處理業(yè)務(wù)。

思科為這款處理器投入了一個(gè)接近600人的世界一流的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，耗時(shí)5年開發(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(zhuǎn)發(fā)能力同時(shí)又兼?zhèn)潇`活的業(yè)務(wù)處理能力、大規(guī)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(guī)模多核心并行流處理器，集成了QoS和先進(jìn)的內(nèi)存管理機(jī)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(gòu)：

CiscoQuantumFlow處理器視頻簡介

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(shù)據(jù)包處理引擎(PPE)，每個(gè)PPE支持4個(gè)執(zhí)行線程。利用多達(dá)160個(gè)并行運(yùn)行的獨(dú)立處理器線程，平均每線程功耗僅0.51W，遠(yuǎn)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，確保每個(gè)內(nèi)核都能及時(shí)快速的訪問到相關(guān)的資源，并且能夠避免在不夠先進(jìn)的硬件架構(gòu)中常見的CPU過度使用和超長延遲問題，

而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器架構(gòu)僅有少量的內(nèi)核，因此需要使用交換矩陣或總線將多塊網(wǎng)絡(luò)處理器互聯(lián)才能達(dá)到和QFP相同的處理速度，其功耗遠(yuǎn)高于QFP系統(tǒng)，而多塊網(wǎng)絡(luò)處理器資源互相訪問將會(huì)帶來大量的數(shù)據(jù)包延遲。

例如在運(yùn)行SBC業(yè)務(wù)時(shí)，單塊QFP可以并發(fā)處理68,000個(gè)語音流，其語音轉(zhuǎn)發(fā)延遲僅56微秒(56microseconds),而另一個(gè)廠商的分布式平臺(tái)則需要使用3個(gè)業(yè)務(wù)板卡通過交換網(wǎng)互聯(lián)，共計(jì)六塊傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器才能達(dá)到相同的語音流處理能力，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)延遲高達(dá)1毫秒。

先進(jìn)的內(nèi)存管理機(jī)制

QFP具有非凡的計(jì)算能力，在設(shè)計(jì)上采用了一個(gè)先進(jìn)的內(nèi)存管理架構(gòu)，能夠?yàn)槠鋭?chuàng)新功能提供出色的支持。憑借高速、多級(jí)命令緩存，QFP能夠快速地訪問必要的代碼，以便向任意數(shù)據(jù)包提供多項(xiàng)服務(wù)。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器為了優(yōu)化報(bào)文分類和處理速度并節(jié)省內(nèi)存訪問帶寬，通常僅訪問數(shù)據(jù)包頭以獲得較高的轉(zhuǎn)發(fā)吞吐量，當(dāng)這類處理器進(jìn)行深度數(shù)據(jù)包檢測（DPI），防火墻，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT），Netflow等復(fù)雜操作時(shí)，將會(huì)對性能造成不良影響。

QFP的PPE能夠訪問整個(gè)數(shù)據(jù)包，雖然在僅進(jìn)行簡單轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)報(bào)文處理速度稍低，但在并發(fā)部署多項(xiàng)高級(jí)服務(wù)時(shí)，性能并沒有明顯的下降。

簡潔高效的編碼能力

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(tǒng)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(xiàn)新的業(yè)務(wù)。并可以完成對多種復(fù)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(dá)4,000個(gè)會(huì)話50ms的檢測，并且QFP處理器占用率僅2%，而在對SBC接入用戶快速注冊的加速處理中，可以使得SBC功能可以滿足多達(dá)720,000IP電話終端注冊。

同時(shí)由于QFP對整個(gè)報(bào)文是可以見的，因此QFP還提供DPI流量控制功能，通過靈活的代碼編寫能力，QFP支持對多達(dá)1200種協(xié)議進(jìn)行深度檢測并進(jìn)行報(bào)文分類和統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)信息直接通過QFP輸出為Netflow格式日志報(bào)文，并配合靈活的QoS隊(duì)列服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對用戶對網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用感知和控制(ApplicationVisibilityandControl,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(duì)列，用戶能按任意層次結(jié)構(gòu)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(tǒng)，允許在一個(gè)數(shù)據(jù)包一次穿越ASR1000時(shí)應(yīng)用多達(dá)5級(jí)的QoS調(diào)度，并且QFP還可以在多個(gè)信道上監(jiān)控每秒數(shù)百萬個(gè)事件，并配合NBAR等多種應(yīng)用識(shí)別工具，使其成為當(dāng)今業(yè)界最準(zhǔn)確最靈活的流量控制引擎。

靈活的處理流水線

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器使用固定的流水線結(jié)構(gòu)，使得在多種業(yè)務(wù)疊加時(shí)，不同的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過一個(gè)冗長的報(bào)文處理流水線，極大地影響了報(bào)文處理延遲和整機(jī)吞吐量。當(dāng)需要增加新的業(yè)務(wù)時(shí)，通常需要很長的時(shí)間來修改整個(gè)流水線。

QFP可以為不同的業(yè)務(wù)類型提供靈活的流水線結(jié)構(gòu)，節(jié)省了計(jì)算資源的消耗并同時(shí)降低了整機(jī)的報(bào)文延遲。并伴隨著這種靈活的流水線結(jié)構(gòu)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(gòu)下。

平衡之美—ASR1000架構(gòu)淺析

集中式？分布式？

通過采用業(yè)界首款可擴(kuò)展可編程型應(yīng)用感知網(wǎng)絡(luò)處理器CiscoQuantumFlow處理器，無需額外板卡，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(yīng)用識(shí)別（NBAR）、CiscoIOS靈活數(shù)據(jù)包匹配（FPM）、寬帶匯聚（BRAS）和會(huì)話邊界控制器（SBC）等�？杉磿r(shí)打開并以萬兆位速度運(yùn)行，無需犧牲網(wǎng)絡(luò)性能或間斷服務(wù)。

因此ASR1000通過集中式的QFP引擎完美的實(shí)現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)整合和高效運(yùn)營，一塊網(wǎng)絡(luò)處理器完美的實(shí)現(xiàn)了多個(gè)傳統(tǒng)處理器的功能和性能，因此無需使用分布式架構(gòu)就能提供多達(dá)數(shù)10Gbps的處理能力。并且隨著工藝的更新，下一代QFP處理器將會(huì)使用更多的內(nèi)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CiscoASR1000系列多業(yè)務(wù)匯聚路由器在緊湊的機(jī)箱內(nèi)集成了多種功能，同時(shí)通過對QuantumFlow處理器進(jìn)行的優(yōu)化測試，CiscoASR1000系列路由器功耗遠(yuǎn)小于同類產(chǎn)品。

平衡之美

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器通常使用TCAM進(jìn)行大規(guī)模的路由查詢和會(huì)話查詢以及ACL匹配，但TCAM通常成本高、功耗大和路由更新復(fù)雜。同時(shí)報(bào)文分類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(tái)上，通常需要對TCAM進(jìn)行分區(qū)來實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)，這樣也導(dǎo)致了很多性能瓶頸。

思科在開發(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(dá)4,000,000條路由的高速查詢，同時(shí)使用了專用的硬件Hash器件完成對防火墻，NAT等會(huì)話的高速查詢，因此TCAM資源全部用于報(bào)文分類處理以及復(fù)雜的ACL匹配等。通過多組件的平衡處理，使得ASR1000在進(jìn)行多種復(fù)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，思科公司在上海設(shè)立了專門的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行CiscoASR1000系列多業(yè)務(wù)匯聚路由器的新特性開發(fā)和維護(hù)。

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