以太网交换机引入第四代可编程ASIC

2019-11-05 01:35:24

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供稿：网友

　　网络新型技术，正在推动着新一代以太网技术的应用从主干向边缘拓展，像要害技术ipv6、MPLS等等。而ASIC（专用集成电路）技术伴随着网络的发展逐渐成熟，成为重要的核心技术之一。
　　
　　　　实现全面的网络级业务治理策略，在很大程度上与实施网络级安全或路由策略类似：每个交换机都必须参与到策略中来，以实施策略。在安全或路由策略中，采用的机制是基于交换机CPU中实现的控制层面协议，与此不同的是，服务质量（QoS）策略可能不是交换机CPU的任务，除非它使用专用集成电路直接在硬件中实现。
　　
　　　　QoS机制直接涉及调度、标记，直接在数据路径上丢弃各个分组，因此这些引擎必须在交换机入口或者出口点上以线速操作。在负荷提高时，基于CPU的实现方案不能扩充，它们没有足够的灵活性，在每秒千兆位数据速率时，不能支持保持线速所需的逐包决策。在芯片中直接实现先进的业务转发和疏导功能体现了速度优势，也正因如此，网络从基于软件的实现方案转向为基于以太网和IP定制的ASIC。极进网络为此提出了第四代交换机ASIC的概念。
　　
　　　　第一代ASIC从QoS角度看，拥有4个出口队列，是唯一能够提供绝对最小带宽和最大带宽保障的芯片组。第二代ASIC出口端口数量翻了一番，达到了8个队列，并提供了直接与QoS队列捆绑的第一个基于硬件的访问控制列表。第三代交换机ASIC使用户能够以1kbps的精细间隔自由控制应用业务。它提供的其它功能包括：能够以约定信息速率保障每端口带宽，支持峰值速率的突发业务，保证经济高效地利用整个网络带宽，而不会损害要害事务型应用。
　　
　　　　现代交换技术的发展经历了以下历程：“软件加CPU”的传统的路由器实现方法、网络处理器（NP）、可现场编程门阵列（FPGA）以及交换机专用的大规模集成电路ASIC。“软件＋CPU”的实现特点是速度慢，但灵活性、拓展性好，如需增加新功能只需改写软件。相反，基于ASIC的交换机的特点是性能高，但灵活性、拓展性差，难以增加新功能。为解决这个问题，第四代可编程ASIC技术诞生了。极进首创的可编程ASIC技术不但提供普通ASIC的高性能，同时具有“软件＋CPU”的灵活性和拓展性，开创了交换技术的新时代。
　　
　　　　以标准编程语言（如C和C＋＋）编写芯片功能，并编译和加载到硅片中的可编程ASIC技术，可以让ASIC在部署后通过更新程序，实现新功能，在保证性能的同时，实现高度灵活性。可编程ASIC提供了类似网络处理器的编程能力。结果，通过简单的软件升级，可以改变微代码指令，实现新的协议、新的ACL分类或其它增强功能，如更快提供新的服务和更好的互操作性。
　　
　　　　MPLS和IPv6等新协议在“互联网草案”中定义了许多新功能，而不是使用定义真正协议标准的RFC文件。可编程ASIC和扩展能力是必不可少的，否则，在草案变化以便支持新功能时，芯片组将不能适应这些变化。假如没有可编程ASIC提供的扩展能力，将要求重新设计ASIC，客户将不得不等两年的时间才能使用新功能。而通过可编程ASIC，用户可以在3～6个月内增加新的协议和功能。
　　
　　　　基于第4代可编程ASIC，新型交换机可以重新配置分组剖析器和分组转换引擎，从而支持新的协议及以新的方式在某一类业务中封装另一类业务。分组的封装和转换是标准机构里最活跃的领域，也可能是未来几年中的创新领域。硬件和软件扩展能力最终可以实现为IPv4、IPv6、多协议标记交换、网络地址转换、硬件线速支持，提供可编程分组解析程序，支持对每个分组进行多项查表；提供可编程分组编辑器，实现线速分组转换或重新格式化，支持灵活的堆栈封装组合等。极进认为，基于第四代可编程ASIC技术的新型交换机，可以提供基于硬件的路由功能，因此可以把原始路由表装载到芯片中，在硬件中制订所有转发决策。而且，它提供了不间断故障切换能力，在发生故障时可以切换到另一个同步的交换阵列上。此外，融合趋势自然而然地导致广大用户需要新协议来支持新应用。因此，通过把重点放在与带宽无关的特点上，如容错能力、安全性和扩展能力，第四代结构将引导以太网市场发展到新的方向，成功构建下一代网络。

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