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

以移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算為代表的新技術(shù)，帶動信息通信業(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、帶寬、計算和信息系統(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5年時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)的邊界隨著新技術(shù)的使用，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計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現(xiàn)新的業(yè)務(wù)，但缺乏流量優(yōu)先級管理機制，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行靈活的報文處理，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接近600人的世界一流的開發(fā)團隊，耗時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)推向了一個新的高度。它是一個具有高性能轉(zhuǎn)發(fā)能力同時又兼?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和先進的內(nèi)存管理機制并同時提供集成的多業(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個定制QFP數(shù)據(jù)包處理引擎(PPE)，每個PPE支持4個執(zhí)行線程。利用多達160個并行運行的獨立處理器線程，平均每線程功耗僅0.51W，遠低于業(yè)界平均水平。同時QFP提供了一個高速的多核互聯(lián)總線，確保每個內(nèi)核都能及時快速的訪問到相關(guān)的資源，并且能夠避免在不夠先進的硬件架構(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)才能達到和QFP相同的處理速度，其功耗遠高于QFP系統(tǒng)，而多塊網(wǎng)絡(luò)處理器資源互相訪問將會帶來大量的數(shù)據(jù)包延遲。

例如在運行SBC業(yè)務(wù)時，單塊QFP可以并發(fā)處理68,000個語音流，其語音轉(zhuǎn)發(fā)延遲僅56微秒(56microseconds),而另一個廠商的分布式平臺則需要使用3個業(yè)務(wù)板卡通過交換網(wǎng)互聯(lián)，共計六塊傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器才能達到相同的語音流處理能力，同時轉(zhuǎn)發(fā)延遲高達1毫秒。

先進的內(nèi)存管理機制

QFP具有非凡的計算能力，在設(shè)計上采用了一個先進的內(nèi)存管理架構(gòu)，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能夠快速地訪問必要的代碼，以便向任意數(shù)據(jù)包提供多項服務(wù)。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理器為了優(yōu)化報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，將會對性能造成不良影響。

QFP的PPE能夠訪問整個數(shù)據(jù)包，雖然在僅進行簡單轉(zhuǎn)發(fā)時報文處理速度稍低，但在并發(fā)部署多項高級服務(wù)時，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4,000個會話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720,000IP電話終端注冊。

同時由于QFP對整個報文是可以見的，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1200種協(xié)議進行深度檢測并進行報文分類和統(tǒng)計，統(tǒng)計信息直接通過QFP輸出為Netflow格式日志報文，并配合靈活的QoS隊列服務(wù)，實現(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提供了一個非常靈活的流量管理引擎，它有128,000個邏輯隊列，用戶能按任意層次結(jié)構(gòu)對其進行分配，從而實施一個先進的分層流量管理系統(tǒng)，允許在一個數(shù)據(jù)包一次穿越ASR1000時應(yīng)用多達5級的QoS調(diào)度，并且QFP還可以在多個信道上監(jiān)控每秒數(shù)百萬個事件，并配合NBAR等多種應(yīng)用識別工具，使其成為當(dāng)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

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，不同的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過一個冗長的報文處理流水線，極大地影響了報文處理延遲和整機吞吐量。當(dāng)需要增加新的業(yè)務(wù)時，通常需要很長的時間來修改整個流水線。

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)省了計算資源的消耗并同時降低了整機的報文延遲。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)用識別（NBAR）、CiscoIOS靈活數(shù)據(jù)包匹配（FPM）、寬帶匯聚（BRAS）和會話邊界控制器（SBC）等�？杉磿r打開并以萬兆位速度運行，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引擎完美的實現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)整合和高效運營，一塊網(wǎng)絡(luò)處理器完美的實現(xiàn)了多個傳統(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箱內(nèi)集成了多種功能，同時通過對QuantumFlow處理器進行的優(yōu)化測試，CiscoASR1000系列路由器功耗遠小于同類產(chǎn)品。

平衡之美

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器通常使用TCAM進行大規(guī)模的路由查詢和會話查詢以及ACL匹配，但TCAM通常成本高、功耗大和路由更新復(fù)雜。同時報文分類等處理也需要借助于TCAM，因此在一個多業(yè)務(wù)路由器平臺上，通常需要對TCAM進行分區(qū)來實現(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，同時使用了專用的硬件Hash器件完成對防火墻，NAT等會話的高速查詢，因此TCAM資源全部用于報文分類處理以及復(fù)雜的ACL匹配等。通過多組件的平衡處理，使得ASR1000在進行多種復(fù)雜業(yè)務(wù)疊加處理時維持了很高的處理能力。同時為了更好的服務(wù)于中國市場，思科公司在上海設(shè)立了專門的研發(fā)團隊進行CiscoASR1000系列多業(yè)務(wù)匯聚路由器的新特性開發(fā)和維護。

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