可編程技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)芯片上有著怎樣的應(yīng)用

（文章來源：企業(yè)網(wǎng)）

網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心里的交通樞紐，連接著所有運行應(yīng)用業(yè)務(wù)的設(shè)備。沒有網(wǎng)絡(luò)，也就沒有數(shù)據(jù)中心，沒有互聯(lián)網(wǎng)的今天，網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)中心里發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，所以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直是熱點，在不斷發(fā)展進化著，其中就包含可編程技術(shù)?？删幊碳夹g(shù)在各行各業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，同樣在網(wǎng)絡(luò)世界里也很普遍。這種技術(shù)在芯片上實現(xiàn)各硬件單元都不是固定的，可由用戶在使用中選擇，即通過計算機指令來選擇不同的通道和不同的電路功能，稱為編程控制，這給使用者提供了極大的靈活性。比如：處理器、FPGA、CPLD、DSP，這四種都是可編程芯片。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件內(nèi)部一般由CPU、內(nèi)存、Flash、轉(zhuǎn)發(fā)芯片、FPGA、EEPROM等芯片組成，這些大部分都是可編程芯片，可有沒有人注意到其實轉(zhuǎn)發(fā)芯片絕大部分都不是可編程芯片，無論是路由器中采用的NP，還是交換機中采用的Switch Chip，都不是可編程芯片。這些芯片的硬件轉(zhuǎn)發(fā)邏輯已經(jīng)設(shè)計好，無法通過調(diào)整軟件參數(shù)去更改，軟件設(shè)置的只是讓這些功能模塊可以運轉(zhuǎn)起來，但絕不可以調(diào)整它們的處理順序，而且軟件設(shè)置的范圍都是提前預(yù)定好的。比如我們需要在交換機上實現(xiàn)入方向上的報文過濾，這樣就需要在轉(zhuǎn)發(fā)芯片入方向下發(fā)一些ACL過濾規(guī)則。

在一些商用轉(zhuǎn)發(fā)芯片上，這些ACL過濾規(guī)則固定下發(fā)在轉(zhuǎn)發(fā)模塊之后，如果進入芯片的是三層轉(zhuǎn)發(fā)流量，此時下發(fā)的ACL過濾規(guī)則匹配的就是三層轉(zhuǎn)發(fā)之后的報文，此時報文MAC已經(jīng)發(fā)生了替換，下發(fā)的ACL規(guī)則只能匹配轉(zhuǎn)發(fā)之后的報文特征，這就是不能可編程實現(xiàn)的局限性。一個報文進入轉(zhuǎn)發(fā)芯片，從入端口檢查，到查找轉(zhuǎn)發(fā)表項，再到出口，這中間要經(jīng)過幾十個功能模塊的處理，有修改報文優(yōu)先級的，有修改報文VLAN TAG的，有做隊列調(diào)度的，有做路由策略的等等，這些功能模塊都是按照固定順序來對報文處理的，靈活性比較差，常常會遇到不少實現(xiàn)上的限制，若能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)芯片可編程將可以很好解決這些問題。

當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)芯片和其它芯片不同，芯片要承擔(dān)大量的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)，這些數(shù)據(jù)遠遠大于CPU、內(nèi)存以及Flash這些器件的數(shù)據(jù)，這就要求芯片硬件處理邏輯要盡可能地簡單，否則轉(zhuǎn)發(fā)效率都成問題，延遲是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一個重要的考核指標(biāo)，這使得網(wǎng)絡(luò)芯片要盡可能做到簡單。使用者只要做選擇就可以，將參數(shù)輸入芯片，芯片就可以按照制定的數(shù)據(jù)來轉(zhuǎn)發(fā)，所以多年以來，轉(zhuǎn)發(fā)芯片都是不能編程的，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展也好好的。隨著云計算、大數(shù)據(jù)和虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，這給網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊是最大的，網(wǎng)絡(luò)固定的轉(zhuǎn)發(fā)模式無法適應(yīng)這些年新技術(shù)的應(yīng)用，在這些新技術(shù)面前，網(wǎng)絡(luò)部分顯得相形見絀，是到了該要改變的時刻了。

三年前，一家專做SDN芯片的公司成立，叫Barefoot Networks，Barefoot Networks從事開源可編程網(wǎng)絡(luò)芯片的設(shè)計和研究，Barefoot Networks的芯片Tofino是一種可編程芯片，可實現(xiàn)高達6．5 Tbps處理速度，用戶或網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商可以利用P4編程語言來定制白盒解決方案或固定配置產(chǎn)品，這樣用戶可以在數(shù)周內(nèi)部署新協(xié)議，而不需要新版本的芯片來支持，具有極大的靈活性?，F(xiàn)在很多網(wǎng)絡(luò)需求，聽到最多的就是芯片限制實現(xiàn)不了，只能換更高級的芯片設(shè)備，有了可編程芯片的設(shè)備就不同了，可以根據(jù)客戶需求，通過軟件對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行重新設(shè)計都可以實現(xiàn)，不用再去更換硬件，刷新軟件就可以解決。

由此可見，網(wǎng)絡(luò)芯片進入了可編程時代，這就增強網(wǎng)絡(luò)部分的靈活性，更加適應(yīng)未來業(yè)務(wù)發(fā)展需要。這種可編程能力與軟件定義SDN還有些區(qū)別，可編程能力指的是通過基于腳本的編程靈活實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能，SDN則是通過控制器向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)流表，實現(xiàn)流量轉(zhuǎn)發(fā)，流表實現(xiàn)只是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的一部分，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還有ACL過濾、隊列調(diào)度等豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，這些通過SDN都無法實現(xiàn)，通過可編程技術(shù)則可以很好實現(xiàn)。未來，若是某項網(wǎng)絡(luò)功能滿足不了，又說是芯片限制，就要考慮下這個說法的真實性了，芯片的可編程能力極大地擴展了網(wǎng)絡(luò)處理的靈活性，可適應(yīng)各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)場景的應(yīng)用，即便有限制也會很少。
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