路由器的硬件体系结构

StrongARM Core
PCI单元 单元
Biblioteka BaiduSRAM单元 单元
SDRAM单元 单元
IX Bus 接口单元
微引擎（六个） 微引擎（六个）
IXP1200 的外部结构
应用CPU 应用 (可选 可选) 可选
PCI 总线
SRAM 8MB Max
IXP1200 网络处理器
SDRAM 256MB Max IX 总线
特点
完全的可编程能力 系统灵活性 强大处理能力 高度功能集成 开放式编程接口
应用前景
网络处理器在因特网的核心层、 网络处理器在因特网的核心层、边沿层和局域 企业网中都能有广泛的应用。 网/企业网中都能有广泛的应用。 企业网中都能有广泛的应用 已有的网络设备如骨干网路由器、 已有的网络设备如骨干网路由器、ISP接入设 接入设 备和负载平衡设备， 备和负载平衡设备，通过采用网络处理器可以 升级到更高的速度，提供对新型协议的支持。 升级到更高的速度，提供对新型协议的支持。 可以预测， 可以预测，采用网络处理器的网络设备将是今 后网络设备市场上的主流产品。 后网络设备市场上的主流产品。
Flash 8MB Max
千兆以太网 MAC 设备
用户或第三方的 IX 总线设备
“Rosetta”
IXP1200 接收
StrongARM
8KB 数据缓存 512B 从 数据缓存 写缓冲器 读缓冲器
UART
4 定时器
GPIO
PCI 单元
RTC
Intel StrongARM SA-1 Core
16KB 指令缓存
网络处理器简介
基本概念
一种专门用来执行包处理、 一种专门用来执行包处理、 转发的高速可编程 处理器。 处理器。其设计充分结合了网络环境中数据流的特 同时具有ASIC高速处理性能和高度灵活的可 点 ， 同时具有 高速处理性能和高度灵活的可 编程特性，适用于设计支持业务管理、 编程特性，适用于设计支持业务管理、安全与网络 监控、 等网络功能的高速网络设备。 监控、QoS等网络功能的高速网络设备。 等网络功能的高速网络设备
智能协处理器单元， 智能协处理器单元 ， 负责整个网络处理器的控 制、管理等。 管理等。
主要功能
位于数据通路物理接口处理器和背板之间， 位于数据通路物理接口处理器和背板之间 ， 主要 完成数据通路任务，典型功能包括： 完成数据通路任务，典型功能包括： 分段和重组 协议识别和分类 排队和存取控制 流量整形和流量工程
产生背景
传统通用处理器难以满足对网络性能越来越高 的要求； 的要求；
专用ASIC设备虽然处理速度很高，但灵活性和 设备虽然处理速度很高， 专用 设备虽然处理速度很高 可扩展性较差。 可扩展性较差。
硬件结构组成
网络处理器单元， 主要负责高速的数据处理， 网络处理器单元 ， 主要负责高速的数据处理 ， 如数据解析、分类和转发等； 如数据解析、分类和转发等；
路由器的硬件体系结构
北京交通大学IP 北京交通大学 网络实验室 苏伟
发展历程
六个阶段（见教材） 六个阶段（见教材） 共享总线→ 共享总线→ 交换结构 路由计算与转发分离 线卡采用网络处理器(NP，Network Processor )等技 ， 线卡采用网络处理器 等技 术
研究热点
交换结构 路由转发查询 线卡设计
StrongARM
8KB 数据缓存 512B 从 数据缓存 写缓冲器
数据包
UART 4 定时器
GPIO
PCI 单元
RTC
Intel 16KB StrongARM 指令缓存 SA-1 Core
读缓冲器
SDRAM 单元
存储区 HDR PDU
发送队列
Pkt desc 包描述符 Pkt desc
SDRAM
路由信息
SDRAM 单元
数据包 存储区 HDR PDU
发送队列
包描述符 包描述符
SDRAM
路由信息
路由表
SRAM 单元
处理包头 微引擎 Info 1
HDR
微引擎 2
微引擎 3
SRAM
IX 总线 MAC
HDR
中间结果暂存器 哈希单元
存储器
HDR
设备
PDU
PDU
IX 总线 接口
微引擎 4
微引擎 5
微引擎 6
IXP1200 发送
微引擎 和线程 单个线程
可以显示访问存储器时的 可以同时观察 执行情况 24个线程的情 个线程的情 线程历史 况 命令行界面 运行控制 窗口
数据查看 窗口
Intel IXP 系列网络处理器简介
产品系列
第一代： 第一代：IXP 12XX 第二代： 第二代：IXP 2XXX 其他： 其他：IXP 425等 等
IXP 1200的内部结构 的内部结构
StrongARM Core (232 MHz) 控制和管理任务 • 地 址学习 • 建立并保持路由表 • 网络管理 微引擎 (每个都是 每个都是232 MHz) 每个都是 支持: 支持 • IP, ATM, POS • 帧中继 DSL 帧中继, • QoS • 安全 • Layer 2,3,4 etc.
路由表
SRAM 单元 微引擎 1
中间结果暂存器 哈希单元
存储器
HDR PDU
微引擎 2
Pkt desc
微引擎 3
SRAM
IX BUS
HDR PDU
MAC 设备
IX 总线 接口
微引擎 4
微引擎 5
微引擎 6
微代码开发环境 项目文件 源代码文件
脚本文件 寄存器的符号 名字
软件) 执行处理器 (软件 仿真和调试 软件 微引擎指令在不同的执行状态下 可以很容易的返回源文件， 可以很容易的返回源文件， 进行修改并继续执行
编程模式
微代码引擎编程。执行效率高，但工作量大， 微代码引擎编程。执行效率高，但工作量大，代码移植性和 重用性较差。 重用性较差。
编程较为简单，通用性强，执行效率较高。 标准语言编程 。编程较为简单，通用性强，执行效率较高。
4GL编程 。在数据解析及分类方面有优势，但其他方面的功 编程 在数据解析及分类方面有优势， 能较差。 能较差。