摘要：随着因特网的高速发展，能够以线速处理网络传输数据并提供服务质量（QoS）的网络处理器逐渐成为新一代网络设备的核心。结合对IP网络QoS的简单介绍，论述了网络的体系结构和功能，分析了其在路由器中的应用。

    关键词：服务质量 网络微处理器 可编程状机技术 协处理器 路由器

1 在IP网络中实现QoS的必要性

QoS（Quality of Service）是网络使用各种技术，为选定的传输量提供更好的服务。QoS的主要目的包括保护足够的带宽，可控制抖动和延迟（为一些实时和交互式的传输量）及改良的丢包特性。

传统的IP网络一个尽力而为（Best Effort）的系统，既不能保证分组传输的及时性，也不能保护分组的时间序列性-这是因为它更关注向哪里发送分组，而较少注意发送分组的时间。但是，随着网络多媒体的应用和网络上PC数量的爆炸式增长，提出许多新要求：企业的IP intranet和商业IP骨干网应在端到端的行为上具有更高的可预测性；中级和顶级IP骨干网的ISP也需要在其广域IP网络上提供可预测的并有保证的服务；由于带宽不是无限的，传统的解决方法-“网络出现拥塞时就增加带宽”也变得不再实用。因此，通过对网络资源的合理分配来满足各种业务需求的QoS控制机制已成为IP网络的迫切要求，也是多业务互联网的基础。

2 路由器如何提供QoS

为实现QoS，除了转发分组到正确的下一跳之外，路由器必须实现分类、排除和调度功能以提供不同的转发特性。分组分类阶段建立一个分组在随后的路由器中被处理的上下文（context），用于建立瞬时处理特性（管制、标记、排队和调度）。对于现有的IP网络，通常采用MF分类。典型的MF分类器要求分类关键字覆盖标识特定终端的源和目的IP地址。当分组通过路由器时，将检查地址、协议和端口号多达104比特。

3 网络微处理器

网络微处理器是对网络上传输的数据进行高效快速处理的专用微处理器，主要功能是对网络上传输的数据分组提供高效快速的处理以及QoS功能的实现。网络处理功能模块位于物理层和转换功能之间，主要完成对分组的成帧和验证、分类、修正、加密以及排队的功能。如图1所示。

网络应用的巨大市场吸引了包括Intel、Vitesse、IBM、Solidum等众多世界顶级集成电路生产厂家。在目前领先的十几家网络处理器供应商中，没有哪两家的产品是完全一样的。有些供应商主要针对局域网或边缘配置，另一些则倾向于主干网或广域网。网络处理器的类型也很多，因此定义网络处理器比定义存储器、PLD这样的半导体产品更加复杂。本文采用广义的网络定义，即包括可以完成全部或部分网络处理功能的专用处理器。

    目前各种NPU的体系结构可分为4种类型：

（1）嵌入式RISC

使用常用的可编程RISC（Reduced Instruction Set Computers），RISC机每秒可执行一定数目的指令。但是RISC机的核心-基于控制器是一个硬件编码（hard-coded）状态机。该状态机的功能一般是为了更方便地获取和执行指令，而不是直接执行分类功能，因此效率不高。其代表产品是Intel公司的“IXP1200网络微处理器”，主要用于硬件路由器的智能切换处理以及频带控制等的QoS处理。

    摘要：随着因特网的高速发展，能够以线速处理网络传输数据并提供服务质量（QoS）的网络处理器逐渐成为新一代网络设备的核心。结合对IP网络QoS的简单介绍，论述了网络的体系结构和功能，分析了其在路由器中的应用。

    关键词：服务质量 网络微处理器 可编程状机技术 协处理器 路由器

1 在IP网络中实现QoS的必要性

QoS（Quality of Service）是网络使用各种技术，为选定的传输量提供更好的服务。QoS的主要目的包括保护足够的带宽，可控制抖动和延迟（为一些实时和交互式的传输量）及改良的丢包特性。

传统的IP网络一个尽力而为（Best Effort）的系统，既不能保证分组传输的及时性，也不能保护分组的时间序列性-这是因为它更关注向哪里发送分组，而较少注意发送分组的时间。但是，随着网络多媒体的应用和网络上PC数量的爆炸式增长，提出许多新要求：企业的IP intranet和商业IP骨干网应在端到端的行为上具有更高的可预测性；中级和顶级IP骨干网的ISP也需要在其广域IP网络上提供可预测的并有保证的服务；由于带宽不是无限的，传统的解决方法-“网络出现拥塞时就增加带宽”也变得不再实用。因此，通过对网络资源的合理分配来满足各种业务需求的QoS控制机制已成为IP网络的迫切要求，也是多业务互联网的基础。

2 路由器如何提供QoS

为实现QoS，除了转发分组到正确的下一跳之外，路由器必须实现分类、排除和调度功能以提供不同的转发特性。分组分类阶段建立一个分组在随后的路由器中被处理的上下文（context），用于建立瞬时处理特性（管制、标记、排队和调度）。对于现有的IP网络，通常采用MF分类。典型的MF分类器要求分类关键字覆盖标识特定终端的源和目的IP地址。当分组通过路由器时，将检查地址、协议和端口号多达104比特。

3 网络微处理器

网络微处理器是对网络上传输的数据进行高效快速处理的专用微处理器，主要功能是对网络上传输的数据分组提供高效快速的处理以及QoS功能的实现。网络处理功能模块位于物理层和转换功能之间，主要完成对分组的成帧和验证、分类、修正、加密以及排队的功能。如图1所示。

网络应用的巨大市场吸引了包括Intel、Vitesse、IBM、Solidum等众多世界顶级集成电路生产厂家。在目前领先的十几家网络处理器供应商中，没有哪两家的产品是完全一样的。有些供应商主要针对局域网或边缘配置，另一些则倾向于主干网或广域网。网络处理器的类型也很多，因此定义网络处理器比定义存储器、PLD这样的半导体产品更加复杂。本文采用广义的网络定义，即包括可以完成全部或部分网络处理功能的专用处理器。

    目前各种NPU的体系结构可分为4种类型：

（1）嵌入式RISC

使用常用的可编程RISC（Reduced Instruction Set Computers），RISC机每秒可执行一定数目的指令。但是RISC机的核心-基于控制器是一个硬件编码（hard-coded）状态机。该状态机的功能一般是为了更方便地获取和执行指令，而不是直接执行分类功能，因此效率不高。其代表产品是Intel公司的“IXP1200网络微处理器”，主要用于硬件路由器的智能切换处理以及频带控制等的QoS处理。