用网络处理器建立通信系统
发布时间:2007/8/24 0:00:00 访问次数:396
使用网络处理器来设计通信系统，所设计的系统结构，和设计时所采用的设计方法，与传统的方法相比都很不相同。影响最大的是设计工作的重点，设计人员的注意力将从硬件线路和通信协议的细节的考虑中，转向软件、服务以及最终用户的技术要求方面。也就是说，设计将是以软件为中心，以通信服务为中心，和以最终用户的技术要求为注意的集中点。设计公司将一改过去集中注意于硬件设计的传统，转而将注意力集中于用户所需要的服务方面，并考虑如何使用软件来实现用户所需要的服务。
这些变化与进展在相当大程度上应该归功于网络处理单元（NPU, network processing unit）的推动。在这种情况下，系统设计人员如果对于网络处理器能够运用自如，那么就可以充分了解网络处理器的作用，并且能够感觉到，与使用网络处理器随之而来的潜在自由空间。系统设计人员也才有可能最大限度地发挥网络处理器的潜能。
附图是系统原理图，它显示出网络处理器在系统设计中所处的重要位置。NPU一般位于物理层（MAC或帧调节器）线路和交换结构之间。在图中并串行/串并行转换器(SERDES)在NPU和交换结构造之间起接口作用。
NPU的运行速度有待提高
表1给出了在不同的数据传输速率条件下，网络处理器处理一个40字节的分组（最小的通信分组）所需要的时间。例如，在数据传输速率为1G位/秒时，网络处理器可以有360 ns 的时间来处理此分组。在这段时间内，NPU必须对分组进行检查，语法分析，以及必要的编辑和查表（有时对于分组的内容需要按照不同的策略采取不同的处理措施，有的继续向前传送，有的要送去排队，有的需要作标记；一般说来，对于一个分组可能要进行2到3种数据库的查表处理）。对于即使是比较低的传输速率1G位/秒，网络处理器也只有360 ns 来完成上述作业；如果传输速率为100G位/秒，对于每个分组就只有3.6 ns 的时间来进行处理了。
从目前情况来看，价格适中的SRAM，存取时间为10 nsec，有望提高到5 nsec。如果将一个10 nsec的SRAM用于1G/秒的数据流，在留给处理分组的360 nsec 时间窗口内，只能对存储器进行36次的存取。如果用于10 G位/秒的数据流，存取次数将减少到只能进行3次了；即使是采用5 nsec的SRAM，也只能进行7次存取。
从表1所给出的数据可以看出，为了有效地提高数据处理速率，只能将处理步骤分段，并采用流水线的方式来进行处理，或者采用多个处理机来并行处理（即多个处理机同时对不同分组进行处理）。这种解决办法，对于策略查表存储器，和内容寻址存储器（CAM）都适用。例如，对于40 G位/秒的数据流，采用10 nsec 的存储器，在允许的时间内一次存取也进行不了。这时，设计人员必须采用许多并行的存储器陈列。
网络处理器可以按照它们对于数据处理的速率来进行分类。在表1的中间部分列出了对于一定的数据速率，需要采用的网络处理器种类和数量。例如，对于2.5 G位/秒的数据流，需要使用3个1G位/秒的处理器来进行处理。而对于100 G位/秒的数据流，则需要144个这样的处理器。对于这样的数据流，也许改为采用12个OC-192处理器，或两个OC-768处理器更合适一些。
表1 对网络处理器处理速率的要求（以每分组40字节为例）
| 传输速率（G位/秒） | 可以用来处理分组的时间（nsec/分组） | 所需处理器的种类及数量 | SRAM存取次数（nsec） | ||||||||||||||
| 1G位/秒 | OC-48 | OC-192 | OC-768 | 10 | 5 | 2 | |||||||||||
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使用网络处理器来设计通信系统，所设计的系统结构，和设计时所采用的设计方法，与传统的方法相比都很不相同。影响最大的是设计工作的重点，设计人员的注意力将从硬件线路和通信协议的细节的考虑中，转向软件、服务以及最终用户的技术要求方面。也就是说，设计将是以软件为中心，以通信服务为中心，和以最终用户的技术要求为注意的集中点。设计公司将一改过去集中注意于硬件设计的传统，转而将注意力集中于用户所需要的服务方面，并考虑如何使用软件来实现用户所需要的服务。
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