[发明专利]微引擎的深度包处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速网络领域的一种网络处理器中微引擎的深度包处理方法.

背景技术

在过去10年中，网络设备的研制开发和互连网的发展相互促进。早期的网络设备(例如网桥和路由器)主要由通用CPU和专用标准设备组成，功能依赖于软件设计，因此容易扩展，便于适应网络中出现的新协议和新业务。这种设计的缺点是处理能力低，无法适应网络传输技术的发展和满足附加性能的需求。随着网络规模和接口速度的增加，通用CPU对某些网络处理任务尤其是数据接收、交换转发等方面的处理性能难以满足要求，这就促使网络设备厂家开发出了基于内嵌专用集成电路(ASIC)的简单且具有固定功能的设备，例如第二层以太网交换机。这种ASIC设计方案能有效提高网络设备处理性能和速度，却降低了灵活性。后来在ASIC基础上又出现了交换套片构建方案，如第二层以太网“单片交换”设备。这种方案优化了硬件间的连接，提高了指令执行效率，但仍没有克服ASIC缺乏灵活性的固有缺点。当今网络规模和性能迅速增长，新业务接连出现，要求网络设备具有线速和智能的处理能力。网络处理器便是一种新兴、有效的统一解决方案，它适用于各层网络处理，具有ASIC高速处理性能和可编程特性，既能保证系统灵活性，又能完成线速处理数据包所要求的高性能硬件功能。

INTEL公司是网络处理和以太网互连领域的领导者和革新者。IXP1200是INTEL公司网络处理器产品，它具有强大的并行处理能力和良好的应用灵活性可以完成的分组交换处理功能，峰值带宽可达6.26GBPS，被业界认为是第一个真正的网络处理器。IXP1200网络处理器具有高性能的并行处理能力以及灵活的通信协议处理能力。IXP1200网络处理器由一个ARM V4结构的StrongArm核和六个独立的32比特可编程的RISC微引擎组成。StrongArm核主要用来进行管理控制一些复杂的任务，像地址学习、建立和维护路由表以及网络管理等操作。每个微引擎在硬件上可以支持四个线程，可用来高速转发数据包。IXP1200提供了IX BUS总线接口，通过IX BUS接口可以和以太网MAC芯片相连。MAC芯片接收来的数据包要送到微引擎，通过微引擎对数据包的处理来决定数据包是转发到其他以太网端口还是送给StrongArm核来处理。

由于IXP1200的设计局限，微引擎对数据包只能按照以64字节为单位的微包进行处理，目前微引擎对数据包的处理主要是集中在第一个64字节，第一个64字节微包被称为SOP包，最后一个64字节微包被称为EOP包。因为在SOP里包含了传统的MAC帧头(14字节)，IP头(20字节)，TCP头(20字节)，UDP头(8字节)，在早期的网络应用中，微引擎通过处理SOP包，就可以获得数据包绝大部分信息：包括MAC地址，IP地址，端口号。但是随着网络业务的发展，出现大量的隧道业务的应用以及IP OVER BEARS的应用，导致数据包的有用包头部信息不在SOP中，更坏的情况是有用包头部信息跨越微包，即部分信息在SOP中，部分信息在64到128字节之间。由于微引擎是以微包为单位进行包处理，对这种情况无能为力，导致原来对SOP的处理流程失效。对这个问题解决方法当前主要是分为两类：一类是采用更为先进的第二代网络处理器，包括IXP2400，IXP2800等，这些处理器可以设置SOP的大小，也可以先将微包组好后再进行深度包处理；第二类方法是将这种深度封装的包交给StrongArm核处理，由于StrongArm核是将微包重组完成后才进行处理的，因此StrongArm核可以进行深度解包，依据解出的信息进行包处理。这两类方法都有很大的不足。对第一类方法，虽然IXP2400，IXP2800在大型电信设备中已经得到广范应用，但是在小企业和高校，从成本，性价比和产品成熟度的角度来说，IXP1200都是不可替代的产品，同时考虑软件产品移植性的代价，这类方法很难广泛实施。对于第二类方法，技术上由于微引擎同StrongArm核的通信已经在专利200410061108.8中得到很好的解决，很方便的可以实施，软件产品中也只需要增加一个CASE的跳转语句，但是该方法完全放弃了微引擎的强大并行处理能力，将包处理的重任交给StrongArm核，处理效率极低，因此该方法也不足取。

参考文献

1 Intel，Inc.Intel IXP1200 Network Processor Datasheet

2 Intel，Inc.Intel IXP1200 Network Processor Hardware Reference Manual