四种交换机体系结构的比较分析

tian7163

　　处理性能是用户在选择核心交换机时最为关注的一点。同时，由于用户的网络环境纷繁多样，总处在不断的发展和变化之中。如何应对未来的发展和变化？如何应对用户多种不同环境的挑战？这些都对核心交换机灵活支撑各种不同的业务提出了挑战，业务按需叠加的能力成为必然，同时，业务的叠加不应影响核心交换机的处理性能，也就是在设计时应该考虑到业务和性能并重的要求。



　　针对这种情况，业内采取了NP+ASIC的设计方式，这种体系结构完美地满足了强大处理能力、业务按需叠加、业务和性能并重的现代核心交换机设计需求，成为目前核心交换机设计中最为重要的发展方向。



　　交换机的体系结构在很大程度上决定了其处理能力和业务支撑能力。目前，业内主要有以下几种常用的技术：



　　1 通用CPU的优点是功能易扩展，理论上可以实现任何网络功能，但缺点是性能低下。所以，在交换机的体系结构设计中，通用CPU一般仅用于网络设备的控制和管理。



　　2 ASIC芯片可以使用硬件方式实现性能极高的多种常用网络功能，单颗芯片就可以实现几百MPPS以上的处理能力。但ASIC芯片一旦开发完毕就很难继续扩展其他应用了，新功能的添加需要芯片研发企业花费较长开发周期。所以，ASIC芯片最合适应用于处理网络中的各种成熟传统功能。



　　3 FPGA是可以反复编程、擦除、使用以及在外围电路不动的情况下用不同App就可实现不同功能的一种门阵列芯片，可以在一定程度上灵活地扩展业务处理类型。但可惜的是，FPGA由于技术的限制，发展至今其处理能力还是非常有限的（今年6月份业界推出了10G处理能力的FPGA，但还未得到大规模的成熟应用），造成了FPGA无法很好地同时处理多种协议，不能满意地胜任复杂业务扩展。所以，在交换机体系结构中，FPGA一般仅应用于少量简单协议的扩展。



　　4 NP网络处理器内部由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成。近几年，NP技术得到了长足的发展，使得NP保留了ASIC高性能处理数据的特性（2002年业界就出现了10G的NP产品，现在业界还出现了少量的40G处理能力的NP产品）。同时，NP通过众多并行运转的微码处理器，能够通过微码编程进行复杂的多业务扩展。NP技术的不足是网络厂商使用NP进行产品设计时需要投入大量的相关开发人员，各厂家的NP需要统一标准，无法进行开发经验的复制，同时NP的性能和ASIC相比依然还存在一些差距，所以NP网络处理器被应用于高端网络产品复杂的多业务扩展，但并不用于网络传统功能的实现。



　　无疑，通过对几种体系设计技术的分析可以看出，使用NP+ASIC的体系设计方式是最为完美的选择。使用ASIC芯片高速处理各种传统的业务，如二层交换、三层路由、ACL、QoS以及组播处理等等，满足核心交换机对于交换机处理性能的需求；而利用NP实现各种非传统或未成熟的业务，根据需要灵活支撑IPV6、Load Balancing、VPN、NAT、IDS、策略路由、MPLS、防火墙等多种业务功能，满足核心交换机对于业务按需叠加的需求；同时NP接近ASIC的高效特性又保障了多业务提供的高性能，依然保持了核心交换机对于强大处理能力的需求。