Сетевые процессоры на базе архитектуры Intel Internet Exchange

Динамика сегментов рынка

   Требования к обработке в пределах одной сети

   Требования к оборудованию, размещаемому у абонентов

   Требования к оборудованию для сетевого доступа

   Требования к граничному оборудованию

   Требования к магистральному оборудованию

Второе поколение сетевых процессоров Intel

Высокоскоростная обработка данных

Технология Intel XScale

Интегрированная среда Intel IXA Portability Framework

Семейство сетевых процессоров Intel IXA Network

   Сетевой процессор Intel IXP425 для устройств, устанавливаемых у абонентов

   Сетевой процессор Intel IXP2400 для устройств доступа и граничного оборудования

   Сетевой процессор Intel IXP2800 для граничного и магистрального оборудования

Среда разработки и инструментальные средства

Сетевые процессоры сегодня находят широкое применение в самых разных сегментах рынка сетевого оборудования, а в ходе дальнейшего развития сетей потребуется создание инфраструктуры для предоставления различных интеллектуальных сервисов с высокими требованиями к пропускной способности сети. Эффективность работы процессоров в этих приложениях будет зависеть от степени интеллектуальности сервисов, предоставляемых процессором сетевому оборудованию. В связи с возрастающей сложностью требований со стороны сетевой инфраструктуры основным показателем производительности сетевого процессора становится пропускная способность при углубленном анализе пакетов на скоростях, сравнимых со скоростями передачи данных.

корости передачи информации и требования к обработке данных в разных сегментах сети существенно различаются, поэтому унифицированный подход к сетевой обработке уже не может обеспечивать сбалансированное сочетание производительности пакетной обработки и стоимости. Чтобы приблизить время создания следующего поколения сервисов, корпорация Intel расширила свой ассортимент сетевых процессоров, представив три новых семейства сетевых процессоров, построенных на базе архитектуры Intel Internet Exchange Architecture (Intel IXA) и предназначенных для разных сегментов рынка сетевого оборудования: для оборудования абонентов, для доступа к сетям, для работы на границах сетей и для магистральных сетей. Новые семейства сетевых процессоров дают возможность поставщикам сетевого оборудования предлагать своим клиентам оптимальное сочетание настраиваемых и наращиваемых сервисов. Кроме того, каждое семейство сетевых процессоров предоставляет поставщикам всеобъемлющую среду разработки, включающую программное обеспечение, инструментарий и платформы для разработки, которые позволяют ускорить выпуск соответствующих устройств и снизить затраты.

Динамика сегментов рынка

есколько последних лет стали периодом быстрого развития сегментов телекоммуникационной инфраструктуры и услуг связи, к тому же недавнее снижение темпов роста сегмента телекоммуникаций и вытекающее из этого сокращение капиталовложений вынуждает поставщиков услуг и оборудования пересмотреть планы по разработке новой продукции и сервисов. В данный момент главным является снижение затрат и удовлетворение потребностей пользователей на новых сегментах рынка.

Для успешного выполнения этих требований необходим переход к более эффективным сервисам, что предполагает дальнейшее развитие возможностей самой сети. Например, сети будут постепенно переходить с ATM-инфраструктуры на IP-инфраструктуру, и в процессе перехода, который может занять до десяти лет, сетевое оборудование должно будет поддерживать оба протокола и обладать гибкостью, достаточной для непрерывного приспособления к изменяющимся промышленным стандартам.

Последние изменения, внесенные в магистральные сети, способствовали созданию инфраструктуры, которая может поддерживать широкий набор потенциальных сервисов. Однако задача разработки технологии для предоставления этих сервисов все еще представляет собой сложную проблему, при решении которой необходимо учитывать следующие аспекты:

• акцент смещается от обеспечения одной лишь пропускной способности к созданию различных сервисов, повышающих эффективность работы;

• оплата услуги все чаще начисляется исходя из объема полученной информации, а не за время подключения;

• методы «максимального усилия» при предоставлении сервисов сменяются соглашениями о гарантированном уровне сервисного обслуживания;

• использование только протокола IP постепенно вытесняет многочисленные независимые протоколы;

• на смену интерфейсам на основе запатентованных технологий приходят интерфейсы на базе стандартов.

В связи с прекращением регулирования телекоммуникационных сетей появилась новая рыночная модель, созданная для извлечения преимуществ из отделения сетей от местных линий связи. Это явление, в свою очередь, породило такие варианты ведения бизнеса, при которых сетевые операторы конкурируют на иной основе: вместо того, чтобы взимать плату за доступ к сети, провайдеры сетевых услуг теперь могут извлекать выгоду из предоставления разнообразной мультимедийной информации и сервисов. Одной из самых серьезных проблем, стоящих перед отраслью, является задача минимизации затрат и увеличения доходов при одновременном предоставлении все новых сервисов. Провайдерам услуг требуется сетевое оборудование, обладающее не только высокой производительностью, но и гибкостью, позволяющей добавлять новые платные сервисы по мере того, как они будут приспосабливать сети к новым стандартам. Для удовлетворения этих требований особенно важны программируемые сетевые процессоры.

Требования к обработке в пределах одной сети

Для каждого уровня сети требуется специфическое сочетание производительности, характеристик и затрат. Чтобы быть эффективными, сетевые процессоры должны быть оптимизированы не только в соответствии с особыми требованиями в плане оборудования, но и с учетом сервисов, предоставляемых в каждом сегменте сетевой инфраструктуры.

Требования к оборудованию, размещаемому у абонентов

Для того чтобы быть полноценной функциональной частью инфраструктуры последней мили, устройства, размещаемые у абонентов, должны быть совместимыми с текущими и планируемыми сервисами, а также взаимодействовать с другими частями сети. Требования к оборудованию, размещаемому у абонента, таковы:

• соответствие производительности глобальных сетей производительности проводных сетей;

• высокий уровень интеграции для поддержки расширенных сетевых сервисов;

• способность к взаимодействию с оборудованием доступа на 1-м и 2-м уровнях, а также с граничным оборудованием на 3-м и более высоких уровнях сети провайдера услуг;

• простота конфигурирования и дистанционное управление, запас производительности для поддержки новых и обновленных стандартов;

• невысокие цены.

Требования к оборудованию для сетевого доступа

Оборудование для доступа к сетям является первой точкой объединения трафика, который поступает от абонентского оборудования и далее передается по направлению к магистральной части сети. Повсеместное использование сети Интернет требует крупномасштабной и экономичной агрегации многочисленных низкоскоростных соединений в скоростной поток на последующих уровнях сети. В число требований, которые предъявляются к оборудованию для доступа, входят:

• поддержка различных интерфейсов физического уровня и протоколов 2-го уровня;

• поддержка интерфейсов различных протоколов;

• уменьшение занимаемой площади и формфактора оборудования, снижение энергопотребления.

Требования к граничному оборудованию

Если оборудование для доступа объединяет и распределяет многочисленные потоки данных, поступающие от абонентских устройств, то оборудование, расположенное на границе сети, предоставляет разнообразные сетевые сервисы, основанные на характеристиках трафика. Перечислим основные требования к граничному оборудованию:

• простота предоставления сервисов;

• наращиваемость производительности и функциональности;

• возможность плавного перехода на новые стандарты.

Требования к магистральному оборудованию

В магистральной части сети располагаются высокопроизводительные маршрутизирующие коммутаторы, агрегирующие и перенаправляющие трафик, который поступает от сотен граничных устройств, при помощи мультигигабитных и терабитных коммутаторов. Требования к магистральному оборудованию следующие:

• высокая наращиваемость производительности для коммутации и маршрутизации;

• высокая эффективность, включая избыточность и возможность горячего резервирования;

• конструктивное исполнение, совместимое со спецификацией NEBS.

Второе поколение сетевых процессоров Intel

пособствуя ускорению работы отрасли в области создания сетевых сервисов, корпорация Intel представила поставщикам сетевого оборудования и провайдерам услуг три новых семейства сетевых процессоров второго поколения на базе архитектуры Intel Internet Exchange Architecture (Intel IXA). Каждое семейство процессоров оптимизировано под потребности конкретных сегментов сети и укомплектовано программным обеспечением и инструментальными платформами, помогающими снизить стоимость разработки. Новые семейства сетевых процессоров Intel IXA обладают тремя ключевыми характеристиками:

• технология производства процессора — подсистема полностью программируемых многопоточных RISC-элементов, обеспечивающих высокую скорость обработки пакетов данных;

• технология Intel XScale, обеспечивающая наилучшее соотношение производительности и энергопотребления (до миллиарда операций в секунду при энергопотреблении всего 10 мВт);

• интегрированная среда для переноса программного обеспечения, обеспечивающая простоту использования, защиту инвестиций и ускоренный выпуск продукции на рынок.

Высокоскоростная обработка данных

о мере развития сетей эффективность сетевых процессоров будет все сильнее зависеть именно от интеллектуальной обработки пакетов на скоростях, сравнимых со скоростями проводных сетей, а не только от производительности. Для предоставления платных сервисов провайдерам потребуется сочетание производительности и гибкого контроля над ресурсами. Например, для канала передачи данных со скоростью 10 Гбит/с углубленная проверка пакетов должна осуществляться с интервалом в 35 наносекунд. Сетевой процессор должен выполнять необходимые приложения, а затем передавать их без потерь, в правильной последовательности и на требуемой скорости.

Архитектура сетевых процессоров корпорации Intel идеально подходит для решения этой проблемы, предоставляя высокопроизводительную платформу, программируемую производителями оборудования для развертывания новых приложений обработки данных. Подсистема мультиобработки сетевого процессора второго поколения гарантирует наличие агрегированной вычислительной мощности, достаточной для обработки пакетов/ячеек, поступающих на скоростях проводной связи на уровне 10 Гбит/с.

Кроме того, новые процессоры Intel поддерживают анализ потока пакетов/ячеек для решения таких проблем, как разделение операции маршрутизации на несколько последовательных заданий, включающих получение пакетов, обращение к таблицам маршрутизации и классификация пакетов. Благодаря производительности и гибкости, которые обеспечивает этот программный конвейер обработки данных, процессор может выполнять одновременно несколько заданий, учитывая при этом зависимости между временем и данными. В дальнейшем такая архитектура процессора позволит производителям оборудования легко наращивать производительность и добавлять функции для удовлетворения растущих потребностей.

Архитектура сетевого процессора второго поколения включает первую реализацию уникальной технологии Hyper Task Chaining корпорации Intel, позволяющей разделить один поток пакетов/ячеек на несколько последовательных заданий, которые легко соединяются друг с другом. Технология регистров памяти позволяет разделять сигналы данных и событий между потоками и микроблоками практически без задержки, обеспечивая их согласованность. Другая новинка — кольцевые буферы (Ring Buffers) — поддерживает взаимодействие между микроблоками по принципу «первым прибыл, первым обслужен» (FIFO), реализуя высокоэффективный механизм для гибкого связывания заданий между различными программными конвейерами. Благодаря сочетанию гибкой программной конвейерной обработки и быстрой коммуникации между процессами, технология Hyper Task Chaining позволяет сетевым процессорам Intel IXA выполнять сложную обработку данных на скорости проводной передачи.

Технология Intel XScale

етевые процессоры второго поколения основаны на ядре Intel XScale с низким энергопотреблением. Указанное ядро предназначено для выполнения широкого диапазона сложных задач обработки данных, включая обработку приложений, связь, управление и обновление структур данных, а также настройку и управление устройствами для передачи информации и коммутирующими устройствами. Кроме того, ядро Intel XScalе обрабатывает пакеты, которые требуют дополнительной сложной обработки.

Технология Intel XScale, в свою очередь, обеспечивает высокую производительность благодаря технологии Intel Superpipelined Technology, представляющей собой многоступенчатую, высокоэффективную конвейерную архитектуру, которая сводит к минимуму задержки и поддерживает высокую тактовую частоту процессора при сверхнизком энергопотреблении. Основанная на подсистеме команд ARM версии 5TE, технология Intel XScale гарантирует отличное соотношение энергопотребления и производительности, а также совместимость с сетевыми процессорами Intel первого поколения. В сетевых процессорах Intel второго поколения микроустройства и ядро Intel XScale объединены в одной микросхеме. Такой интегрированный подход открывает производителям оборудования большие возможности в тех случаях, когда необходимо привести в соответствие задачи по обработке данных и ресурсы при одновременной минимизации затрат на интеграцию.

Интегрированная среда Intel IXA Portability Framework

тобы максимально использовать преимущества мощности и гибкости нового поколения сетевых процессоров, разработчикам необходим доступ к равным по мощности наборам инструментальных средств, поскольку это защитит инвестиции в существующие приложения и ускорит разработку новых функций и сервисов. Интегрированная среда Intel IXA Portability Framework обеспечивает возможность быстрой и эффективной разработки наряду с защитой инвестиций в программные средства за счет переносимости ПО и многократного использования кода для микроустройств и управляющего ядра Intel XScale в современных и будущих поколениях сетевых процессоров Intel IXA. Интегрированная среда позволяет осуществлять разработку модульных, переносимых блоков кода и интеграцию программной продукции других разработчиков с целью продления жизненного цикла продукции и упрощения эксплуатации, исключая необходимость в трудоемкой разработке ответственного программного обеспечения для инфраструктуры.

В состав среды Intel IXA Portability Framework входят:

• модульная модель программирования для обеспечения оптимального разделения приложений между микроустройствами и потоками и для интеграции с конструктивными компонентами, предоставленными корпорацией Intel или созданными клиентами и сторонними разработчиками. Модульная модель позволяет гибко сочетать программные компоненты, подбирать их и многократно использовать в едином управляемом конвейере. Эта модель дает возможность переносить код между сетевыми процессорами Intel IXA, обладающими различным количеством микроустройств и потоков, упрощая многократное использование кода;

• оптимизированные библиотеки микроустройств и инструментальные средства, поддерживающие преемственность при изменениях в наборе команд микроустройства и архитектуре для обеспечения способности к взаимодействию для различных аппаратных конфигураций;

• библиотеки с исходным кодом технологии Intel XScale для поддержки разработки модульных компонентов ядра и улучшения переносимости между различными операционными средами;

• библиотека основанных на стандартах Network Processor Forum (NPF) интерфейсов прикладного программирования (API) для связи со стеком протоколов панели управления.

Семейство сетевых процессоров Intel IXA Network

ополняя широкий диапазон сетевых приложений, поддерживаемых первым поколением сетевых процессоров Intel IXA, новейшее семейство сетевых процессоров Intel дает возможность предоставлять различные сервисы приложениям для абонентов, создавать глобальные сети на базе стандарта ОС-48 со скоростью передачи 2,5 Гбит/с и удовлетворять специфические требования оборудования для магистральных сетей на базе стандарта ОС-192 со скоростью передачи 10 Гбит/с.

Сетевой процессор Intel IXP425 для устройств, устанавливаемых у абонентов

Семейство сетевых процессоров Intel IXP425 для абонентских устройств обеспечивает интеграцию на одной микросхеме программируемого высокопроизводительного ядра Intel XScale для обработки приложений и трех сетевых процессорных блоков для высокоскоростной пакетной обработки. Кроме того, сетевой процессор Intel IXP425 обладает интегрированными интерфейсами для глобальных и локальных сетей, поддерживает передачу голоса и видео, а также службы сетевого администрирования и обеспечивает безопасность. Архитектура параллельной обработки сетевого процессора Intel IXP425 в сочетании с различными скоростями работы ядра позволяет разработчикам приводить производительность в соответствие с требованиями конкретных приложений. Благодаря программному обеспечению и платформе для разработки семейство сетевых процессоров Intel IXP425 является основой для всеобъемлющей среды разработки, предназначенной для быстрого выпуска продукции на рынок и для создания приложений последней мили, таких как абонентское оборудование и удаленные мультиплексоры доступа (DSLAM) для многоквартирных зданий (жилых домов, отелей).

Сетевой процессор Intel IXP2400 для устройств доступа и граничного оборудования

Процессор Intel IXP2400 соответствует среднему уровню производительности в семействе сетевых процессоров Intel второго поколения. Он предназначен для широкого диапазона устройств доступа и граничного оборудования, включая мультисервисные коммутаторы, маршрутизаторы, широкополосные устройства доступа и системы для беспроводной инфраструктуры, работающие на скоростях различных стандартов: от ОС-12 до ОС-48/2,5 Гбит/с. За счет восьми многопоточных микроустройств и интегрированного ядра Intel XScale архитектура процессора Intel IXP2400 позволяет разработчикам сделать следующий шаг по пути повышения производительности и добавления новых функций к оборудованию, основанному на процессоре Intel IXP1200.

Сетевой процессор Intel IXP2800 для граничного и магистрального оборудования

Сетевой процессор Intel IXP2800 обеспечивает самый высокий уровень производительности в семействе сетевых процессоров Intel второго поколения, включая 16 полностью программируемых многопоточных микроустройств для передачи пакетов и управления трафиком и ядро Intel XScale, интегрированные на одной микросхеме. Этот сетевой процессор способен выполнять более 25 млрд. операций в секунду для обработки пакета размером до 40 байт, передаваемого по оптической сети, при скорости поступления данных 10 Гбит/с.

Среда разработки и инструментальные средства

латформа разработки сетевого процессора Intel IXP425, предназначенная для абонентских устройств, предоставляет мощный инструментарий при разработке и проверке аппаратного и программного обеспечения для сетевого процессора Intel IXP425. Разработчики могут использовать эту гибкую и расширяемую платформу, чтобы как можно скорее начать проектирование, оценивая возможности и производительность микросхемы, разрабатывая продукцию и создавая макеты.

Для других приложений Intel предлагает усовершенствованную среду разработки, которая позволяет клиентам быстро разрабатывать новые приложения для сетевых процессоров Intel IXP2400 и Intel IXP2800, а также переносить существующие приложения с сетевых процессоров из семейства Intel IXP1200. Эта среда разработки включает комплект для разработки программного обеспечения Intel IXA Software Developers Kit (Intel IXA SDK) 3.0, который обеспечивает инструментарий высокого уровня, встроенные операционные системы реального времени, интегрированную среду для переноса Intel IXA Software Portability Framework и библиотеки. SDK позволяет клиентам оценивать, проверять и оптимизировать производительность сетевого процессора. В конфигурацию платформ для разработки аппаратного обеспечения входят обеспечивающие максимальную гибкость проектирования базовые платы (Вase Сards) и разнообразные модульные медиаплаты (Мedia Сards) для сетевых процессоров Intel IXP2400 или Intel IXP2800 с корпусами, соответствующими различным стандартным формфакторам.

В статье использованы материалы, предоставленные корпорацией Intel.

КомпьютерПресс 10'2003