高速骨干網(wǎng)流量采集與分流實(shí)現(xiàn)方案

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高速骨干網(wǎng)流量采集與分流實(shí)現(xiàn)方案

1      流量采集

所謂流量采集，就是將網(wǎng)絡(luò)流量通過物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的信號(hào)解析和解幀，實(shí)現(xiàn)IP原始報(bào)文的獲取。骨干網(wǎng)流量采集系統(tǒng)是一種對(duì)骨干網(wǎng)進(jìn)行流量獲取并分析的系統(tǒng)，主要應(yīng)用于政府網(wǎng)絡(luò)管理、運(yùn)行商廣告推送、運(yùn)行商計(jì)費(fèi)取證服務(wù)、運(yùn)行商信令監(jiān)控服務(wù)、園區(qū)網(wǎng)審計(jì)、公安網(wǎng)監(jiān)、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。

2      高速網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)

隨著以太網(wǎng)技術(shù)和光纖通信技術(shù)的應(yīng)用，骨干網(wǎng)帶寬的增長(zhǎng)及規(guī)模的擴(kuò)大，大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)流量采集面臨著數(shù)據(jù)規(guī)模龐大和流量日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的基于軟件的流量采集技術(shù)的性能已然無(wú)法滿足要求。現(xiàn)有的高速骨干網(wǎng)流量采集方案主要分為三類：基于多核處理器的流量采集方案，基于交換芯片的流量采集方案，和基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)流量采集方案。

每種方案各有特色，下文將一一進(jìn)行說明。

a)       基于多核處理器的高速網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)

多核處理器能夠提供強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，應(yīng)用于流量采集系統(tǒng)的主要型號(hào)有Broadcom的XLP、XLR、XLS，Cavium的CN6880、CN5880，以及Tilera的TILE-GX36等。采用此方案的系統(tǒng)可編程實(shí)現(xiàn)流量采集，還可對(duì)報(bào)文進(jìn)行修改，具有非常高的靈活性。但系統(tǒng)CPU的處理能力有限，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)線速處理，整體性能不會(huì)很高，但是由于有處理器的參與，比較復(fù)雜的處理，如流表的管理、應(yīng)用層協(xié)議識(shí)別、Radius上線與報(bào)文綁定等功能比較容易實(shí)現(xiàn)。

圖1 一種基于CaviumCN6880的流量采集器CDP2000

b)      基于交換芯片的高速網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)

交換芯片的價(jià)格較便宜，且有成熟的套片解決方案可供參考。但其過濾功能非常弱，只支持非常簡(jiǎn)單的精確多元組過濾，無(wú)法做深度報(bào)文檢測(cè)（DPI: Deep PackageInspection），且無(wú)法支持POS和WAN等以太網(wǎng)接口，這也使得基于交換芯片的流量采集方案在實(shí)際使用的范圍受到限制。

c)       基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)

基于FPGA的解決方案目前較少，主要原因是FPGA芯片價(jià)格較貴，且需自行設(shè)計(jì)所有高速電路和過濾算法，技術(shù)門檻較高，需要深厚的研發(fā)能力。但其兼有多核系統(tǒng)的高靈活性和交換系統(tǒng)的高性能，優(yōu)勢(shì)也是非常明顯的。

圖2基于FPGA的100G網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)HFC602

表1  三種流量采集方案的比較

        

      

基于多核處理器

   

基于交換芯片

   

基于FPGA

  
   

芯片價(jià)格

  

一般

  

較低

  

較高

   

硬件設(shè)計(jì)難易度

  

一般

  

較容易

  

較難

   

軟件開發(fā)難易度

  

一般

  

較容易

  

較難

   

常見網(wǎng)絡(luò)接口的兼容性

  

中

  

低

  

高

   

流量采集的靈活性

  

高

  

低

  

一般

   

是否實(shí)現(xiàn)線速處理

  

否

  

否

  

是

基于多核處理器+交換芯片的流量采集方案是目前應(yīng)用最為普遍的方案，雖然系統(tǒng)整體價(jià)格略貴，但軟硬件發(fā)開難度不大，入門門檻較低。

但隨著FPGA的發(fā)展，其內(nèi)部資源日益豐富，特別是內(nèi)部嵌入了大量IP核，在處理速率、邏輯容量等方面不斷提升，基于FPGA的方案受到了越來(lái)越多的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)及公司先后推出了基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)流量采集系統(tǒng)。

圖2所示是常見基于FPGA的流量采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，流量采集及預(yù)處理平臺(tái)獲取網(wǎng)絡(luò)端口送來(lái)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)和分析，最終根據(jù)流量分析的結(jié)果將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分流重新轉(zhuǎn)發(fā)回網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)采用硬件和軟件協(xié)同實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路，對(duì)于數(shù)據(jù)包的協(xié)議解析、數(shù)據(jù)預(yù)處理都由硬件電路實(shí)現(xiàn)；后端服務(wù)器進(jìn)行流量的具體分析處理。通過預(yù)處理平臺(tái)對(duì)流量進(jìn)行分類歸并和低負(fù)載數(shù)據(jù)傳輸，有效減少了后端服務(wù)器的工作量；服務(wù)器對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以有效降低流量處理過程的負(fù)載開銷。

3      小結(jié)

戎騰網(wǎng)絡(luò)科技有限公司推出的100G采集設(shè)備（采用ATCA-NTW6401機(jī)箱和HFC602業(yè)務(wù)處理板卡）是目前市面上唯一經(jīng)過了實(shí)網(wǎng)驗(yàn)證的設(shè)備，10G獨(dú)立機(jī)箱設(shè)備（PET160/320）是目前最大密度的協(xié)轉(zhuǎn)設(shè)備，3G/LTE產(chǎn)品（ATCA-NTW6402）由于采用軟硬結(jié)合方案（FPGA+NPU），單板處理能力達(dá)到40G bps 3G GRE/ 160G LTE，具有最高性價(jià)比。