思科QuantumFlow與ASR1000成就多業務匯聚網絡

以移動互聯網、云計算為代表的新技術，帶動信息通信業務創新節奏加快，通信終端越來越多，接入方式也趨于多樣化，全球可用的存儲、帶寬、計算和信息系統正在呈現爆炸性增長。傳統網絡架構通常為了滿足日益復雜的業務需求，需要部署大量的專有業務設備，使得網絡結構日益復雜。隨著企業和運營商對于業務智能化的需求越來越高，網絡架構早已不再只是一個網絡對應一種業務，融合成為必然的趨勢，新一代企業網需要具備整合的云連接、應用感知、更全面的安全及統一策略控制等能力來更好的支撐企業傳統業務及新業務。

思科ASR1000系列路由器是耗資2.5億美元,耗費5年時間研制成功的一款匯聚多業務路由器,作為思科無邊界網絡（CiscoBorderlessNetwork）的重要組件,思科ASR1000系列匯聚服務路由器通過提供業界領先的性能、服務容量以及可信賴的緊湊結構，為服務提供商和企業打造了一個堅固的多業務匯聚網絡邊界。

業務至上—QuantumFlow處理器解析

思科在多年前已經意識到，在網絡的邊界隨著新技術的使用，傳統的網絡處理器設計將無法滿足日益多樣化的業務需求。通用處理器（CPU）雖然可以靈活的通過軟件編程實現新的業務，但缺乏流量優先級管理機制，并且轉發效率相對較低，而傳統的多核心網絡處理器雖然能夠提供很高的吞吐量，單由于使用微碼編程并且受制于微碼空間的限制無法進行靈活的報文處理，相對固定的流水線無法靈活的處理業務。

思科為這款處理器投入了一個接近600人的世界一流的開發團隊，耗時5年開發完成這款QuantumFlow處理器，它將網絡處理器技術推向了一個新的高度。它是一個具有高性能轉發能力同時又兼備靈活的業務處理能力、大規模并行處理并集成多種業務和流量管理的高速網絡處理器。它是業界第一款完全集成的可編程大規模多核心并行流處理器，集成了QoS和先進的內存管理機制并同時提供集成的多業務編程和業務交付能力。

QuantumFlow處理器架構：

CiscoQuantumFlow處理器視頻簡介

http://www.cisco.com/assets/cdc_content_elements/flash/netsol/sp/quantum_flow/demo.html

多核心并行處理

第一代QuantumFlow處理器（QFP）使用90nm工藝，QFP擁有40個定制QFP數據包處理引擎(PPE)，每個PPE支持4個執行線程。利用多達160個并行運行的獨立處理器線程，平均每線程功耗僅0.51W，遠低于業界平均水平。同時QFP提供了一個高速的多核互聯總線，確保每個內核都能及時快速的訪問到相關的資源，并且能夠避免在不夠先進的硬件架構中常見的CPU過度使用和超長延遲問題，

而傳統的網絡處理器架構僅有少量的內核，因此需要使用交換矩陣或總線將多塊網絡處理器互聯才能達到和QFP相同的處理速度，其功耗遠高于QFP系統，而多塊網絡處理器資源互相訪問將會帶來大量的數據包延遲。

例如在運行SBC業務時，單塊QFP可以并發處理68,000個語音流，其語音轉發延遲僅56微秒(56microseconds),而另一個廠商的分布式平臺則需要使用3個業務板卡通過交換網互聯，共計六塊傳統網絡處理器才能達到相同的語音流處理能力，同時轉發延遲高達1毫秒。

先進的內存管理機制

QFP具有非凡的計算能力，在設計上采用了一個先進的內存管理架構，能夠為其創新功能提供出色的支持。憑借高速、多級命令緩存，QFP能夠快速地訪問必要的代碼，以便向任意數據包提供多項服務。

傳統的網絡處理器為了優化報文分類和處理速度并節省內存訪問帶寬，通常僅訪問數據包頭以獲得較高的轉發吞吐量，當這類處理器進行深度數據包檢測（DPI），防火墻，網絡地址轉換（NAT），Netflow等復雜操作時，將會對性能造成不良影響。

QFP的PPE能夠訪問整個數據包，雖然在僅進行簡單轉發時報文處理速度稍低，但在并發部署多項高級服務時，性能并沒有明顯的下降。

簡潔高效的編碼能力

QFP是一款完全的基于C代碼編程的網絡處理器，與傳統的基于微碼編程的網絡處理器相比，QFP可以更快的更好的實現新的業務。并可以完成對多種復雜業務的硬件加速處理，例如對BFD的硬件加速可以支持多達4,000個會話50ms的檢測，并且QFP處理器占用率僅2%，而在對SBC接入用戶快速注冊的加速處理中，可以使得SBC功能可以滿足多達720,000IP電話終端注冊。

同時由于QFP對整個報文是可以見的，因此QFP還提供DPI流量控制功能，通過靈活的代碼編寫能力，QFP支持對多達1200種協議進行深度檢測并進行報文分類和統計，統計信息直接通過QFP輸出為Netflow格式日志報文，并配合靈活的QoS隊列服務，實現了對用戶對網絡中的應用感知和控制(ApplicationVisibilityandControl,AVC)。

靈活的QoS處理能力

QFP提供了一個非常靈活的流量管理引擎，它有128,000個邏輯隊列，用戶能按任意層次結構對其進行分配，從而實施一個先進的分層流量管理系統，允許在一個數據包一次穿越ASR1000時應用多達5級的QoS調度，并且QFP還可以在多個信道上監控每秒數百萬個事件，并配合NBAR等多種應用識別工具，使其成為當今業界最準確最靈活的流量控制引擎。

靈活的處理流水線

傳統的網絡處理器使用固定的流水線結構，使得在多種業務疊加時，不同的業務都要經過一個冗長的報文處理流水線，極大地影響了報文處理延遲和整機吞吐量。當需要增加新的業務時，通常需要很長的時間來修改整個流水線。

QFP可以為不同的業務類型提供靈活的流水線結構，節省了計算資源的消耗并同時降低了整機的報文延遲。并伴隨著這種靈活的流水線結構使得多種業務可以快速的疊加在原有的網絡架構下。

平衡之美—ASR1000架構淺析

集中式？分布式？

通過采用業界首款可擴展可編程型應用感知網絡處理器CiscoQuantumFlow處理器，無需額外板卡，支持的服務包括安全服務（例如加密和防火墻）、服務質量（QoS）、基于網絡的應用識別（NBAR）、CiscoIOS靈活數據包匹配（FPM）、寬帶匯聚（BRAS）和會話邊界控制器（SBC）等。可即時打開并以萬兆位速度運行，無需犧牲網絡性能或間斷服務。

因此ASR1000通過集中式的QFP引擎完美的實現了多種業務整合和高效運營，一塊網絡處理器完美的實現了多個傳統處理器的功能和性能，因此無需使用分布式架構就能提供多達數10Gbps的處理能力。并且隨著工藝的更新，下一代QFP處理器將會使用更多的內核并占用更小的主板空間，并獲得160Gbps的處理能力

綠色環保

由于CiscoASR1000系列多業務匯聚路由器在緊湊的機箱內集成了多種功能，同時通過對QuantumFlow處理器進行的優化測試，CiscoASR1000系列路由器功耗遠小于同類產品。

平衡之美

傳統網絡處理器通常使用TCAM進行大規模的路由查詢和會話查詢以及ACL匹配，但TCAM通常成本高、功耗大和路由更新復雜。同時報文分類等處理也需要借助于TCAM，因此在一個多業務路由器平臺上，通常需要對TCAM進行分區來實現不同的業務，這樣也導致了很多性能瓶頸。

思科在開發ASR1000系列路由器時將CRS上使用的查表器件移植到了QuantumFlow處理器上，可以支持多達4,000,000條路由的高速查詢，同時使用了專用的硬件Hash器件完成對防火墻，NAT等會話的高速查詢，因此TCAM資源全部用于報文分類處理以及復雜的ACL匹配等。通過多組件的平衡處理，使得ASR1000在進行多種復雜業務疊加處理時維持了很高的處理能力。同時為了更好的服務于中國市場，思科公司在上海設立了專門的研發團隊進行CiscoASR1000系列多業務匯聚路由器的新特性開發和維護。

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