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網絡分流器｜高速骨干網流量采集與分流實現(xiàn)方案
1 流量采集｜網絡分流器
所謂流量采集，就是將網絡流量通過物理層、數據鏈路層的信號解析和解幀，實現(xiàn)IP原始報文的獲取。骨干網流量采集系統(tǒng)是一種對骨干網進行流量獲取并分析的系統(tǒng)，主要應用于政府網絡管理、運行商廣告推送、運行商計費取證服務、運行商信令監(jiān)控服務、園區(qū)網審計、公安網監(jiān)、大數據分析等領域。
2 高速網絡流量采集系統(tǒng)｜網絡分流器
隨著以太網技術和光纖通信技術的應用，骨干網帶寬的增長及規(guī)模的擴大，大規(guī)模的網絡流量采集面臨著數據規(guī)模龐大和流量日益復雜的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的基于軟件的流量采集技術的性能已然無法滿足要求?，F(xiàn)有的高速骨干網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的網絡流量采集方案。
每種方案各有特色，下文將一一進行說明。
a) 基于多核處理器的戎騰高速網絡流量采集系統(tǒng)
多核處理器能夠提供強大的并行計算能力，應用于流量采集系統(tǒng)的主要型號有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)可編程實現(xiàn)流量采集，還可對報文進行修改，具有非常高的靈活性。但系統(tǒng)CPU的處理能力有限，無法真正實現(xiàn)線速處理，整體性能不會很高，但是由于有處理器的參與，比較復雜的處理，如流表的管理、應用層協(xié)議識別、Radius上線與報文綁定等功能比較容易實現(xiàn)。
戎騰網絡分流器
圖1 一種基于Cavium CN6880的流量采集器CDP2000
b) 基于交換芯片的高速網絡流量采集系統(tǒng)
交換芯片的價格較便宜，且有成熟的套片解決方案可供參考。但其過濾功能非常弱，只支持非常簡單的精確多元組過濾，無法做深度報文檢測（DPI: Deep Package Inspection），且無法支持POS和WAN等以太網接口，這也使得基于交換芯片的流量采集方案在實際使用的范圍受到限制。
c) 基于FPGA的高速網絡流量采集系統(tǒng)
基于FPGA的解決方案目前較少，主要原因是FPGA芯片價格較貴，且需自行設計所有高速電路和過濾算法，技術門檻較高，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)勢也是非常明顯的
圖2 基于FPGA的100G戎騰網絡流量采集系統(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
芯片價格 一般 較低 較高
硬件設計難易度 一般 較容易 較難
軟件開發(fā)難易度 一般 較容易 較難
常見網絡接口的兼容性 中 低 高
流量采集的靈活性 高 低 一般
是否實現(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用最為普遍的方案，雖然系統(tǒng)整體價格略貴，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，其內部資源日益豐富，特別是內部嵌入了大量IP核，在處理速率、邏輯容量等方面不斷提升，基于FPGA的方案受到了越來越多的關注，國內外許多研究機構及公司先后推出了基于FPGA的網絡流量采集系統(tǒng)。
圖2所示是常見基于FPGA的流量采集系統(tǒng)的結構圖，流量采集及預處理平臺獲取網絡端口送來的網絡數據包，并對數據包進行流量統(tǒng)計和分析，最終根據流量分析的結果將網絡數據包進行分流重新轉發(fā)回網絡中。系統(tǒng)采用硬件和軟件協(xié)同實現(xiàn)設計思路，對于數據包的協(xié)議解析、數據預處理都由硬件電路實現(xiàn)；后端服務器進行流量的具體分析處理。通過預處理平臺對流量進行分類歸并和低負載數據傳輸，有效減少了后端服務器的工作量；服務器對預處理后的數據進行處理，可以有效降低流量處理過程的負載開銷！
1 戎騰網絡分流器小結
國防科大推出的100G采集設備（采用ATCA-NTW6401機箱和HFC602業(yè)務處理板卡）是目前市面上唯一經過了實網驗證的設備，10G獨立機箱設備（PET160/320）是目前大密度的協(xié)轉設備，3G/LTE產品（ATCA-NTW6402）由于采用軟硬結合方案（FPGA+NPU），單板處理能力達到40G bps 3G GRE/ 160G LTE，具有高性價比。
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