网络分流器｜高速骨干网流量采集与分流实现方案

1 流量采集｜网络分流器

所谓流量采集，就是将网络流量通过物理层、数据链路层的信号解析和解帧，实现IP原始报文的获取。骨干网流量采集系统是一种对骨干网进行流量获取并分析的系统，主要应用于政府网络管理、运行商广告推送、运行商计费取证服务、运行商信令监控服务、园区网审计、公安网监、大数据分析等领域。

2 高速网络流量采集系统｜网络分流器

随着以太网技术和光纤通信技术的应用，骨干网带宽的增长及规模的扩大，大规模的网络流量采集面临着数据规模庞大和流量日益复杂的挑战，传统的基于软件的流量采集技术的性能已然无法满足要求。现有的高速骨干网流量采集方案主要分为三类：基于多核处理器的流量采集方案，基于交换芯片的流量采集方案，和基于FPGA的网络流量采集方案。

每种方案各有特色，下文将一一进行说明。

a) 基于多核处理器的戎腾高速网络流量采集系统

多核处理器能够提供强大的并行计算能力，应用于流量采集系统的主要型号有Broadcom的XLP、XLR、XLS，Cavium的CN6880、CN5880，以及Tilera的TILE-GX36等。采用此方案的系统可编程实现流量采集，还可对报文进行修改，具有非常高的灵活性。但系统CPU的处理能力有限，无法真正实现线速处理，整体性能不会很高，但是由于有处理器的参与，比较复杂的处理，如流表的管理、应用层协议识别、Radius上线与报文绑定等功能比较容易实现。
戎腾网络分流器
图1 一种基于Cavium CN6880的流量采集器CDP2000

b) 基于交换芯片的高速网络流量采集系统

交换芯片的价格较便宜，且有成熟的套片解决方案可供参考。但其过滤功能非常弱，只支持非常简单的精确多元组过滤，无法做深度报文检测（DPI: Deep Package Inspection），且无法支持POS和WAN等以太网接口，这也使得基于交换芯片的流量采集方案在实际使用的范围受到限制。

c) 基于FPGA的高速网络流量采集系统

基于FPGA的解决方案目前较少，主要原因是FPGA芯片价格较贵，且需自行设计所有高速电路和过滤算法，技术门槛较高，需要深厚的研发能力。但其兼有多核系统的高灵活性和交换系统的高性能，优势也是非常明显的
图2 基于FPGA的100G戎腾网络流量采集系统HFC602

表1 三种流量采集方案的比较

　　　　　　　　　　　　基于多核处理器　　　基于交换芯片　　　　基于FPGA　　　
芯片价格　　　　　　　　一般　　　　　　　　较低　　　　　　　　　较高

硬件设计难易度　　　　　一般　　　　　　　　较容易　　　　　　　　较难

软件开发难易度　　　　　一般　　　　　　　　较容易　　　　　　　　较难

常见网络接口的兼容性　　中　　　　　　　　　低　　　　　　　　　　高

流量采集的灵活性　　　　高　　　　　　　　　低　　　　　　　　　　一般

是否实现线速处理　　　　否　　　　　　　　　否　　　　　　　　　　是

基于多核处理器+交换芯片的流量采集方案是目前应用最为普遍的方案，虽然系统整体价格略贵，但软硬件发开难度不大，入门门槛较低。

但随着FPGA的发展，其内部资源日益丰富，特别是内部嵌入了大量IP核，在处理速率、逻辑容量等方面不断提升，基于FPGA的方案受到了越来越多的关注，国内外许多研究机构及公司先后推出了基于FPGA的网络流量采集系统。

图2所示是常见基于FPGA的流量采集系统的结构图，流量采集及预处理平台获取网络端口送来的网络数据包，并对数据包进行流量统计和分析，最终根据流量分析的结果将网络数据包进行分流重新转发回网络中。系统采用硬件和软件协同实现设计思路，对于数据包的协议解析、数据预处理都由硬件电路实现；后端服务器进行流量的具体分析处理。通过预处理平台对流量进行分类归并和低负载数据传输，有效减少了后端服务器的工作量；服务器对预处理后的数据进行处理，可以有效降低流量处理过程的负载开销！
1 戎腾网络分流器小结
国防科大推出的100G采集设备（采用ATCA-NTW6401机箱和HFC602业务处理板卡）是目前市面上唯一经过了实网验证的设备，10G独立机箱设备（PET160/320）是目前最大密度的协转设备，3G/LTE产品（ATCA-NTW6402）由于采用软硬结合方案（FPGA+NPU），单板处理能力达到40G bps 3G GRE/ 160G LTE，具有最高性价比。