網絡分流器｜10Ｇ網絡分流器：傳統產品與新的挑戰－極客版

10G網絡分流器：傳統產品與新的挑戰
網絡分流器（Network Distributor）是一種網絡流量過濾采集設備，工作在第三、四層，專門用于互聯網流量分析領域，是一種為降低后端分析而進行流量過濾、衰減、交換和分流的設備。目前已有的戎騰網絡分流器包括千兆、10G（POS、WAN、LAN）、40G（POS、LAN）、100G以太網、PON（EPON、GPON）、WIFI、3G和LTE等。
網絡分流器有時候又稱為流量采集器（Traffic Collector）或者網絡探針（Network Probe）。

1．引言｜戎騰網絡分流器
10G骨干鏈路從2003年開始在運營商部署應用，到現在已經有十多年了。10G鏈路又分為10G LAN（以太網）、10G POS和10G WAN。十年以前，在這類鏈路上執行網絡監控、信令分析、大數據分析、IDC防護和內容審計對各個廠商而言都是比較大的挑戰，這主要是因為：
（1）當時，10G骨干鏈路技術只掌握在路由器廠商手中，而路由器廠商相對比較強勢。分流器需要大容量規則、分組分流、特征模式、DNS規則、兩級表過濾、輸出QoS、動態IP監控等特殊功能，要求硬件生產廠家必須深入創新，開發新的產品。但是路由器廠商認為這是一個小眾市場，不愿意投入人員來研發，而是使用路由器（或者是經過局部修改的路由器線卡）充當分流器，而流量分析領域的廠商不具備議價和協商的能力。
（2）分析領域廠商本身對業務和加速能力缺乏完整理解，分析領域廠商擅長于從普通以太網網卡捕獲報文，然后用軟件方式進行流重組和協議分析，其所有的技術沉淀都在X86平臺上。這類解決方案需要大量的服務器以集群方式堆積來形成完整的10G鏈路分析系統，性能通常不會很高。
（3）以前的服務器的處理能力有限，因為核比較少，內存訪問的延遲無法隱藏，即使經過反復的優化，也無法達到Gbps以上的處理性能。

當前的形勢已經完全不一樣，分流器領域競爭激烈，形成了戎騰網絡等幾家具有競爭力的廠家，且分析領域廠商經過十年的積累已經對業務有了較好的沉淀，敢于提出自己的需求，也深刻了解了計算負載如何在硬件和軟件之間分配。另外，服務器的流量處理能力也從300-400Mbps提高了2Gbps左右。因此，10G分流器當前面臨著要增加新的功能、增加密度并進一步降低成本的問題。
2．挑戰｜戎騰網絡分流器
估計目前在全國范圍三大運營商中，骨干鏈路和骨干鏈路邊緣的10G光纖（包括10G LAN、10G WAN和10G POS）達到了萬條左右的規模。在如此多的鏈路上部署審計和信令分析系統，面臨一些新的挑戰：
（1）如何保護用戶投資并擴展單機箱對不同鏈路的支持能力：運營商的網絡是逐步建設起來的，這決定了在一個城市，鏈路種類比較多，包括2.5G、10G、40G和100G等多種。即使在10G鏈路上，又分為10G以太網LAN、10G以太網WAN和10G POS等形態。很多時候，分析廠商可能直到上線才知道鏈路層的協議類型。
（2）如何增加產品的密度：由于鏈路多、種類復雜，設備的密度最好比較高，體系比較小，功耗比較低。
（3）精細分流能力：能夠在流一級基于DPI（深度報文檢測）過濾掉絕大部分的流量，這樣才能有效降低后端分析服務器的負載。
（4）性價比：十年以前，分流器占到整體解決方案成本的50%，目前雖然降到了20%左右，但是成本仍然是廠家重要的考慮因素。

3．解決方案
傳統10G分流器一般只有簡單的協議轉換、萬條級的多元組過濾、分組分流等功能，隨著技術的發展，支持串規則、流管理、DNS規則、千萬條以上多元組規則等應用需求被挖掘出來，需要硬件廠商具備更強的研發實力和技術沉淀。新型分流設備一般采用圖1所示的處理流程。圖1 新型10G分流設備處理流程

在整個處理流程中，數據提取針對不同的鏈路執行不同的功能，如普通以太網采用PHY芯片完成此功能，而POS和WAN則需要Framer。多元組過濾和內容過濾有軟件和硬件兩種處理方式。其中內容過濾的處理能力十分關鍵，在2.5G/s POS鏈路上最大報文吞吐率為6Mpacket/s，每一個報文的最短處理時間為167ns。10G/s POS鏈路的最大報文吞吐率為26Mpacket/s，每一個報文的最短處理時間為37ns。當前，在高速關鍵字匹配方面，有FPGA+SRAM、TCAM以及純軟件幾種方式，分別有其相應的優缺點。使用TCAM（Ternary Content Addressable Memory）進行關鍵字過濾具有速度快、規則動態性好等特點，但是由于TCAM是基于最先匹配的，即只能報告最先匹配的地址。而內容審計和應用行為分析是基于多匹配的，即同一個報文可能匹配多個關鍵字，且TCAM具有長度受限的特點。TCAM用于解決內容模式多匹配，要解決長規則和規則存儲順序兩個問題。鏈接共享多匹配（Linking Shared Multi-Match，LSMM）是一種較好的解決方案。其基本思想是：TCAM每個表項由前段號和段內容組成。若TCAM中存儲有n個表項，則需要在每個表項中擴展位用于存儲前段規則的地址（前鏈域）。每次進行匹配前，將要匹配的內容前面加上前鏈域，送入TCAM器件進行匹配。命中規則的前綴段時，需要將其記錄到存儲器中，稱之為部分命中表，記錄命中的報文位置和段索引。通過TCAM良序的規則分配方法，將規則長度任意的規則集分配存儲到TCAM中之后，則對任何匹配規則集中多個規則的報文，不會遺漏任何一次匹配。大規模流管理是另一項關鍵技術，好的散列方式，并在DDR的多個通道和Bank之間并行訪問存儲器，可以提高部分性能。另外，可以通過智能流表分配、無鎖定超時、多通道虛擬隊列等配套技術來提高流管理的性能。綜合考慮設備的密度、體積、功耗和成本，戎騰網絡的10G分流器（包括PET160A、PET160B、PET320A和PET320B）通過多元組過濾、流管理和DNS規則對報文進行過濾，能夠執行更精細的流量分類。PET設備采用模塊化結構，可以擴展子卡來增加對接口的支持能力。獨有的多鏈路協議封裝（MPE）使得數據提取模塊組件化，可以在1U機箱內支持32個網口，每個網口可以是千兆以太網、2.5G POS、10G LAN、10G POS、10G WAN、40G以太網等不同類型，且每個接口的輸入和輸出可以完全不同，用戶可以自由配置，除40G以太網需要配置不同的子卡之外，其他接口都可以采用一種子卡（只需要進行軟件配置）。圖2 PET160圖3 PET320

這讓用戶的選擇余地更多，如果只有1-2對鏈路，可以使用PET160配置一塊子卡。如果鏈路比較多，可以選擇PET320滿配。超過PET320鏈路容量時，可以使用PET設備串接。如圖4所示，3臺PET320B可以實現92個接口流量的輸入，最大容量達到920Gbps。如果繼續擴展，可以增加更多的輸入接口，且其輸入鏈路類型可以各不相同。這顯著地增加了系統的可擴展性，保護了用戶的投資。圖4 PET320串接部署

4．戎騰網絡分流器｜結論
在高速網絡環境下，隨著主干網絡帶寬和流量的急劇增加，復雜網絡應用的層出不窮，傳統網絡IDS、內容審計系統、信令分析系統在數據捕獲和數據處理方面面臨很大的挑戰。10G分流器是一個復雜的系統，設計和實現這樣的系統需要綜合考慮成本、體積、功耗、密度，以及所需要的精細分流功能｜戎騰網絡分流器