網絡分流器｜高速骨干網流量采集與分流實現方案

網絡分流器｜高速骨干網流量采集與分流實現方案

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IP原始報文的獲取。骨干網流量采集系統是一種對骨干網進行流量獲取并分析的系統，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、運行商信令監控服務、園區網審計、公安網監、大數據分析等領域。

2 高速網絡流量采集系統｜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模的擴大，大規模的網絡流量采集面臨著數據規模龐大和流量日益復雜的挑戰，傳統的基于軟件的流量采集技術的性能已然無法滿足要求。現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

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。采用此方案的系統可編程實現流量采集，還可對報文進行修改，具有非常高的靈活性。但系統CPU的處理能力有限，無法真正實現線速處理，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、應用層協議識別、Radius上線與報文綁定等功能比較容易實現。

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

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

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，需要深厚的研發能力。但其兼有多核系統的高靈活性和交換系統的高性能，優勢也是非常明顯的。

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，雖然系統整體價格略貴，但軟硬件發開難度不大，入門門檻較低。

但隨著FPGA的發展，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。

圖2所示是常見基于FPGA的流量采集系統的結構圖，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回網絡中。系統采用硬件和軟件協同實現設計思路，對于數據包的協議解析、數據預處理都由硬件電路實現；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。

3 小結

戎騰網絡推出的100G采集設備（采用ATCA-NTW6401機箱和HFC602業務處理板卡）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）是目前最大密度的協轉設備，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，具有最高性價比｜網絡分流器