网络设备硬核技术内幕 路由器篇 21 可重构的路由器

在前面20篇专题中，我们看到了，路由器可以通过这些方法实现：

1. 家用路由器，一般使用Broadcom或MTK的SoC方案实现，如Broadcom 的BCM7218X，一颗芯片就可以实现集成了Wi-Fi6和IPTV功能的家用路由器盒子。
2. 企业级别，1Gbps-200Gbps性能区间的路由器，可以使用Marvell (Cavium)，Broadcom(RMI)的MIPS或ARM多核处理器实现。未来也可以利用x86+DPDK实现。
3. 企业高端与运营商级别，200G-20T性能区间的路由器，目前一般使用NP实现。

我们发现，性能越高的路由器，使用的转发芯片灵活性越低。以NP为例，NP的报文处理流水线是有限制的。在实践中，出现过这样的案例：

互联网企业需要将城域线路分光出来的流量送到后端进行分析，由于单台分析设备的性能有限，需要按流(业务流的TCP五元组)进行负载均衡。

如下图所示：

其中，右边的数字指的是数据包各个头部字段开始的偏移量。

实际上，用户期望的是，根据内层IP/TCP将数据包分流到多个分析器上。但由于内层IP/TCP被封装在了70多字节以后，而一般的NP/ASIC内置的分析器只能提取报文头部64字节进行解析，因此难以实现这样的功能。对于多核处理器，虽然内部也有硬件解析加速器，同样地，对于这种深层次封装的隧道，处理起来也有困难。

这时候，我们就需要一种可编程的硬件加速单元实现这一功能。工程师们将眼光投向了一类可重构器件——FPGA。

FPGA是"Field Programmable Gate Array" （现场可编程门阵列）的缩写。这个绕口的中文名称实际上可以拆解为几部分：

可编程——它的处理逻辑是可以修改的，不像ASIC那样是相对固化的；

门阵列——它内部的最小编程分配单元是门电路和触发器，因此可以编程的程度很高，可以重构各种处理逻辑；

现场——FPGA内置SRAM存放编译后的代码，可以通过软件在运行时升级，甚至不重启就完成升级；

由于这些特点，FPGA经常用于网络中数据包处理的加速，最典型地就是用于路由器或防火墙的加速。

对于前面提到的城域网镜像流量分析的场景，就是FPGA的用武之地。工程师只需要对FPGA进行编程，让它从78字节处开始提取内层IP/UDP(真实业务地址/端口)的五元组，计算hash后，发送到对应的分析器，就可以完成NP和多核路由器有困难的任务了。

由于FPGA的可重构特性，它实现的可重构路由器更加开放，功能更加强大，也弥补了多核处理器在业务叠加时性能下降的弱点。

大家知道最经典的可重构FPGA路由器是哪款吗？

明天在揭晓答案时，也为大家讲一个路由器故事…