Procesory sieciowe

Procesory sieciowe - technologie przyszłości

Procesory sieciowe to wyspecjalizowane układy scalone, które można elastycznie programować (wykorzystując odpowiednie narzędzie programistyczne). Procesory takie charakteryzują się tym, że potrafią wykonywać szereg skomplikowanych funkcji, które obsługują różnego rodzaju procesy sieciowe (transmitowanie danych, buforowanie danych, zarządzanie sprzętem sieciowym, kartami sieciowymi itp.). Procesory sieciowe instalowane są przede wszystkim w przełącznikach, ruterach, bramach, serwerach oraz w sondach i w analizatorach.

Wykonują one szereg zadań związanych z obsługą środowiska sieciowego i pomiarowego, a najważniejsze z nich to:

• klasyfikowanie danych,
• modyfikowanie danych,
• buforowanie i kolejkowanie danych,
• profilowanie ruchu pakietów,
• planowanie zadań sieciowych,
• bezpieczeństwo i szyfrowanie danych.

Podstawową zaletą procesorów sieciowych jest szybsze działanie niż układów CPU ogólnego przeznaczenia, a jednocześnie można je elastycznie programować - co nie jest możliwe w przypadku układów typu ASIC (Application Specific Integrated Circuits). Układy ASIC pracują co prawda bardzo szybko, ale potrafią wykonywać tylko jedno określone zadanie lub pewien ograniczony zestaw zadań.

Dzięki programowalnym procesorom sieciowym na rynku pojawiają się inteligentne urządzenia, które można szybko modyfikować i przystosowywać do nowego środowiska pracy. Procesory sieciowe sprawiają, że producenci przełączników i innych węzłów sieci będą mogli znacznie skrócić cykl produkcji tego rodzaju sprzętu. Oznacza to, że będziemy mieli do czynienia z inteligentnymi przełącznikami, z rozwiązaniami równoważącymi obciążenie poszczególnych elementów sieci lub urządzeń obsługujących sieć, z menedżerami zarządzającymi przepustowością łączy oraz z pojemnymi buforami świadczącymi usługi przełącznikom i ruterom. Nie znaczy to oczywiście, że do tej pory producenci sprzętu sieciowego nie starali się projektować tego rodzaju urządzeń. Rzecz w tym, że nie dysponowali technologiami i podzespołami, które pozwalałyby wdrażać takie rozwiązania. Procesory sieciowe rozwiążą wiele istotnych problemów, z którymi borykali się administratorzy sieciowi. Chodzi np. o zarządzanie ruchem pakietów w sieciach WAN i zwiększenie efektywności pracy tych witryn, które świadczą usługi handlu elektronicznego.

Procesory sieciowe mogą przetwarzać dane obsługiwane przez protokoły sieciowe operujące w wielu warstwach modelu OSI (od 2 do 7), nie mówiąc już o tym, że pracują nieporównanie elastyczniej niż klasyczne układy scalone typu ASIC, które są obecnie podstawowym elementem większości urządzeń sieciowych. Tajemnica niebywałej elastyczności działania procesorów sieciowych tkwi w ich konstrukcji. Procesory te pracują w podobny sposób jak układy CPU oparte na architekturze RISC (Reduced Instruction Set Computing – przetwarzanie danych oparte na ograniczonym zestawie instrukcji), dzisiaj często instalowane w komputerach PC. Można je w dowolny sposób zaprogramować, więc nowe procesory sieciowe (takie jak np. IXP-1200 firmy Intel) mogą obsługiwać wiele urządzeń (akceleratory webowe, urządzenia przejmujące zadania realizowane w zakresie Secure Sockets Layer czy urządzenia równoważące obciążenia poszczególnych segmentów sieci). Urządzenia takie będzie można modyfikować, tak aby pracowały jeszcze wydajniej i świadczyły swe usługi coraz bardziej wymagającym aplikacjom.

Architektura układu C-5 DCP

Zaprojektowanie (i wdrożenie do produkcji) tradycyjnego układu scalonego typu ASIC trwa ok. 18 miesięcy, a więc bardzo długo. Dlatego częstotliwość wprowadzania na rynek urządzeń sieciowych opartych na takich układach nie zadowala zarówno użytkowników, jak i producentów sprzętu sieciowego. W przypadku procesorów sieciowych użytkownicy mogą liczyć na to, że nie trzeba będzie czekać półtora roku na pojawienie się nowego modelu np. przełącznika, ale będą mogli modyfikować ten używany, instalując w jego pamięci kolejną wersję oprogramowania. A programowanie procesorów sieciowych nie będzie wcale takim trudnym zadaniem. Można tu użyć znanego wszystkim kodu, takiego jak język C.

Administratorzy sieci będą się więc musieli przyzwyczaić do tego, że modyfikowanie systemu informatycznego nie będzie już polegać na zastępowaniu jednych urządzeń innymi, ale na instalowaniu w eksploatowanych urządzeniach kolejnych wersji oprogramowania. Zwiększy się też zapewne znaczenie tak ważnej cechy jak kompatybilność. Być może doczekamy chwili, że wyboru urządzenia sieciowego będziemy dokonywać w podobny sposób, jak obecnie wybieramy komputer PC ogólnego przeznaczenia. Być może w przyszłości będziemy kupować urządzenie sieciowe ogólnego przeznaczenia. To, jakiego rodzaju funkcje będzie pełnić takie urządzenie, zależeć będzie tylko od tego, jakiego rodzaju oprogramowanie zainstalujemy w jego pamięci (czy też jaką kartę rozszerzenia dokupimy).

Producenci sprzętu sieciowego staną przed nowymi wyzwaniami. Do tej pory urządzenie sieciowe oparte na układzie (lub na układach) ASIC było przygotowane do realizowania konkretnego zadania, takiego jak odbieranie pakietów i przekazywanie ich do odpowiedniego portu (przełącznik). Konstrukcja takiego urządzenia i jego wewnętrzne połączenia nie pozwalają mu realizować innych zadań. Procesory sieciowe zmienią ten obraz. Urządzenie takie może na początku przełączać pakiety. Gdy tylko będzie taka potrzeba, administrator może je szybko przygotować (dzięki temu, że producent zainstalował w nim programowalny procesor sieciowy) do wykonywania innych, bardziej złożonych zadań. Urządzenie może na przykład zacząć pełnić funkcje zapory ogniowej czy wspomagać serwer webowy, tak przeciążony pakietami, że nie nadąża wysyłać stron WWW do przeglądarek. A wszystko dzięki temu, że producent urządzenia będzie miał w swojej ofercie oprogramowanie realizujące różnorodne, niejednokrotnie wysoce wyspecjalizowane zadania.

Producenci układów scalonych zainteresowani tą technologią mają jednak przed sobą jeszcze długą drogę. Chodzi tu przede wszystkim o dopracowanie określonych standardów, dzięki którym będzie można projektować urządzenia współpracujące ze sobą bez przeszkód. Trwają już wstępne prace zmierzające do stworzenia platformy referencyjnej, która będzie określać podstawowe wymagania dotyczące architektury procesorów sieciowych. A standardami takimi zainteresowane są bardzo firmy przymierzające się do podjęcia produkcji czy też już produkujące takie układy scalone:

• C-Port (przejęta niedawno przez Motorolę),
• Sitera (przejęta przez firmę Vitesse Semiconductor),
• New Enterprise Associates,
• Intel.

Intel podjął w 2000 r. produkcję procesora sieciowego IXP 1200. IXP 1200 (Internet eXchange Processor 1200) jest tak naprawdę dziełem firmy Level One Communication, przejętej przez Intel. Procesor ten (wyposażony w wydajny rdzeń StrongARM oraz sześć programowalnych mikromodułów RISC) jest oparty na architekturze Internet Exchange Architecture, którą Intel ma zamiar stosować w następnych układach scalonych tej linii, (wiadomo już, że przygotowywanych jest co najmniej 13 takich układów). Niezależnie od faktu, czy będą istnieć jakieś oficjalne standardy czy też nie, rynek procesorów sieciowych będzie się przez najbliższe kilka lat gwałtownie rozrastać.