计世独家:多核打破传统构架 挑战防火墙设计

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【泛普软件】以往的防火墙多采用x86、NP或ASIC芯片进行设计，但多核技术的出现，将打破现有格局，并将防火墙的性能提升到一个新高度。 

防火墙功能和性能的矛盾一直是困扰信息安全产品的问题，也是最被用户诟病之处。解决方法只有一个，那就是寻求新的硬件之道。

好在硬件技术在不断发展，多核技术的出现让厂商们看到了新曙光。目前，市面上除了传统的x86、NP和ASIC架构的防火墙外，又出现了一个新的防火墙设计——多核防火墙。那么，多核与以往传统的x86、NP、ASIC架构相比有何特色？人们该如何选择不同的架构？近日，在神州数码网络公司推出首款多核防火墙——终结者多业务网关2.0之际，记者采访了神州数码网络公司技术总监杨海涛。

x86性能最多只能达到2Gbps

长久以来，国内许多安全厂商的防火墙产品都采用基于x86的架构，而国外厂商的多数防火墙则采用ASIC架构。几年前，随着技术的更新换代，随着网络处理器（NP）技术的兴起，为了赶超国际上的先进水平，弥补国内防火墙性能上的不足，很多国内厂商开始采用“NP+ASIC”的架构。

x86架构是一种通用的“CPU+Linux”操作系统的架构。其处理机制是，数据从网卡到CPU之间的传输是依靠“中断”实现，这导致了不可逾越的性能瓶颈，尤其在传送小包的情况下（如64 Bytes的小包），数据包的通过率只能达到30%～40%左右，并且它的设计是必须依靠CPU计算，因此，很占CPU资源，这也是为什么x86防火墙性能上不去的原因。

虽然Intel提出了解决方案，将32位的PCI总线升级到了PCI-E ，总线速度最高可达16GBps，但是，小包传送问题依然没有解决。“如果用户在进行小包通过率测试时，性能出现大幅度的下滑，这种防火墙多半是x86架构。提醒用户一定不能被厂商的宣传忽悠了，基于x86的防火墙，其最高性能只能达到2Gbps！”杨海涛说。

所以，目前市场上大多数的x86防火墙不能作为千兆防火墙使用，只能作为百兆防火墙。

ASIC架构

灵活性不够

国外的大部分防火墙设计都采用了ASIC架构，以Juniper和Fortinet的产品为首，因为它的性能高，并且开发门槛高，一度成为国际国内厂商的技术分水岭。

基于ASIC架构的防火墙从架构上改进了中断机制，数据通过网卡进入系统后，不需经过主CPU处理，而是由集成在系统中的芯片直接处理，完成防火墙的功能，如路由、NAT、防火墙规则匹配等，因此，其性能得到了大幅度的提升: 性能可以达到万兆，并且64 Bytes的小包都可以达到线速。

但问题是，这种防火墙在设计时，就必须将安全功能固化进ASIC芯片中，所以它的灵活性不够，如果想要增添新的功能或进行系统升级，开发周期较长，对技术的要求也很高。此外，用ASIC开发复杂的功能，如垃圾邮件过滤、网络监控、病毒防护等，其开发比较复杂，对技术要求很高。因此，ASIC架构非常适用于功能简单的防火墙。

NP是平衡方案

国内许多厂商为了弥补防火墙性能的不足，在不断进行技术研发，推出了基于“NP+ASIC”的防火墙架构，以解决x86架构性能不足和ASIC架构不够灵活的问题。

NP是专门为网络设备处理网络流量而设计的处理器，其体系结构和指令集对于数据处理都做了专门的优化，同时辅助一些协处理器完成搜索、查表等功能，可以对网络流量进行快速的并发处理。硬件结构设计采用高速的接口技术和总线规范，具有较高的I/O能力。这是一种硬件加速的完全可编程的架构，软硬件都易于升级，因此产品的生命周期更长。

NP最大的优点在于它是通过专门的指令集和配套的软件开发系统提供强大的编程能力，因而便于开发应用，可扩展性强，而且研制周期短，成本较低。但是，相比于x86架构，由于应用开发、功能扩展受到NP的配套软件的限制，基于NP技术的防火墙的灵活性要差一些。采用微码编程，在性能方面NP不如ASIC。NP开发的难度和灵活性都介于ASIC和x86构架之间，应该说NP是x86架构和ASIC之间的平衡方案。

多核可实现性能和绿色双重设计

多核技术则是近年来新出现的处理器技术，它一出现，就被认为是解决信息安全产品功能与性能之间矛盾的一大硬件法宝。国外许多厂商，如SonicWall等，都推出了其多核产品。多核是在同一个硅晶片上集成了多个独立物理核心，每个核心都具有独立的逻辑结构，包括缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元，通过高速总线、内存共享进行通信。在实际工作中，每个核心都可以达到1Ghz的主频。因此，多核技术无论在性能、灵活性还是在开发的成本和难度方面，都是其他架构不能比拟的。

杨海涛介绍，目前各种芯片厂商推出的多核芯片共分三种: 一种是Intel、AMD推出的2核、4核的通用处理器，适用于桌面笔记本电脑等通用领域; 一种是IBM、SUN分别推出的cell和SPARC架构的多核处理器，主要用于图形处理和运算; 第三种是RMI和Cavium推出的基于MIPS架构的嵌入式多核处理器，主要应用于数据通信领域，它最适合用于信息安全产品的开发。

除了上述特色外，多核的另一大特点是非常节能。杨海涛举例，以神码网络推出终结者多业务网关产品为例，16核的DCFW-1800E-8G单电源功耗仅120W，采用双电源也仅仅240W，而同样x86平台的双电源高达1020W，每年多费电约7000度。1U的5千兆接口的DCFW-1800S-H-V2，功耗仅为15W，相比一般x86平台工控机200～300W的功耗，一年节约的电费高达2500元。

链接

神码推出的多核防火墙

性能功能一览

DCFW-1800E-8G产品支持500万并发会话，64Byte小包的吞吐量达到3Gbps，256Byte以上吞吐达到8Gbps，VPN吞吐达到8Gbps，支持3万VPN通道，支持5万个策略。每秒新建TCP会话超过20万，每秒处理UDP会话超过50万。在每秒创建5000TCP会话作为背景流量，可以检测并防御80万包/秒以上的SYN-FLOOD攻击。

功能方面实现了四层增益: 边界服务增益、关键服务增益、全局服务增益、终端控制增益。在边界服务增益中提供了IPSec VPN+SSL VPN解决方案和抗DoS攻击防护能力，并且支持OSPF封装。关键服务增益提供了多链路负载均衡、链路捆绑、服务器负载均衡功能。全局服务增益提供了P2P控制、IM即时通信软件控制，颗粒度达到1K的流量整形功能。终端控制增益除了IP/MAC地址绑定之外，在底层修改了ARP协议，在驱动层实现了自动阻止客户端非法ARP发包请求并且实现双向ARP认证。（泛普软件）