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第一部分 概况3

第1章 网络技术的革命——分布运算和网络汇聚3

1.1 开始阶段3

1.2 工作组计算机代替了大型机的继续发展4

1.3 第一个局域网（LAN,Local Area Network）4

1.4 把大型机放到桌面上：PC和工作站5

1.5 客户端／服务器（C/S,Client/Server）模式6

1.6 分组交换与电路交换网络的对比7

1.7 因特网、路由和相关的Web技术8

1.8 网络管理10

1.9 交换局域网、快速以太网和光纤分布式数据接口（FDDI）11

1.10 IP网络：Intranet和Extranet11

1.11 IP电话12

1.12 ATM、局域网仿真、异步传输模式多协议（MPOA）和IP over ATM13

1.13 无线和移动网络14

1.14 1Gbit/s和10Gbit/s以太网15

1.15 存储网络15

1.16 网络汇聚16

1.17 光网络突飞猛进16

1.18 处理器：RISC、数字信号处理器（DSP）和片上系统（SOC）的集成17

1.19 带宽和QoS需求19

1.20 交换革命：从二层交换到路由器到三层交换19

1.21 MPLS、λ交换和波长路由器20

1.22 VPN21

1.23 协同处理器的安全性22

1.24 流量引擎（TE）22

1.25 QoS23

1.26 性能限制对通信网络设备的影响23

1.27 总结24

2.1 什么是网络处理器26

2.2 网络设备功能模块26

第2章 网络处理器的基本内容26

2.2.1 物理层接口27

2.2.2 交换结构27

2.2.3 数据包处理27

2.2.4 主处理28

2.3 更进一步看数据包处理28

2.4 采用标准的现有CPU进行设计的折中方案28

2.5 采用ASICS进行设计的折中方案30

2.6 网络处理器的突破31

2.7 网络处理器的优势32

2.8 网络处理器的分类33

2.9 总结34

第3章 数据包处理过程35

3.1 网络整体脉络：客户、访问、边缘和核心35

3.2 网络处理发展的时间序列39

3.3 对于网络设备压倒一切的需求40

3.4 数据和控制平面的处理过程41

3.5 数据包处理操作42

3.5.1 数据包封装成帧42

3.5.2 模型搜索和数据包分类42

3.5.3 CAM（内容寻址存储器）44

3.5.4 查找引擎45

3.5.5 数据包解析45

3.5.6 数据包分类和快速转发45

3.5.7 修改（Modification）47

3.5.8 交换47

3.5.9 流量管理和其他操作47

3.6 总结47

第二部分 网络处理器的体系结构51

第4章 IBM PowerNPTM51

4.1 IBM PowerNP的概况51

4.2 体系结构52

4.3 NP4GS3的主要功能模块54

4.4 专用协处理器和辅助硬件57

4.5 软件体系结构59

4.6 围绕NP4GS3的系统和软件开发59

4.7 NP4GX——IBM的下一代OC-48网络处理器61

4.8 使用NP4GS3进行设计时的折中考虑61

4.9 总结62

第5章 Intel IXATM网络处理器63

5.1 Intel IXA的概况63

5.2 体系结构64

5.3 软件体系结构68

5.4 围绕IXA体系结构NPU的软件和系统开发69

5.5 使用Intel NPU进行设计时的系统考虑和折中69

5.6 总结76

第6章 AMCCnPTM系列网络处理器77

6.1 nPTM的体系结构的概况77

6.2 nP系列网络处理器的软件开发79

6.3 流量管理80

6.4 交换结构82

6.5 使用AMCCnP系列NPU进行设计时的系统考虑83

6.6 第五代技术85

6.7 总结85

第7章 Agere PayloadPlus系列网络处理器87

7.1 PayloadPlus体系结构87

7.2 快速模式处理器FPP89

7.3 路由交换处理器RSP90

7.4 ASI芯片92

7.5 双漏桶算法DLB94

7.6 AgereAPP750NP（EX-NP10）和APP750TM（EX-TM10）芯片组94

7.7 AgereAPP550（EX-INP5）网络处理器96

7.8 PayloadPlus系列网络处理器的系统和软件开发97

7.9 总结99

8.1 C-Port体系结构概述100

第8章 Motorola C-PortTM系列网络处理器100

8.2 NPU的体系结构101

8.3 Q-5 TMC芯片104

8.4 C-Port系列处理器的软件开发107

8.5 使用C-Port系列网络处理器进行系统开发109

8.6 总结109

第9章 网络处理器的其他结构110

9.1 Silicon Access Network公司的iFLOWTM芯片组111

9.2 BAY微系统公司的MontegoTM和InPTM芯片组114

9.3 Cognigine117

9.4 EZchip公司的TOPcoreTM芯片120

9.5 Vitesse IOTM系列网络处理器123

9.6 Wintegra125

9.7 Xelerated分组设备126

9.8 其他方法127

9.9 总结127

10.1 Net ASIC129

第10章 网络处理的其他方案——Net ASIC芯片和IP Core设计129

10.2 使用IP Core进行设计130

10.3 MIPS技术131

10.4 ClearSpeed技术133

10.5 Tensilica技术138

10.6 FLIX：可配置VLIW结构145

10.7 ARC核心技术146

10.8 Improv系统技术147

10.9 总结148

第三部分 网络处理器的外围支撑芯片——存储处理器、分类处理器、查找引擎、交换结构、流量管理器第11章 存储网络处理器153

11.1 存储网络发展历史和背景153

11.2 存储区域网络技术155

11.3 光纤通道（FC）156

11.4 IP存储158

11.4.1 网络接口卡（NIC）158

11.4.3 iSCSI适配器159

11.5 存储虚拟化159

11.4.2 存储主机总线适配器159

11.6 因特网小型计算机系统接口协议（iSCSI）161

11.7 IP光纤通道（FCIP）162

11.8 光纤通道与iSCSI桥接163

11.9 存储网络处理器（SNP）的典型应用163

11.10 对存储网络处理器（SNP）的要求163

11.11 TCP终端引擎或TCP卸载引擎（TOES）164

11.12 范例分析一：Trebia网络SAN协议处理器（SPP）167

11.13 范例分析二：SilverbackSystems存储网络访问处理器（iSNAPTM）169

11.14 存储网络安全171

11.15 安全存储网络处理器的发展趋势172

11.16 总结173

第12章 查找引擎174

12.1 查找引擎的包分类背景知识174

12.2 内容寻址存储器（CAM）175

12.3 内容寻址存储器结构176

12.4 CAM的查找表管理178

12.5 CAM使用（系统工程观点）181

12.6 基于查找引擎的CAM的缺陷182

12.7 进一步的发展184

12.8 查找引擎的其他实现方法185

12.9 总结186

第13章 分类处理器188

13.1 两种类型的数据包分类188

13.2 查找和转发190

13.3 用于管理查找表更新的算法194

13.4 支持查找和转发的算法和数据结构195

13.5 深度数据包分类197

13.6 基于多个域的分类198

13.7 实现200

13.8 分类处理器还是CAM201

13.9 分类功能集成还是独立204

13.10 个案研究：Raqia的正则表达式分类处理器205

13.11 总结208

第14章 交换结构209

14.1 交换结构的定义209

14.2 交换的基本原理209

14.3 拥塞213

14.4 基本交换单元213

14.5 常见的交换平台214

14.6 多服务路由／交换设备的发展215

14.7 背板描述218

14.8 交换结构的扩展性219

14.9 交换结构的冗余220

14.10 路由交换系统的考虑222

14.11 交换结构的体系结构223

14.11.1 输入缓存和输出缓存交换224

14.11.2 带缓存的交叉开关226

14.11.3 仲裁交叉开关227

14.11.4 共享内存交换机228

14.12 多级开关229

14.12.1 基于Banyan网的交换机229

14.12.2 Batcher-Banyan交换机230

14.13 其他例子231

14.14 一组商业应用231

14.15 Agere交换结构237

14.16 总结240

第15章 流量管理器241

15.1 流量管理器的定义和目的241

15.2 流量管理器作为独立芯片241

15.3 流量管理的基本概念242

15.4 面向QoS的协议245

15.4.1 RSVP245

15.4.2 IntServ246

15.4.3 DiffServ246

15.5 主要的任务和算法248

15.6 统计249

15.7 流量标记、整形和监管249

15.8 拥塞管理250

15.9 调度和缓冲管理253

15.10 总结256

第四部分 集腋成裘（Putting Everything Together）259

第16章 系统工程学问题259

16.1 存储器子系统259

16.1.1 DRAM的特性260

16.1.2 SRAM的特性262

16.1.3 CAM263

16.2 网络处理单元（NPU）体系结构问题263

16.3 软件开发问题264

16.4 软件开发成本266

16.5.1 任务定义268

16.5 个案研究：一台多重服务路由器（MSR）的设计268

16.5.2 设计方案269

16.5.3 初步设计概况269

16.5.4 交换结构273

16.5.5 系统考虑274

16.5.6 资源预算277

16.6 总结277

第五部分 安全协处理器281

第17章 安全协处理器281

17.1 注释281

17.2 导言281

17.3 网络处理中的安全通信应用282

17.3.1 VPN282

17.3.2 执行安全电子交易283

17.3.3 无线安全283

17.4 加密学：一些基本概念284

17.4.2 公共密钥密码学285

17.4.1 私人的或系统密钥加密285

17.5 拥塞密码、流密码和加密模式287

17.5.1 拥塞密码287

17.5.2 流密码289

17.5.3 密码模式290

17.6 通信中关于密码的重要想法291

17.6.1 弱密钥292

17.6.2 协议敏感加密292

17.6.3 散列293

17.6.4 消息认证码（MAC）294

17.6.5 数字签名294

17.6.6 会话密钥交换294

17.6.7 数字证书294

17.6.8 嵌入的序列计数器295

17.6.9 地址通道295

17.7.1 DES和Rijndael算法296

17.7 公共密码学算法296

17.6.11 密钥再生成296

17.6.12 安全联盟（SA）296

17.6.10 时间戳（认可）296

17.7.2 Diffie-Hellman（DH）算法298

17.8 公共密钥加密算法300

17.9 标准安全协议302

17.9.1 IPSec303

17.9.2 SSL305

17.10 安全协处理器的分类306

17.11 使用安全协处理器的系统考虑307

17.11.1 IPSec加速器309

17.11.2 SSL加速器310

17.12 总结310

附录Ⅰ 网络处理器产品及平台一览表311

附录Ⅱ 对应各类链路速率和分组大小的典型流量314

附录Ⅲ 网络处理器标准化历程315

英汉缩略语对照表320