Network Processor Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Morgan Kaufmann

作者:Mark A. Franklin

出品人:

页数:338

译者:

出版时间:2002-10-18

价格:USD 88.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781558608757

丛书系列:

图书标签:

• 网络处理器
• 处理器设计
• 计算机网络
• 数据平面
• 硬件设计
• 并行处理
• 通信系统
• 嵌入式系统
• 高性能计算
• 网络架构

深入解析网络处理器架构、算法与实现 本书聚焦于当代通信网络中最为核心的部件——网络处理器（Network Processor, NP）的设计、原理与应用实践。 随着互联网流量的爆炸式增长，对数据包处理速度、深度报文检测（Deep Packet Inspection, DPI）能力以及灵活可编程性的要求达到了前所未有的高度。本书旨在为电子工程、计算机科学以及通信工程领域的高级学生、研发工程师和架构师提供一份全面、深入且贴合行业前沿的参考指南。 第一部分：网络处理的基石与挑战 本部分系统地阐述了网络处理器在现代网络设备，如高性能路由器、交换机、防火墙、入侵检测系统（IDS）以及核心网络功能虚拟化（NFV）基础设施中所扮演的关键角色。我们将首先回顾传统网络设备中专用ASIC与通用CPU在处理海量数据流时的局限性，从而引出网络处理器作为“可编程硬件加速器”的必要性。 1.1 现代网络流量的演进与性能瓶颈： 深入分析100G、400G乃至更高速率网络对数据包处理延迟和吞吐量的严苛要求。讨论新兴应用（如5G、边缘计算）带来的微小数据包和复杂协议栈对现有处理流水线构成的挑战。 1.2 网络处理器的体系结构概述： 介绍主流NP的设计哲学，包括数据平面（Data Plane）与控制平面（Control Plane）的分离，以及典型的多核异构架构。重点分析流水线（Pipeline）设计如何实现线速（Line-Rate）处理，并对比基于固定功能单元（Fixed-Function Units）和可编程逻辑（Programmable Logic）的优劣。 1.3 关键性能指标与衡量标准： 详细定义和分析衡量网络处理器性能的关键参数，如PPS（Packets Per Second）、吞吐量（Throughput）、延迟（Latency）、抖动（Jitter）以及能效比（Power Efficiency）。引入队列管理、拥塞控制机制对整体性能的影响。 第二部分：核心处理单元与流水线设计 本部分是本书的技术核心，深入剖析构成网络处理器的关键功能模块及其互联机制。 2.1 数据包处理流水线（Packet Processing Pipeline）： 详细分解典型的三级或五级处理流水线，包括： 查找与分类（Lookup & Classification）： 重点研究高性能查找算法，如基于内容可寻址存储器（CAM）的精确匹配、伯克利数据包过滤器（BPF）及其硬件实现、以及如何利用树形结构和哈希表实现多字段查找。 修改与操作（Manipulation & Action）： 涵盖IP头修改、隧道封装/解封装（如VXLAN, GRE）、负载均衡散列计算（Hashing for Load Balancing）的硬件加速方法。 队列与调度（Queuing & Scheduling）： 探讨服务质量（QoS）的硬件实现，包括整形器（Shaper）、监管器（Policer）、严格优先级队列（Strict Priority）、加权公平队列（WFQ）以及先进的基于信用的流量控制机制。 2.2 可编程处理引擎（Programmable Processing Engines）： 分析不同类型的网络处理器核（NP-Cores）的架构差异，包括： 向量处理单元（Vector Processing Units）： 如何通过SIMD（Single Instruction, Multiple Data）技术加速重复性的数据包头解析和校验和计算。 定制指令集架构（ISA）： 探讨针对网络操作（如位操作、字段提取、模式匹配）优化的特定指令集扩展及其对代码效率的影响。 内存层次结构优化： 深入研究片上SRAM、TCM（Tight Coupled Memory）以及外部DDR内存（如HBM）在数据包缓存和查找表存储中的层次化管理策略。 2.3 专用功能加速器： 探讨当前网络处理中不可或缺的专用加速模块： 正则表达式匹配引擎（Regex Engines）： 介绍如何将复杂的DPI模式匹配卸载到硬件，例如基于有限自动机（Automata）的并行处理技术。 加密/解密加速（Crypto Acceleration）： 分析IPsec、TLS/SSL卸载的硬件实现，包括对称加密算法（AES, ChaCha20）和公钥加密算法（RSA, ECC）的流水线设计。 第三部分：查找结构与数据结构优化 高效的查找是实现线速处理的关键瓶颈之一。本部分将专注于支撑高速查找的底层数据结构和硬件实现技术。 3.1 路由表查找： 深入剖析LPM（Longest Prefix Match，最长前缀匹配）的硬件优化。 Patricia 树与Radix 树的硬件化： 讨论如何将这些树形结构映射到CAM或SRAM阵列中，以实现亚纳秒级的查找时间。 哈希查找的冲突解决： 分析Cuckoo Hashing、Perfect Hashing等技术在网络处理器上下文中的应用与局限性。 3.2 流状态管理与跟踪： 随着状态化防火墙和NAT的普及，如何高效地维护数百万条并发连接（Flows）的状态成为一大挑战。 流表（Flow Tables）设计： 探讨基于哈希或三元逻辑（Ternary Logic）的流表结构，以及如何利用硬件资源实现快速的流查找、插入和老化（Aging）机制。 时间敏感的资源回收： 分析硬件定时器和老化队列的设计，确保资源能及时释放给新的连接。 第四部分：编程模型、工具链与系统集成 网络处理器的强大性能只有在合适的编程模型和工具链支持下才能完全发挥。 4.1 网络处理器编程范式： 比较不同厂商的编程模型，例如基于数据流图（Dataflow Graphs）的描述方式、P4语言的应用与硬件生成机制。讨论如何将高级语言（如C/C++）编译优化为高效的硬件操作序列。 4.2 硬件描述与验证： 阐述使用硬件描述语言（如Verilog/VHDL）设计自定义处理单元的过程，并强调仿真与形式化验证在确保复杂流水线正确性中的重要性。 4.3 系统的集成与驱动开发： 讨论网络处理器如何与主机CPU（Control Plane）协同工作。分析主机侧的驱动程序（Kernel/User Space）如何配置查找表、下发规则，以及如何处理异常数据包（Slow Path Packets）。 第五部分：新兴趋势与未来展望 最后，本书将展望网络处理领域的前沿发展方向。 5.1 异构计算与DPU（Data Processing Unit）： 探讨网络处理器向通用卸载引擎演进的趋势，即DPU如何集成计算、存储和网络功能，以支持云原生和零信任架构。 5.2 机器学习在网络中的应用： 分析如何利用网络处理器的高速并行能力，在数据平面上实现轻量级的机器学习模型推理，用于异常流量检测或动态QoS调整。 5.3 可重构性与可编程硬件的未来： 讨论FPGA和eFPGA技术如何与专用NP核结合，以提供更灵活的未来协议适配能力。 --- 本书内容旨在提供一个全面的技术蓝图，涵盖从物理层协议解析到应用层策略执行的整个网络处理堆栈，重点强调如何通过精妙的硬件架构和高效的算法实现，跨越速率与复杂度的边界，构建下一代高性能网络设备。阅读本书，读者将获得构建、优化和部署下一代网络处理系统的关键知识储备。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，那种硬朗的线条和金属质感，仿佛预示着里面蕴含的都是技术硬核。我拿到这本书的第一个感觉就是沉甸甸的，不是重量上的，而是知识上的分量。我最近在研究高性能网络设备的架构，尤其是那些能够处理海量数据包的处理器，所以这本书的名字立刻就抓住了我的眼球。虽然我还没有来得及深入阅读，但从目录和前言来看，它似乎触及到了网络处理器设计的方方面面，从基本的架构原理到具体的实现细节，再到一些前沿的技术趋势，都做了相当深入的探讨。我尤其期待书中关于硬件加速、流量控制以及安全处理机制的部分，这些都是当前网络设备设计中至关重要的环节。我猜想，这本书的内容应该不仅仅是理论的堆砌，更会结合实际的应用场景和设计挑战，提供一些实用的方法和思路。我希望这本书能够帮助我理清思路，对网络处理器设计有一个更系统、更全面的认识，甚至能够启发我一些新的设计灵感。现在，我迫不及待地想翻开它，让那些深邃的知识点像一颗颗明珠一样，在我脑海中闪耀。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对网络基础设施领域充满热情的研究者，我一直在寻找能够深入剖析网络处理器设计原理的权威著作。这本书的出现，无疑满足了我这一需求。我猜想，它会从根本上探讨网络处理器的核心功能，例如数据包的解析、分类、过滤、转发，以及如何通过硬件加速来实现超高的吞吐量和极低的延迟。我非常期待书中关于可编程网络处理器（PNPU）的讨论，以及如何利用FPGA等可重构硬件来实现灵活的网络功能。这本书的严谨性和专业性，预示着它将为我提供宝贵的理论基础和实践指导，帮助我更好地理解和设计未来的网络设备。我希望通过阅读这本书，能够进一步提升我的专业知识，并在我的研究领域做出更大的贡献。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算机底层技术有着浓厚的兴趣，尤其是那些负责处理通信协议、加速数据传输的“幕后英雄”。这本书的题目，Network Processor Design，立刻勾起了我的好奇心。我脑海中浮现的是那些在路由器、交换机、防火墙等设备中默默工作的强大芯片。我猜想，这本书不会仅仅停留在抽象的概念层面，而是会深入到具体的处理器设计层面，讲解如何构建一个能够高效处理网络流量的硬件单元。我非常期待书中关于数据包处理管道、指令集架构以及如何针对特定网络应用进行优化的内容。想象一下，能够亲自设计或者理解一个能够以数亿甚至千亿比特每秒的速度处理数据包的处理器，这本身就是一件令人兴奋的事情。我希望这本书能够为我打开一扇新的大门，让我更深入地理解现代网络通信的基石，也许还能为我未来的职业发展带来新的方向。

评分☆☆☆☆☆

这是一本充满了“黑科技”感的书籍。当我翻开它，一股扑面而来的严谨与专业气息让我精神为之一振。它不是那种轻松易读的科普读物，而是需要静下心来，带着问题去啃的硬骨头。我最近在考虑如何优化我们现有系统的网络吞吐量，特别是如何在资源受限的情况下实现更高的处理效率。这本书的书名——Network Processor Design，正是直击了我的痛点。我个人对那些能够将数据包处理逻辑从CPU中解放出来，专门进行高效数据包转发和处理的专用硬件非常感兴趣。我猜想，书中会详细介绍各种先进的体系结构，比如流水线设计、并行处理技术，以及如何通过硬件逻辑来加速特定网络功能。我对书中可能包含的关于内存管理、缓存策略以及数据包缓冲机制的讨论尤为期待，因为这些往往是影响网络处理器性能的关键因素。这本书的出现，无疑为我提供了一个深入了解这一领域的机会，我希望它能像一个经验丰富的导师，为我指点迷津，让我少走弯路，更高效地解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

我最近在为一个公司内部项目寻找关于高性能网络处理解决方案的资料，而这本书的题目——Network Processor Design，就像是为我量身定做的一样。虽然我还没有机会一窥全貌，但仅仅从书名就能感受到其内容的深度和广度。我推测，这本书会涵盖从基础的网络协议栈原理，到如何将这些协议转化为高效的硬件实现，再到各种优化技术和设计权衡。我特别关注那些能够提升数据包处理速度、降低延迟并增强安全性的设计方法。我希望书中能够提供一些关于网络处理器体系结构、可编程性以及如何针对不同网络应用场景进行定制化设计的案例分析。这本书的出现，让我对解决我们项目中的一些技术难题充满了信心，我期待它能成为我解决问题、提升效率的强大助力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆