专为工业和通信网络设计的软件定义网关
作者：Azadeh Farzin
网络对企业至关重要，但传统的高性能设计的成本高昂。在通用硬件平台上虚拟化网络功能可以简化过程，但会对性能造成影响。Microchip 的 WinPath 系列 SoC 提供了一种解决方案，可通过一系列数据路径处理器来平衡这两种方法。这些处理器集成了一个用于控制平面和管理平面处理的通用中央处理单元（CPU），以及一个用于数据包处理和互连协议的可编程网络处理器。
网络在每家企业中的作用
无论处于哪个行业，网络都是每家企业的关键。在当今的工业环境下，网络在连接各个网段和终端之间起到关键作用。人们设计出不同类型的网络，用于连接电信和工业应用的终端和端点。每种网络设计都有各自的一系列优缺点。
传统网络设计通常涉及使用多个专用硬件设备。这些设备的开发、构建和维护成本可能相当高。这种方法可以实现高性能的网络，但成本相当高。
为了解决成本问题，数据中心采用了在通用硬件平台上使用通用服务器来虚拟化网络功能的方法。这些服务器（如 x86）能够执行所有类别的网络节点功能。此过程称为网络虚拟化，它有助于简化设计实现过程，但可能对整体性能产生负面影响。
在 Microchip，我们理解在成本和性能之间寻求最佳平衡的重要性。我们的解决方案是一系列专门构建的数据路径处理器，称为 WinPath SoC 系列。WinPath 系列 SoC 集成了一个用于控制平面和管理平面处理的通用 CPU，以及一个专门用于数据包处理和互连协议的可编程网络处理器。例如，工作频率为 1 GHz 的 Arm®双核 CPU 可以实现<10 Gbps 的IP 路由，而工作频率低于 700 MHz 的 WinPath 系列 SoC 可以提供>20 Gbps 的 IP 路由。这种异构多核处理器架构，加上用于增强服务质量（QoS）和 IP 安全的硬件加速器，让WinPath 系列 SoC 成为软件定义网关实现的理想解决方案。
在本篇博文中，我们将深入探讨 WinPath 系列 SoC 的高级细节，以及它如何突破传统和虚拟化网络设计方法的限制。此外，我们还将探讨它在各个行业中的潜在用途，以及它为软件定义网关实现提供高性能、经济高效的解决方案的能力。
Microchip 的软件定义网关
网关通过将网络的多个网段连接在一起，在工业应用中发挥着关键作用。这些设备同时支持执行 L2 交换和 L3 路由，但不同的应用可能有独特的协议和功能需求。Microchip的软件定义网关解决方案能够支持运营商网络、物联网（IoT）网关和智能电网等各类市场的多种功能并为其提供服务。
下面是 WinPath 系列 SoC 在软件定义网络（SDN）应用和物联网应用中的使用概述。
SDN（软件定义网络）应用
图 1. SDN 应用中的软件定义网关
图 1 展示了一个由交换数据包的多个节点组成的工业网络。为了维护转发数据库，每个节点都需要一个控制平面来运行控制协议，例如生成树协议、OSPF 或 IS-IS。控制平面彼此之间会交换控制数据包，以发现网络拓扑和了解网络状态，更重要的是了解转发规则和下次跃程信息。不过，当每个网络设备都自行做出转发决策时，每个设备独立找到最佳端到端转发路径会变得极具挑战性。SDN 技术通过使用集中控制器和编排层解决了这个问题。SDN 控制器管理所有网络设备并为服务计算最佳转发路径。要实现 SDN，网络设备必须满足至少两个要求。首先，所有网络设备必须支持开放式和标准管理接口（也称为南向接口），以便第三方 SDN 控制器知道如何配置和管理数据平面。其次，网络设备必须具有灵活或可编程的数据平面，以便支持来自 SDN 控制器的各种配置。基于 WinPath系列的软件定义网关可同时满足上述两个要求，非常适合 SDN 应用。
物联网应用
图 2. 物联网应用中的软件定义网关
WinPath 系列 SoC 非常适合物联网应用，尤其是智慧城市中的应用。如图 2 所示，在智慧城市中，可能有许多物联网或智能设备，例如与云中的物联网服务器进行通信的仪表、传感器和探测器。通信路径上通常有一个物联网网关，它在通过无线电频率连接物联网设备并通过有线网络连接到服务器的过程中起到关键作用。这些网关必须聚合来自物联网设备的所有流量，并以可靠且安全的方式将它们传输到服务器。
物联网网关包含无线和有线聚合单元，有线单元通常是必须满足特定要求（如大型转发表和执行网络地址转换的能力）的交换机或路由器。
由 Civica 的 WanStaX 软件加载的基于 WinPath 系列的软件定义网关，将是这种物联网应用中聚合单元的合适选择。除了常规的交换和路由功能之外，WinPath 系列网关还可以利用外部 DDR 内存来支持数百万条转发规则。另外，它还配有嵌入式 IPsec 引擎，可提供 IP 数据包加密和验证。
总的来说，Microchip 的软件定义网关解决方案（即 WinPath 系列 SoC）是运营商网络、IoT 网关和智能电网等各种工业应用的理想解决方案，这些应用需要高性能、经济高效和安全的网络解决方案。
Microchip 与 Civica 的合作为我们提供了最佳的软件定义网关解决方案。Civica 的专业软件服务充分发挥了 WinPath 系列硬件在许多客户应用中的全部潜能。这种合作关系实现了在每个都有独特要求的多个应用中使用同一个可编程网关，软件则是其中的差异化因素。
我们为客户提供了随时可用的白箱，通过下载不同的软件，这些白箱可以转化为特定应用的网关。这是一个现成的 ODM/OEM 网关解决方案，可以帮助您以最快的方式和最低的研发投资将新产品推向市场。
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