防火墙、UTM产品硬件平台架构分析(1)

　　现在市场上的防火墙、UTM产品从其架构上来说，大概分为三大类。

　　第一类是基于X86平台的，这种平台通常使用一颗或多颗主CPU来处理业务数据，网卡芯片和CPU通过PCI总线来传输数据。

　　由于传统的32位PCI总线频率为33MHZ，所以，理论通讯速率为：132 MB Bytes/S即：1056 MBits/S。单从PCI通讯的速率上来说是可以满足千兆防火墙的需要，但实际上PCI总线在X86系统中是共享的，也就是说，如果有两个网卡同时传输数据，那么每个网卡所能获得的速率就只有 66 MB Bytes/S，即：528 Mbits/S ，如果有四个网口同时传输数据，则每个网卡所能获得的速度只有16 MB Bytes/S，即128Mbit/S。

　　从总线速度来看基于32位PCI总线的X86平台，做为百兆防火墙的方案是没有任何问题的。但X86平台的防火墙方案，数据从网卡到CPU之间的传输机制是靠“中断”来实现的，中断机制导致在有大量数据包的需要处理的情况下(如：64 Bytes的小包，以下简称小包)，X86平台的防火墙吞吐速率不高，大概在30%左右，并且CPU占用会很高。这是所有基于X86平台的防火墙所共同存在的问题。

　　因此，基于32位PCI总线的X86平台是不能做为千兆防火墙使用的，因为32位PCI总线的通讯速率不能达到千兆防火墙的要求。针对这个问题，Intel提出了解决方案，可以把32位的PCI总线升级到了PCI-E ，即：PCI-Express，这样，PCI-E 4X的总线的速度就可以达到 2000MB Bytes/S，即：16Gbits/S，并且PCI-E各个PCI设备之间互相独立不共享总线带宽，每个基于PCI-E的网口可以使用的带宽为：2000MB Bytes/S，即：16Gbits/S，所以基于PCI-E 4X的X86从系统带宽上来说，做为千兆防火墙是没有任何问题的。但是，基于PCI-E的防火墙数据从网卡到CPU之间传输同样使用“中断”机制来传输数据，所以小包（64 Bytes）的通过率仍然为：30-40%。

　　第二类，基于ASIC架构的防火墙、UTM产品。

　　从上面对X86架构防火墙的分析中，我们了解到X86平台的防火墙其最大的缺点就是小包通速率低，只有30%－40%，造成这个问题的主要原因是因为X86平台的中断机制以及X86平台的防火墙所有数据都要经过主CPU处理。基于ASCI架构的防火墙从架构上改进了中断机制，数据从网卡收到以后，不经过主CPU处理，而是经过集成在系统中的一些芯片直接处理，由这些芯片来完成传统防火墙的功能，如：路由、NAT、防火墙规则匹配等。这样数据不经过主CPU处理，不使用中断机制，理所当然，ASIC是做为功能简单的防火墙的最佳选择。