隨著信息技術的高速發(fā)展，“云計算”成為了關注的熱點。通過“云計算”，數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)將在極短時間內(nèi)得到運算，從而實現(xiàn)相應的網(wǎng)絡服務?；谶@樣的高數(shù)據(jù)流量的需求，智能網(wǎng)卡（SmartNIC）得以面世，有效疏解了“云計算”技術發(fā)展時所面臨的問題。

智能網(wǎng)卡的誕生

越來越多的云數(shù)據(jù)中心的建立使得云上業(yè)務愈發(fā)地普及、云數(shù)據(jù)量也在呈井噴式增長，巨大的數(shù)據(jù)量使得用內(nèi)核轉發(fā)的虛擬交換機的收發(fā)分組問題日益凸顯，盡管通過有效的軟件加速方案可以在一定程度上提高轉發(fā)性能，但是問題仍然沒有得到徹底的解決。

首先，虛擬交換機大量地占用著宿主機的資源，比如CPU核。當數(shù)據(jù)量大時，虛擬交換機為了保證轉發(fā)質(zhì)量會綁定多個CPU核，使得原本可以被合理利用于其它任務的宿主機資源被過度占用，造成了企業(yè)成本的浪費。

而且，雖然CPUAffinity和IRQAffinity等手段在一定程度上可以優(yōu)化轉發(fā)性能，但是高網(wǎng)絡寬帶應用需求的快速增長致使虛擬交換機難以依靠純軟件解決方案來實現(xiàn)有效的轉發(fā)性能的提升，虛擬交換機需要進一步提速。

基于以上的問題和需求，智能網(wǎng)卡（SmartNIC）得以產(chǎn)生。

相比普通CPU，智能網(wǎng)卡在實現(xiàn)對網(wǎng)絡虛擬化功能的支持時可以節(jié)約大量成本，如在進行SR-IOV、OverlayEncap/Decap以及部分虛擬交換機處理邏輯的卸載時。而且智能網(wǎng)卡作為硬件，具有處理速度快、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。

此外，智能網(wǎng)卡是數(shù)據(jù)流進出的首個關口，可以實現(xiàn)監(jiān)控、嗅探、避免網(wǎng)絡攻擊和安全隔離的作用。特別的，智能網(wǎng)卡的存在使計算與網(wǎng)絡資源得以解耦，利于云服務商拓展自身能力和覆蓋領域、滿足各方個性化的需求。

智能網(wǎng)卡與普通網(wǎng)卡的區(qū)別與改進

不同于普通網(wǎng)卡只負責L2轉發(fā)，增加一定邏輯后的智能網(wǎng)卡還可實現(xiàn)部分虛擬交換機的功能。此外，智能網(wǎng)卡可以實現(xiàn)對部分網(wǎng)絡流量的卸載，比如智能網(wǎng)卡可以對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行分組頭的解析，從而達到提高網(wǎng)絡吞吐量、減少虛擬交換機負載的目的。并且，為實現(xiàn)高性能網(wǎng)絡轉發(fā)，智能網(wǎng)卡可以與虛擬交換機配合以實現(xiàn)虛擬交換機的邏輯，從而減少宿主機服務器資源的占用。

智能網(wǎng)卡的技術路線

目前主流的智能網(wǎng)卡按照架構大致可以分為ASICBased、FPGABased和SoCBased三種類型。ASICBased智能網(wǎng)卡是基于專用芯片進行網(wǎng)絡加速核心的智能網(wǎng)卡，擁有專用電路，在布局布線和時鐘樹綜合等方面有優(yōu)勢，但是開發(fā)周期長，且成品后邏輯不可改。FPGABased智能網(wǎng)卡是基于FPGA卡來實現(xiàn)智能網(wǎng)卡的功能，可以通過FPGA編程以修改智能卡的邏輯，靈活性好但成本較高。SoCBased智能網(wǎng)卡是基于前兩種智能網(wǎng)卡集成的CPU處理器，該種智能網(wǎng)卡成本最高，但是可實現(xiàn)虛擬層零消耗，有重要的實用價值。故可得，ASICBased智能網(wǎng)卡成本低、性能優(yōu)，F(xiàn)PGABased智能網(wǎng)卡靈活性高、但成本高且編程難度大，SoCBased智能網(wǎng)卡則較二者提供了性能和可操控性兼具的可能。

結語

云計算的普及帶來了數(shù)據(jù)流量的迅速增大，這使得對虛擬網(wǎng)絡性能提高的需求變得日益迫切。服務器的內(nèi)核是傳統(tǒng)虛擬網(wǎng)絡技術的轉發(fā)能力所主要依賴的，通過一些軟件加速技術可以在一定程度上改善虛擬網(wǎng)絡的轉發(fā)技能，但是仍然會在CPU上造成許多成本和資源上的浪費，純依賴軟件來解決困局的方案并不能滿足日益增長的高網(wǎng)絡寬帶應用的需求。智能網(wǎng)卡的出現(xiàn)使得解決問題的方式上升到了硬件層面，憑借智能網(wǎng)卡的硬件卸載功能，可以達到為CPU減少負荷的作用，從而清騰出更多的CPU資源，并且智能網(wǎng)卡可以實現(xiàn)計算資源和網(wǎng)絡資源的分離，顯著提升了應用性能，并使得云服務商可以更好地拓展業(yè)務、滿足不同需求。

目前市面上三種主流的智能網(wǎng)卡各有利弊，隨著信息技術的進步，智能網(wǎng)卡將得到進一步的提升，而這種基于硬件的創(chuàng)新也將是未來云計算網(wǎng)絡架構筑成的重點研究方向。
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