【重识云原生】第四章云网络4.9.4.3节——智能网卡使用场景-网络加速实现

 4 Smart NIC 的应用场景

4.1 面向网络加速的 Smart NIC

        以 FPGA 来实现 Smart NIC 举例，了解到底有什么网络功能任务是可以 Offload 到 Smart NIC 上进行处理的。并且，使用 FPGA 可以根据需要轻松添加、或删除这些功能。

        示例 1 到 13 说明了可以添加到 base NIC 的处理元素，以创建功能更加强大的 Smart NIC。

1、base NIC。采用多个 Ethernet MAC 和一个用于 Host CPU 接口的 PCIe Block。Host CPU 必须处理所有的 Ethernet 通信，包括主动的从 NIC 的存储器读取 pkts。

2、添加 DMA Engine 功能。NIC 的存储器 Mapping 到 Memory，CPU 可以直接从 Memory 读取 pkts，而不需要从 NIC 存储器中 Copy，从而减少了 Host CPU 的工作负载。

 3、添加 Filter Engine 功能。过滤器会阻止无需 Host CPU 处理的 pkts，进一步减少了 Host CPU 的任务负载。

4、添加外部 DRAM 到 Filter Engine。外部 DRAM 用于存储 Filter Engine 的 Rules，有了足够的外部 DRAM，NIC 可以管理数百万条规则。

5、添加 L2/L3 Offload Engine 功能。用于处理 NIC 的 Ethernet Ports 之间的低层 L2 交换和 L3 路由，进一步减少 Host CPU 的工作负载。同样的，可以为 L2/L3 Offload Engine 共用外部 DRAM 来缓冲网络数据包。

6、添加 Tunnel Offload Engine 功能。用于卸载各种隧道协议封包（e.g. VxLAN、GRE），并进一步减轻 Host CPU 的周期密集型隧道性需求。

7、添加 Deep Buffering（深度缓冲）外部存储。用于对输入的 pkts 进行深度缓冲，从而实现了线速数据包交换和具有多个队列的分层 QoS 调度。

8、添加一个具有自己的外部 DRAM 存储的 Flows Engine 功能。使 Smart NIC 的 Routing Engine 能够处理数百万个路由表条目，同时还有助于卸载 NAT/PAT 网络能力。

9、添加 TCP Offload Engine 功能。用于处理 TCP 协议的全部或部分工作，这样可以在不消耗更多 CPU 周期的情况下提高 Smart NIC 性能。

10、添加 Security Offload Engine 功能。将部分/全部安全引擎添加到 Smart NIC 中，以每个 Flows 为基础从 Host CPU 卸载加密/解密任务。

11、添加 QoS Engine 功能。Smart NIC 以此提供 SLA（服务等级协议）功能，而无需 Host CPU 的干预。

12、添加一个可编程的数据包解码器。该解码器将类似 P4 的可编程功能集成到 Smart NIC 中。P4 是一种标准的网络编程语言，专门用于描述和编程分组数据包转发面的操作。

13、添加一个或多个 ASIC 板载处理器。它们为 Smart NIC 提供了完整的软件可编程性（用于诸如 OAM 等任务），进一步实现了 Host CPU 的任务卸载。

可见，Smart NIC 为面向 SDN、NFV 的云计算/数据中心带来的优势主要有：

• CPU（昂贵）资源的节约。
• NIC 数据处理性能（网络带宽、吞吐量）的提升。

 参考链接

一文读懂SmartNIC - 腾讯云开发者社区-腾讯云

从网络虚拟化，看智能网卡发展史 - 腾讯云开发者社区-腾讯云

传统智能网卡 vs DPU智能网卡_光通信老兵的博客-CSDN博客_dpdk 智能网卡

从DPDK和eBPF感受一下Smart NIC

智能网卡的网络加速技术 - 腾讯云开发者社区-腾讯云

NVIDIA ASAP² 技术保护并加速现代数据中心应用 - 知乎

FPGA加速器 - 知乎

FPGA智能网卡综述（5）: FPGA inline - 知乎

ASIC智能网卡综述（10）：5层协议卸载L5P - 知乎

FPGA智能网卡综述（6）:HostSDN - 知乎

 《重识云原生系列》专题索引： 

1. 第一章——不谋全局不足以谋一域
2. 第二章计算第1节——计算虚拟化技术总述
3. 第三章云存储第1节——分布式云存储总述
4. 第四章云网络第一节——云网络技术发展简述
5. 第四章云网络4.2节——相关基础知识准备
6. 第四章云网络4.3节——重要网络协议
7. 第四章云网络4.3.1节——路由技术简述
8. 第四章云网络4.3.2节——VLAN技术
9. 第四章云网络4.3.3节——RIP协议
10. 第四章云网络4.3.4节——OSPF协议
11. 第四章云网络4.3.5节——EIGRP协议
12. 第四章云网络4.3.6节——IS-IS协议
13. 第四章云网络4.3.7节——BGP协议
14. 第四章云网络4.3.7.2节——BGP协议概述
15. 第四章云网络4.3.7.3节——BGP协议实现原理
16. 第四章云网络4.3.7.4节——高级特性
17. 第四章云网络4.3.7.5节——实操
18. 第四章云网络4.3.7.6节——MP-BGP协议
19. 第四章云网络4.3.8节——策略路由
20. 第四章云网络4.3.9节——Graceful Restart(平滑重启)技术
21. 第四章云网络4.3.10节——VXLAN技术
22. 第四章云网络4.3.10.2节——VXLAN Overlay网络方案设计
23. 第四章云网络4.3.10.3节——VXLAN隧道机制
24. 第四章云网络4.3.10.4节——VXLAN报文转发过程
25. 第四章云网络4.3.10.5节——VXlan组网架构
26. 第四章云网络4.3.10.6节——VXLAN应用部署方案
27. 第四章云网络4.4节——Spine-Leaf网络架构
28. 第四章云网络4.5节——大二层网络
29. 第四章云网络4.6节——Underlay 和 Overlay概念
30. 第四章云网络4.7.1节——网络虚拟化与卸载加速技术的演进简述
31. 第四章云网络4.7.2节——virtio网络半虚拟化简介
32. 第四章云网络4.7.3节——Vhost-net方案
33. 第四章云网络4.7.4节vhost-user方案——virtio的DPDK卸载方案
34. 第四章云网络4.7.5节vDPA方案——virtio的半硬件虚拟化实现
35. 第四章云网络4.7.6节——virtio-blk存储虚拟化方案
36. 第四章云网络4.7.8节——SR-IOV方案
37. 第四章云网络4.7.9节——NFV
38. 第四章云网络4.8.1节——SDN总述
39. 第四章云网络4.8.2.1节——OpenFlow概述
40. 第四章云网络4.8.2.2节——OpenFlow协议详解
41. 第四章云网络4.8.2.3节——OpenFlow运行机制
42. 第四章云网络4.8.3.1节——Open vSwitch简介
43. 第四章云网络4.8.3.2节——Open vSwitch工作原理详解
44. 第四章云网络4.8.4节——OpenStack与SDN的集成
45. 第四章云网络4.8.5节——OpenDayLight
46. 第四章云网络4.8.6节——Dragonflow

47. 第四章云网络4.9.1节——网络卸载加速技术综述

48. 第四章云网络4.9.2节——传统网络卸载技术

49. 第四章云网络4.9.3.1节——DPDK技术综述

50. 第四章云网络4.9.3.2节——DPDK原理详解

51. 第四章云网络4.9.4.1节——智能网卡SmartNIC方案综述

52. 第四章云网络4.9.4.2节——智能网卡实现