网络安全
    作者:王宪阁

    安全有芯 主流防火墙CPU技术深入解读

         [ 中关村在线 原创 ] 暂无评论

        近年来,随着网络的发展,越来越多的用户信息储存在各种网络服务中,以及更多的商业机密、用户财产置身网络中或者通过网络传播,使得网络成为众多不法之徒眼中肥肉。与之相悖的是,企业和用户淡薄的安全意识,更是给了罪犯以可乘之机。

        即便是有安全意识,购买安全设备防护的企业,采购人员对防火墙等设备也没有及其深入的了解,认为有了防火墙就一切万事大吉。须知,防火墙与防火墙也有许多的差别,不同的品牌之间、型号之间等等。更有许多的安全厂商,拿着不入流的产品忽悠用户,这时候用户就要搽亮双眼、全面透视防火墙,抓住要点,才能找到真正安全的防火墙。

        万丈高楼平地起,对防火墙影响最大的还是防火墙架构方案,更深入的说是防火墙处理器架构方案。一般来说,迄今为止防火墙芯片解决方案有X86、ASCI、NP和多核四种架构,它们之间到底有哪些本质区别的呢,今天我们就来揭开它们的真面目。

    安全有芯 主流防火墙CPU技术深入解读

      基于通用CPU的X86架构的安全网关,一般采用Intel或AMD公司的芯片,X86在架构系统时还需要北桥和南桥芯片,采用该种硬件架构,软硬件配套资源比较多,便于快速推出产品,企业投资少,最初的防火墙大都是基于X86架构。X86架构采用通用CPU和PCI总线接口,具有很高的灵活性和可扩展性,过去一直是防火墙开发的主要平台。其产品功能主要由软件实现,可以根据用户的实际需要而做相应调整,增加或减少功能模块,产品比较灵活,功能十分丰富。

      但其性能发展却受到体系结构的制约,作为通用的计算平台,x86的结构层次较多,不易优化,且往往会受到PCI总线的带宽限制。虽然PCI总线接口理论上能达到接近2Gbps的吞吐量,但是通用CPU的处理能力有限,尽管防火墙软件部分可以尽可能地优化,很难达到千兆速率。同时很多X86架构的防火墙是基于定制的通用操作系统,安全性很大程度上取决于通用操作系统自身的安全性,可能会存在安全漏洞。

      从总线速度来看,基于32位PCI总线的X86平台,也就是我们所说的基于传统X86架构的防火墙,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问题。

      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。早期的千兆防火墙仅仅是将百兆接口替换为千兆接口而已。这种基于X86体系结构的千兆防火墙主体仍然是软件,其性能受到很大制约,无法达到千兆的处理速度。因此,这些防火墙只是具有千兆接入能力的防火墙,而不是真正具有千兆处理能力的防火墙因此可以说是一种“换汤不换药”的形式改变。

      Intel提出了解决方案,可以把32位的PCI总线升级到PCI-E总线,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%,基于x86的防火墙,其最高性能只能达到2Gbps!同时CPU和外围芯片组发热比较大,产品寿命和稳定性难以保证。

    标签:防火墙
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