百G时代的里程碑 五G时代

　　Hillstone山石网科(以下简称“山石网科”)是一个令人惊叹的安全企业。自成立以来,该公司保持着稳定、高速的产品研发速度,有步骤地推出了一系列多功能安全网关产品,占据了市场先机。但所有这些产品,其形态都属于“盒子(Appliance)”的范畴,固化的业务处理单元决定了其防火墙性能无法突破20G这条水平线。而在云计算从未来时发展为现在进行时的今天,运营商、金融、教育等大型行业用户有了更高的业务需求,百G级别的防火墙在骨干网、数据中心等环境开始进入实际应用阶段。为了应对新的需求变化,山石网科又于近期推出了SG-6000-X6150(以下简称X6150)高性能防火墙,我们也在第一时间对该产品进行了测试分析。
　　为了达到百G级别的处理能力,X6150改用“机框(Chassis)”式产品形态,实现了可插拔部件全冗余及业务的智能分布式处理。该产品采用5U规格设计,共内置了12个扩展槽位,其中10个可用于接口模块(IOM)、安全服务模块(SSM)或QoS服务模块(QSM),2个用于系统主控模块(SCM)。设备亦采用了高速大容量交换背板,为每个模块提供了足够大的数据通路。对于高端电信级产品来说,供电子系统与散热子系统的重要性亦不容忽视。X6150最多可内置4个电源模块(650W),支持双路主备冗余部署,加上具有热插拔特性的风扇模组,可以最大程度地保障系统的稳定运行。
　　
　　多核Plus G2的高级形态
　　
　　目前,通过单独的处理器还很难达到百G级别的防火墙性能,业务的分布式处理是目前市场上百G防火墙产品的主流选择。不同厂商必然有着不同的系统实现方式,对于山石网科来说,经过多次发展演变的多核Plus G2架构则是X6150实现智能分布式处理的基础。
　　在首批发布的安全网关产品中,山石网科定义了以交换为核心的多核Plus系统架构。由于业务处理单元和接口都采用固化设计,无法实现接口和处理能力的扩展。而其随后推出的一系列采用多核Plus G2架构的产品中,交换背板的重要性有了显著提升。以去年我们测试过的SG-6000-G5150为例,模块化设计是当时该产品最吸引人的特性,用户可以根据实际部署需要,选择合适的接口模块及应用层功能模块,灵活拓展整机接口数量和应用层业务的处理能力。但由于产品定位的原因,当时发布的SG-6000系列产品的整机防火墙性能决定于单一的业务处理单元,还未能发挥出多核Plus G2架构的最大潜力。
　　直到百G级别的X6150面世,山石网科才向我们展示了多核Plus G2架构的高极形态。在这款产品中,无论主控模块、安全服务模块还是接口模块,都是挂在交换核心上的同级节点。它们彼此间没有绝对的对应关系,也不存在任何扩展限制。安全服务模块依旧基于高性能多核处理器进行设计,多业务节点间完全并行工作,处理不同的数据流量。为最大化地提升分布式处理的执行效率,X6150的接口模块上也都不惜成本地使用了单颗或多颗多核处理器,可以根据各安全服务模块的负载情况智能地进行流量分配,以达到理想的负载均衡效果。
　　智能分布式处理也会带来一些额外的问题,由于数据流的去向存在不确定性,ALG等需要结合多条流进行处理的业务实现起来会变得比较麻烦。X6150在尽可能均衡地发送流量到不同安全服务模块的同时,也会将有业务相关性的会话分发到同一个安全服务模块进行处理,保证了数据转发的正确性。而对于QoS等更复杂的应用,该产品也继续提供独立业务模块形式的解决方案,在性能与实施成本之间找到合理的平衡。
　　
　　性能:挑战极限
　　
　　X6150的真实性能是所有测试工程师共同关心的话题,我们依照RFC 2544和RFC 3511规范,对开启防火墙模块时的系统性能进行了全面考察。与以往不同的是,要测试这款产品的极限性能,必须根据实际情况动态调整模块的搭配策略。例如在吞吐量与延迟测试中,64、128、256Byte帧长时的测试流量并不大,我们采用了7个安全服务模块与3个万兆接口模块的搭配;而在512、1024、1280、1518Byte帧长的测试中,带宽方面的压力比较大,所以采用5个安全服务模块与5个万兆接口模块的搭配。
　　从测试结果中可以看出,在路由模式、单条策略的配置下,X6150在64Byte帧长时的吞吐量达到16.47%,此时在命令行下能够看到各安全服务模块都满负荷运转,流量均衡的效果十分优秀;使用1024、1280及1518Byte帧长测试时,该产品的吞吐量都接近线速,无愧于百G级别产品的称号。平均延迟方面,使用7种帧长90%吞吐量的负载进行测试时,延迟结果都在20微秒以内。在如此大的负载下,X6150还能将延迟保持在这种水准,表现可谓相当出色。
　　如今,新型的DDoS攻击已经将攻击重点从带宽转向防火墙或服务器的连接处理能力。攻击者经过巧妙构造,可以在不明显抢占带宽与CPU资源的情况下,使防火墙等安全设备达到并发连接上限,达到阻断正常业务的目的。X6150在连接处理能力方面的测试结果无疑令人很有信心,在TCP No Close模式下,我们实测得的TCP新建速率超过100万。即便是在标准的HTTP 1.1模式下,新建连接速率仍然高达76万以上。需要说明的是,这两个数值也只是测试仪能达到的最大性能,从控制台显示的系统资源占用情况看,X6150仍然还有部分性能余量。并发连接方面,该产品每个安全服务模块标称的最大并发连接数为850万,我们在配置6个安全服务模块、4个接口模块情况下测得的最大并发连接数正好是单模块标称值的6倍(每模块需要保留512个连接给系统使用)。5000万并发、100万新建的测试结果相当惊人,我们也是第一次在安全产品评测中见到这样的成绩。
　　
　　更稳定 更可靠
　　
　　智能分布式系统的构建虽然比较复杂,却能为产品带来更加丰富的特性。除了前文验证过的性能优势外,X6150在业务可靠性方面的表现也值得一提。由于接口模块要先对入方向的数据流进行分配,在策略允许的情况下,当安全服务模块出现增减时,数据流的分配情况也应随之发生变化。这意味着,系统在安全服务模块发生故障时将拥有一定的自我调整能力,用户也可以在在线状态下动态调整安全服务模块的配置。
　　为了验证这个猜想,我们设计了一个有针对性的测试用例。首先,使用测试仪生成稳定的每秒60万的HTTP新建流量,这会在配备了7个安全服务模块的X6150上大约消耗65%左右的系统资源。当流量稳定运行一段时间后,人为在线拆除一块安全服务模块,测试仪控制台上记录的压力曲线出现一个轻微波动,随即恢复正常。从设备控制台的监控中可以看到,此时的系统资源消耗平均已超过70%,说明离线模块所对应的负载已被动态分配到其他节点进行处理。等X6150在这种状态下稳定运行一段时间后,再人为地将拔出的模块推进插槽,系统马上识别出并开始进行配置。稍后再查看系统运行状态,7个安全服务模块全部正常工作,资源占用率重新回到65%左右。由此可见,只要用户在部署时为系统留出性能余量,采用智能分布式架构的X6150就能够在面临业务增长、突发安全事件或部分系统异常情况时拥有一定的自适应能力。
　　
　　测试后记:
　　在整个测试过程中,我们始终被一种兴奋的情绪所感染。回顾在市场上公开发布的各款产品,X6150应该是国内真正意义上的、纯粹的信息安全企业推出的第一款采用智能分布式架构的产品。测试结果也证明,它确实达到了百G级别的处理能力,且仅在5U规格的机箱空间内。这无论对山石网科还是国内整个信息安全行业来说,都是一个值得纪念的里程碑,必将会为行业整体水平的提高带来帮助。
　　毫无疑问,骨干网和数据中心将是高端防火墙的必争之地。信息安全企业必须加强对此类应用环境的理解,才能使功能更有针对性,让产品更加贴近用户。我们相信,山石网科有X6150作为基础,这一切不会太遥远。