# 家用 DPDK 网络加速器 — 产品规划文档

> **创建日期**: 2026-07-13
> **关联学习路线**: `2026-06-29-dpdk-roadmap-v3-design.md`
> **目标**: 基于 DPDK 做一个低成本家用网络加速器，可以量产销售

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## 一、产品定义

| 项目 | 内容 |
|------|------|
| 产品名 | 家用网络加速器（暂定） |
| 定位 | 插在光猫和路由器之间，即插即用 |
| 一句话卖点 | "让千兆宽带真正跑满，全家不卡，不用设置" |
| 目标用户 | 家庭用户，不折腾 |
| 参考售价 | ¥299（100 台试水，单台毛利 ~¥118） |

### 使用方式

```
原来:    光猫 ─── 路由器 ─── 全家设备
              ↑ 光猫 NAT 性能差，有人下载全家卡

加盒子:  光猫 ─── [你的盒子] ─── 路由器 ─── 全家设备
              ↑                ↑
         桥模式/无感透传     DPDK 线速 + 智能 QoS
```

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## 二、三大核心功能

| # | 功能 | 痛点 | 实现原理 |
|---|------|------|---------|
| 1 | **提速** | 运营商光猫 NAT 差，千兆宽带只能跑 600M | 光猫改桥接，盒子 DPDK 线速 NAT/转发，跑满 940M |
| 2 | **不卡** | 有人下载/BT/看视频，其他人游戏延迟爆炸 | DPDK rte_flow 按流特征分类：小包优先、大包限速、视频保底 |
| 3 | **零配置** | 用户不想进后台、不想学网络知识 | 开机自动 DHCP 探测 WAN/LAN 方向，默认桥模式透传 |

### 功能 2 详细：智能流控

```
收包 → rte_flow 五元组分类
         │
         ├── 小包持续流 (<256B, >100pps)
         │      → 标记 "游戏/通话/视频会议"
         │      → 高优先级队列，绝对优先
         │
         ├── 大包持续流 (>1024B, >50Mbps)
         │      → 标记 "下载/BT/视频缓冲"
         │      → 低优先级队列，带宽上限
         │
         └── 其他
                → 普通优先级，尽力转发
```

> 关键设计：不识别具体应用（不需要 DPI），只靠流特征判断。简单、可靠、私密。

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## 三、硬件 BOM（最低成本，支持 VFIO）

> **研发机 vs 量产 BOM 的分工(2026-10-03)**：本节是**量产** BOM——目标是 ¥299 售价下的最低成本 + 低功耗(常开设备)。
> **研发/验证机**已就绪：jb3455b = J3455 四核 + **X540-AT2 10G × 2** + 8GB DDR3。
> 两者**不要混**：X540 单价/功耗都高于 82576，对 1 Gbps 产品是过度设计;研发机上的价值是能跑通代码 + 压实测数字,不是出货配置。
> X540 在 jb3455b 上实测 PCIe 2.0 **x2**(≈8 Gbps),对 1G 产品 8 倍余量,不构成约束。

### 选型理由

- **J3355B-ITX**: Apollo Lake 起全系支持 VT-d，这是 Intel 平台最便宜的 VT-d 方案
- **Intel 82576**: DPDK igb PMD 原生驱动，最老最稳定的网卡之一，二手极便宜
- **VFIO > UIO**: VFIO 是 DPDK 官方推荐驱动方式，内核主线永久支持，DMA 安全隔离

### 逐项 BOM

| # | 零件 | 规格 | 来源 | 单价 |
|---|------|------|------|------|
| 1 | 主板 | ASRock J3355B-ITX (双核 2.0GHz, 10W, VT-d) | 闲鱼 | ¥100 |
| 2 | 内存 | DDR3L 2GB SODIMM | 闲鱼拆机 | ¥12 |
| 3 | 存储 | 8GB mSATA SSD | 闲鱼拆机 | ¥10 |
| 4 | 网卡 | Intel 82576 双口千兆 (PCIe 2.0 x4) | 闲鱼拆机 | ¥30 |
| 5 | 电源 | 12V 3A 适配器 + DC 5.5×2.5mm 线 | 1688 批发 | ¥8 |
| 6 | 外壳 | 3mm 亚克力激光切割 (17×17cm ITX) | 淘宝定制 | ¥10 |
| 7 | 铜柱+螺丝 | M3×6 一套 4 颗 | 1688 | ¥2 |
| 8 | 导热垫 | 40×40×1mm 硅胶 | — | ¥1 |
|   |        | | **合计** | **¥173** |

### 备选主板

| 型号 | CPU | 核数 | VT-d | 价格 | 备注 |
|------|-----|------|------|------|------|
| ASRock J3355B-ITX | J3355 | 双核 | ✅ | ¥100 | **首选，最便宜 VT-d** |
| ASRock J3455-ITX | J3455 | 四核 | ✅ | ¥140 | J3355 缺货时备选 |
| ASRock J4205-ITX | J4205 | 四核 | ✅ | ¥160 | 第二备选 |

### 内存使用分析

```
DPDK hugepage:  64MB
Alpine Linux:   ~128MB
DPDK app:       ~50MB
空闲缓冲:       ~1.7GB
总计 (2GB):     ~300MB 使用 / ~1.7GB 空闲

结论: 2GB 绰绰有余，不需要 4GB
```

### 存储使用分析

```
Alpine Linux:      ~130MB ISO → 安装后 ~50MB
DPDK 库:           ~20MB
应用二进制:         ~5MB
配置/日志:          ~10MB
总计:              <100MB

结论: 8GB mSATA 完全够用
```

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## 四、软件技术栈

| 层 | 组件 | 说明 |
|----|------|------|
| 操作系统 | Alpine Linux 3.20 | 最小 Linux 发行版，~50MB |
| 内核 | linux-lts 6.6 | VFIO、hugepage、AF_PACKET 主线支持 |
| 数据面框架 | DPDK 24.11 LTS | 用户态高性能包处理 |
| PMD 驱动 | `drivers/net/igb` | Intel 82576 原生 DPDK Poll Mode Driver |
| 设备绑定 | `vfio-pci` | VT-d + IOMMU，DPDK 官方推荐方式 |
| 转发 | 自研 DPDK 应用 | L3 转发 + NAT + rte_flow QoS |
| 控制面 | Unix socket + HTTP API | 配置下发、状态查询 |
| 初始化 | 自定义 init 脚本 | DHCP 探测、自动识别 WAN/LAN |

### DPDK 技术点与学习路线对应

| DPDK 技术 | 用途 | 学习路线阶段 |
|-----------|------|------------|
| `rte_mempool` | 包内存池管理 | P1 |
| `rte_mbuf` | 包数据结构 | P1 |
| `rte_ring` | lcore 间无锁通信 | P1 |
| `rte_eal_init` | EAL 初始化 (hugepage/lcore) | P1 |
| `rte_ethdev` (igb PMD) | 82576 网卡收发 | P1 |
| `rte_eth_tx_burst` / `rte_eth_rx_burst` | 批量收发包 | P1 |
| `rte_flow` | 流分类 (小包/大包分流) | P3 |
| `rte_hash` | NAT 连接跟踪表 | P1 |
| `rte_lcore` | 核绑定 (控制面/数据面分离) | P1 |
| `rte_kni` | DPDK↔内核通道 (可选) | P2 |

---

## 五、数据面架构

### 整体架构：快慢路径分离

```
                    ┌────────────────────┐
                    │   控制面 (lcore 0)   │
                    │                    │
                    │  DHCP Client       │ ← 自动探测 WAN 口
                    │  配置管理           │
                    │  HTTP API (可选)    │ ← 手机配置用
                    │  日志/统计          │
                    └────────┬───────────┘
                             │
                        Unix socket
                             │
    ┌────────────────────────┼────────────────────────┐
    │                        │                        │
    ▼                        ▼                        ▼
WAN 口 (port 0)       转发核 (lcore 1)          LAN 口 (port 1)
    │                        │                        │
    ▼                        ▼                        ▼
┌─────────┐          ┌───────────────┐          ┌─────────┐
│ RX 队列 │──mbuf──►│ rte_flow 分流  │──mbuf──►│ TX 队列 │
│         │         │               │          │         │
│ 82576   │         │ 小包→高优先    │          │ 82576   │
│ igb PMD │         │ 大包→低优先    │          │ igb PMD │
│         │         │ NAT 连接跟踪   │          │         │
└─────────┘         └───────────────┘          └─────────┘
```

### 收发包路径

```
收包:
  rte_eth_rx_burst(port, queue, mbufs, BURST_SIZE)
  → 逐包处理:
    1. rte_flow 匹配（五元组 hash）
    2. 如果不是已知流 → 新建流表项
    3. 按流优先级入队
    4. NAT 转换 (SNAT/DNAT)
    5. 查路由表决定出端口

发包:
  高优先队列 → rte_eth_tx_burst (先发)
  低优先队列 → rte_eth_tx_burst (后发，有剩余带宽才发)
```

### Lcore 分配

```
lcore 0 (主核):
  - EAL 初始化
  - 控制面逻辑
  - 定时器 (统计收集)
  - Unix socket 服务

lcore 1 (转发核):
  - 数据面死循环
  - 收包 → 分流 → NAT → 发包
  - 独占 100% CPU，无中断干扰
```

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## 六、软件模块划分

```
dpdk-gateway/
├── src/
│   ├── main.c              # EAL 初始化，启动 lcore
│   ├── forward.c           # 转发核主循环
│   ├── forward.h
│   ├── nat.c               # NAT 连接跟踪 (SNAT/DNAT)
│   ├── nat.h
│   ├── classifier.c        # rte_flow 流分类 + 优先级队列
│   ├── classifier.h
│   ├── control.c           # 控制面 (DHCP 探测 + 配置)
│   ├── control.h
│   ├── stats.c             # 统计收集
│   └── stats.h
├── scripts/
│   ├── init.sh             # 启动脚本 (配 hugepage/绑定网卡)
│   └── probe.sh            # WAN/LAN 自动探测脚本
├── config/
│   └── gateway.conf        # 默认配置文件
├── Makefile                 # 或 meson.build
└── README.md
```

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## 七、量产降本路径

| 阶段 | 数量 | 主板来源 | 网卡来源 | 单台 BOM |
|------|------|---------|---------|---------|
| 样机验证 | 1 台 | 闲鱼 J3355B ¥100 | 闲鱼 82576 ¥30 | ¥173 |
| 小批试水 | 100 台 | 闲鱼打包 ¥90 | 闲鱼打包 ¥25 | ¥146 |
| 中批 | 500 台 | 批发商 ¥85 | 批发 ¥22 | ¥130 |
| 大批定制 | 1000 台 | 自研板 (I226 焊板) | 芯片直焊 | ~¥120 |

> 1000 台定制板后，Intel I226-V 网卡芯片直接焊主板上，省去独立网卡和 PCIe 槽。

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## 八、成本与利润测算

### 100 台试水

| 项目 | 金额 |
|------|------|
| 单台 BOM | ¥146 |
| 单台组装（自己干） | ¥0 |
| 包装盒（定制牛皮纸，100 个） | ¥3/台 |
| 快递费（均摊） | ¥5/台 |
| 单台全成本 | ¥154 |
| **售价** | **¥299** |
| **单台毛利** | **¥145** |
| **100 台总毛利** | **¥14,500** |

### 1000 台（定制板）

| 项目 | 金额 |
|------|------|
| 单台 BOM | ¥120 |
| 组装（深圳厂 ¥15/台） | ¥15 |
| 包装盒 | ¥3 |
| 快递 | ¥5 |
| 单台全成本 | ¥143 |
| **售价** | **¥299** |
| **单台毛利** | **¥156** |
| **1000 台总毛利** | **¥156,000** |

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## 九、下一步行动计划

```
Phase 1: 样机验证 (1-2 周)
  □ 1. 采购 J3355B-ITX + Intel 82576 + DDR3L 2GB + mSATA 8GB
  □ 2. 安装 Alpine Linux，配置 VFIO + hugepage
  □ 3. 编译 DPDK，跑通 testpmd L2 转发
  □ 4. 编写最简单的 DPDK L3 转发程序 (main.c + forward.c)

Phase 2: 核心功能 (2-4 周)
  □ 5. 实现 NAT (SNAT/DNAT + 连接跟踪)
  □ 6. 实现 rte_flow 流分类 (小包/大包分流)
  □ 7. 实现优先级队列调度
  □ 8. 实现 WAN/LAN 自动探测 (DHCP)

Phase 3: 产品化 (2-4 周)
  □ 9. 添加启动脚本 (init.sh + probe.sh)
  □ 10. 添加 LED 状态指示 (通过 GPIO 或内核接口)
  □ 11. 制作 Alpine 固件镜像 (dd 可刷)
  □ 12. 设计外壳图纸 (DXF for 亚克力切割)

Phase 4: 自用验证 (4 周)
  □ 13. 替换家中路由器，自己用 1 个月
  □ 14. 记录所有问题和改进点
  □ 15. 性能压测 (iperf3 小包/大包)

Phase 5: 开源 + 销售
  □ 16. GitHub 开源基础版
  □ 17. 恩山论坛 / chiphell 发帖
  □ 18. 淘宝/闲鱼上架
```

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## 十、风险评估

| 风险 | 严重度 | 概率 | 应对措施 |
|------|--------|------|---------|
| 二手主板货源不稳定 | 🟡 中 | 中 | 初期囤 100 片；J3455-ITX 备选；1000 台后走定制 |
| 用户不会改光猫桥接 | 🔴 高 | 高 | 默认纯桥模式透传，不改任何配置也能工作（仅提速效果打折） |
| 2 口不够替代路由器 | 🟡 中 | 高 | 就定位加速器，不定位路由器；明确告诉用户"插在光猫和路由器之间" |
| GPL 合规问题 | 🟢 低 | 低 | DPDK 用户态程序 BSD 协议，Alpine Linux 用 GPL 但无需修改内核 |
| 售后工作量大 | 🔴 高 | 中 | 初期配详细 LED 故障灯说明、FAQ 文档；逐步建立知识库 |
| 被友商抄袭 | 🟡 中 | 中 | 开源 + 社区粘性 + 持续更新；品牌信任是壁垒 |
| 3C 认证 (做硬件后) | 🔴 高 | 中 | 初期只卖固件/散件/DIY 套件；量大了再走认证 |

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## 十一、竞品对比

| 对比维度 | 运营商光猫 | 小米路由器 | 软路由 (iStoreOS) | **你的盒子** |
|---------|-----------|-----------|-----------------|------------|
| NAT 性能 (千兆) | ~600M | ~940M | ~940M | **~940M (线速)** |
| 满载延迟 (小包) | 200ms+ | 80ms+ | 50ms+ | **<20ms** |
| 智能流控 | ❌ | 基础 QoS | 需手动配置 | **自动，零配置** |
| 配置难度 | 不用 (默认烂) | 中等 | 高 | **不用配** |
| 售价 | ¥0 (送的) | ¥300 | ¥400+ | **¥299** |
| 开源 | ❌ | ❌ | 部分 | **✅ 核心开源** |

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## 十二、相关资源

- **学习路线文档**: `2026-06-29-dpdk-roadmap-v3-design.md`
- **加速路径文档**: `DPDK_ACCELERATED_PATH.md`
- **DPDK 源码**: `~/myshare/dpdk-stable-24.11.6`
- **内核对照**: `~/myshare/linux-stable` (v6.6)
- **性能压测工具**: `~/myshare/dperf-main`