newbieandClaude Code
71c90bb632
- 1G 大页规划(×2-4) vs 实机实际 1G=0,须加内核引导参数 - 数据面单核 → 1-2 核:纯转发单核够,叠加 NAT/ACL/QoS 后无余量 - unos-design §2.2 物理口笔误 82576 × 2 → X540-T2 10G × 2 - home-gateway 补「研发机 vs 量产 BOM」分工说明 - §4.0「单核转发无法扩展」限定为 Cloud Edge 目标,与 Home CPE 区分 Co-Authored-By: Claude Code <noreply@anthropic.com>
355 lines
13 KiB
Markdown
Executable File
355 lines
13 KiB
Markdown
Executable File
# 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
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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** |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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** |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 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`
|