基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷提高,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求?；谲浖木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù),在處理過(guò)程中存在I/O、存儲(chǔ)器和CPU等性能瓶頸問(wèn)題,使其很難滿足高速網(wǎng)絡(luò)的需求。采用FPGA不僅能提高數(shù)據(jù)處理速度,降低數(shù)據(jù)包丟包率,而且還能實(shí)時(shí)處理高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。鑒于上述原因,針對(duì)基于 FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,提出了基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量方法

2、、TCP流重組模型以及負(fù)載均衡調(diào)度方法。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作為:
　　(1)針對(duì)現(xiàn)有RFC2544性能測(cè)量方法精確度低的問(wèn)題,提出一種基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量方法。該方法采用主動(dòng)測(cè)量與被動(dòng)測(cè)量相結(jié)合,基于吞吐量變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,利用伸縮機(jī)制動(dòng)態(tài)調(diào)整幀間間隔,從而逼近網(wǎng)絡(luò)的最大吞吐量。采用NetFPGA構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量原型系統(tǒng)來(lái)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證與性能評(píng)價(jià)。測(cè)試結(jié)果表明,該方法時(shí)延能精確至納秒,并適用于高速網(wǎng)絡(luò)。與采用軟件發(fā)送探

3、測(cè)包的方法以及基于FPGA的同類工作相比,該方法具有高度靈活性,而且測(cè)量結(jié)果更加精確。
　　(2)針對(duì)傳統(tǒng)TCP流重組方法效率低、開銷大的問(wèn)題,提出一種基于FPGA的分級(jí)并行高速網(wǎng)絡(luò)TCP流重組模型。第一級(jí)FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載均衡調(diào)度,第二級(jí)FPGA實(shí)現(xiàn)流記錄訪問(wèn)與TCP流重組。該模型采用基于哈希的流記錄訪問(wèn)解決方案,提高TCP流訪問(wèn)效率,從而加快TCP流重組速率。此外該模型采用基于靜態(tài)鏈表的TCP流重組解決方法對(duì)TCP流中亂

4、序的數(shù)據(jù)包進(jìn)行局部重組,在保證TCP報(bào)文段局部有序的前提下,實(shí)現(xiàn)該TCP流在整體上保持有序。
　　(3)針對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載均衡調(diào)度方法均衡效果差的問(wèn)題,提出一種基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載均衡調(diào)度方法。該方法根據(jù)緩存區(qū)的擁塞程度依概率選擇分流端口,同時(shí)基于端口速率反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整統(tǒng)計(jì)周期,使其適應(yīng)突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)流量,在兼顧會(huì)話完整性的前提下,實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)流量的瞬時(shí)均衡。采用NetFPGA設(shè)計(jì)了負(fù)載均衡調(diào)度原型系統(tǒng)來(lái)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證與性