基于Octeon多核处理器的NAT协议研究与实现
发布时间：2021-07-16 11:11
随着互联网的迅猛发展以及互联网与通信网的深度融合，互联网、移动互联网的用户数量呈几何级数增长，使得IPv4地址严重数量不足。为了解决这个问题，出现了许多解决方案，网络地址转换（NetworkAddress Translation，简称NAT）技术是较为突出的一种解决方案。Octeon网络处理器是Cavium公司针对市场需求推出的新一代网络多核处理器产品，如今被广泛使用在各种网络设备中，其中许多设备如路由器、防火墙、无线接入控制器等都对NAT功能有需求。然而当网络设备开启NAT功能时，设备的整体性能会受到较大影响。这是一个在实际应用中必须解决的问题，本文既然是研究在OCETON芯片中的实现NAT协议的，就不能不对这个问题进行研究。本文首先介绍了NAT协议的研究现状，指出了在具有NAT功能的网络产品中存在的性能问题。接着，研究了NAT协议的原理和NAT的分类，研究了Octeon多核网络处理器的硬件架构、包处理流程、软件架构和运行模式。然后，在研究的基础上提出了数据面和控制面分离的软件架构，提出了一种基于OCTEON芯片、采用简单执行程序模式运行数据面、采用Linux模式运行控制面的NAT协...
【文章来源】：武汉邮电科学研究院湖北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 背景介绍
1.2 研究现状
1.3 主要工作
1.4 论文结构
第2章 NAT 协议原理
2.1 NAT 协议介绍
2.2 NAT 相关术语及概念
2.3 NAT 的分类
2.4 NAPT 分类
2.4.1 完全锥形 NAT
2.4.2 地址限制锥形 NAT
2.4.3 端口限制锥形 NAT
2.4.4 对称形 NAT
2.5 本章小结
第3章 多核处理技术
3.1 多核处理器概述
3.2 OCTEON 多核技术
3.2.1 Octeon 多核处理器概述
3.2.2 Octeon 多核网络处理器硬件结构
3.2.3 Octeon 多核处理器的包处理流程
3.2.4 Octeon 多核处理器软件架构
3.2.5 Octeon 多核程序运行模式
3.3 本章小结
第4章 NAT 在 OCTEON 芯片中实现的总体方案
4.1 NAT 实现的基本需求
4.2 NAT 实现的模式与环境
4.3 NAT 实现的整体架构
4.3.1 配置管理模块功能
4.3.2 数据分组解析模块功能
4.3.3 数据转换模块功能
4.3.4 转换表管理模块功能
4.4 NAT 的数据流程
4.4.1 NAT 总体数据流
4.4.2 NAT 数据面总体处理流程
4.5 OCTEON 中任务处理机制
4.6 本章小结
第5章 NAT 关键模块设计与实现
5.1 配置管理模块的设计与实现
5.1.1 NAT 命令行部分
5.1.2 POW 口通信机制
5.1.3 NAT 配置管理流程
5.1.4 NAT 的内存初始化与管理
5.2 数据分组解析模块的设计与实现
5.3 数据转换模块的设计与实现
5.3.1 数据转换模块功能子模块
5.3.2 分片重组机制设计
5.3.3 报文头部更新转换
5.4 转换表管理模块的设计与实现
5.4.1 转换表管理模块外部接口
5.4.2 NAT 动态转换表
5.4.3 NAT 静态转换表
5.4.4 NAT 地址池
5.5 NAPT 的哈希算法选择
5.6 系统多核并行与串行处理
5.7 本章小结
第6章 系统测试与结果分析
6.1 功能测试
6.1.1 测试目的
6.1.2 测试环境
6.1.3 测试配置
6.1.4 测试步骤
6.1.5 测试结果与分析
6.2 性能测试
6.2.0 测试目的
6.2.1 测试指标
6.2.2 测试环境
6.2.3 测试配置与步骤
6.2.4 测试结果与分析
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录 2 主要英文缩写语对照表
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAT技术的研究与应用[J]. 宰芹芹,杨婧. 舰船电子工程. 2011(07)
[2]高速网络环境下NAT快速转换算法[J]. 李庆海,张德运,孙朝晖,李继华. 计算机工程与设计. 2003(09)
硕士论文
[1]基于Octeon多核处理的网络入侵检测系统研究与设计[D]. 李建萍.苏州大学 2010
[2]P2P网络中NAT穿透方法的研究与实现[D]. 秦添.湖南大学 2010
[3]基于网络处理器的NAT协议研究与实现[D]. 曹继军.国防科学技术大学 2004
[4]NAT网关的研究与实现[D]. 黄鹂声.电子科技大学 2003
本文编号：3286898
【文章来源】：武汉邮电科学研究院湖北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 背景介绍
1.2 研究现状
1.3 主要工作
1.4 论文结构
第2章 NAT 协议原理
2.1 NAT 协议介绍
2.2 NAT 相关术语及概念
2.3 NAT 的分类
2.4 NAPT 分类
2.4.1 完全锥形 NAT
2.4.2 地址限制锥形 NAT
2.4.3 端口限制锥形 NAT
2.4.4 对称形 NAT
2.5 本章小结
第3章 多核处理技术
3.1 多核处理器概述
3.2 OCTEON 多核技术
3.2.1 Octeon 多核处理器概述
3.2.2 Octeon 多核网络处理器硬件结构
3.2.3 Octeon 多核处理器的包处理流程
3.2.4 Octeon 多核处理器软件架构
3.2.5 Octeon 多核程序运行模式
3.3 本章小结
第4章 NAT 在 OCTEON 芯片中实现的总体方案
4.1 NAT 实现的基本需求
4.2 NAT 实现的模式与环境
4.3 NAT 实现的整体架构
4.3.1 配置管理模块功能
4.3.2 数据分组解析模块功能
4.3.3 数据转换模块功能
4.3.4 转换表管理模块功能
4.4 NAT 的数据流程
4.4.1 NAT 总体数据流
4.4.2 NAT 数据面总体处理流程
4.5 OCTEON 中任务处理机制
4.6 本章小结
第5章 NAT 关键模块设计与实现
5.1 配置管理模块的设计与实现
5.1.1 NAT 命令行部分
5.1.2 POW 口通信机制
5.1.3 NAT 配置管理流程
5.1.4 NAT 的内存初始化与管理
5.2 数据分组解析模块的设计与实现
5.3 数据转换模块的设计与实现
5.3.1 数据转换模块功能子模块
5.3.2 分片重组机制设计
5.3.3 报文头部更新转换
5.4 转换表管理模块的设计与实现
5.4.1 转换表管理模块外部接口
5.4.2 NAT 动态转换表
5.4.3 NAT 静态转换表
5.4.4 NAT 地址池
5.5 NAPT 的哈希算法选择
5.6 系统多核并行与串行处理
5.7 本章小结
第6章 系统测试与结果分析
6.1 功能测试
6.1.1 测试目的
6.1.2 测试环境
6.1.3 测试配置
6.1.4 测试步骤
6.1.5 测试结果与分析
6.2 性能测试
6.2.0 测试目的
6.2.1 测试指标
6.2.2 测试环境
6.2.3 测试配置与步骤
6.2.4 测试结果与分析
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录 2 主要英文缩写语对照表
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAT技术的研究与应用[J]. 宰芹芹,杨婧. 舰船电子工程. 2011(07)
[2]高速网络环境下NAT快速转换算法[J]. 李庆海,张德运,孙朝晖,李继华. 计算机工程与设计. 2003(09)
硕士论文
[1]基于Octeon多核处理的网络入侵检测系统研究与设计[D]. 李建萍.苏州大学 2010
[2]P2P网络中NAT穿透方法的研究与实现[D]. 秦添.湖南大学 2010
[3]基于网络处理器的NAT协议研究与实现[D]. 曹继军.国防科学技术大学 2004
[4]NAT网关的研究与实现[D]. 黄鹂声.电子科技大学 2003
本文编号：3286898
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3286898.html
