FC和万兆以太网桥接及相关IP核设计

发布时间：2017-09-30 00:21

  本文关键词：FC和万兆以太网桥接及相关IP核设计

  更多相关文章： FC协议 万兆以太网 网络桥接 电路设计 协议转换

【摘要】：网络存储解决方案一般依托于光纤通道(Fibre Channel, FC)协议或以太网协议技术。其中,FC凭借着高性能、高可靠性和高可扩展性等特点,占据了传统高端网络存储产品市场,而以太网以其简单灵活、高性价比的优势拥有众多中低端的存储产品。随着万兆以太网的布局,两种不同的网络技术给网络存储用户的产品升级带来了风险和不确定性。因此,为了更好地促进网络存储市场的发展,统一网络架构、实现FC和万兆以太网的桥接已是网络存储技术发展的必然趋势。本文的主要目标是研究4G FC和万兆以太网的网络桥接,设计和实现了协议转换的硬件IP核。本文首先研究FC协议、万兆以太网上FCoE和UDP协议的网络模型,确定FC和UDP协议转换的层次为FC-2层；接着分析设计了两个网络桥接系统的硬件电路；然后基于硬件FPGA (Field-Programmable Gate Array)设计了FC和FCoE协议、FC和UDP协议相互转换的IP核,实现了协议的线速率转换；最后构建测试环境来测试FC和万兆以太网桥接系统的功能和性能。实验最终的测试结果达到了预期目标：FC和FCoE协议、FC和UDP协议转换的速率接近线速率。其中FC和FCoE相互转换最大带宽为393.4MB/s,效率为97.1%,FC和UDP转换最大带宽为387.8MB/s,效率为95.7%,达到了4GFC传输带宽的要求；其他类型数据包都存在相应的有效链路,同时实现了桥接表的软件配置功能,保证整体功能的可配置性。
【关键词】：FC协议 万兆以太网 网络桥接 电路设计 协议转换
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.11
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-17
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外现状14-15
• 1.3 论文主要内容15-17
• 2 FC与万兆以太网网络协议研究17-28
• 2.1 FC协议17-21
• 2.1.1 FC协议简介17
• 2.1.2 FC协议的层次结构17-19
• 2.1.3 FC-2层帧、序列和寻址的研究19-21
• 2.2 兆以太网协议研究21-25
• 2.2.1 FCoE协议数据帧格式21-23
• 2.2.2 UDP协议23-25
• 2.3 FC和以太网UDP协议类比25
• 2.4 本章小结25-28
• 3 桥接系统硬件电路设计及协议转换分析28-46
• 3.1 功能概述28-30
• 3.2 桥接板电路的设计和实现30-38
• 3.2.1 高速电路设计30-32
• 3.2.2 板级存储设计32-34
• 3.2.3 时钟、复位和配置电路的设计34-35
• 3.2.4 电源方案的设计35-38
• 3.2.5 调试接口的设计38
• 3.3 协议转换的技术研究和分析38-45
• 3.3.1 FC和万兆以太网协议转换39-40
• 3.3.2 FC和FCoE协议转换40-41
• 3.3.3 高效软硬件协同处理41-42
• 3.3.4 FC和UDP协议转换42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 硬件逻辑设计和相关IP核实现46-68
• 4.1 数据链路分析及时钟域划分46-48
• 4.1.1 按接口功能来分46-47
• 4.1.2 按数据流方向来分47-48
• 4.1.3 用户时钟域划分48
• 4.2 万兆以太网过滤转换模块设计48-57
• 4.2.1 模块划分及工作流程48-50
• 4.2.2 万兆以太网接收过滤模块50-55
• 4.2.3 FCoE转FC、UDP转FC桥接模块设计55-56
• 4.2.4 FC发送模块设计56-57
• 4.3 FC转换混合模块设计57-65
• 4.3.1 模块划分及工作流程58-59
• 4.3.2 FC接收模块设计59-60
• 4.3.3 FC转FCoE、FC转UDP桥接模块设计60-64
• 4.3.4 万兆以太网混合发送模块设计64-65
• 4.4 查表模块设计65-66
• 4.5 软硬件交互66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 5 验证与测试结果分析68-83
• 5.1 FC和FCoE相互转换测试68-74
• 5.1.1 测试环境搭建68-69
• 5.1.2 链路正确性69-72
• 5.1.3 最大有效带宽72-73
• 5.1.4 转换时延73-74
• 5.2 FC和UDP相互转换测试74-82
• 5.2.1 测试环境搭建74-75
• 5.2.2 链路正确性75-80
• 5.2.3 最大有效带宽80-81
• 5.2.4 转换时延81-82
• 5.3 本章小结82-83
• 6 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-88
• 作者简历88

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本文编号：945091