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10G网络数据转发设备的FPGA设计与实现

发布时间:2017-12-28 05:19

  本文关键词:10G网络数据转发设备的FPGA设计与实现 出处:《电子科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 查表转发机制 10Gbps以太网 PCI Express 直接内存访问


【摘要】:随着网络技术的不断进步,数据中心可以为多种网络服务和应用提供平台,已经成为支持数据存储的有效结构。同时,随着云计算的提出和发展,数据中心网络在未来也必然会变得越来越重要。但随着数据中心内部的通信业务增加和网络传输的线速率持续增长,网络交换机不仅需要每秒尽可能多的处理查表操作,而且需要每秒在越来越大的流表中进行越来越多的查找操作,因此,数据中心网络交换机的查表转发机制正面临着新的挑战。传统的基于硬件的交换机的查表转发机制无法支持较大的表项,而且可扩展性较差,而基于软件的查表转发机制也存在着性能的瓶颈,虽然研究人员已经提出了各种解决方案,但是这些方案却存在着各自的缺陷。而本文提出的查表转发机制可以在一定程度上弥补上述缺陷,这种机制使用硬件处理并且缓存数据包而软件查表,同时,本设计实现了基于这种查表转发机制的数据转发设备的硬件平台。本文通过FPGA实现了该硬件平台,FPGA型号为Xilinx的7K325T。在实现过程中,采用了基于PCI Express总线的高性能DMA技术和10Gbps以太网接口技术。本设计取得的主要成果有:设计一种支持大规模流表、可扩展性和通用性强的10G网络交换机查表转发机制,并根据该机制对硬件部分功能的需求进行了PCI Express DMA控制器的设计以及万兆以太网MAC层的设计,使其可以支持10G速率。在具体实现过程中,首先进行代码的编写,然后进行功能仿真验证各模块功能的正确性,最后进行实际的下板测试,主要验证了本设计的延迟以及传输速率。
[Abstract]:With the continuous progress of network technology, data center can provide a platform for a variety of network services and applications, and has become an effective structure to support data storage. At the same time, with the development of cloud computing, the data center network is bound to become more and more important in the future. But with the increase of communication services inside the data center and network transmission line network switch rate continues to grow, not only need to deal with a second as much as possible the look-up operation, and need more and more table lookup operation flow in more and more in the second result, data center network switch forwarding mechanism is facing new challenges. The hardware switch forwarding mechanism to support the large table based on the traditional, and poor scalability, while software based forwarding mechanism has a performance bottleneck, although researchers have proposed various solutions, but these solutions are stored in their defects. The look-up table forwarding mechanism proposed in this paper can make up for the defects to a certain extent. This mechanism uses hardware processing and cache data package, and software lookup. At the same time, this design implements the hardware platform of data forwarding device based on lookup table forwarding mechanism. This paper implements the hardware platform with FPGA, and the FPGA model is 7K325T of Xilinx. In the process of implementation, the high performance DMA technology based on PCI Express bus and the 10Gbps Ethernet interface technology are adopted. The main results of this design are as follows: the design of a large-scale support flow table, scalability and versatility of the 10G network switch forwarding mechanism, and the design of the PCI Express DMA controller and the design of Gigabit Ethernet MAC layer according to the demand of the mechanism on the part of the hardware, which can support the 10G rate. In the process of implementation, the code is written first, then the function is simulated to verify the correctness of each module function. Finally, the actual down board test is carried out, which mainly verifies the delay and transmission speed of the design.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN791;TP308

【共引文献】

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本文编号:1344725

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