基于FPGA加速的可拓展软件定义中间件的研究

发布时间：2020-12-26 10:57

　　在数据中心网络中,网络中间件承载着很重要的数据处理功能,例如网络协议处理、网络安全等。随着应用需求的变更和系统规模的扩大,传统网络中间件采用的基于专有硬件的实现显现出成本高和扩展性差的缺点。软件定义中间件提出了软硬件解耦的设计思想,试图解决专有硬件的平台独立性问题和可扩展性问题。网络功能虚拟化技术更进一步地实现了软件定义中间件的设计思想,利用硬件资源虚拟化技术（虚拟机、容器等）,将网络功能从专有硬件转移到了运行在普通服务器的通用软件上。但是,随着网络带宽需求增长到25Gbps,甚至100Gbps,基于软件解决方案的网络功能虚拟化技术开始面临性能问题,包括网络吞吐率低、网络时延不稳定等问题。本文探索了使用FPGA作为加速器件,解决网络功能虚拟化面临的性能问题。但是,在加速系统设计中需要解决FPGA目前具有的一些问题,例如编程困难、代码通用性差、系统扩展困难等。FPGA开发使用Verilog/VHDL硬件描述语言,它们具有两个缺点:1)对于普通软件开发人员来说学习门槛很高;2)抽象程度低导致代码的通用性较差。同时,基于FPGA的分布式系统设计仍是一个挑战。本文提出了一个基于FPGA的、可拓... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３：模块化的方法构建中间件应用??

图２－１：?Ｐ４抽象模型［１１??为，控制器编译Ｐ４程序后将具体的规则下发到Ｐ４平台上执行。Ｐ４抽象模型如??图２－１所示。??相比ＯｐｅｎＦｌｏｗ，?Ｐ４的灵活性更高：Ｐ４不仅可以做到平台无关性，也可??以实现协议无关性。Ｐ４可以运行在通用处理器、ＦＰＧＡ、网络处理器或ＡＳＩＣ??（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?ｃｉｒｃｕｉｔ，专用集成电路）上，使用对应的编译器??将Ｐ４程序编译运行在对的平台上。协议无关性是指Ｐ４不需要原生网络协议??的支持，Ｐ４?＂ｒ以自定义ｍａｔｃｈ部分的字段含义，但是ＯｐｅｎＦｌｏｗ中ｍａｔｃｈ字段??是协议预设的，不能根据需求动态改变。目前，支持Ｐ４的商用交换机已经上??市丨２０丨。??２．１．２?ＮＦＶ??２０１２年１０月，由全球多家运营商发起成立的网络功能虚拟化（ＮＦＶ，??Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎ?Ｖｉｒｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎ）标准制定］．作小组，发布ｆＮＦＶ架构的第－版??白皮书（Ｗｈｉｔｅ?Ｐａｐｅｒ）１８１。ＮＦＶ架构通过软硬件解耦及功能抽象，使网络处理设??备摆脱专有硬件

计算虚拟?存储虚拟?网络虚拟??虚拟层?钃?—ＮＦＶ编配???＾???硬件资源?服务部署需求??训＼／基础设施（邮以??阉２－２：?ＮＦＶ架构阁ＰＩ??软件，例如ＮＡＴ、防火墙等应用，他们运行在ＮＦＶＩ环境中。??网络功能虚拟化基础设施（ＮＦＶＩ，?Ｎｅｔｗｏｒｋ?ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ?ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｉｎｆｒａｒｅ）?是指可以运行?ＶＮＦ?的软硬件环境。?ＮＦＶ?丨提供了包拈?ｆ?网络、储的虚拟化环境，为ＶＮＦ提供了资源和性能上的隔离。??网络功能虚拟化管理和编排（ＮＦＶ－ＭＡＮＯ，?ＮＦＶ?Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ?ａｎｄ?Ｏｒｃｈｏｎ）?用来管理?ＶＮＦ?的运行以及?ＮＦＶＩ?软硬件资源的调度。??定义ＮＦＶ１２１?：??转发设备???一一?＿?一、


本文编号：2939562