基于FPGA的IPv4/IPv6双协议处理器的设计
发布时间：2021-11-27 23:47
随着网络技术和光纤通信技术的飞速发展,网络协议处理占用的CPU处理器资源比重越来越高,在G比特网络的逐步普及并向更高带宽不断发展的情况下,CPU处理器负担日益加重,应运而生的TCP/IP协议卸载引擎（TOE）技术是减轻CPU负担的一种有效方式。在协议发展方面,IPv6协议取代IPv4协议是一种必然,而现阶段并且相当长的一段时间内两种协议将长期共存也是无可争议的事实,在目前网络种实现IPv4节点与IPv6节点兼容的模式基本上都是基于软件的,也就是在CPU处理器中实现兼容处理的,这样使得CPU的负担更加沉重。本文将TOE技术和双协议兼容技术结合起来,基于FPGA设计了一种能同时满足IPv6和IPv4的双协议处理器。首先对TOE技术的基本原理和实现架构进行了深入的分析,本设计的TOE器件采用FPGA来实现部分TCP/IP协议处理卸载工作,针对在TCP/IP协议处理工作中占的比重比较大、但处理过程比较机械重复的IP层的数据包的处理工作进行卸载,有利于在高速硬件中实现,并且能大大提高系统的工作效率。然后分析了IPv6和IPv4两种协议的构成和IP层的主要协议处理工作,得出了IP协议处理器设计原理...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TCP/IP协议数据解包封过程
图 1.4 支持 IPv4 或 IPv6 协议的应用可以使用双协议栈 技术的意义和研究现状 年以 Vinton.G.Cerf 和 kahn 两人为主合作开发出了最早的在其中分离出了单独的 IP 协议，形成了 TCP/IP 协议。TCP的网络发展中一直保持着它的技术优势，被各种网络应用程了实际上的 Internet 网络协议标准。以目前来看，网络中的据链路层以上的各层协议的处理都是在 CPU 处理器中通过][23]。根据前面对 TCP/IP 协议的介绍，上层应用程序在通过U 处理器除了处理相应的应用程序计算外，还要完成对包括UDP 等各种通信协议的相应处理，比如对 TCP 数据包的可靠处理，对 IP 数据包进行相应的解包封和校验处理，报文过滤和打包处理等等。而且还要通过 I/O 中断实现对流量的控制、内存和网络接口之间实现数据的处理和交换。采用软件方
品；部分卸载不但在实现上不需要对主机操作系统的核心机制进行改动对要容易一些，实现成本较低，性价比很高，而且可以在不断发展中逐议的全卸载，因而目前情况下采用部分卸载方式更加适合实际需求，国企业或者研究机构发布的 TOE 产品基本上都是采用部分卸载的方式。带有 TCP/IP 协议处理器的系统进行数据发送和接收处理的过程可以示[35]，发送数据时：应用程序将需要发送的数据通过软硬件传递给 T处理器，协议处理器按照协议规定先将发送数据切割并封装成带 TCPCP 数据包，再将数据段按照 IP 协议要求封装成带 IP 报头的 IP 数据报装好的 IP 数据包传输到链路层并经物理层实际网络发送给出去；接收络接口接收到物理层上网络用户发送来的数据帧，首先在链路层进行相到 IP 数据报并送给 TCP/IP 协议处理器， 在协议处理器中完成 IP 数据作，去掉 IP 数据包报头组装成有序的 TCP 上层有效数据，之后再次剥议报头就形成了应用程序能直接使用的应用数据，直接由协议处理器通接口传送给应用程序使用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCI总线的DMA高速数据传输系统[J]. 颜建峰,吴宁. 电子科技大学学报. 2007(05)
[2]FPGA和ASIC设计特点及应用探讨[J]. 孟李林. 半导体技术. 2006(07)
[3]TCP/IP协议处理中的缓冲区优化及实现[J]. 俞晓明,郭莉. 计算机工程. 2006(08)
[4]面向FPGA/CPLD的数字系统设计与实践[J]. 冼志妙. 广西师范大学学报(自然科学版). 2005(01)
[5]关于TOE技术的发展及概况的研究[J]. 任宏. 红外. 2005(03)
[6]基于TCP/IP卸载引擎的千兆网卡[J]. 周敬利,王志华,姜明华,徐漾,余胜生. 计算机工程. 2004(04)
[7]一种用于TCP/IP减荷的体系结构[J]. 杨松岸,杨华,杨宇航. 通信技术. 2003(11)
[8]网络处理器——下一代网络发展的核心技术[J]. 范荣真,沈凤池,杨东勇,陈雪江. 中国有线电视. 2003(16)
[9]IPv4向IPv6过渡技术综述[J]. 马严,赵晓宇. 北京邮电大学学报. 2002(04)
[10]PCI总线接口设计及其专用芯片应用[J]. 吴赟,张蕴玉,胡修林. 华中科技大学学报(自然科学版). 2002(06)
本文编号：3523274
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TCP/IP协议数据解包封过程
图 1.4 支持 IPv4 或 IPv6 协议的应用可以使用双协议栈 技术的意义和研究现状 年以 Vinton.G.Cerf 和 kahn 两人为主合作开发出了最早的在其中分离出了单独的 IP 协议，形成了 TCP/IP 协议。TCP的网络发展中一直保持着它的技术优势，被各种网络应用程了实际上的 Internet 网络协议标准。以目前来看，网络中的据链路层以上的各层协议的处理都是在 CPU 处理器中通过][23]。根据前面对 TCP/IP 协议的介绍，上层应用程序在通过U 处理器除了处理相应的应用程序计算外，还要完成对包括UDP 等各种通信协议的相应处理，比如对 TCP 数据包的可靠处理，对 IP 数据包进行相应的解包封和校验处理，报文过滤和打包处理等等。而且还要通过 I/O 中断实现对流量的控制、内存和网络接口之间实现数据的处理和交换。采用软件方
品；部分卸载不但在实现上不需要对主机操作系统的核心机制进行改动对要容易一些，实现成本较低，性价比很高，而且可以在不断发展中逐议的全卸载，因而目前情况下采用部分卸载方式更加适合实际需求，国企业或者研究机构发布的 TOE 产品基本上都是采用部分卸载的方式。带有 TCP/IP 协议处理器的系统进行数据发送和接收处理的过程可以示[35]，发送数据时：应用程序将需要发送的数据通过软硬件传递给 T处理器，协议处理器按照协议规定先将发送数据切割并封装成带 TCPCP 数据包，再将数据段按照 IP 协议要求封装成带 IP 报头的 IP 数据报装好的 IP 数据包传输到链路层并经物理层实际网络发送给出去；接收络接口接收到物理层上网络用户发送来的数据帧，首先在链路层进行相到 IP 数据报并送给 TCP/IP 协议处理器， 在协议处理器中完成 IP 数据作，去掉 IP 数据包报头组装成有序的 TCP 上层有效数据，之后再次剥议报头就形成了应用程序能直接使用的应用数据，直接由协议处理器通接口传送给应用程序使用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCI总线的DMA高速数据传输系统[J]. 颜建峰,吴宁. 电子科技大学学报. 2007(05)
[2]FPGA和ASIC设计特点及应用探讨[J]. 孟李林. 半导体技术. 2006(07)
[3]TCP/IP协议处理中的缓冲区优化及实现[J]. 俞晓明,郭莉. 计算机工程. 2006(08)
[4]面向FPGA/CPLD的数字系统设计与实践[J]. 冼志妙. 广西师范大学学报(自然科学版). 2005(01)
[5]关于TOE技术的发展及概况的研究[J]. 任宏. 红外. 2005(03)
[6]基于TCP/IP卸载引擎的千兆网卡[J]. 周敬利,王志华,姜明华,徐漾,余胜生. 计算机工程. 2004(04)
[7]一种用于TCP/IP减荷的体系结构[J]. 杨松岸,杨华,杨宇航. 通信技术. 2003(11)
[8]网络处理器——下一代网络发展的核心技术[J]. 范荣真,沈凤池,杨东勇,陈雪江. 中国有线电视. 2003(16)
[9]IPv4向IPv6过渡技术综述[J]. 马严,赵晓宇. 北京邮电大学学报. 2002(04)
[10]PCI总线接口设计及其专用芯片应用[J]. 吴赟,张蕴玉,胡修林. 华中科技大学学报(自然科学版). 2002(06)
本文编号：3523274
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