基于FPGA的高速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理關鍵技術研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展,新型網(wǎng)絡應用的不斷涌現(xiàn)以及網(wǎng)絡帶寬不斷提高,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出快速增長的趨勢,對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理技術提出了越來越高的要求。基于軟件的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理技術,在處理過程中存在I/O、存儲器和CPU等性能瓶頸問題,使其很難滿足高速網(wǎng)絡的需求。采用FPGA不僅能提高數(shù)據(jù)處理速度,降低數(shù)據(jù)包丟包率,而且還能實時處理高速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。鑒于上述原因,針對基于 FPGA的高速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理關鍵技術進行研究,提出了基于FPGA的高速網(wǎng)絡性能測量方法

2、、TCP流重組模型以及負載均衡調(diào)度方法。論文的主要創(chuàng)新性工作為:
　　(1)針對現(xiàn)有RFC2544性能測量方法精確度低的問題,提出一種基于FPGA的高速網(wǎng)絡性能測量方法。該方法采用主動測量與被動測量相結合,基于吞吐量變化的統(tǒng)計規(guī)律,利用伸縮機制動態(tài)調(diào)整幀間間隔,從而逼近網(wǎng)絡的最大吞吐量。采用NetFPGA構建了網(wǎng)絡性能測量原型系統(tǒng)來對該方法進行驗證與性能評價。測試結果表明,該方法時延能精確至納秒,并適用于高速網(wǎng)絡。與采用軟件發(fā)送探

3、測包的方法以及基于FPGA的同類工作相比,該方法具有高度靈活性,而且測量結果更加精確。
　　(2)針對傳統(tǒng)TCP流重組方法效率低、開銷大的問題,提出一種基于FPGA的分級并行高速網(wǎng)絡TCP流重組模型。第一級FPGA實現(xiàn)網(wǎng)絡流量負載均衡調(diào)度,第二級FPGA實現(xiàn)流記錄訪問與TCP流重組。該模型采用基于哈希的流記錄訪問解決方案,提高TCP流訪問效率,從而加快TCP流重組速率。此外該模型采用基于靜態(tài)鏈表的TCP流重組解決方法對TCP流中亂

4、序的數(shù)據(jù)包進行局部重組,在保證TCP報文段局部有序的前提下,實現(xiàn)該TCP流在整體上保持有序。
　　(3)針對目前網(wǎng)絡流量負載均衡調(diào)度方法均衡效果差的問題,提出一種基于FPGA的高速網(wǎng)絡流量負載均衡調(diào)度方法。該方法根據(jù)緩存區(qū)的擁塞程度依概率選擇分流端口,同時基于端口速率反饋動態(tài)調(diào)整統(tǒng)計周期,使其適應突發(fā)的網(wǎng)絡流量,在兼顧會話完整性的前提下,實現(xiàn)高速網(wǎng)絡流量的瞬時均衡。采用NetFPGA設計了負載均衡調(diào)度原型系統(tǒng)來對該方法進行驗證與性