利用多核CPU实现高性能SSL VPN

论文摘要

基于SSL协议的虚拟专用网技术易于使用、成本低、具有完善的安全访问控制机制,近年来获得了飞速发展。本文详细分析了SSL VPN的工作原理和应用优势,介绍了CPU从单核向多核发展的趋势和MIPS体系结构,指出SSL VPN在应用层实现协议转换和安全访问控制会消耗大量CPU资源进而影响系统整体性能所存在的问题。在基于单核CPU平台成功实现SSL VPN的基础上,深入剖析了MIPS 64位多核CPU OCTEON的硬件结构、软件包处理流程、多核并行程序,利用MIPS多核并行结构和内部集成的硬件安全加速单元,应用并行程序技术在多核CPU OCTEON嵌入式平台上实现了高性能SSL VPN。将基于多核CPU平台与基于X86架构平台实现的SSL VPN对比测试,可以看到多核CPU平台SSL VPN网关的性能是X86架构平台的10倍,彻底解决了单核CPU限制SSL VPN发展的诸多问题,达到了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外 SSL VPN 的研究现状
• 1.3 SSL VPN 的技术实现方案
• 1.3.1 单核CPU限制了SSL VPN发展
• 1.3.2 多核CPU 实现 SSL VPN 的优势
• 1.4 论文要完成的主要工作
• 第二章 SSL VPN 相关理论研究
• 2.1 虚拟专用网技术
• 2.1.1 隧道技术
• 2.1.2 安全技术
• 2.2 SSL VPN 技术
• 2.2.1 SSL VPN 原理
• 2.2.2 SSL VPN 的优势
• 第三章 在MIPS 32 位单核CPU 平台上实现SSL VPN
• 3.1 嵌入式 Linux 简介
• 3.2 MIPS 32 位单核CPU 平台
• 3.3 在嵌入式 Linux 平台上实现SSL VPN
• 3.3.1 TurboSSL 客户端分析
• 3.3.1.1 头文件和初始化
• 3.3.1.2 创建并打开非安全连接
• 3.3.1.3 建立安全连接
• 3.3.2 TurboSSL 服务器端分析
• 3.3.2.1 加载服务器证书
• 3.3.2.2 密码回调机制
• 3.3.2.3 发动引擎
• 3.3.2.4 完成设置
• 3.3.2.5 等待连接
• 3.3.2.6 响应到达连接
• 3.3.3 TurboSSL 对硬件算法加速单元的调用
• 3.3.4 SSL VPN 的配置及性能测试
• 3.3.4.1 SSL VPN 安装和配置
• 3.3.4.2 性能测试
• 第四章 多核CPU 技术
• 4.1 CPU 的发展趋势
• 4.2 MIPS CPU 概述
• 4.3 Cavium Octeon 多核处理器简介
• 4.4 多核CPU 硬件结构分析
• 4.4.1 Octeon cnMIP564? 内核
• 4.4.2 Octeon PIP（包输入处理）单元
• 4.4.3 Octeon POP（包输出处理）单元
• 4.4.4 Octeon SSO（调度/同步/排序）单元
• 4.4.5 Octeon Security（安全）单元
• 4.4.6 Octeon REA（正则表达式加速）单元
• 4.4.7 Octeon CDE（压缩/解压缩引擎）单元
• 4.4.8 Octeon TCP AE（TCP 加速引擎）单元
• 4.5 多核CPU 的包处理过程
• 4.6 多核CPU 软件开发工具
• 4.6.1 GCC（GNU C/C++编译器）
• 4.6.2 GDB（GNU 调试器）
• 第五章 在MIPS 64 位多核CPU 平台上实现SSL VPN
• 5.1 多核CPU 硬件平台
• 5.2 多核CPU 下SSL VPN 的软件实现
• 5.2.1 建立SSL 连接
• 5.2.2 身份认证
• 5.2.3 传输加/解密
• 5.2.4 证书管理
• 5.3 多核并行程序分析
• 5.3.1 ssl-server
• 5.3.2 ssl-client
• 5.4 测试环境配置及性能
• 5.4.1 多核CPU 平台的SSL VPN 配置
• 5.4.2 性能测试
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在学期间发表论文和参加科研情况