基于NP的多网网关数据面软件设计与实现

论文摘要

作为最常见的网络设备之一,网关是各种网络互联互通的“网络中枢”。它连接着多个网络,同时处理着网络间大量的数据流,其性能直接关系到网络的服务质量。传统的网关主要是基于专用集成电路的系统解决方案,但是这种方案在带来高性能的同时,却带来了灵活性不足的问题。网络应用中对网络设备的最重要的需求之一就是网络设备必须能够适应新协议和新业务的需求,因此把网络处理器引入传统的网关设计,从而给其带来足够的灵活性就显得尤其重要。论文以“多网网关关键技术及原型样机研究”项目的研究工作为基础,探讨了多网网关的硬件实现原理和软件实现框架,并通过比较分析几种硬件平台的优缺点,基于网络处理器的灵活性和高性能优势,研究了一个基于网络处理器IXP2350的多网网关数据面软件实现方案框架。该软件框架能实现IPv4单播/组播转发、流量统计与控制、拥塞避免和不同网络多个层次的协议转换等功能。论文重点研究IXP2350网络处理器的硬件体系结构以及软件可移植架构的软件开发模型,并通过设计与实现一个数据包转发系统,探索了在网络处理器上的软件开发模式,论文的工作为进一步研制网络处理器上的软件系统,提供了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究及应用现状
• 1.1.1 多网网关设备的研究现状
• 1.1.2 网络处理器技术和发展趋势
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 第二章 多网网关硬件结构及软件方案
• 2.1 多网网关的功能
• 2.2 多网网关硬件实现原理
• 2.2.1 硬件平台的选择
• 2.2.2 硬件实现方案
• 2.3 多网网关软件实现框架
• 第三章 INTEL IXP 2350 网络处理器及其软件编程
• 3.1 INTEL IXA概述
• 3.2 IXP 2350 硬件结构概述
• 3.2.1 IXP 2350 硬件结构组成
• 3.2.2 IXP 2350 特征及优点
• 3.3 IXP 2350 主要硬件单元
• 3.3.1 Intel XScale Core
• 3.3.2 微引擎
• 3.3.3 SRAM控制器
• 3.3.4 DRAM控制器
• 3.3.5 SHaC单元
• 3.3.6 MSF媒质与交换结构接口
• 3.3.7 NPE网络处理引擎
• 3.3.8 PCI控制器
• 3.3.9 高速总线
• 3.4 IXP 2350 软件可移植性框架及开发环境
• 3.4.1 IXA软件可移植性框架
• 3.4.2 IXP 2350 软件开发环境
• 3.5 IXP 2350 软件编程模型及关键技术
• 3.5.1 IXP 2350 编程模型
• 3.5.2 微引擎间的通信问题
• 3.5.3 核心端与微引擎间的通信问题
• 第四章 IXP 2350 数据面原型软件设计与实现
• 4.1 数据面原型软件功能与模块组成
• 4.2 软件微模块设计
• 4.2.1 数据包接收微模块
• 4.2.2 数据包处理转发微模块
• 4.2.3 数据包发送微模块
• 4.2.4 任务派遣环
• 4.3 软件设计中的重要数据结构
• 4.3.1 存储器的使用
• 4.3.2 链表数据结构
• 4.3.3 SRAM Q-Array数据结构
• 4.3.4 环缓冲区数据结构
• 第五章 数据包转发软件仿真及分析
• 5.1 仿真工具及环境
• 5.1.1 IXA SDK Workbench仿真概述
• 5.1.2 仿真参数配置
• 5.2 仿真结果分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果