智能网络磁盘（IND）存储系统通信协议的研究与设计

论文摘要

存储需求的迅猛增长推动了存储技术的快速发展，本课题组所设计的新型智能网络磁盘(IND)存储系统，在结构上重点考虑网络和存储两方面的问题，内核经过特别的优化设计，具有独立的文件系统和协议处理机制，摆脱了服务器／存储系统的传统存储模式，有效避免了因服务器故障引发的单点故障和传输瓶颈问题，其低廉的成本及智能化的磁盘管理方式为中小企业提供了一个新的存储方案。IND存储系统中的一个主要研究问题就是IND的通信协议问题，而要实现IND的通信，最重要的是要解决IND与以太网的连接方式及协议的设计与实现这两个方面的问题。论文首先介绍IND系统的软、硬件体系结构，详细阐述了IND的数据访问原理、数据存储原理、通信原理及主要的功能特点。文章其次探讨了IND的网络接入方案的选择，论述了嵌入式系统选用协议栈所要考虑的几个问题，通过对当前嵌入式协议栈的分析比较，针对IND存储系统的具体工作环境及实现目标，将通用的网络通信协议与嵌入式技术相结合，提出了研究开发适合IND存储系统的IND／IP协议栈的基本思路。结合本课题的设计目标，文章以TCP／IP协议为基础，遵循传统的协议栈规范，重点阐述了IND／IP协议栈的总体结构设计、功能模块、进程模型及设计目标，并根据协议分层模型及其工作原理，按照由下向上的顺序依次探讨了IND／IP协议栈的设计要点、及实现模型。论文最后阐述了IND／IP协议栈的实现模型及详细实现过程，并给出了相应的功能实现流程图，而且数据的接收和发送过程通过创建的Socket接口函数来具体实现，在上层应用中通过调用这些接口函数来对协议栈进行具体操作，整个开发过程是在Keil uVision3环境中完成的。实验证明，基于这种思想的IND／IP协议栈，使得用户能够与IND直接相连，通信效率比较高，能快速响应用户的连接请求，另外由于采用了先进的硬件体系结构以及优良的软件设计，为中小企业的存储提供了一种安全、智能化的存储方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与课题来源
• 1.1.1 网络数据存储需求
• 1.1.2 国内网络存储现状分析
• 1.1.3 课题来源
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 网络存储的起源与发展
• 1.2.2 当前主要网络存储技术
• 1.2.3 网络存储研究新趋势
• 1.3 智能网络磁盘（IND）
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 IND存储系统原理
• 2.1 IND存储系统架构
• 2.1.1 IND硬件体系结构
• 2.1.2 IND软件体系结构
• 2.2 IND功能原理
• 2.2.1 IND数据访问原理
• 2.2.2 IND数据存储原理
• 2.2.3 IND功能特点
• 2.3 IND通信原理
• 2.3.1 IND网络接入方案
• 2.3.2 嵌入式TCP/IP协议
• 2.3.3 IND协议栈的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 IND存储系统IND/IP协议栈设计
• 3.1 设计基础与目标
• 3.1.1 开发环境
• 3.1.2 IND/IP协议栈概述
• 3.1.3 IND/IP协议栈性能指标
• 3.2 IND/IP协议栈总体设计
• 3.2.1 IND/IP协议栈结构设计
• 3.2.2 IND/IP协议栈功能模块
• 3.2.3 IND/IP协议栈进程模型
• 3.3 IND/IP协议栈详细设计
• 3.3.1 网络接口层协议设计
• 3.3.2 网络层协议设计
• 3.3.3 传输层协议设计
• 3.3.4 应用层协议设计
• 3.4 IND/IP协议栈接口设计
• 3.4.1 应用程序接口设计
• 3.4.2 Socket API函数集
• 3.4.3 网络访问策略设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 IND存储系统IND/IP协议栈的实现
• 4.1 数据报的发送与接收
• 4.1.1 数据报接收
• 4.1.2 数据报发送
• 4.2 ARP协议的实现
• 4.2.1 ARP初始化
• 4.2.2 ARP请求
• 4.2.3 ARP包处理过程
• 4.3 ICMP协议的实现
• 4.4 IP协议的实现
• 4.4.1 IP报的发送
• 4.4.2 IP报的接收
• 4.5 UDP协议的实现
• 4.6 TCP协议的实现
• 4.6.1 TCP的主动连接
• 4.6.2 TCP数据接收处理
• 4.6.3 TCP数据发送处理
• 4.6.4 TCP断开连接处理
• 4.6.5 TCP超时重传
• 4.7 Socket API接口实现
• 4.7.1 Socket结构定义
• 4.7.2 Socket的创建
• 4.8 本章小结
• 第五章 IND/IP协议安全及IND性能测试
• 5.1 IND/IP协议安全性分析
• 5.1.1 网络层安全分析
• 5.1.2 传输层安全分析
• 5.1.3 安全性校验分析
• 5.2 IND性能测试
• 5.2.1 测试环境
• 5.2.2 测试结果
• 5.2.3 与传统服务器系统对比
• 5.2.4 测试分析与评价
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后继工作
• 6.3 展望未来
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果