网络包接收拥塞问题的研究与解决

论文摘要

计算机产业已经发展到了所谓的后PC时代,信息家电、机顶盒等各种新的名词越来越为人们所熟悉,对嵌入式系统的研究开发已成了计算机领域的一个热点。随着嵌入式系统的广泛应用,将嵌入式设备接入Internet将成为一种必然,这就极大的方便了人们对设备的远程访问、检测、控制,然而,对远程设备的访问量过大或者远程设备受到恶意攻击时,嵌入式系统因其自身处理速度和资源的有限,很容易产生网络包接收拥塞现象。 本文在华恒ARM2410开发板和ARM Linux操作系统环境下,研究网络包接收的拥塞问题。通过分析,网络包接收过程可分为网卡中断处理和TCP/IP处理两部分。当数据包到达网卡时进入网卡缓冲区,并且触发网卡中断处理程序,数据包经过网卡中断处理后作为TCP/IP处理的输入,等待TCP/IP处理,两种处理过程共享处理器,而网卡中断优先级高,所以就产生了不断从网络上收取数据包,而数据包却得不到处理的情形。这个现象就是本文要解决的拥塞问题。也称作收包活锁问题。 利用排队论中M/M/1和二级串连排队网络的理论进行分析,得出降低网络包到达速率,可以提高系统接收网络包的吞吐率,在本文可以通过降低网卡中断频率来实现。在此基础上本文实现了三种解决方案:批中断、关中断和轮询机制。设计测试方案分别对上述三种解决方案进行测试,得出在轻量过载时,批中断和轮询的方法都可以降低拥塞现象,而在重量过载的时候只有关中断的方法能从一定程度上缓解拥塞。最后,综合三种解决方案的优缺点,提出“轮询—关中断”的解决方案,即正常负载时仍然沿用中断机制,轻量过载时采用轮询的方法,重量过载时采用关中断的方法。

论文目录

• 独创性声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 论文结构
• 第二章 技术背景
• 2.1 嵌入式Internet技术综述
• 2.2 嵌入式系统综述
• 2.2.1 嵌入式系统概述
• 2.2.2 嵌入式系统的组成
• 2.2.3 嵌入式系统硬件部分
• 2.2.4 嵌入式系统软件部分
• 2.3 嵌入式操作系统综述
• 2.3.1 嵌入式操作系统的特点
• 2.3.2 嵌入式Linux
• 2.3.3 ARM Linux
• 2.4 ARM Linux设备驱动程序
• 2.4.1 设备驱动程序的概念
• 2.4.2 ARM Linux下的驱动程序
• 2.4.3 ARM Linux驱动程序的分类
• 2.4.4 ARM Linux下驱动程序的特点
• 2.4.5 ARM Linux系统设备驱动程序的基本方法和数据结构
• 2.5 硬件环境
• 第三章 NIC结构与功能
• 3.1 NIC简介
• 3.2 NIC的结构和功能
• 3.2.1 NIC内部功能模块
• 3.3.2 NIC的功能描述
• 3.3 以太网帧结构
• 3.4 帧的发送与接收
• 3.4.1 帧的接收
• 3.4.2 帧的发送
• 第四章 网络包接收过程的分析与改进
• 4.1 网络包接收模型分析
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 网络包接收拥塞现象
• 4.1.3 网络包接收模型
• 4.2 三种改进方法
• 4.2.1 ARM Linux下网络数据包的处理机制
• 4.2.2 网卡中断处理程序（ISR）
• 4.2.3 关中断的方法
• 4.2.4 批中断的方法
• 4.2.5 轮询机制的方法
• 第五章 测试与评价
• 5.1 测试方案
• 5.2 测试结果
• 5.3 分析结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 科研经历