基于PCI-E接口数据采集系统软件设计与实现

论文摘要

近年来,随着网络技术的高速发展,人们的生活与网络的联系日益密切。为了保护网络安全,必须对网络上的数据进行捕获和分析。一般来说,需要捕获的数据流量是较大的,因此必须要有一种机制,能够对高速网络环境的数据进行捕获。本文主要研究这种高速网络环境下的数据捕获技术。目前在网络数据捕获领域,传统的系统是由通用网卡、网络协议栈和数据包捕获接口库组成的。传统的系统的对数据的过滤和捕获都是通过软件操作完成的,通用网卡也没有针对数据传输进行优化,这就使得其在高速网络环境下的处理性能较差。为了满足高速网络的数据捕获需求,本系统做了以下改进,主要包括:一、使用专用的数据采集卡来替代通用网卡,将数据过滤操作交付给采集卡进行,避免了软件过滤对系统的性能影响;二、采集卡的数据传输以数据块为单位进行,从而避免了通用网卡的频繁中断;三、数据传输不经过通用网络协议栈,避免了网络协议栈引起的性能损失;四、使用零拷贝机制,数据直接由采集卡传输到用户程序的缓冲区域,避免了数据的复制。根据这些改进想法,构建了一个较高性能的数据采集系统,该系统由PCI-E接口的数据采集卡和采集卡软件组成。通过与传统采集系统进行对比测试,得出本系统能够满足高速网络环境下的捕获需求。本文主要针对采集卡软件进行讨论。文中分析了软件的设计思路,给出了较为详细的系统设计,并对实现中的关键技术进行了阐述。测试证明本系统可以满足实际需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩略语
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文组织结构
• 2 相关技术介绍
• 2.1 PCI-E 总线介绍
• 2.2 Linux 内核技术介绍
• 2.3 Libpcap 网络接口库
• 2.4 本章小结
• 3 系统设计
• 3.1 需求分析
• 3.2 系统概述
• 3.3 数据采集软件的设计
• 3.4 本章小结
• 4 系统实现
• 4.1 采集卡驱动实现
• 4.2 Libpcap 接口库实现
• 4.3 本章小结
• 5 性能测试
• 5.1 传统系统收包性能测试
• 5.2 本系统收包性能测试
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献