基于NetFPGA的数据包发生器的研究

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近年来,随着各种信息设备的大量普及,网络数据呈现井喷式发展,网络安全越来越引起人们的重视,对网络产品的性能也提出了更高的要求。数据包发生器作为网络系统功能完整性和正确性验证的重要组成部分已经越来越成为人们争相研究的热点,然而一些传统的数据包发生工具已经无法满足当前网络应用的高带宽的需求。为了给路由器、防火墙、IDS等系统提供一个可靠的数据包发生系统,那么研究高速的数据包发生技术就显得极为迫切和需要了。  目前大多数的数据包发生器都是基于软件方式的实现,通过对Linux内核和相关网络设备技术的研究,分析了数据包在整个操作系统发送过程的瓶颈因素,并通过一系列措施来解决这些瓶颈因素,使得网络数据包的发送性能得到了一定的提高。但这种方法对操作系统的性能要求越来越高,并且仍无法达到线速度发包的要求。  本文实现的数据包发生系统是基于NetFPGA平台实现的。FPGA技术的应用使得平台既具有硬件的高速处理性能,又具备像软件一样可编程、重复使用的灵活性,并且可通过上位机的应用软件实现对数据处理的控制,以满足不同的测试需求。系统由两大部分组成:基于NetFPGA板卡的硬件部分和上位机的软件部分。  硬件部分的实现是系统的难点,首先要从片上SRAM中读取要发送的数据包,并将其添加到数据通路中,然后根据需要从指定的端口将数据包发送出去,同时采用令牌桶的网络流量限速方法,对各端口的发送速度进行控制。  软件部分主要完成配置的功能,配置各端口要发送的PCAP文件、发送速度、迭代次数,通过读取PCAP的数据包并将其下载到指定地址的SRAM中,根据设定的速度,利用令牌桶算法计算每次给令牌的时间间隔和令牌数量。对数据通路的控制是以读写寄存器的方式实现的。  通过对数据包发生器进行测试,结果表明,系统可完成四网口的千兆级别线速发包,并且可以根据不同的应用,通过软件配置各端口的发送速度、迭代次数等,达到了设计要求。
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