10g网络数据转发设备的fpga设计与实现

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目10G网络数据转发设备的FPGA设计与实现学科专业通信与信息系统学号201221010823作者姓名陈大伟指导教师涂晓东分类号密级注1UDC学位论文10G网络数据转发设备的FPGA设计与实现陈大伟指导教师涂晓东副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系统提交论文日期2015.04.29论文答辩日期2015.05.25学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月30

2、日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNANDIMPLEMENTATIONOF10GNETWORKDATAFORWARDINGDEVICEONFPGAAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:InformationandCommunicationSystemAuthor:ChenDaweiAdvisor:TuXiaodongSchool:SchoolofCommunicationandInformatio

3、nEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部

4、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着网络技术的不断进步，数据中心可以为多种网络服务和应用提供平台，已经成为支持数据存储的有效结构。同时，随着云计算的提出和发展，数据中心网络在未来也必然会变得越来越重要。但随着数据中心内部的通信业务增加和网络传输的线速率持续增长，网络交换机不仅需要每秒尽可能多的处理查表操作，而且需要每秒在越来越大的流表中进行越来越多的查找操作，因此，数据中心网络交换机的查表转发机制正面临着新的挑战。传统的基

5、于硬件的交换机的查表转发机制无法支持较大的表项，而且可扩展性较差，而基于软件的查表转发机制也存在着性能的瓶颈，虽然研究人员已经提出了各种解决方案，但是这些方案却存在着各自的缺陷。而本文提出的查表转发机制可以在一定程度上弥补上述缺陷，这种机制使用硬件处理并且缓存数据包而软件查表，同时，本设计实现了基于这种查表转发机制的数据转发设备的硬件平台。本文通过FPGA实现了该硬件平台，FPGA型号为Xilinx的7K325T。在实现过程中，采用了基于PCIExpress总线的高性能DMA技术和10Gbps以太网接口技术。本设计取得的主要成果有：设计一种支持大规模流表

6、、可扩展性和通用性强的10G网络交换机查表转发机制，并根据该机制对硬件部分功能的需求进行了PCIExpressDMA控制器的设计以及万兆以太网MAC层的设计，使其可以支持10G速率。在具体实现过程中，首先进行代码的编写，然后进行功能仿真验证各模块功能的正确性，最后进行实际的下板测试，主要验证了本设计的延迟以及传输速率。关键词：查表转发机制，10Gbps以太网，PCIExpress，直接内存访问IABSTRACTABSTRACTWiththeprogressofnetworktechnology,datacenterscanprovideplatformf

7、oravarietyofnetworkservicesandapplications.Ithasbecomeaneffectivestructuretosupportdatastorage.Atthesametime,withtheraiseanddevelopmentofcloudcomputing,datacenterswillbemoreandmoreimportantinthefuture.Butwiththeincreasingofdatatrafficwithinthedatacenterandthegrowingofnetworkliner

8、atecontinues,networkswitchesneedtoproces