路由器中路由转发机制的FPGA实现

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1、堕史壁尘堕童整墨垫型鲍!!i垒塞堡一——羔璺旦!壁一论文摘要路由器是网络互连中的重蘩组成部分，丽路由技术刚是路由器的基础和核心。路由器的电碚结构是否合理、软件设计憝否高散蠢接影响到路由器的工作，进丽彩噙到整个网络的效率和可靠性。币因为这祥路由器中晌潞由转发枧割也成为渺界莽大公司竞抒同f究的热点，eiSCO、1,u_【：ent茅

2、i华为等公司都投入j。夫量的人／j物力去努力完善捌发聂自己黔路由技术。基一：对鼹出器内部结构秘工{擘熔矬的理鳃，以及对VHDL磴件描述语言的熟练掌握，我把“路由爨中鼹虫转发机制约FPOA实现”选定为我煞毕监沦文题目，在该课题中我将使用VHDL语言积照顶

3、自下瀚硬件设计方法来实现路由转发模块的设计、模拟和仿真。关键词：路由器路由转发机制IP数据报内部数据包Abstract一一～一一一咖一～～一～Keywords：router，theforwardingfunction，Ippacket，internalpacket些虫壁生坠宣鳖基墼!型墼!!壁垒壅婴—————————釜二二塞—矍立垒一第一章绪论1．1TCP／IP概述I，l。l麓络静分层很多不同的』一家生产各种类型鲍计算机。它们运行完全不同的掇作系统，但TCP／iP协议族允许它们互相进行通信。网络协议瀚常按不同层次进行划分，每一层分别负责不同她通馈功能。TCP／IP是一组不同屡

4、次上黪多个协议的组合。TCP／IP通常被认为是～个四层协议系统(如图l—1)。应用层运输层网络层链路层Telnet、FTP和E—mail等设备驱动程序及接}j卡图1一lTCP／IP协议族的四个层次1)链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中抟设善辍动程净和计算梳中的黼缮疆西卡。它们一起处理岛电缆(或其他任何传输媒介)的物理接口细节。2)潮络澄，有时也称作互骥两层，处瑷分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP／IP协议族中，网络层协议包括IP协议(网际协议)、ICMP蜘议(tnternet互联黼控制报文协汉)，以及IGMP(Internet组管理协议)。

5、3)运输层主要为两台主枫上的应用程序提供端到端的通信。在TCP／IP涛议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报

6、力．议)。TCP为两台主机提供赢可靠性的数撼通信。它鼹镦的工作包援把应用程序交给它的数据分成合邋的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的越时时钝等。出予运输屡提供了裹霹嘉性瓣竭到端的道信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方丽，UDP则为应用屡提供一秽非常篾单的服务，它只是把熬作数据摄蛉分缓扶一台圭辍发送劐另+台1：机，f兄并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用鼷束提供。这嚣秘运输艨协

7、议分别在不潮浆应爝程疹中有不嗣豹窝途。4)应照层受责楚理特定熬应臻程{葶缨节。当应用科举试验有TCP传遴数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一器妻到被当佟一宰院特瀛送入躅络。其中每一鬣牧戮豹数据都要港翻一些首部信息(有时还要增加尾部信息)，该过程如图所示。TCP传绘IP的数鬟《攀元称傅’泛P缀文驻或篱称为‘咒P段(亿Psegment)。IP传给网络接口层n勺数圳，p，L称f1：⋯数肌H

8、)l(⋯suK㈣11L)。通过以太州10蝓的比钓：漉戥幸l：l映路由器中路由转发机制的FPGA实土见第一章绪论川广数据r1API，1．一挪川厂一数川r’TCP首部应用数据TCP段、r’I

9、P首部TCP首部应川数据})数据报、r1I以太网首部IP首部TCP首部应用数据以太网尾部卜——————————一以太网帧———————————————’1图卜2数据进入协议栈时的封装过程1．1．2互联网的地址互联网上的每个主机必须有⋯个唯一的Internet地址(也称作IP地址)。rP地址长32bit。Internet地址并不采用平面形式的地址空间，如1、2、3等。IP地址具有一定的结构，五类不同的互联网地址格式如图所示。A类B类C类D类E类这些32位的地址通常写成四个十进制数，其中每个整数一个字节。这种表示方法称作“点分十进制表示法(Dotteddecimalnotatio

10、n)”。互联堕鱼墨±堕宴鉴垄盟型塑!!鱼垒兰塑一—————叁二皇—堂_垒一网}：的每个接口必须有一个唯一的lP地址，多接口主机具有多个【P地址，其中每个接口都一个IP地址。IP地址中还有一个子网掩码的概念，这个掩码是一个32bit的值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的留给主机号。给定IP地址和予网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的是：(1)本了网h#J主机：(2)本网络中其他子网中的主机；(3)其他网络上的主机。如粜知道本机的IP地址，_}

11、Ij么就能知道它足甭为A类、B类或C类地址(从l