隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理占用的CPU處理器資源比重越來越高,在G比特網(wǎng)絡(luò)的逐步普及并向更高帶寬不斷發(fā)展的情況下,CPU處理器負(fù)擔(dān)日益加重,應(yīng)運(yùn)而生的TCP/IP協(xié)議卸載引擎（TOE）技術(shù)是減輕CPU負(fù)擔(dān)的一種有效方式。在協(xié)議發(fā)展方面,IPv6協(xié)議取代IPv4協(xié)議是一種必然,而現(xiàn)階段并且相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)兩種協(xié)議將長期共存也是無可爭議的事實(shí),在目前網(wǎng)絡(luò)種實(shí)現(xiàn)IPv4節(jié)點(diǎn)與IPv6節(jié)點(diǎn)兼容的模式基本上都是基于軟件的,也就是在CPU處理器中實(shí)現(xiàn)兼容處理的,這樣使得CPU的負(fù)擔(dān)更加沉重。本文將TOE技術(shù)和雙協(xié)議兼容技術(shù)結(jié)合起來,基于FPGA設(shè)計(jì)了一種能同時(shí)滿足IPv6和IPv4的雙協(xié)議處理器。首先對TOE技術(shù)的基本原理和實(shí)現(xiàn)架構(gòu)進(jìn)行了深入的分析,本設(shè)計(jì)的TOE器件采用FPGA來實(shí)現(xiàn)部分TCP/IP協(xié)議處理卸載工作,針對在TCP/IP協(xié)議處理工作中占的比重比較大、但處理過程比較機(jī)械重復(fù)的IP層的數(shù)據(jù)包的處理工作進(jìn)行卸載,有利于在高速硬件中實(shí)現(xiàn),并且能大大提高系統(tǒng)的工作效率。然后分析了IPv6和IPv4兩種協(xié)議的構(gòu)成和IP層的主要協(xié)議處理工作,得出了IP協(xié)議處理器設(shè)計(jì)原理... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)解包封過程

圖 1.4 支持 IPv4 或 IPv6 協(xié)議的應(yīng)用可以使用雙協(xié)議棧 技術(shù)的意義和研究現(xiàn)狀 年以 Vinton.G.Cerf 和 kahn 兩人為主合作開發(fā)出了最早的在其中分離出了單獨(dú)的 IP 協(xié)議，形成了 TCP/IP 協(xié)議。TCP的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中一直保持著它的技術(shù)優(yōu)勢，被各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程了實(shí)際上的 Internet 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以目前來看，網(wǎng)絡(luò)中的據(jù)鏈路層以上的各層協(xié)議的處理都是在 CPU 處理器中通過][23]。根據(jù)前面對 TCP/IP 協(xié)議的介紹，上層應(yīng)用程序在通過U 處理器除了處理相應(yīng)的應(yīng)用程序計(jì)算外，還要完成對包括UDP 等各種通信協(xié)議的相應(yīng)處理，比如對 TCP 數(shù)據(jù)包的可靠處理，對 IP 數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的解包封和校驗(yàn)處理，報(bào)文過濾和打包處理等等。而且還要通過 I/O 中斷實(shí)現(xiàn)對流量的控制、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)接口之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和交換。采用軟件方

品；部分卸載不但在實(shí)現(xiàn)上不需要對主機(jī)操作系統(tǒng)的核心機(jī)制進(jìn)行改動(dòng)對要容易一些，實(shí)現(xiàn)成本較低，性價(jià)比很高，而且可以在不斷發(fā)展中逐議的全卸載，因而目前情況下采用部分卸載方式更加適合實(shí)際需求，國企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的 TOE 產(chǎn)品基本上都是采用部分卸載的方式。帶有 TCP/IP 協(xié)議處理器的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收處理的過程可以示[35]，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：應(yīng)用程序?qū)⑿枰l(fā)送的數(shù)據(jù)通過軟硬件傳遞給 T處理器，協(xié)議處理器按照協(xié)議規(guī)定先將發(fā)送數(shù)據(jù)切割并封裝成帶 TCPCP 數(shù)據(jù)包，再將數(shù)據(jù)段按照 IP 協(xié)議要求封裝成帶 IP 報(bào)頭的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)裝好的 IP 數(shù)據(jù)包傳輸?shù)芥溌穼硬⒔?jīng)物理層實(shí)際網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給出去；接收絡(luò)接口接收到物理層上網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀，首先在鏈路層進(jìn)行相到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)并送給 TCP/IP 協(xié)議處理器， 在協(xié)議處理器中完成 IP 數(shù)據(jù)作，去掉 IP 數(shù)據(jù)包報(bào)頭組裝成有序的 TCP 上層有效數(shù)據(jù)，之后再次剝議報(bào)頭就形成了應(yīng)用程序能直接使用的應(yīng)用數(shù)據(jù)，直接由協(xié)議處理器通接口傳送給應(yīng)用程序使用。

【參考文獻(xiàn)】：
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