IXA架构网络处理器上软件应用开发分析——基于IXP2400的IPV4包转发模块实现

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1、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。签名：日期移柙2年易月口日关于论文使用授权的说明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

2、权电子科技大学可以将学位论文的全部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)签名：导师签名：日期：3,-2朗1=I蝉．i嗡协，、第一章绪论1．1课题背景及意义1．1．1网络处理器应用背景1网络处理器产生技术需求以网络设备核心部件更新为标志，网络设备体系结构发展经历了三个阶段：f1、以GPP为核心的网络设备体系结构在网络发展早期，网络传输速率低，服务少，研究集中在服务框架构建和网络协议实现。设备以GPP为核心，在通用操作系统基础上

3、，以软件方式实现各种网络服务。目前许多边缘设备：如防火墙、VPN设备、VOIP设备，还在采用这种通用处理器+通用操作系统+专用网络服务软件的体系结构。其优点是灵活性好，缺点是性能处理差。这种结构为支持各种复杂运算，采用通用体系结构和指令集，其通用性导致网络性能处理差。(21以ASIC／RISC为核心的网络设备体系结构随着网络带宽的增长速度远大于通用计算机处理的增长速度，网络瓶颈变成基于GPP的节点设备。采用基于ASIC和RISC(reducedinstructsetcompute)：为核心的体系结构成为主流，尤

4、其是骨干设备的设计。为获取高性能，通常由RISC负责非实时管理，ASIC负责高速数据处理。这种结构缺点是开发周期长，缺乏灵活性。ASIC不具备可编程性，一旦将计算逻辑固化到硬件，很难修改。设计制造复杂ASIC需要花费18个月到两年时间，设备制造商必须准确预测未来的市场需求和技术趋势。(3)以NP为核心的网络设备体系结构在新信息技术、用户需求、市场竞争三驾马车牵引下，未来网络需求出现新特点，主要集中在以下三方面：(1)高性能压力依旧存在：按照摩尔定律，电处理电子科技大学硕士学位论文器处理速度每18个月增加一倍；但

5、随着DWDM等光纤技术在主干网络的广泛应用，每12个月光纤链路容量就增加一倍。因此以电处理器为核心的路由器仍然是网络发展瓶颈。在低廉光处理技术出现之前，需要充分挖掘现有电处理技术。(2)灵活性要求更为迫切：Intemet的爆炸性增长，数据通信市场的瞬息万变，使得服务提供商和设备提供商面临流量增加、用户增多的严峻挑战，面临根据用户复杂多变要求，快速提供、部署不同服务的市场挑战。服务提供商希望设备提供商提供保护已有巨额投资的平滑升级解决方案。面对这些挑战，只有采用灵活性好，开发成本低，周期短，可持续性网络开发技术，

6、才能在未来市场占据先机。(3)高层细化处理更为关键：网络应用范围不断扩大、新型业务不断涌现，导致新协议不断出现，对服务质量和安全性能的要求越来越高。核心问题在于：设备能够在网络2～7层上对高速数据流进行细化分组分类处理，而不仅是在网络2～3层上进行数据流的简单存储转发处理。数据分组处理涉及层次越多，系统资源负荷开销就越大。在高速数据流高层细化处理背景下，NP技术为下一代网络的核心技术。其特点是：NP针对数据分组处理，采用优化体系结构、专用指令集、硬件单元，满足高速数据分组线速处理要求；具有软件编程能力，能够迅速

7、实现新的标准、服务、应用，满足网络业务复杂多样化需求，灵活性好；设备具有软件升级能力，满足用户设备硬件投资保护需求。此外为缩短设备提供商的产品研制周期，NP厂商通常会提供配套硬件评估板和规范软件应用范例。2网络处理器概念网络处理器是面向网络应用领域的应用特定指令处理器，是面向数据分组处理的、具有体系结构特征和／或特定电路的、软件可编程器件。通过灵活的软件体系提供硬件级的处理性能是p口的关键特性。在以GPP和ASIC瓜SIC为核心的设备体系结构阶段，对2～3层数据处理采用“存储一转发”数据分组处理模式。随着网络发

8、展，需要对2～7层的数据分组采用“存储一处理一转发”数据分组处理模式才能实现复杂的QOS、安全控制、负载均衡等功能模块。NP的出现，标志着设备对数据分组的处理能力从低层粗放2第一章绪论式处理过渡到高层细化处理。3网络应用处理基本操作在对ATM、VLAN、MPLS、IPv4、IPv6、IPSec、UDP、TCP、NAT、Web交换、QOS协议等多种协议和应用的分析基础上，归纳出对单个数据