硬件防火墙中千兆以太网端口的设计与实现

摘要

随着网络技术的发展和广泛应用，网络的开放性、共享性、互连程度不断扩大，网络安全问题日益突出。另一方面，在考虑网络安全性的同时，又不能降低网络的运作效率，这样就对网络安全的研究提出了新的挑战。硬件防火墙是能够同时保证网络安全性和高效性的最有效的手段之一，所以研究和设计高效的硬件防火墙就显得格外重要。
　　本文的研究内容是硬件防火墙中的重要组成部分——千兆以太网端口模块的设计、仿真和综合。千兆以太网端口模块是千兆以太网防火墙与以太网的接口，负责以太网帧的接收和发送、数据有效性校验和流量控制等功能，是实现防火墙的基础，因此正确可靠的千兆以太网端口的设计对硬件防火墙的实现有重要意义。
　　本文所设计的千兆以太网端口分为三个子模块：MAC（Media Access Control）模块、GMII（GigaBit Medium-Independent Interface）接口模块、WISHBONE片上总线接口模块。在WISHBONE模块的设计中提出了千兆以太网端口与数据缓存之间的精简WISHBONE总线互联结构，大大降低了总线传输设计的复杂性，提高了总线传输效率。在MAC模块的设计中采用了发送和接收两个状态机来控制帧的发送和接收过程。在帧接收子模块中通过采用HASH算法，实现了快速的“组播地址”比较功能。在流量控制子模块中通过发送和接收PAUSE帧实现了一种简单有效的流量控制方式。
　　整个千兆以太网端口模块完全使用VerilogHDL语言进行描述，并对其进行了仿真和综合，验证了设计的正确性

目录

硬件防火墙中千兆以太网 端口的设计与实现

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF GIGABIT ETHERNET PORT IN HARDWARE FIREWALL

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题背景

1.1.1防火墙的分类和方案选择

1.1.2硬件防火墙的实现方式

1.2国内外防火墙研究进展

1.2.1国内研究进展

1.2.2国外研究进展

1.3硬件防火墙的整体结构设计

1.3.1硬件防火墙的拓扑结构

1.3.2硬件防火墙的物理结构

1.4相关设计工具介绍

1.4.1Verilog硬件描述语言

1.4.2Modelsim仿真工具

1.5本文主要内容

第2章 千兆以太网端口的功能分析和总体结构设计

2.1以太网技术简介

2.1.1以太网的发展历史

2.1.2千兆以太网技术概述

2.2千兆以太网端口的功能分析

2.3千兆以太网端口模块的总体结构设计

2.4本章小结

第3章 千兆以太网MAC模块的设计

3.1千兆以太网中MAC操作

3.2以太网帧接收（RX MAC）模块的设计

3.2.1以太网帧接收模块的功能

3.2.2以太网帧接收模块的结构

3.3以太网帧发送（TX MAC）模块的设计

3.3.1以太网帧发送模块的功能

3.3.2以太网帧发送模块的结构

3.4MAC流量控制模块的设计

3.4.1PAUSE操作概述

3.4.2MAC控制模块的结构

3.5本章小结

第4章 GMII模块与WISHBONE接口模块的设计

4.1GMII（千兆介质无关接口）的设计

4.1.1GMII接口简介

4.1.2GMII模块的结构

4.1.3GMII各子模块的设计

4.2WISHBONE总线接口模块的设计

4.2.1WISHBONE总线简介

4.2.2WISHBONE总线设计

4.2.3精简的WISHBONE总线设计

4.3本章小结

第5章 千兆以太网端口的实现与验证

5.1千兆以太网端口各子模块的实现与验证

5.1.1GMII接口模块的功能验证

5.1.2帧接收模块（RX MAC）的功能验证

5.1.3WISHBONE接口接收功能验证

5.1.4WISHBONE接口发送功能验证

5.1.5帧发送模块（TX MAC）的功能验证

5.1.6流量控制模块的功能验证

5.2本章小结

结论

参考文献

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致谢