IPv6数据包处理协议栈硬件实现技术的研究

摘要

Intemet的发展和应用的日益增多使现在的IPv4地址面临很快被耗尽的问题，因此IETF提出IPv6作为下一代网络的主要协议。IPv6的地址空间扩展为128位，对安全性和移动节点的自动配置也有了更好的支持。作为面向网络数据处理优化的网络处理器将越来越多的被用在网络核心设备中。为了部署IPv6网络，必须实现基于IPv6协议的网络处理器，特别是在网络的骨干结点要研究和实现高性能的IPv6数据包单元硬件协议栈。为中国的IPv6商用化和中国在IPv6网络方面的知识产权自主化提供了可靠的技术保证。 本文提出的“IPv6数据包处理协议栈硬件实现技术的研究”课题，来源于西北工业大学航空微电子中心预研课题“高性能网络处理器的研究与设计”，是面向IPv6网络协议处理，优化网络处理器的数据包协议处理能力。它将作为一个协处理器集成在网络处理器中。 论文描述了一个硬件协议栈的实现，包括链路层协议、IPv6、ICMPv6以及扩展的UDP模块。整个硬件协议栈设计采用其它协议栈的层次化、模块化设计思想，利用TOP-DOWN的设计方法，用硬件描述语言对协议栈进行建模，然后编写好的测试基准程序进行功能仿真、验证，最后进行综合后仿真、验证。最后结果表明：综合后的功能验证完全符合设计的初衷，协议栈能工作的最高频率达到75.861MHz。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1引言

1.2网络处理器的研究与发展

1.2.1网络处理器的产生

1.2.2网络处理器的体系结构

1.2.3协处理器在网络处理器中的地位

1.3 IPv6对网络处理器带来的挑战

1.3.1 IPv6的发展历程

1.3.2 IPv6协议的特点

1.3.3网络处理器对IPv6的支持

1.4论文的安排

第二章IPv6协议介绍

2.1 IPv6协议出现的背景

2.2地址体系结构

2.1.1 IPv6地址类型

2.1.2IPv6地址表示

2.1.3 IPv6地址分配

2.3 IPv6协议

2.3.1 IPv6头部

2.3.2扩展头

2.4 ICMPv6协议介绍

2.4.1 ICMPv6信息报文和错误报文

2.4.1 ICMPv6报文格式

2.5邻居发现协议

2.5.1邻居发现及路由器发现

2.5.2无状态地址自动配置

第三章协议栈总体设计

3.1路由器上的IPv6

3.2硬件功能模块划分

3.3协议栈总体框架

第四章二层处理模块

4.1上行Eth_receive模块的设计

4.1.1 rxStateMachine模块

4.1.2 rxDataPath模块

4.1.3 CRC硬件加速器(rx_CRC)模块

4.2下行Eth_send模块的设计

4.2.1状态机(state machine)模块

4.2.2数据输出逻辑(output_logic)

第五章三层处理模块

5.1上行通路(ipv6_in)模块

5.1.1上行状态机(state machine)模块

5.1.2读取控制逻辑(read_ctrl_logic)模块

5.1.3输出逻辑(output logic)

5.2下行通路(ipv6_out)模块

5.2.1下行状态机state machine)逻辑

5.3 ICMPv6模块

5.3.1 ICMPv6状态机(state machine)

5.3.2输入输出控制逻辑(In_Out control logic)

第六章测试与验证

6.1测试的基本方法

6.2验证平台的搭建

6.3Ipv6协议栈测试结果

6.4Ipv6协议栈的fpga验证

第七章结束语

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文