基于PCIExpress总线的网络流量统计卡的设计与实现

摘要

随着网络技术的深入发展，网络设施成为了经济生活的基础设施，网络规模的不断增大，也伴随着流量激增问题。为了可以监控网络运行，及时发现网络中存在的异常流量问题，需要一个稳定、实时的流量统计系统。由于硬件价格逐步降低并且功能逐渐强大，一般在软件上实现的数据处理功能可以在硬件上实现，而软硬件结合可以获得更高的处理速度。因此，本文在一般的网络数据采集卡的基础上，添加流量统计的功能。流量统计卡结合后端软件能更好的实现对网络流量的监控。
　　 由网络设备需求、前景的分析可以知道，原来在软件上实现的功能将会越来越多的出现在硬件上。本文把基于IP地址的流量统计功能在硬件上进行实现。在对基于IP地址的流量统计技术的研究基础上，结合对FPGA、TCAM等硬件的高度并行性和高速处理能力的分析，本文提出了一个利用FPGA、TCAM 实现IP 地址流量统计的技术方案。方案中详细设计了规则自学习功能模块和流量信息管理模块。规则自学习功能模块是指规则不需要人工配置，可以通过对输入数据包进行IP信息抽取并输入TCAM中查找，最后按照TCAM中的匹配结果对TCAM中的规则进行“智能”管理。流量信息管理模块按照TCAM中的匹配结果对流量信息进行管理，最后生成流量管理信息。本次设计采用一个PCI Express协议的硬核设计通信接口，并通过该接口与计算机进行信息交流。
　　 本文提出的设计，通过模块级和系统级的验证测试，能够稳定的运行。结果表明，流量统计卡可以很好的满足千兆网络环境下的数据处理要求。