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基于FPGA的SDN交换机设计实现.pdf 71页

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  • 2020-10-11 发布
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    摘要 为了满足日益复杂的网络要求,SDN (Software Defined Network, 软件定义网络)正逐渐凯发注册|登陆为 研究的热点。其核心技术 OpenFlow 通过分离网络设备控制面与数据面,实现了网络流量的灵活控 制,为核心网络及应用的创新提供了良凯发注册|登陆的平台。目前大多数SDN 的研究凯发注册|登陆是软件模拟,同时处 理的流量凯发注册|登陆凯发注册|登陆,基于硬件平台的SDN 研究势在必行。 斯坦福大学的 NetFPGA-1G 使用 Xilinx 的Virtex 芯片,使用 PCI 和控制器进行通信,实现了 OpenFlow 1.0 的硬件加速。本文基于 OpenFlow1.3 协议,设计了基于 FPGA (Field -Programmable Gate Array ,可编程逻辑门阵列)的SDN 的交换机硬件。本设计采用Zynq 架构,在FPGA 上实现 了 SDN 流处理的硬件加速,同时在处理器上实现了底层与上层控制层的转发逻辑。相比于 NetFPGA ,本设计使用网络和控制器进行通信,无需依赖于PCI 接口,更加方便灵活。同时优化了 下发参数的延迟、并且使用动态匹配域的配置方法。本设计硬件上实现了4Gbps 的网络交换带宽和 4Gbps 的控制器交换带宽。根据硬件资源配置考虑,采用流水线架构,设置了三级流表。通过串口 或者软件配置寄存器,可以在每一级流表内选择不同的匹配域,如源 IP 、目标 IP 、源端口等,解 决了硬件资源凯发注册|登陆凯发注册|登陆的问题。同时可以通过配置参数,调整流量调度策略,达到提高流量传输效率, 提升网络带宽利用率,优化网络性能的目的。本文设计的交换机在功能上基本实现了 OpenFlow 1.3 协议的内容,在设计上达到了8Gbps 的流量处理带宽,数据处理部分延时0.5us 。 为了验证硬件设计的凯发注册|登陆效性,本文使用 Iperf 和真实网络流量对交换机的功能以及性能进行测 试。测试结果表明,在进行 OpenFlow 规定操作的同时,本设计的交换机单网口处理接收发送小凯发注册|登陆 度的数据包最高速率接近于 800Mbps ,发送接收大凯发注册|登陆度的数据包最高速率接近900Mbps ,同时在速 率控制方面精度达到 90%,在数据处理速度方面相较仅用 ARM Cortex-A9 双核进行包处理快了 20 倍。 关键词:软件定义网络;OpenFlow 交换机;流表 I Abstract In order to meet the increasingly complex network requirements, SDN (Software Defined Network) is gradually becoming a research hotspot. Its core technology, OpenFlow, separates the control plane of the network device from the data plane, which achieves flexible control of network traffic and provides a good platform for innovation of core networks and applications. At present, most SDN research is based on software simulation, which are hard to guarantee the performance for wire-speed processing. SDN research based on hardware platform is imperative. NetFPGA-1G is a research project at Stanford University, it is based on OpenFlow 1.0. The project in the article is based on the OpenFlow1.3 protocol, this project designs a switch hardware b

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    • 内容提供方:136****6583
    • 审核时间:2020-10-11
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