[發明專利]基于FPGA的100G以太分流方法及系統

在審

• 申請號: 201710516003.4
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107317761A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 聶林川;姜凱;王子彤
• 申請（專利權）人: 濟南浪潮高新科技投資發展有限公司
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L12/803;H04L12/823;H04L12/891
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司37100
• 代理人: 劉繼枝

技術領域

本發明涉及數字通信領域，具體地說是一種基于FPGA的100G以太分流方法及系統。

背景技術

隨著IPTV、P2P、視頻點播、移動寬帶、遠程存儲、VPN服務等業務的發展，都導致骨干網流量的劇增，并逼近當前網絡速度極限，同時也帶來了對數據采集網絡監控上的困難，未來一段時間中100G技術將成為骨干網流量劇增的首要解決方案。

FPGA (Field Programmable Gate Array)即現場可編程門陣列，是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路，FPGA以其低功耗、低成本、可編程和開發周期短等系列特點已被廣泛應用到各個領域，并有逐漸替代ASIC芯片之勢。

公開的相關專利文件：名稱為“?基于FPGA實現的HASH平均分流方法及裝置”，該文件公開了“一種基于FPGA實現的HASH平均分流方法及裝置，其包括根據以太網報文的格式提取報文的源IP地址和目的IP地址；采用HASH計算方法獲取源IP地址的源IP地址Hash值和目的IP地址的目的IP地址Hash值；對源IP地址Hash值和目的IP地址Hash值進行異或得到整條報文Hash值；截取整條報文Hash值中的至少3個bits，采用至少3bits作為RAM表地址，讀取出該報文所對應的CPU線程號；將報文所對應的CPU線程號標記在該報文的報文頭上，并將標記后的報文發送至CPU；CPU接收并處理報文的報文頭，根據報文頭上的CPU線程號將該報文發送至指定的線程進行處理”。

上述公開文件與本發明內容要解決的技術問題，采用的技術手段都不相同。

發明內容

本發明的技術任務是提供一種基于FPGA的100G以太分流方法及系統。

本發明的技術任務是按以下方式實現的，該基于FPGA的100G以太分流方法是通過100GE接收模塊、報文解析邏輯模塊、多元組匹配邏輯模塊、策略分流邏輯模塊、10G以太輸出接口模塊和統計調式模塊；將上述各個模塊通過Verilog語言進行行為級描述，編譯形成網表文件綜合映射后下載至FPGA，其中100GE接收模塊接收來自骨干網100G流量并衰減超長超短包，后將剩余流量送至報文解析邏輯模塊提取多元組，通過策略分流邏輯模塊將擴展后的多元組作為哈希輸入進行計算得到分流輸出接口。

該基于FPGA的100G以太分流方法的步驟如下：

步驟1）100GE接收模塊接收進去FPGA接口100G接口的數據流，并從所述的數據流中檢索出所有有效的數據報文，根據報文尾部CRC字段檢測報文完整性，不完整的報文作標簽標記，待后續邏輯做錯包處理；完整的報文進行超長超短識別并丟棄，正常的報文被封裝為單周期768bits輸出給后續邏輯使用；

步驟2）通過報文解析邏輯模塊接收來自100GE接收模塊輸出的報文，并識別報文是否是IP報文，對非IP報文的處理根據用戶配置選擇丟棄或者指定端口轉發；對于IP報文，存在MPLS和VLAN層擴展層的報文將其擴展層剝離，保留純IP報文后提取多元組元素，并將多元組進行調整后輸出給下一邏輯模塊；

步驟3）通過多元組匹配邏輯模塊接收來自報文解析邏輯模塊輸出的多元組，并輸入TCAM處理芯片進行快速匹配，并輸出匹配結果，無論匹配是否成功都輸出對匹配報文處理action動作；

步驟4）通過策略分流邏輯模塊接收多元組匹配邏輯模塊的匹配結果action，并根據action動作標識處理報文；

步驟5）通過10G以太輸出接口模塊接收策略分流邏輯模塊分流后的報文，首先根據單周期報文長度768bits轉換為單周期128bits，并接入sfp_10gbase模塊后報文輸出。

所述的步驟2）中多元組元素為源目IP、源目端口、協議類型。

所述的步驟4）的具體操作如下：

1）匹配失敗即action[36]=1’b0，邏輯根據default動作action[3:0]來處理報文，action=4’b1111表示指定端口輸出，否則丟棄報文處理；

2）匹配成功即action[36]=1’b1，邏輯根據action[15:13]動作識別報文輸出方式，action[15:13]=2’b00表示指定端口輸出，action[15:13]=2’b01表示分組分流輸出，action[15:13]=2’b10表示組播輸出，其中指定端口輸出的端口為action[8:4],分組分流輸出需要哈希運算，運算輸入由action[12:9]哈希策略決定。