论文部分内容阅读
10G以太网与TCP/IP技术推动着分布式数据采集领域的快速发展,而商用10G网络接口卡局限性大,基于FPGA实现10G以太网TCP/IP已成必然趋势。受制于TCP/IP的复杂性和高数据吞吐率的处理难度,大多数应用中均采用百兆轻量级协议栈,回避了繁琐传输控制协议的设计难题。本文针对这一问题,基于FPGA实现10G以太网TCP/IP逻辑设计,达到高传输速率,同时保证了高可靠性和灵活性。论文首先介绍TCP/IP协议族,在此基础上深入探究了滑动窗口、超时重传、慢启动三个关键技术,阐明了TCP可靠性的本质。针对10G以太网TCP服务端设计,本文提出了协议解析-控制.封装的设计构思：协议解析提出一种改进的IP首部校验和算法,高速解析接收到的以太网报文；协议控制采用超时和重传技术保证了TCP的可靠性,使用滑动窗口机制保持了数据块的高速流动,利用慢启动方法避免了TCP的启动拥塞；协议封装仲裁不同类型报文输出的优先级,确保报文的无冲突发送。针对TCP面向连接的特殊性,本文提出将Wireshark抓包软件中TCP客户端的发送数据作为激励源的仿真方法,模拟TCP客户端行为,成功实现了对TCP服务端的全面仿真。通过自搭建10G网络测试平台,完成了ARP应答、ICMP回显应答、TCP功能的测试。通过clumsy软件人工模拟出网络不稳定的状态,成功观测到超时重传与重传恢复过程,实现了超时重传的功能测试。本文最后,提出了TCP实际传输速率的测试方法,引入均值和方差的概念准确评估TCP传输速率及其稳定性。测试和统计结果表明,该10G以太网TCP/IP逻辑设计传输性能高达4000Mbps,完全满足分布式数据采集系统的应用。