基于FPGA的千兆網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要： 介紹了網(wǎng)絡(luò)流量管理中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。以Altera StratixGX系列FPGA為平臺(tái)，結(jié)合Marvell 88E1111網(wǎng)絡(luò)芯片，完成了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用SoPC技術(shù)，利用Altera提供的千兆以太網(wǎng)IP核，完成FPGA系統(tǒng)無(wú)縫連接千兆以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包采集。
關(guān)鍵詞： 千兆以太網(wǎng)；SoPC；MAC；PCS；PMA

　隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的需求日益迫切，而流量監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合管理，有必要及時(shí)全面地收集、管理網(wǎng)絡(luò)的流量信息，準(zhǔn)確獲取網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)健康狀況及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出準(zhǔn)確判斷。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加和規(guī)模的擴(kuò)大，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)流量采集面臨著數(shù)據(jù)規(guī)模龐大和數(shù)據(jù)到達(dá)速度過(guò)快的挑戰(zhàn)。為了克服上述困難，通常采用硬件實(shí)現(xiàn)完成流量采集功能[1]。當(dāng)前采用硬件實(shí)現(xiàn)的流量采集方法(如Cisco的NetFlow或者InMon的sFlow)都是基于對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文周期性地采樣來(lái)進(jìn)行流量采集，這種方法存在處理速度緩慢、統(tǒng)計(jì)結(jié)果不精確、實(shí)現(xiàn)代價(jià)大、單個(gè)流處理訪(fǎng)存次數(shù)多等缺點(diǎn)。
　隨著FPGA的發(fā)展，其內(nèi)部資源日益豐富，速度和性能大大提高，特別是內(nèi)部嵌入了大量IP核[2]，這些使得在FPGA上進(jìn)行高速網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)的采集和分析成為可能。流量管理系統(tǒng)主要包含網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分流三部分，如圖1所示。

　本系統(tǒng)基于FPGA，獲取RJ45端口的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)和分析，最后根據(jù)分析結(jié)果，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分流再重新轉(zhuǎn)發(fā)回網(wǎng)絡(luò)中。
1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　本文基于FPGA，重點(diǎn)研