高速網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯颗c實現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和計算機的普及，網(wǎng)絡(luò)帶寬和流量都在急速增長，特別是由于光纖地誕生應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)帶寬已經(jīng)到達10Gb/s水平。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加，對網(wǎng)卡也提出了更高的要求，于是，高速網(wǎng)卡應(yīng)運而生。然而，受數(shù)據(jù)拷貝，中斷開銷，系統(tǒng)調(diào)用等因素影響，高速網(wǎng)卡往往達不到預想中的性能。因此，我們迫切需要對高速網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)傳輸機制進行改進，為防火墻、路由器、I DS及其他網(wǎng)絡(luò)測試應(yīng)用提供一個可靠的捕包系統(tǒng)。輪詢技術(shù)、NAPI技術(shù)、ZER O-COPY技術(shù)

2、就是針對高速網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸機制的一些改進手段，目的是降低數(shù)據(jù)傳輸過程中系統(tǒng)資源的消耗。Luca Deri在ZERO-COPY、NAPI基礎(chǔ)上提出了P FRING機制。PFRING在內(nèi)核中，創(chuàng)建了一種帶緩存的協(xié)議簇，改進了內(nèi)核協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)包的方式，降低了網(wǎng)卡中斷響應(yīng)頻率。
　　在PFRING基礎(chǔ)上，本文提出了基于DNA的高速網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸機制，所謂DNA，就是通過把網(wǎng)卡設(shè)備的寄存器全部映射進用戶態(tài)，使得用戶層的應(yīng)用程序可以直接對網(wǎng)卡進

3、行訪問和控制，避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的互斥操作，使得用戶程序能夠更加方便有效地對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行管理，此外，為減少數(shù)據(jù)拷貝，讓PFRING的環(huán)形緩存不再保存原始數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，而僅僅存儲數(shù)據(jù)包緩存的地址，最后，設(shè)計了自適應(yīng)NAPI機制，讓數(shù)據(jù)包的傳輸方式可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的變化而進行靈活地切換。通過以上幾種技術(shù)，大大提高了高速網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)傳輸效率。
　　本論文閱讀了大量國內(nèi)外的相關(guān)文獻，對高速網(wǎng)卡相關(guān)技術(shù)進行了比較分析，改進了高

4、速網(wǎng)卡的傳輸機制，實現(xiàn)了真正的 ZERO-COPY，提升了網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包I/O的性能。本文的主要工作包括以下幾個方面：
　　（1）理論研究部分，首先詳細介紹了高速網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)，分析了網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎/O過程，然后對Linux網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了研究，剖析了高速網(wǎng)卡的驅(qū)動程序，接著研究了提高網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸效率和性能的幾種方式，特別針對 P FRING機制進行了深入地分析，了解了PFRING機制的原理，實現(xiàn)，最后針對P FRING機制的