一种基于FPGA的网络交换IP核制造技术

本发明专利技术公开一种基于FPGA的网络交换IP核,属于IP技术领域；设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；实现了不同网络数据包，按照不同的优先级，进行分层转发，从而提高了网络利用效率。另外，由于FPGA的可重构特性，可根据实际网络情况，对IP核进行裁剪或者添加功能，更好地适应网络变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种基于FPGA的网络交换IP核,属于IP

技术介绍
近年来随着我国网络不断的建设发展，网络变得越来越多样化。传统的网络交换硬件很难适应时刻变化的网络。传统的定制化网络交换硬件，在网络升级或改变时，无法改变其自身结构，从而造成在网络升级或者改变时，需要淘汰或丢弃部分硬件，造成不必要的损失。本专利技术提出了基于FPGA的网络交换IP核，该IP核基于FPGA实现，将传统的网络交换工作移植到FPGA上。实现了不同网络数据包，按照不同的优先级，进行分层转发，从而提高了网络利用效率。另外，由于FPGA的可重构特性，可根据实际网络情况，对IP核进行裁剪或者添加功能，更好地适应网络变化。IP核，intellectualpropertycore知识产权核，是指某一方提供的、形式为逻辑单元、芯片设计的可重用模块。IP核分为软核、硬核和固核。软核通常是与工艺无关、具有寄存器传输级硬件描述语言描述的设计代码，可以进行后续设计；硬核是前者通过逻辑综合、布局、布线之后的一些列工艺文件，具有特定的工艺形式、物理实现方式；固核则通常介于上面两者之间，它已经通过功能验证、时序分析等过程，设计人员可以以逻辑门级网表的形式获取。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种基于FPGA的网络交换IP核，本专利技术IP系统，设计精巧，技术先进，通用性强、实施简便等特点，具有良好的扩展性和应用前景。本专利技术提出的具体方案是：一种基于FPGA的网络交换IP核，设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块对每个port进入的数据包，轮流的发出，数据包进入包解析模块；数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；数据包进入相应的令牌桶，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入port调度模块，从指定port口输出。还包括错误检测模块，用于检测令牌桶输出的数据是否有误，若有错误丢弃，无误则继续传输。还包括包分流模块，且转发引擎至少分为两个层级，包分流模块根据优先级及安全策略，决定令牌桶输出的数据进行哪个层级的转发。将优先级分为n个等级，与其对应的令牌桶编号为0到n-1，n为正整数。port调度模块采用轮询算法将每个port进入的数据包，轮流的发出。一种数据包利用基于FPGA的网络交换IP核的传输方法，利用所述的网络交换IP核，网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块对每个port进入的数据包，轮流的发出，数据包进入包解析模块；数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；数据包进入相应的令牌桶，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入port调度模块，从指定port口输出。本专利技术的有益之处是：本专利技术提供一种基于FPGA的网络交换IP核，设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；本专利技术IP核基于FPGA实现，将网络交换工作移植到FPGA上。实现了不同网络数据包，按照不同的优先级，进行分层转发，从而提高了网络利用效率。另外，由于FPGA的可重构特性，可根据实际网络情况，对IP核进行裁剪或者添加功能，更好地适应网络变化。附图说明图1本专利技术IP核的框架示意图。具体实施方式一种基于FPGA的网络交换IP核，设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块对每个port进入的数据包，轮流的发出，数据包进入包解析模块；数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；数据包进入相应的令牌桶，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入port调度模块，从指定port口输出。根据上述基于FPGA的网络交换IP核及
技术实现思路
，结合附图对本专利技术做进一步说明。具体实施中基于FPGA的网络交换IP核，设置MAC层，可以设置4个MAC，也可根据需要进行端口扩展；网络交换IP核主要包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；其中数据包利用基于FPGA的网络交换IP核进行传输的过程为：网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块可以采用轮询算法对每个port进入的数据包，轮流的发出，算法对每个port口是公平的，理论上流量在每个端口上市平均的；从每个port发出的数据包进入包解析模块，数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，然后数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；比如将优先级分为16个等级，与其对应的令牌桶编号为0到15，其中0编号令牌桶对应优先级最高，15编号令牌桶对应优先级最低，数据包被分配到0到15编号不同的令牌桶中；数据包进入相应的令牌桶后，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，根据上述举例，即按照0到15编号的优先级顺序，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的网络交换IP核，其特征是设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块对每个port进入的数据包，轮流的发出，数据包进入包解析模块；数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；数据包进入相应的令牌桶，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入port调度模块，从指定port口输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的网络交换IP核，其特征是设置MAC层，包括port调度模块、报文解析与分类模块、数据缓存、Hash表、优先级分类器、令牌桶、令牌桶调度模块、转发引擎、打包模块；
网络数据包进入MAC层被转换成avalon接口模式，进入port调度模块；port调度模块对每个port进入的数据包，轮流的发出，数据包进入包解析模块；数据包被解析出五元组，包解析模块将五元组与数据包旁路进行分流；旁路数据包进入数据缓存，五元组进入Hash表，对其查询优先级及安全策略，数据包与优先级及安全策略，一起输出，进入优先级分类模块；优先级分类模块根据数据包是否安全，决定是否打开令牌桶，不符合安全规则的数据包，将不被接受，被接受的数据包，根据优先级，决定数据包去向哪一个令牌桶；数据包进入相应的令牌桶，在桶中有数据时，令牌桶调度模块开始工作，以优先级调动令牌桶，将数据做输出；输出的数据经过转发引擎由打包模块，进入port调度模块，从指定port口输出。
2.根据权利要求1所述的网络交换IP核，其特征是还包括错误检测模块，用于检测令牌桶输出的数据是否有误，若有错误丢弃，无误则继续传输。
3.根据权利要求1或2所述的网络交换IP核，其特征是还包括包分流模块，且转发引擎至少分为两个层级，包分流模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕达，郑亮，于治楼，
申请(专利权)人：浪潮集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37