高速網卡數據傳輸的研究與實現.pdf

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

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

3、行訪問和控制，避免了數據傳輸過程中內核態(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據緩沖區(qū)進行管理，此外，為減少數據拷貝，讓PFRING的環(huán)形緩存不再保存原始數據包數據，而僅僅存儲數據包緩存的地址，最后，設計了自適應NAPI機制，讓數據包的傳輸方式可以根據網絡流量的變化而進行靈活地切換。通過以上幾種技術，大大提高了高速網卡的數據傳輸效率。
　　本論文閱讀了大量國內外的相關文獻，對高速網卡相關技術進行了比較分析，改進了高

4、速網卡的傳輸機制，實現了真正的 ZERO-COPY，提升了網卡數據包I/O的性能。本文的主要工作包括以下幾個方面：
　?。?）理論研究部分，首先詳細介紹了高速網卡數據傳輸的相關技術，分析了網卡數據傳輸的I/O過程，然后對Linux網絡結構進行了研究，剖析了高速網卡的驅動程序，接著研究了提高網卡數據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，最后針對P FRING機制的