基于NetFPGA的动态数据包发生器的设计

• 作 者: 曹娟
• 机 构: 杭州电子科技大学
• 出 处: 杭州电子科技大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 网络流量 数据包发生器 系统设计 NetFPGA平台

随着互联网技术的进步以及全球信息化进程的加快，数据包发生器在高速网络的研究、开发以及管理等方面发挥着重要的作用。例如在路由器、交换机、防火墙以及系统架构的设计过程中，为了准确的评估网络设备的功能性、正确性和完整性，可以使用数据包发生器模拟产生网络流量对设计进行测试验证。然而，现有的数据包发生器大多基于软件，其处理速度直接受限于软件平台，无法满足当前高速网络设计需求，或者以回放机制线性发送数据包产生单一、稳定的网络流量而与真实的网络环境差距较大，其适用性和灵活性受到了很大的限制。因此，在硬件平台上产生动态变化的网络流量，以适应不同网络设备的测试需求，具有重要的研究意义。　　针对以上所提出的问题，本文在深入研究了现有数据包发生器的基础上，结合NetFPGA平台的可编程特性和优秀的流水线设计思想，设计了可根据用户需求和以太网网口缓存流量大小变化的动态数据包发生器。在整个设计过程中使用Scapy模拟数据包产生PCAP文件，同时将整个数据包预先存储在NetFPGA板卡的外部存储器SRAM中，用于后续网络流量的发送。为增加数据包发生器的灵活性，在上位机上添加了便于用户交互的接口，并设计了产生特定网络流量模型和单端口网络流量变化的动态数据包发生器。另外，根据数据包发生器的以太网网口当前缓存的网络流量，进行硬件设计以实时调整数据包发生器的工作频率。此方式在一定程度上不仅能够满足数据包发生器动态发送数据包的功能，同时在一定程度上还能够节省数据包发生器的功耗。　　最后，通过搭建的测试平台对数据包发生器产生动态网络流量以及自适应调整机制进行了测试。实验结果表明，使用Scapy模拟产生网络流量是可行的，可以根据设计者的需求发送不同类型、不同长度的数据包，产生动态变化的网络流量以及实现单端口网络流量的多样化。同时，通过计算网口缓存流量的大小进行频率的自适应调整可以达到网络流量动态变化的目的，增加了设计的灵活性，可以用于模拟真实环境中的网络流量。