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随着网络技术的飞速发展,新型网络应用的不断涌现以及网络带宽不断提高,网络数据呈现出快速增长的趋势,对网络数据处理技术提出了越来越高的要求。基于软件的网络数据处理技术,在处理过程中存在I/O、存储器和CPU等性能瓶颈问题,使其很难满足高速网络的需求。采用FPGA不仅能提高数据处理速度,降低数据包丢包率,而且还能实时处理高速网络数据。鉴于上述原因,针对基于 FPGA的高速网络数据处理关键技术进行研究,提出了基于FPGA的高速网络性能测量方法、TCP流重组模型以及负载均衡调度方法。论文的主要创新性工作为: (1)针对现有RFC2544性能测量方法精确度低的问题,提出一种基于FPGA的高速网络性能测量方法。该方法采用主动测量与被动测量相结合,基于吞吐量变化的统计规律,利用伸缩机制动态调整帧间间隔,从而逼近网络的最大吞吐量。采用NetFPGA构建了网络性能测量原型系统来对该方法进行验证与性能评价。测试结果表明,该方法时延能精确至纳秒,并适用于高速网络。与采用软件发送探测包的方法以及基于FPGA的同类工作相比,该方法具有高度灵活性,而且测量结果更加精确。 (2)针对传统TCP流重组方法效率低、开销大的问题,提出一种基于FPGA的分级并行高速网络TCP流重组模型。第一级FPGA实现网络流量负载均衡调度,第二级FPGA实现流记录访问与TCP流重组。该模型采用基于哈希的流记录访问解决方案,提高TCP流访问效率,从而加快TCP流重组速率。此外该模型采用基于静态链表的TCP流重组解决方法对TCP流中乱序的数据包进行局部重组,在保证TCP报文段局部有序的前提下,实现该TCP流在整体上保持有序。 (3)针对目前网络流量负载均衡调度方法均衡效果差的问题,提出一种基于FPGA的高速网络流量负载均衡调度方法。该方法根据缓存区的拥塞程度依概率选择分流端口,同时基于端口速率反馈动态调整统计周期,使其适应突发的网络流量,在兼顾会话完整性的前提下,实现高速网络流量的瞬时均衡。采用NetFPGA设计了负载均衡调度原型系统来对该方法进行验证与性能评价。测试结果表明,该方法具有较好的均衡效果,而且丢包率为0。与异或位移哈希负载均衡调度方法相比,该方法具有更低的字节均衡度;与基于FPGA的同类工作相比,该方法在流重映射率与丢包率方面具有更优的性能。