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研究生: 陳俊銘
論文名稱: 以CAM為基礎之 IPv6 封包分類器之研製
指導教授: 黃能富
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 資訊工程學系
Computer Science
論文出版年: 2001
畢業學年度: 89
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: 路由器交換器封包分類IPv6
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  • 隨著電腦技術的進步與網際網路的發展,網路呈現爆炸性的成長。在此同時,網際網路也面臨新的挑戰。首先,舊有的IPv4所規範的網際網路位址已經面臨不足的窘境,為解決位址不足的問題,新一代的網際網路通訊協定IPv6已被提出,以128位元的位址空間來取代原來的32位元位址空間,將可完全解決位址不足的問題。且IPv6的協定中更支援未來的行動通訊與多媒體通訊,以及各種即時資訊的傳輸。另一方面,網際網路的蓬勃發展也讓網路管理變的迫切而需要,因此傳統針對第二或第三層位址進行路徑選擇的網路設備已經不符現代網路的需要,針對第四層或更高層的封包分類器也因此漸漸在網路中扮演重要的角色。
    本論文針對下一代網際網路協定的特性與機制來開發出IPv6封包分類器的方法與架構,並硬體實作出以CAM為基礎之IPv6封包分類模組,以提供更高的速度以符合骨幹網路的需求。本論文亦使用此成果在x86平台與WindowsNT/2000作業系統上實作防火牆,以證明此實作成果可應用於各種高層的網路應用,並有強大的處理能力應付骨幹網路的需求,可作為下一代核心網路設備之雛形。


    內文目錄: 第一章 緒論 1 第二章 相關研究 3 第三章 IPv6封包的格式與特性 5 3.1 IPv6封包格式 5 3.2 IPv6位址特性 6 3.3 IPv6特性與封包分類 7 第四章 IPv6封包分類器之方法與架構 11 4.1系統架構 11 4.1.1整體系統發展平台 12 4.1.2高速封包分類模組 12 4.1.3封包分類器軟體 13 4.2封包流程與演算法 13 4.3記憶體維護與管理 16 4.3.1記憶體資料結構 16 4.3.2規則表管理 18 4.3.3規則優先權管理 19 4.4中央控制器之結構 20 4.4.1 PCI匯流排控制 21 4.4.2 CAM控制 21 4.4.3中央控制器的內部控制與整體流程 22 第五章 IPv6封包分類器之系統實作 25 5.1封包分類模組硬體電路設計 29 5.2 CAM控制電路設計 31 5.3 FPGA開發設計 32 5.4 PCI匯流排介面/驅動程式開發設計 33 5.5上層軟體開發設計 37 第六章 IPv6封包分類器之系統測試 39 6.1上層軟體測試 40 6.2封包分類模組與驅動程式測試 42 6.3封包分類模組與CAM控制測試 43 6.4封包分類模組展示系統 45 6.5封包分類模組與整體系統效能分析 47 第七章 結論 48 參考文獻 49 圖表目錄: 圖3.1 IPv6封包標頭 5 圖3.2 IPv4封包標頭 5 圖3.3 Aggregatable Global Unicast Address 7 圖3.4 TCP/IP協定堆疊 8 表3.1封包分類規則範例 9 圖4.1整體系統架構圖 11 圖4.2封包流程 14 表4.2封包查表運算結果 15 圖4.3三態IPv6 128位元位址記憶體儲存結構 16 圖4.4壓縮IPv6 128位元位址 17 表4.3 CAM每筆資訊之資料結構 18 圖4.5 IPv6封包分類規則表優先權 20 圖4.6 FPGA控制器整體結構 21 表4.4 CAM control block提供之命令 22 圖4.7中央控制器之控制流程 24 圖5.1 IPv6 Packet Classifier整體系統運作 25 圖5.2 IPv6 Packet Classifier軟硬體運作 26 圖5.3一般封包處理流程 27 圖5.4特殊封包處理流程 28 圖5.5封包分類模組之功能區塊圖 29 圖5.6 Orcad電路繪製畫面 30 圖5.7完成之封包分類模組硬體正反面電路 31 圖5.8 NSE3128之區塊架構圖 32 圖5.9 Maxplus2電路設計畫面 33 圖5.10 PCI/A架構 34 圖5.11 PCI設定暫存器 35 表5.1 DMA暫存器的配置方式 36 圖6.1 IPv6封包分類器之完整系統圖 39 圖6.2瀏覽器連線設定封包分類規則畫面 40 圖6.3已設定之封包分類規則畫面 40 圖6.4封包交換程式執行畫面 41 圖6.5封包交換程式設定畫面 41 圖6.6驅動程式設計畫面 42 圖6.7 CAM與封包分類卡硬體模擬畫面 43 圖6.8 CAM與封包分類卡實體測試環境 44 圖6.9以邏輯分析儀觀測CAM與封包分類卡實體測試畫面 45 圖6.10 本論文之展示系統 45 圖6.11 硬體時序模擬波形圖 46

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