[发明专利]光网络中采用FPGA分流处理网络数据报文的方法

说明书

技术领域：

本发明属于光网络通讯技术领域，尤其涉及光网络中采用FPGA分流处理网络数据报文的方法，可以应用于10G光网络的接入设备中。

背景技术：

目前有线通讯领域的骨干网络大部分都是10G光网络，必须通过硬件接入设备将10G的光信号转化为多条线路的1000base信号，才能通过千兆的以太网卡直接接入pc机或服务器，来分析处理网络数据报文。在硬件接入设备中，采用基于FPGA设计的技术对网络数据报文进行分流处理。从10G光网络中接入的数据报文进入FPGA内部之后，经过某些处理，最终要从n个千兆出口发出，接入后端的设备。FPGA承担着数据的分流、缓存、转发等功能。由于千兆出口频率的限制，必须有8到12个千兆出口才能达到分流10G线路接入的数据报文的能力，达到流量的均衡，而不会因为带宽的不匹配产生大量报文的丢失。

在现阶段接入设备的数据分流策略大多数基于数据报文的“sip、dip”产生的哈希值(hash值)的不同而通过不同的端口输出，这样从宏观上可以保证每个千兆出口的流量基本相同，从而尽可能的利用千兆端口的带宽，提高其效率。但是在微观上存在如下一些问题。

首先，在某个瞬间可能从10G光网络接入的数据报文全都是某个或某段哈希值的，从而造成某个微观的时间段内某个千兆端口的数据量特别大，出现10Gbps的入口带宽和1Gbps的出口带宽，因此必须要求FPGA内部必须要较大的缓冲区来缓冲“冲击流量”

其次，由于千兆端口芯片本身的数据报文缓冲区也有限，如果FPGA内部按照满带宽的效率从每个出口缓冲区读取数据报文转发到千兆端口芯片，即某个瞬间也会出现以10Gbps的带宽转发，但对于千兆端口芯片来说，它只能以1Gbps的带宽对外发送，因此也有可能造成千兆端口芯片缓冲区溢出，产生错误报文，所以FPGA内部逻辑必须能监控外围芯片的状态，根据其千兆端口的缓冲区的水位来决定是否转发数据报文。

再次，由于数据转发对应的n个千兆出口共用一套数据和时钟总线，如果以一个完整的数据报文为单位，传输完一个完整的数据报文之后再进行其他千兆端口的数据报文的传输就会造成其他千兆端口缓冲区的闲置，也会造成FPGA内部缓冲区的“紧张”，最终造成了千兆端口的效率不高，以及FPGA内部丢弃大量的数据报文。在图1所示，是一种采用FPGA分流处理网络数据报文的方法示意图，该方法用一个大的缓冲区存储所有出口的数据报文，然后根据每个报文的出口指向依次以一个完整报文为单位转发数据；它的优点是接口单一，逻辑简单，实现方便，缺点是效率不高，不能充分利用千兆芯片内部的缓冲区；比如FPGA内部连续要发送数据报文1、2、3、4，如果按照以一个完整的数据报文为单位进行转发，那么当在发送报文1直到1发送完毕，千兆其他端口都会处于闲置状态，降低了千兆出口的效率。

发明内容：

本发明的目的是提供一种光网络中采用FPGA分流处理网络数据报文的方法，以充分利用FPGA内部缓冲区，提高FPGA内部的对冲击流量的容忍度。

本发明的技术方案如下：

一种光网络中采用FPGA分流处理网络数据报文的方法，所述光网络中接入的网络数据报文进入FPGA内部经过处理后从n个千兆出口发出，包括以下步骤：

1.在所述FPGA内部设置n个缓冲区，实例化为FIFO，用于存储待转发的网络数据报文及其相关信息；

2.对n个FIFO轮询是否可读，对于可读的FIFO进行读操作并将读取的数据转发给所述n个千兆出口，每个可读的FIFO读取两个以上的时钟节拍，然后切换到下一个FIFO；

3.在对所述n个FIFO进行轮询和读操作一遍之后，回到步骤(2)。

进一步，上述的分流处理网络数据报文的方法，所述步骤(1)中，所述FIFO的宽度为接入FPGA内部的数据位宽加上表示该数据是完整报文的开始、结束还是报文中间内容以及此报文最术有效字节信息。

进一步，上述的分流处理网络数据报文的方法，所述步骤(1)中，所述FIFO的深度设置为能容忍连续接收存储4个网络中定义的最大的数据报文。