[发明专利]基于FPGA的UDP/IPv6硬件协议栈及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信领域，尤其涉及一种基于FPGA的UDP/IPv6硬件协议栈及实现方法。 

背景技术

自从互联网工程任务组（IETF）定义了IPv6协议的基本架构，传统互联网便迎来了变革。伴随着IPv4地址的耗尽，IPv6互联网协议凭借其在地址资源、安全机制、寻址机制、实时交付服务等方面的优势成为未来互联网的发展趋势。 

与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：1）IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，最大地址个数为2³²；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为2¹²⁸。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2¹²⁸-2³²个。2）IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。3）IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。4）IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。5）IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。6）允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPV6允许协议进行扩充。7）更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要，可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。8）新的选项。IPV6有一些新的选项来实现附加的功能。 

同时，在科研和工程领域，越来越多的设备需要接入互联网，尤其是简易的主机。而传统的IPv4协议已经成为了一个掣肘。因此，针对IPv6网络中的节点研发一种高效、低资源消耗的网络传输方案成为了不可回避的问题。 

在传统的方案中，采用嵌入式系统的软件IPv6协议栈会提高互联网主机的资源消耗、开发难度和大规模部署的成本，不利于在IPv6网络中进行大规模应用。对此，有学者提出软件与硬件协议栈共存的设计方案实现完整IPv6协议，但其完整协议的结构复杂，不利于互联网技术的应用和维护。2008年，中国学者许川佩和郝锐实现了精简IPv6硬件协议栈，但其在实现过程中缺少了默认路由表、前缀列表和邻节点高速缓存表，将降低数据发送的效率。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能有效提高发送效率的基于FPGA的UDP/IPv6硬件协议栈； 

同时，本发明还提供了一种基于FPGA的UDP/IPv6硬件协议栈的实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于FPGA的UDP/IPv6硬件协议栈，该协议栈包括： 

外部接口模块，用于外部跟协议栈的通信；

UDP发送数据寄存器模块，用于存放待发送的UDP数据；

UDP发送控制模块，用于把UDP数据组装成IPv6报文；

配置寄存器模块，用于存放协议栈的配置信息；

ICMPv6发送控制模块，用于组装ICMPv6报文；

发送优先级控制模块，用于解决当同时需要发送UDP报文和ICMPv6报文时的冲突问题；

DM9000驱动模块，用于把组装好的IPv6报文通过DM9000发送出去并且通过DM9000接收报文；

接收数据预处理模块，用于过滤掉接收到的不需要处理的报文（不需要处理的报文为除UDP报文和ICMPv6报文以外的报文），并把UDP报文和ICMPv6报文分别送到不同的模块处理；

ICMPv6处理模块，用于提取接收到的ICMPv6报文中的有用信息（有用信息包括报文类型、代码和报文主体里的具体信息，报文主体的具体信息根据报文的类型的不同而不同，如路由器请求报文中的源链路层地址选项）；

数据更新模块，用于根据从ICMPv6提取的信息更新协议栈的配置信息；

UDP接收数据寄存器模块，用于存放接收到的UDP报文。