CN202798769U

CN202798769U - 一种用于万兆网络的数据采集与处理设备

Info

Publication number: CN202798769U
Application number: CN 201220462101
Authority: CN
Inventors: 姚琪; 赵峰; 章晨
Original assignee: SHANGHAI BEECUBE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Podcasting honey communication technology (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-11

Abstract

本实用新型提供一种用于万兆网络的数据采集与处理设备，所述数据采集与处理设备包括：至少1个用以接收网络数据的万兆网络接口；用以采集、分析和转发所述网络数据的FPGA；所述FPGA与所述万兆网络接口相连；用以暂存FPGA采集的网络数据的内存；所述内存与所述FPGA相连；用以从内存中读取网络数据并做后期处理的PC系统；所述PC系统采用X86架构，且通过PCIe总线与所述FPGA相连。本实用新型利用高性能、大容量的FPGA可以满足万兆以太网传输的性能要求，又可以实现根据网络发展趋势及时升级，而无须更换任何硬件；利用FPGA内部的可编程硬件资源，可以实现部分算法的硬件加速；PC系统与FPGA通过PCIe互联，最高带宽可达40Gbps。

Description

一种用于万兆网络的数据采集与处理设备

技术领域

本实用新型属于电子仪器技术领域，涉及一种数据采集分析设备，特别是涉及一种用于万兆网络的数据采集与处理设备。

背景技术

在高宽带、高传输、高计算机等环境下，网络应用对带宽与时延提出更高的要求。为此，随着信息时代步入高速发展期，宽带传输再次升级已步入万兆技术应用高增长期。万兆以太网标准自2002年诞生以来，发展非常迅猛，从局域网迅速扩展到园区网、城域网、数据中心等应用环境。经过五年的发展，万兆网络在标准和管理技术方面都已经发展成熟，在存储、多媒体应用等新领域正在以更高的性能、标准和可管理型替代传统网络技术。万兆以太网设备可满足汇聚网络的需求，为未来网络升级预留了的空间。数据中心正在逐步向万兆以太网技术过渡，以此来满足当今网络爆炸性的数据需求。万兆网络设备可提供高密度万兆、千兆以太网接口，为服务提供商和企业用户提供城域网和广域网的连接，也可以连接DWDM和SDH/SONET设备实现广域范围的传输。另外，医疗行业尤其是涉及到数字化放射治疗计划的时候将广泛应用万兆网络技术给予支持。

现有的万兆以太网测试分析仪器多为外国品牌，其价格昂贵，操作不灵活，且IPSee加解密性能有限。随着万兆以太网覆盖面的加大，功能完备、界面友好、操作简便灵活、价格合理的测试仪已经成为网络测试市场的急需产品。目前国内市场多为基于FPGA的千兆以太网测试仪，其处理能力和灵活性有限，对于万兆以太网无法有效处理。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于万兆网络的数据采集与处理设备，用于解决在万兆以太网中网络监测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于万兆网络的数据采集与处理设备。

一种用于万兆网络的数据采集与处理设备，所述数据采集与处理设备包括：至少1个用以接收网络数据的万兆网络接口；用以采集、分析和转发所述网络数据的FPGA；所述FPGA与所述万兆网络接口相连；用以暂存FPGA采集的网络数据的内存；所述内存与所述FPGA相连；用以从内存中读取网络数据并做后期处理的PC系统；所述PC系统采用X86架构，且通过PCIe总线与所述FPGA相连。

优选地，所述内存为2G/4G/8G/16G/32G/64G存储器。

优选地，所述FPGA包括用以采集网络数据并输出数据队列的数据采集模块、用以对所述数据队列进行优先级排列的优先级队列排序模块、用以对优先级重排后的数据队列中的网络数据标识来源的数据源标识模块、用以根据输出端口查询表输出网络数据到目标地址的输出模块；所述数据采集模块与所述万兆网络接口和内存分别相连；所述优先级队列排序模块与所述数据采集模块相连；所述数据源标识模块与所述优先级队列排序模块相连；所述输出模块与所述数据源标识模块相连。

优选地，所述FPGA还包括协议处理模块，所述协议处理模块包括：用以解析网络数据包头部信息的网络解码模块、用以解析网络数据包数据部信息的数据解码模块、用以更新网络数据包头部信息的输出仲裁模块；所述网络解码模块与所述万兆网络接口相连；所述数据解码模块与所述网络解码模块相连；所述输出仲裁模块与所述网络解码模块相连。

优选地，所述PC系统包括用以显示当前网络运行状态的显示模块和至少一台PC机。

如上所述，本实用新型所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备，具有以下有益效果：

本实用新型利用高性能、大容量的FPGA可以满足万兆以太网传输的性能要求，又可以实现根据网络发展趋势及时升级，而无须更换任何硬件；利用FPGA内部的可编程硬件资源，可以实现部分算法的硬件加速；PC系统与FPGA通过PCIe互联，最高带宽可达40Gbps。

附图说明

图1显示为本实用新型所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备的结构框图。

图2显示为本实用新型所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备中的FPGA的内部结构框图。

元件标号说明

1 万兆网络接口；

2 FPGA；

3 内存；

4 PC系统；

21 数据采集模块；

22 优先级队列排序模块；

23 数据源标识模块；

24 输出模块；

25 协议处理模块；

251 网络解码模块；

252 数据解码模块；

253 输出仲裁模块；

41 显示模块；

42 PC机。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例

本实施例提供一种用于万兆网络的数据采集与处理设备，如图1所示，所述数据采集与处理设备包括：至少1个用以接收网络数据的万兆网络接1；用以采集、分析和转发所述网络数据的FPGA2；用以暂存FPGA采集的网络数据的内存3；用以从内存中读取网络数据并做后期处理的PC系统4；所述FPGA2与所述万兆网络接口1相连；所述内存3与所述FPGA 2相连；所述PC系统采用X86架构，且通过PCIe总线与所述FPGA相连。

如图2所示，所述FPGA2包括用以采集网络数据并输出数据队列的数据采集模块21、用以对所述数据队列进行优先级排列的优先级队列排序模块22、用以对优先级重排后的数据队列中的网络数据标识来源的数据源标识模块23、用以根据输出端口查询表输出网络数据到目标地址的输出模块24；所述数据采集模块21与所述万兆网络接口1和内存3分别相连；所述优先级队列排序模块22与所述数据采集模块21相连；所述数据源标识模块23与所述优先级队列排序模块22相连；所述输出模块24与所述数据源标识模块23相连。

所述FPGA2还包括协议处理模块25，所述协议处理模块25包括：用以解析网络数据包头部信息的网络解码模块251、用以解析网络数据包数据部信息的数据解码模块252、用以更新网络数据包头部信息的输出仲裁模块253；所述网络解码模块251与所述万兆网络接口1相连；所述数据解码模块252与所述网络解码模块251相连；所述输出仲裁模块253与所述网络解码模块252相连。

所述内存3为2G/4G/8G/16G/32G存储器。

所述PC系统4包括用以显示当前网络运行状态的显示模块41和至少一台PC机42。PC系统读取FPGA对网络数据处理的结果，采用显示模块以图形界面的方式显示当前网络的运行状态，并可以配置FPGA中相应的模块实现网络数据的过滤等功能。

所述FPGA是一个高性能的交换机，其可以完成各种数据包的采集、分析和转发功能，可以支持至少4端口的10Gbps网络接口。所述内存主要用来缓存大量的数据。因为网络数据来源可以来自不同的10G的网络端口，也可以来自FPGA侧内存中缓存的大量数据，以及来自有PC系统需要发送的网络数据，所以在数据通路设计中，接收和发送都分成了三条通路。FPGA与x86架构的PC系统的通信是通过板上的PCIe Gen2x4接口完成，PC系统一方面可以完成对整个FPGA的设计和配置，另一方面还可以实现网络数据的采集和分析，通过软件以图形界面方式来显示分析的结果。

本实用新型所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备具有两种工作模式：一种是数据采集模式，另一种是协议分析模式。

为了保证数据采集的实时性，FPGA先将数据存储到FPGA侧的内存中，完成数据采集后，PC系统再从FPGA侧的内存中读取数据，作后期处理。

在协议分析模式中，首先网络数据从10Ge网络接口进来，形成数据队列进入优先级队列排序模块；优先级队列排序模块根据已经设定的优先级，重新排列传输队列；数据源标识模块对数据添加相应的标识符，以区分来自不同网络接口的数据；接下来网络数据以流水线的方式进入输出模块，该输出模块读取已经设置好的查询表（Look up table）来判断该数据流的最后的传输路径，是从另一个10Ge网口转发，还是直接丢弃，或者传输到PC机端；网络数据预处理完成后，就进入了协议分析模块。协议分析模块中的网络解码模块首先分析网络数据包的头部信息，以获得源地址、目标地址、具体的网络协议等信息，并实时更新相应的状态寄存器；处理完头部信息，数据解码模块对网络数据包的数据部分进行简单的分析，用来简单区分数据的格式是什么，如音频、视频、图片、文字等信息；最后进入输出仲裁模块，由输出仲裁模块更新网络数据包的头信息，来决定网络数据的下一步传输。

本实用新型可以很好的解决在万兆以太网中，大量数据采集以及网络协议分析等问题。本实用新型采用了X86（i5/i7）与可重构硬件相结合的系统架构，提供强大的软硬件结合的计算平台；利用高性能、大容量的FPGA可以满足万兆以太网传输的性能要求，又可以实现根据网络发展趋势及时升级，而无须更换任何硬件；利用FPGA内部的可编程硬件资源，可以实现部分算法的硬件加速；X86系统与FPGA通过PCIe互联，最高带宽可达40Gbps。本实用新型可以用来采集通过万兆以太网传输的网络数据，同时可以实时监测当前网络的运行状况，各种数据包捕获，协议分析，流量生成、网络问题检测等。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于万兆网络的数据采集与处理设备，其特征在于，所述用于万兆网络的数据采集与处理设备包括：

至少1个用以接收网络数据的万兆网络接口；

FPGA，与所述万兆网络接口相连；

用以暂存FPGA采集的网络数据的内存，与所述FPGA相连；

用以从内存中读取网络数据并做后期处理的PC系统；所述PC系统采用X86架构，且通过PCIe总线与所述FPGA相连。

2.根据权利要求1所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备，其特征在于：所述内存为2G/4G/8G/16G/32G存储器。

3.根据权利要求1所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备，其特征在于，所述FPGA包括：

用以采集网络数据并输出数据队列的数据采集模块，与所述万兆网络接口和内存分别相连；

用以对所述数据队列进行优先级排列的优先级队列排序模块，与所述数据采集模块相连；

用以对优先级重排后的数据队列中的网络数据标识来源的数据源标识模块，与所述优先级队列排序模块相连；

用以根据输出端口查询表输出网络数据到目标地址的输出模块，与所述数据源标识模块相连。

4.根据权利要求1所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备，其特征在于：所述FPGA还包括协议处理模块，所述协议处理模块包括：

用以解析网络数据包头部信息的网络解码模块，与所述万兆网络接口相连；

用以解析网络数据包数据部信息的数据解码模块，与所述网络解码模块相连；

用以更新网络数据包头部信息的输出仲裁模块，与所述网络解码模块相连。

5.根据权利要求1所述的用于万兆网络的数据采集与处理设备，其特征在于：所述PC系统包括用以显示当前网络运行状态的显示模块和至少一台PC机。