基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾方法研究與實現(xiàn)

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1、密級桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目基于FPGA的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾方法研究與實現(xiàn)（英文）ResearchandImplementationoftheHigh-speedNetworkDataPacketFilteringMethodbasedonFPGA研究生學(xué)號:122081908研究生姓名:曾小寶指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):王勇教授申請學(xué)位門類:工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)名稱:控制科學(xué)與工程提交論文日期:2015年4月論文答辯日期:2015年6月摘要摘要隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型層次不窮，信息量以摩爾定律的速度快速增長，信息安全日益成為信息系統(tǒng)的關(guān)

2、鍵點之一。為解決病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊等帶來安全問題，數(shù)據(jù)包過濾技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。對于網(wǎng)絡(luò)帶寬快速升級，現(xiàn)有軟件方式的數(shù)據(jù)包過濾方法難以適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)過濾需求，因此，人們提出了基于硬件的過濾方法。但對于硬件實現(xiàn)而言，存儲空間不足是一個瓶勁。為此，本文將設(shè)計一種基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用位存儲和雙CAM存儲方法解決了存儲空間不足問題。本文的基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾系統(tǒng)采用兩級串行過濾方式。第一級根據(jù)數(shù)據(jù)包IP地址進(jìn)行過濾，采用位存儲過濾規(guī)則集。采用IP地址直接尋址方式讀取過濾控制位，上位機(jī)實時在線配置過濾規(guī)則集，同時網(wǎng)絡(luò)特征從FPGA傳輸?shù)缴衔?/p>

3、機(jī)實時顯示，使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性，可以快速過濾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包；第二級通過檢測TCP流狀態(tài)完整性進(jìn)行過濾，設(shè)計出一種雙CAM存儲TCP流狀態(tài)信息的方法以實現(xiàn)狀態(tài)完整性檢測，其中雙CAM的內(nèi)容和地址相互訪問，充分高效利用有限的CAM空間，實現(xiàn)海量TCP流的完整性檢測。本論文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：（1）論述安全過濾系統(tǒng)的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析和比較各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾方法優(yōu)缺點。（2）介紹斯坦福大學(xué)設(shè)計NetFPGA硬件平臺上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模型思想及關(guān)鍵技術(shù)。（3）設(shè)計一種采用基于IP地址直接尋址位存儲空間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾方法，上位機(jī)可在線配置過濾規(guī)

4、則集和實時統(tǒng)計顯示網(wǎng)絡(luò)特征。（4）提出一種基于雙CAM的TCP流狀態(tài)完整性檢測方法，雙CAM的地址和內(nèi)容相互訪問，提高了CAM存儲空間利用效率，可滿足大量流狀態(tài)檢測。（5）在斯坦福大學(xué)開發(fā)的NetFPGA2.1平臺上實現(xiàn)了基于IP直接尋址位存儲過濾規(guī)則集的數(shù)據(jù)包過濾和網(wǎng)絡(luò)特征實時顯示。（6）搭建測試環(huán)境，對實現(xiàn)的數(shù)據(jù)包過濾過濾系統(tǒng)進(jìn)行測試，分析和總結(jié)了測試結(jié)果，最后總結(jié)本論文所完成的工作及展望。本文是在斯坦福大學(xué)設(shè)計的NetFPGA2.1平臺上進(jìn)行原型系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，從系統(tǒng)設(shè)計到各個模塊的硬件實現(xiàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，測試結(jié)果顯示，與純軟件相比具有較

5、高的吞吐量，過濾正確率較高，延時小，在千兆網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可實時在線過濾。關(guān)鍵字：FPGA、NetFPGA、數(shù)據(jù)包過濾、狀態(tài)檢測、網(wǎng)絡(luò)安全。IAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofInternet,allkindsofnetworkapplicationtypesappear，theamountofinformationshowsasharpincreaseatthespeedofMoore'slaw，informationsecurityhasbecomeoneofkeypointsoftheinformati

6、onsystem.Inordertosolvethesecurityproblembroughtbyvirusesandnetworkattacksdatapacketfilteringtechnologyemerged.However,inthefaceoftherapidupgradingofnetworkbandwidth,theexistingsoftwareimplementationmodeisdifficulttoadapttohigh-speednetworkfilteringrequirement.Thus,filteringmet

7、hodbasedonhardwarewasproposed.Butforhardwarerealizationmethod,theinsufficientstoragespaceisalwaysabottleneck.Forthat,thispaperwilldesignanetworkpacketfilteringsystembasedonFPGA,whichusesbitstorageanddoubleCAMstoragemethodtosolvetheproblemofinadequatestoragespace.Inthispaper,the

8、networkpacketfilteringsystembasedonFPGAwhichadoptstwol