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ToE处置 方案

一、 概述

    TCP/IP协议已经成为互联网运用 最基本 的协议。传统方式下,TCP/IP协议由中央 处置赏罚 器、微处置赏罚 器以软件的方式 处置赏罚 。但是 ,随着以太网速率从1000Mbits/s提高 到10Gbits/s再到40Gbits/s、100Gbits/s,CPU已经很难知足 TCP/IP协议处置赏罚 的需求 了。是以 ,为了减轻 CPU的协议处置赏罚 肩负,TCP/IP协议处置赏罚 手艺 显得愈来愈 主要 。其中,TCP/IP卸载引擎(TCP/IP Offload Engine,ToE)手艺 成为研讨 的抢手 。

二、 传统TCP的处置赏罚

    在传统的以太网情形 中,TCP/IP协议的处置赏罚 都是经过 软件方式在中央 处置赏罚 器上完成 。如图1所示,网络数据由网卡进入盘算机系统 ,传统网卡主要 完成 网络协议物理层和数据链路层成效 ,然后将口数据包交付CPU职掌 系统 ,CPU职掌 系统 首先对数据举行 TCP/IP协议处置赏罚 ,最后 将数据交付运用 法式。因为 CPU是一个通用的部件,它不是专门针对TCP/IP协议处置赏罚 而设计,所以 它处置赏罚 协议的才干 不强。在吉比特网络中,若是 TCP/IP协议处置赏罚 仍在CPU中执行,不只 协议处置赏罚 的效率不高,而且占用少量 的CPU资源,铺张 存储空间和少量 的功耗。同时,还使其它的运用 法式得不到空虚 的CPU资源,从而浸染 整个系统 功用 ,招致 高速的带宽资源得不到空虚 的运用 。因为 网络带宽增添 的速率 远凌驾处置赏罚 器速率 的增添 ,在以后 网络运用 的瓶颈不再是带宽资源,而是处置赏罚 器的速率 面临 网络带宽和速率 的飞速增添 ,传统的经过 软件举行 TCP/IP协议处置赏罚 的方式已经愈来愈 成为高功用 网络盘算的瓶颈。
图 1 TSN 全体
完成
结构

图
图 1 网络处置赏罚 的传统处置赏罚 流程

三、 ToE的处置赏罚 流程

    ToE(TCP/IP Offload Engine)是一门运用 硬件取代软件来处置赏罚 TCP/IP协议的手艺 ,从而将系统 微处置赏罚 器从TCP/IP协议处置赏罚 肩负中束缚 出来,提高 了网络功用 ;同时也为没有TCP/IP协议处置赏罚 才干 的系统 提供了一种处置 方案。传统方式下,TCP/IP协议由职掌 系统 处置赏罚 ,ToE手艺 将TCP/lP协议的处置赏罚 疏散到网卡,如图2所示。
图 1 TSN 全体
完成
结构

图
图2ToE处置赏罚 方式与传统处置赏罚 方式对比

四、 ToE的完成

    本设计主要 经过 硬件完成 TCP/IP协议传输机制,支持TCP/IP的树立 、释放握手机制;同时支持TCP的超时重传、慢最先 、快重传的机制。完成 将TCP/IP协议完全卸载到硬件完成 ,软件仔细 一些形状 的管理 及设置 使命 ,大大减软的软件的使命 量同时提升TCP/IP数据的处置赏罚 效率。
    在ToE的成效 完成 时,本设计基于FPGA完成 的网络接口卡成效 ,除此之外基于FPGA还可以前期 添加交流、QoS、喧嚣 等成效 ,从而支持越发无邪 的成效 完成 。详细 的ToE成效 完成 结构 如图3所示。
图 2 端口调治完成
结构

图
图3 ToE完成 结构 图
    主要 由吸收 侧处置赏罚 模块RX,发送侧处置赏罚 模块TX和毗邻 控制模块CC组成,三局限 的逻辑关系如3图所示。
    CC模块主要 完成是TCP/IP流的形状 管理 ,主要 仔细 毗邻 及释放的握手机制,并维护树立 毗邻 的TCP/IP流形状 表。
    RX模块仔细 数据的吸收 处置赏罚 ,征求 TCP/IP的头部校验和校验、去MAC头以及吸收 缓存管理 以及吸收 数据的窗口管理 等职掌 。
    TX模块仔细 数据的发送数据,征求 添加TCP/IP的头部校验和、添加MAC头、发送窗口控制、超时重传控制、慢最先 、快重传控制以及数据输入 缓存管理 及数据分段的管理 等。
    经过 实验 本设计的在1G接口的处置赏罚 速率可以达960Mbps,10G接口的速率可达9Gbps。
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