基于FPGA的TCP粘合設(shè)計實現(xiàn)

在應(yīng)用級代理的基礎(chǔ)上，為進一步提高數(shù)據(jù)處理的速度，提出了TCP粘合技術(shù)[1]。該技術(shù)在通信雙方建立通信之初對雙方的握手信號以及通信原語進行分析，獲取必要的信息，決定數(shù)據(jù)的流向，一旦雙方開始通信，該代理就不再對數(shù)據(jù)進行分析，而僅起到一個透明網(wǎng)關(guān)的作用，從而提高代理的系統(tǒng)性能。

　　TCP粘合技術(shù)采用軟件處理方式時，由于大量數(shù)據(jù)包不需要上層解析，因此提高了系統(tǒng)性能，但是受軟件處理速度的限制，該技術(shù)仍很難應(yīng)用于大規(guī)模的集群系統(tǒng)。本文提出了一種基于FPGA的TCP粘合技術(shù)的高速實現(xiàn)機制，利用硬件的高速處理特性和流水線技術(shù)來適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰?br />

　　1 現(xiàn)存的TCP粘合技術(shù)

　　TCP粘合原理如下：(1)監(jiān)聽客戶端的連接請求，并在客戶端發(fā)出連接請求后(從SYN開始)，建立客戶端到均衡器之間的連接(通過TCP的三次握手協(xié)議完成)。(2)在隨后的請求報文中分析數(shù)據(jù)并決定真正被訪問的服務(wù)節(jié)點。(3)與服務(wù)節(jié)點建立另一個連接，將兩個連接粘合在一起(Splicing)。其TCP粘合原理示意圖如圖1所示[2]。

　　2 TCP粘合技術(shù)的硬件實現(xiàn)

　　TCP粘合技術(shù)的關(guān)鍵在于，當客戶端發(fā)起連接請求時，系統(tǒng)并不是立即將該請求發(fā)給后端服務(wù)器，而是偽裝成服務(wù)器與客戶端建立連接，取得用戶的GET數(shù)據(jù)包。通過對URL的匹配來找到信息在后端服務(wù)器的位置，然后再在客戶端與服務(wù)器之間建立連接通信。

　　2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　TCP粘合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　該系統(tǒng)中首先由客戶數(shù)據(jù)接收端對接收到的HTTP報文進行解析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包為一個發(fā)起連接的SYN數(shù)據(jù)包時，傳給地址管理單元，地址管理就為該連接分配一個地址空間，同時通過映射單元告訴客戶數(shù)據(jù)發(fā)送端與客戶端完成三次握手，建立連接。

　　當客戶數(shù)據(jù)接收端接收到GET數(shù)據(jù)包時，將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給字符串匹配表，該表會將信息在后端服務(wù)器的位置返回給地址管理單元，地址管理單元將該信息送給數(shù)據(jù)包映射單元，映射單元將該信息寫入相應(yīng)的SSRAM空間中，同時通知服務(wù)器發(fā)送端與后端服務(wù)器建立連接。這樣就完成了一個TCP的粘合過程。

　　在客戶端與服務(wù)器的通信過程中，數(shù)據(jù)包映射單元通過雙方SIP、DIP信息從SSRAM中查找出對應(yīng)的替換信息，完成雙方數(shù)據(jù)包的映射。

　　在雙方通信結(jié)束時，由地址管理單元對雙方使用的地址空間進行回收;同時為防止通信過程中的異常中斷，地址管理單元內(nèi)部還采用了定時器機制對地址空間進行監(jiān)測，根據(jù)定時器返回結(jié)果回收過時地址，防止過時信息被查用。