一种基于ZYNQ的网络发包机的制作方法

本发明属于网络通信技术领域，涉及一种基于zynq的网络发包机，适用于广大企业或者研究所针对网络设备进行测试和通信。

技术背景

随着互联网技术的进一步发展，越来越多的网络设备被开发研究。然而，在网络设备的研发后期，往往需要对网络设备的功能，性能进行健壮性和压力测试。此时，就需要用到网络发包机。

为了满足不同种类的网络设备需求，要求网络发包机不仅支持协议类型全，还对发包机的速度，吞吐率，以及可操作性和可配置性提出了更高的要求。

然而，目前市场的网络发包机普遍基于x86结构，存在速度慢，性能低，接口速度单一，配置功能不足，且会增加服务器cpu压力等诸多缺陷。

技术实现要素：

本发明是为了解决当前网络发包机配置不够灵活及基于x86架构下的诸多缺陷而提出的一种基于zynq的网络发包机。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于zynq的网络发包机，特点是该网络发包机包括配置电路和组包电路，所述配置电路由协议类型配置、参数配置、数据链路层配置、网络层配置、传输层配置及数据配置组成；所述组包电路由配置接收模块、mac处理模块、arp/rarp处理模块、ip处理模块、传输层处理模块、fcs校验模块及以太网接口模块组成，所述协议类型配置、参数配置、数据链路层配置、网络层配置、传输层配置及数据配置依次连接；数据配置与配置接收模块连接，配置接收模块与mac处理模块连接，mac处理模块分别与arp/rarp处理模块和ip处理模块连接，ip处理模块与传输层处理模块连接，arp/rarp处理模块和传输层处理模块分别连接至fcs校验模块，fcs校验模块与以太网接口模块连接，以太网接口模块通过10m/100m/1000m或者10g以太网接口进行网络数据输出。

所述协议类型配置设置有arp、rap、icpm、igmp、ipv4、ipv6、tcp、udp、egp、igp、esp及ospg协议；

所述参数配置设置有网络数据包长配置、帧间间隔配置及以太网接口速率配置；

所述数据链路层配置设置有源mac地址配置、目的mac地址配置及mac帧类型选择；

所述网络层配置包括源ip地址设置、目的ip地址设置及ip类型选择设置；

所述传输层配置设置有传输协议选择及端口选择；

所述数据配置设置有数据段的内容和长度。

所述配置接收模块由配置信息存储单元连接配置信息填充单元构成；

所述mac处理模块由mac地址填充单元连接mac帧类型填充单元构成；

所述arp/rarp处理模块由arp组包单元连接rarp回复单元构成；

所述ip处理模块由ip地址填充单元连接ip首部校验和处理单元构成。

所述传输层处理模块由端口填充单元、长度处理单元、数据填充单元及校验和处理单元依次连接构成。

所述fcs校验模块用于处理以太网帧尾部的4字节crc校验码；

所述以太网接口模块接收内部电路传送的长度数据和速度数据，将网络数据包发送。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

⑴、本发明基于zynq的硬件架构，具有微秒级别延时，相较于x86架构的毫秒级别延时性能提高了10-100倍。

⑵、本发明支持10m/100m/1000m/10g四种以太网接口速率配置，吞吐率相较于市面普遍的千兆设备提高了10倍。

⑶、本发明不依赖于任何操作系统，全部通过硬件电路完成，并将配置电路和组包电路进行分离，并提供完备的网络协议栈配置。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

参阅图1，本发明为基于zynq的一款硬件设备，包括处理系统（processingsystem，以下简称ps）和可编程逻辑（programmablelogic，以下简称pl）。

所述配置电路全部由ps完成，包括协议类型配置11、参数配置12、数据链路层配置13、网络层配置14、传输层配置15及数据配置16。

所述协议类型配,11设置有arp、rap、icpm、igmp、ipv4、ipv6、tcp、udp、egp、igp、esp及ospg协议。

所述参数配置12包含网络数据包包长配置，帧间间隔配置，以太网接口速率配置。包长配置最短为60字节，最大为1514字节。帧间间隔最低可达1个最小时钟单位。以太网接口速率支持10m/100m/1000m/10g四种。

所述数据链路层配置13包括源mac地址配置、目的mac地址配置以及mac帧类型选择。其中源mac地址和目的mac地址均为6个字节，mac帧类型为2个字节，总计14个字节。

所述网络层配置14包括源ip地址、目的ip地址配置及ip类型选择。其中源ip地址和目的ip地址均为4个字节。ip类型支持ipv4和ipv6。

所述传输层配置15包括传输协议选择及端口选择。其中传输协议可选择tcp或udp，端口占用2个字节。

所述数据配置16包括数据段内容处理和长度处理。

所述组包电路全部由pl完成，包括配置接收模块21、mac处理模块22、arp/rarp处理模块23、ip处理模块24、传输层处理模块25、fcs校验模块26及以太网接口模块27。

所述配置接收模块21包括配置信息存储和配置信息填充。配置信息存储在pl中的本地ram中，配置信息会送往后续处理模块供组包时使用。

所述mac处理模块22包括mac地址填充和mac帧类型填充。

所述arp/rarp处理模块23支持arp组包和rarp回复。arp/rarp回复的目的mac地址通过配置接收模块21获得。

所述ip处理模块24包括ip地址填充和ip首部校验和计算。ip首部校验和只计算ip首部，不包括数据部分。首部校验和供接收方进行差错校验使用。

所述传输层处理模块25包括端口填充、长度计算、数据填充以及校验和计算。端口包含源端口和目的端口。长度计算包含首部长度计算和数据部分长度计算。校验和计算为tcp/udp首部计算，该校验和包含首部和数据部分。

所述fcs校验模块26需要计算以太网帧尾部的4字节crc校验码。该crc校验码需要包含整个网络数据包，并最后附在网络数据包的结尾，供接收方进行差错检验。

所述以太网接口模块27需要按照用户设置的以太网接口速率，封装成对应的网络数据包。并根据帧间间隔在网络数据包之间留出对应的空闲时间。

参阅图1，图中，黑色箭头代表数据流。

各模块连接方式如下：

协议类型配置11连接至参数配置12，参数配置12连接至数据链路层配置13，数据链路层配置13连接至网络层配置14，网络层配置14连接至传输层配置15，传输层配置15连接至数据配置16；数据配置16连接至配置接收模块21，配置接收模块21连接至mac处理模块22，mac处理模块22连接至arp/rarp处理模块23和ip处理模块24，ip处理模块24连接至传输层处理模块25，arp/rarp处理模块23和传输层处理模块25分别连接至fcs校验模块26，fcs校验模块26连接至以太网接口模块27，最后通过10m/100m/1000m或者10g以太网接口进行网络数据输出。

在本发明的配置电路1，需要依次完成以下配置工作：

在本发明的协议类型配置11选择需要发送网络数据的协议，支持arp，rap，icpm，igmp，ipv4，ipv6，tcp，udp，egp，igp，esp，ospg等多种协议；

在本发明的参数配置12设置包长、帧间间距和以太网接口速率；

在本发明的数据链路层配置13设置源mac地址、目的mac地址和mac帧类型；

在本发明的网络层配置14配置源ip地址、目的ip地址和ip包类型；

在本发明的传输层配置15选择传输协议、源端口和目的端口；

在本发明的数据配置16设置数据段的内容，长度；

至此配置部分电路完成。

本发明的组包电路2通过配置接收模块21接收并存储配置部分1的配置信息，并依次通过mac处理模块22，arp/rarp处理模块23，ip处理模块24，传输层处理模块25，fcs校验模块26完成整个网络数据包的组包工作，通过以太网接口模块27封装成对应的网络数据数据包格式发送。

参阅图2，本发明是这样工作的：

所述网络发包机上电完成之后，连接好以太网的接口，进入配置界面，依次完成以下配置：协议配置，参数配置，数据链路层配置，网络层配置，传输层配置，数据配置。至此配置完成，组包电路将接收配置电路传输过来的配置信息，通过mac处理模块完成网络数据包的mac帧头处理。之后分为两条路径，其中一条通过arp/rarp处理模块完成对arp/rarp包的处理；另外一条则通过ip处理模块完成ip头的处理，通过传输处理模块处理协议选择和端口选择。两条路径的数据流在fcs校验模块汇合，并完成对fcs校验码的处理，最终通过以太网接口模块将数据发送。