基于FPGA的TCP粘合設計實(shí)現

在應用級代理的基礎上，為進(jìn)一步提高數據處理的速度，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(yǔ)進(jìn)行分析，獲取必要的信息，決定數據的流向，一旦雙方開(kāi)始通信，該代理就不再對數據進(jìn)行分析，而僅起到一個(gè)透明網(wǎng)關(guān)的作用，從而提高代理的系統性能。

　　TCP粘合技術(shù)采用軟件處理方式時(shí)，由于大量數據包不需要上層解析，因此提高了系統性能，但是受軟件處理速度的限制，該技術(shù)仍很難應用于大規模的集群系統。本文提出了一種基于FPGA的TCP粘合技術(shù)的高速實(shí)現機制，利用硬件的高速處理特性和流水線(xiàn)技術(shù)來(lái)適應高速網(wǎng)絡(luò )傳輸的需要。

　　1 現存的TCP粘合技術(shù)

　　TCP粘合原理如下：(1)監聽(tīng)客戶(hù)端的連接請求，并在客戶(hù)端發(fā)出連接請求后(從SYN開(kāi)始)，建立客戶(hù)端到均衡器之間的連接(通過(guò)TCP的三次握手協(xié)議完成)。(2)在隨后的請求報文中分析數據并決定真正被訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)節點(diǎn)。(3)與服務(wù)節點(diǎn)建立另一個(gè)連接，將兩個(gè)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(shí)現

　　TCP粘合技術(shù)的關(guān)鍵在于，當客戶(hù)端發(fā)起連接請求時(shí)，系統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(hù)端建立連接，取得用戶(hù)的GET數據包。通過(guò)對URL的匹配來(lái)找到信息在后端服務(wù)器的位置，然后再在客戶(hù)端與服務(wù)器之間建立連接通信。

　　2.1 系統架構

　　TCP粘合系統結構如圖2所示。

　　該系統中首先由客戶(hù)數據接收端對接收到的HTTP報文進(jìn)行解析，發(fā)現數據包為一個(gè)發(fā)起連接的SYN數據包時(shí)，傳給地址管理單元，地址管理就為該連接分配一個(gè)地址空間，同時(shí)通過(guò)映射單元告訴客戶(hù)數據發(fā)送端與客戶(hù)端完成三次握手，建立連接。

　　當客戶(hù)數據接收端接收到GET數據包時(shí)，將該數據包發(fā)送給字符串匹配表，該表會(huì )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據包映射單元，映射單元將該信息寫(xiě)入相應的SSRAM空間中，同時(shí)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(gè)TCP的粘合過(guò)程。

　　在客戶(hù)端與服務(wù)器的通信過(guò)程中，數據包映射單元通過(guò)雙方SIP、DIP信息從SSRAM中查找出對應的替換信息，完成雙方數據包的映射。

　　在雙方通信結束時(shí)，由地址管理單元對雙方使用的地址空間進(jìn)行回收;同時(shí)為防止通信過(guò)程中的異常中斷，地址管理單元內部還采用了定時(shí)器機制對地址空間進(jìn)行監測，根據定時(shí)器返回結果回收過(guò)時(shí)地址，防止過(guò)時(shí)信息被查用。