基于FPGA的软件定义协议无关解析器

随着信息技术的繁荣发展,各种功能的异构网络层出不穷,异构融合网络成为下一代网络发展的必然趋势。实现异构网络之间的通信,网络转发设备必不可少。传统的转发设备仅支持固定的协议配置,缺乏可扩展性,无法支持新的网络协议。针对这种情况,提出了一种基于FPGA的软件定义协议无关解析器,通过软件定义解析流程,给予解析器灵活可编程的特性,无须对硬件设备进行更改即可完成对多种协议数据包的解析并提取出数据包转发所需的关键信息。通过高性能FPGA平台对解析器进行了实现,并进行了硬件资源开销和性能的评估。实验结果表明,可以完成多种异构网络协议的快速解析,得到完整的解析数据。     

一种包解析器硬件配置描述语言及其编译结构

本文设计一种用于实现可重构网络数据包解析器的专用硬件配置描述语言P3.由于要有利于高安全等级网络的实现,我们侧重于从高可信性角度进行语言设计,包括形式化定义该语言的类型系统和操作语义,以及设计其可信编译结构.基于对可重构硬件基本需求的充分理解,本文从软硬件协同角度出发,最终明确了P3语言的核心特性及其编译器P3C的可信编译结构.由于可重构数据包解析器是软件定义网络（SDN）、可编程数据平面的重要一环,因此实现P3C的可信编译结构将对SDN的安全性有着重大意义.期待P3C项目的开展,能促进网络与形式化领域相关工作的进一步研究.     

面向轻量级分组密码的高性能可重构架构

针对目前采用专用集成电路的硬件实现架构难以满足不同应用对灵活性需求的问题,提出一种面向轻量级分组密码的高性能可重构架构(HRALBC).通过分析42种主流的轻量级分组密码算法,提取出算法的模式特征和组合特征;以模式特征结果和组合特征结果为依据设计出可重构处理单元;根据算法映射规律设计可重构处理单元阵列,进而进行架构整体...     

基于FPGA的并行多发可编程解析器

传统的报文解析器解析的协议类型和协议层次固定,缺乏对新网络协议的支撑,限制了网络设备的可编程性。抽象出形式化的解析流程,并基于FPGA实现协议无关的可编程解析器,对新协议的支撑无需更改硬件,仅需要重新映射解析图。基于该机制,引入一系列优化技术,克服了包解析固有的串行性,节约了存储资源,为实现高速的可编程报文解析提供了有效的解决方案。基于通用多核和高性能FPGA实验平台,进行了硬件代价和性能的评估。实验结果表明,采用可编程解析器能大幅提升报文解析性能,实现了通用网络协议及潜在的网络协议快速的解析,可有效地支持快速的定制网络协议发展。     

一种基于构件的手机可重构虚拟仪器技术

针对手机测试系统对便携式测量提出的在线升级和功能调整的要求,提出了基于构件的手机动态可重构测试系统。采用动态XML解析器模型实现了手机端测试系统的动态解析、构件的查找和装配,形成一个测试功能可以根据测试任务快速重组的测试系统。提出了支持面向发布/订阅模式的仪器构件模型,在此基础上设计了系统数据模型和事件模型来实现构件之间消息的传递与数据的更新。以声音信号采集分析仪器和3种人体生理信号采集测试系统为应用例子,进行测试。结果证明了该平台的可实现性,并能够满足手机测试系统对便携式测量提出的在线重构和功能调整的要求。     

可重构分组密码处理结构模型研究与设计

随着信息技术的发展和网络规模不断扩大,网络通信等应用对数据加解密处理提出了更高的要求,可重构计算是将可重构硬件处理单元和软件可编程处理器结合的计算系统.因此采用可重构计算技术来设计密码处理系统,使同一硬件能够高效灵活地支持密码应用领域内的多种算法.同时满足了密码处理对性能和灵活性的要求,提高了密码系统的安全性.论文在分析分组密码算法处理结构的基础上,结合了可重构结构的设计思想和方法,提出了一种可重构密码处理结构模型RCPA,并基于该模型实现了一款验证原型.原型在FPGA上成功进行了验证测试并在0.18μm CMOS工艺标准单元库下进行逻辑综合以及布局布线.实验结果表明,在RCPA验证原型上执行的分组密码算法都可达到较高的性能,其密码处理性能与通用高性能微处理器处理性能相比提高了10～20倍;与其他一些专用可重构密码处理结构处理性能相比提高了1.1～5.1倍.结果说明研究的RCPA模型既能保证分组密码算法应用的灵活性又能够达到较高的性能.     

嵌入式协议栈可重构性分析与设计实现

本文通过对协议栈的可重构性进行分析,设计并实现了一种可重构的嵌入式TCP／IP协议栈,并介绍了关键技术的实现细节。该协议栈可以根据用户需求重构为IPv4、IPv6、双栈协议栈等多种协议栈,具有良好的灵活性、可移植性。该协议栈已成功应用在嵌入式双向通信平台上,通过实际网络测试表现出良好的性能和可靠性。在主频为66MHz的ARM7CPU上运行,吞吐率可达1．5MB／s以上,目标代码大小仅为传统协议栈的30％左右,并可满足IPv4到IPv6网络过渡时期嵌入式设备的网络需求。     

SIP协议实现中消息解析的研究

在满足SIP协议被设计为可灵活扩展的文本协议的要求的基础上,分析了传统SIP消息解析器中基于字符串比较操作来判断消息头字段类型对整体SIP消息解析性能的影响.结合SIP协议栈实现过程中的对可维护性和可扩展性要求,深入研究了逐行解析消息头字段的基本流程和静态查找表的基本工作原理,提出了借助开源工具Gperf自动化构建高效静态查找表以实现头字段类型查询的方法,并实现了SIP消息头类型的快速匹配的目的.该方法改善了SIP消息解析器的性能和扩展性.     

无线传感网络协议分析技术研究与实现

为解决无线传感网络在开发部署方面存在的调试困难问题,提出了支持协议扩展的无线传感网络协议分析器的设计方案.实现了基于TinyOS的Telosb节点对IEEES02.15.4协议数据帧的抓取;采用XML文件描述和解析协议数据包结构,适用于各种不同的传感网络平台和协议栈;介绍了协议文件的预处理细节,数据的多角度可视化分析,基于决策树模型的故障诊断,以及通过分层架构实现大规模的网络监测.实验证明,该系统具有较高的可扩展性和灵活性,具有一定的应用价值.     

基于XML的虚拟仪器语言技术研究

针对可重构的测试系统对虚拟仪器系统提出的在线升级和功能调整要求,提出了基于XML的虚拟仪器描述语言规范(XVIML,XML based virtual instrument markup language)的可装配重构的虚拟仪器系统。通过定义可重构虚拟仪器系统的描述规范和基于XVIML的芯片构件和连接关系描述,采用基于XVIML的动态解析器模型和基于构件的装配模型,实现了虚拟仪器系统的动态解析、构件的查找和装配;形成了一个测试功能可以根据测试任务快速重组的测试系统;解决了可重构测试系统对虚拟仪器提出的快速和在线重构要求。     

一种支持异构协议解析的可配置解析器设计*

针对当前网络转发设备难以快速应对不断出现的新型网络协议的现状,设计了一种支持异构协议的可重配置解析器。首先,通过配置用户定制模块,实时更新用于解析逻辑的解析树,快速实现新型协议的添加、删除。此外,在满足传统互联网解析需求同时,引入数据链路层的可配置性,将异构协议解析进行统一。最后,通过相应的解析树映射算法将用户定制的协议映射到硬件结构中,并通过匹配域的压缩,减少了所用的硬件资源。实验结果表明,与已有的方案相比,节省了20%的slice资源和17%的BRAM资源,并实现176Gbps的解析速度。     

基于FPGA的高速网络入侵检测系统

处理速度成为制约基于软件的网络入侵检测系统性能的瓶颈。文中提出了用可重配置硬件(FPGA)和商用千兆以太网MAC实现的网络入侵检测系统体系结构。在该体系结构中，网络数据包的特征匹配以及复杂协议分析等高强度的计算均由可重配置硬件电路完成，而使主机CPU更专注于对复杂入侵方式的检测和对入侵行为的实时响应。分析表明，该体系结构能够快速适应入侵特征变化对硬件电路的重配置需求，使网络入侵检测系统可以以线速处理网络数据包。     

POF协议解析器

针对SDN的安全问题,传统的防火墙、防病毒软件能在一定程度上防止外部非法入侵,但是对于防御非法修改交换机/控制器配置和流规则造成的重要信息泄露等内部威胁的效果甚微。POF协议作为SDN的南向接口协议,实现了控制器对网络的配置管理。通过解析POF消息可监控SDN网络通信内容,从而发掘内部安全问题。本文对POF协议进行详细的研究和分析,并基于网络安全审计系统设计POF协议解析器。该协议解析器能够在线解析识别POF消息类型及其关键字段,并生成会话日志和操作日志进行存储展示,有助于及时发掘非法行为,并可在网络安全事件发生后协助溯源取证。通过实验测试,系统集成POF协议解析器后在满足不丢包情况下至少能达到30000的每秒并发连接数、460 Mbps的吞吐以及每秒处理53万个数据包的性能。     

数字化变电站网络性能的测试方法研究

针对数字化变电站中以太网络交换机的测试需求,制作了基于WinPcap和WinSNMP的SWITCHTEST软件测试包.使用WinPcap,在高精度时间间隔中向交换机发送模拟网络报文并且回收,通过比较收发报文而判断交换机的性能.使用WinSNMP,可以对交换机进行网络监控管理,对交换机进行基本性能测试:吞吐量、时延、帧丢失率、拥塞;高级性能测试:MAC地址容量、RSTP恢复、广播风暴、VLAN、ARP欺骗、SNTP对时;网络管理协议测试:SNMP、RMON、TRAP、IGMP Snooping 、GMRP.由以上各项测试可以得到以太网络交换机的性能参数,测试结果自动生成WORD报告和实时曲线,对于提高电力信息以太网络的安全可靠运行有重要参考意义.说明了使用WinPcap和WinSNMP可以较好地分析以太网络交换机性能.     

针对异构协议的动态解析器模型

介绍了异构协议报文格式和特点,通过使用XML语言描述可扩展协议报文的方法,以简单协议解析为基础,将解析器功能模块化,从而设计此异构协议动态解析器模型.应用此模型实现不必重新编译,只需进行少量代码修改,即可完成异构协议报文自动模型匹配,进而完成报文数据解析.针对两种简单协议进行模型应用,结果表明使用XML语言描述协议报文的方法及可重构的解析器能够有效地描述和解析异构协议报文,获得可靠的解析结果.     

基于神经网络的GLR句法分析算法

提出并实现了一种基于神经网络的GLR(Generalized LR)句法分析算法,该算法结合神经网络自学习、自组织和并行分布处理等优点,以BP神经网络结构模型取代了GLR算法的分析表,模拟其移进和归约动作,通过计算网络输出来分析句法结构。该分析算法较好地解决了GLR算法对于存在多个移进归约冲突动作时,复制分析栈会使得动作表变得很大的缺点,实验结果表明,这种算法具有较好的泛化能力。     

Protocol wrappers for layered network packet processing inreconfigurable hardware

A library of layered protocol wrappers processes Internet packets in reconfigurable hardware. Collectively, the wrappers simplify and streamline the implementation of high-level networking functions by abstracting the operation of lower-level packet processing functions. The library synthesizes into field-programmable gate array (FPGA) logic and is utilized in a network platform called the field-programmable port extender (FPX). The library processes asynchronous transfer mode (ATM) cells, ATM adaptation layer 5 (AAL5) frames, Internet protocol (IP) messages, and user datagrarn protocol (UDP) packets directly in hardware. Applications can process data at several layers of the protocol stack using the library of wrappers discussed in this article. Layers are important for networks because they let applications abstract from above and below details of the network protocols. At the lowest layer, networks modify raw data passing between interfaces. At higher levels, the applications process variable length frames or IP packets.A network platform called the field-programmable port extender (FPX) streamlines and simplifies network transmission processing directly in hardware