基于FPGA的防火墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于FPGA的防火墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目背景及可行性分析項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況基于FPGA的防火墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。基于FPGA平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)具有防火墻功能的系統(tǒng)，具備對(duì)進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包解析、過濾等功能。目前正處于總體設(shè)計(jì)與論證階段。項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述；關(guān)鍵技術(shù)有并行運(yùn)算，狀態(tài)檢測(cè)，CAM，規(guī)則匹配，及PowerPC嵌入式系統(tǒng)。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)是將傳統(tǒng)的軟件防火墻系統(tǒng)移植到硬件平臺(tái)，充分利用FPGA的優(yōu)勢(shì)，軟硬件相結(jié)合，提高處理速度和性能。技術(shù)成熟性和可靠性論述：硬件防火墻開發(fā)模式就國內(nèi)來說主要存在三類。一類是通過網(wǎng)絡(luò)處理器（網(wǎng)絡(luò)芯片），一類是通過專用的FPGA編程，第三類是設(shè)計(jì)專用的ASIC芯片。相對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)處理器，F(xiàn)PGA是設(shè)計(jì)ASIC芯片最重要的步驟之一?；贔PGA芯片的片上防火墻系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)靈活高效。開發(fā)者針對(duì)防火墻產(chǎn)品需求，有針對(duì)性定義數(shù)據(jù)通路、緩存單元、處理單元、內(nèi)存總線、總線仲裁單元及其耦合構(gòu)架，使之達(dá)到最優(yōu)性能。數(shù)據(jù)線速處理。精心設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)，使得FPGA芯片的天然并行處理優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)始終處于流動(dòng)狀態(tài)，多個(gè)處理單元在不同節(jié)點(diǎn)并行完成數(shù)據(jù)分析、處理、替換等操作，從原理上保證了數(shù)據(jù)線速處理。硬件可升級(jí)。最終產(chǎn)品保留FPGA芯片升級(jí)接口，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境與用戶需求變化，更新芯片設(shè)計(jì)后，為用戶提供硬件升級(jí)服務(wù)，最大程度保護(hù)用戶投資。開發(fā)優(yōu)勢(shì)。所有功能集成在片內(nèi)完成，兼之FPGAI／O資源豐富特性，使得系統(tǒng)硬件布局極為簡(jiǎn)單，將網(wǎng)卡芯片、內(nèi)存芯片與時(shí)鐘直接與FPGA芯片連接即可，省卻了傳統(tǒng)主板繁雜的控制器、總線等結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)成本大幅下降。加之在FPGA中嵌入PowerPC硬核，使得片上系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提升。項(xiàng)目實(shí)施方案1.方案基本功能框圖及描述用框圖的方式并加以簡(jiǎn)單的描述簡(jiǎn)述實(shí)施本項(xiàng)目的技術(shù)方案。圖1方案基本功能流程框圖圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該方案采用FPGA硬件邏輯和嵌入系統(tǒng)的兩層分層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。FPGA硬件邏輯及外圍硬件主要實(shí)現(xiàn)的功能是：數(shù)據(jù)包收發(fā)、五元組（協(xié)議類型、源／目的IP地址、源／目的端口號(hào)）的數(shù)據(jù)分類以及固定字段模式匹配、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的封裝。嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是：病毒與惡意攻擊的檢測(cè)、病毒與惡意攻擊的處理、過濾規(guī)則管理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)整理。方案的核心部分是由實(shí)現(xiàn)入侵檢測(cè)的三個(gè)模塊組成。利用硬件匹配和數(shù)據(jù)負(fù)載匹配認(rèn)別病毒和惡意攻擊，為網(wǎng)絡(luò)提供安全保護(hù)。2.需要的開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)本方案所需要的基本功能、功能、接口，F(xiàn)PGA，PowerPC，雙網(wǎng)口（一個(gè)采用開發(fā)板上的網(wǎng)口，另需一網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板），SRAM，所需要的目標(biāo)FPGA開發(fā)平臺(tái)，簡(jiǎn)述為什么需要此平臺(tái)高級(jí)板-Virtex-2Pro是否需要其它配套的開發(fā)工具配套的下載，調(diào)試工具2.方案實(shí)施過程中需要開發(fā)的模塊在本方案中需要研制、開發(fā)的功能主要模塊，以及開發(fā)的方式見圖1、圖2所示3.系統(tǒng)最終要達(dá)到的性能指標(biāo)論述本項(xiàng)目最終完成時(shí)所設(shè)想達(dá)到的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有防火墻功能的系統(tǒng)。需要的其它資源1.設(shè)計(jì)輸入輸出功能子板子板功能描述、接口說明、時(shí)間、方式網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板，RJ45，2007年10月2.測(cè)試設(shè)備列出在方案實(shí)施過程中所需要的測(cè)試設(shè)備萬用表、示波器、頻