[发明专利]网络协议卸载装置和数据传输系统

说明书

本申请提供一种网络协议卸载装置和数据传输系统，装置包括：发送通道，连接主机，用于基于主机端产生的发送业务请求，对发送数据进行组包处理后发送；接收通道，连接主机，用于接收外部设备向主机发送的接收数据，并将接收数据拆包处理后，传输给主机；其中，接收通道与发送通道相互独立；协议共享模块，分别连接发送通道和接收通道，用于按照预设的网络协议处理发送通道和接收通道共享的数据连接信息；其中，发送通道根据第一数据连接信息发出发送报文；接收通道根据第二数据连接信息对接收数据拆包处理，将拆包处理后的接收数据传输给主机。本申请实现了提高传输协议的处理能力，降低数据传输过程中对主机资源的占用率。

技术领域

本申请涉及数据传输技术领域，具体而言，涉及一种网络协议卸载装置和数据传输系统。

背景技术

随着云计算、大数据、物联网等技术的广泛应用，数据规模呈现爆炸式增长，导致对于网络带宽、延时等性能的依赖性日益增强。网络带宽每年以2到3倍的速度增长，目前10G网络已普及到各个领域，40G、100G网络也在数据中心等流量集中的关键领域大规模运用。而TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联协议)协议族作为一种网络协议标准，占据着网络协议主流标准地位，应用最为广泛。传统的TCP/IP网络协议处理由操作系统内核完成分组转发、校验、传输控制、数据分片等流程，并且对于大数据量的网络传输，会产生频繁的I/O中断以及数据拷贝，大幅增加处理器上下文切换开销和系统总线负载。根据Thumb定律，处理1bit网络数据需要消耗1Hz的CPU处理周期，网络带宽的快速增长必将消耗大量的处理器资源，最终导致网络IO成为系统性能瓶颈。

为解决高速网络通信中，对于TCP/IP网络协议的处理导致的处理器资源过载问题，通信技术领域提出了多种网络协议优化技术，其中，TOE(TCP/IP Offload Engine，TCP/IP卸载引擎)技术，通过将传统TCP/IP网络协议的处理流程由操作系统内核卸载至网卡，由网卡硬件执行协议栈处理，从根本上减轻了处理器工作负载，释放出更多的处理器资源。TOE技术的应用不仅能够降低主机处理器资源消耗，同时能够提升网络吞吐量及缩短网络延时，具有TOE功能的网络设备将成为未来数据中心构建高性能、低功耗网络基础设施的首选。而基于FPGA设计实现TOE网卡兼具灵活性及成本优势，适应于数据中心网络环境。

基于FPGA硬件化实现TCP/IP协议栈，需要综合考虑FPGA资源占用率、网络性能以及可支持的连接数。目前，商用TOE网卡支持的连接数在千条量级，基于FPGA的TOE网卡使用多TCP/IP协议栈实例实现多连接，支持的连接数相对更少，且资源占用率较高。此外，对于大数据块的通信传输，主机仍然需要与TOE网卡进行频繁的交互，跟踪、控制数据发送的过程，占用了大量的处理器资源、降低了数据吞吐量，对于多连接情景、大数据量传输，情况将更加严重。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种网络协议卸载装置和数据传输系统，用以提高传输协议的处理能力，降低数据传输过程中对主机资源的占用率。

本申请实施例第一方面提供了一种网络协议卸载装置，包括：发送通道，连接主机，用于基于所述主机端产生的发送业务请求，对发送数据进行组包处理后发送；接收通道，连接主机，用于接收外部设备向所述主机发送的接收数据，并将所述接收数据拆包处理后，传输给所述主机；其中，所述接收通道与所述发送通道相互独立；协议共享模块，分别连接所述发送通道和所述接收通道，用于按照预设的网络协议处理所述发送通道和所述接收通道共享的数据连接信息；其中，所述发送通道通过访问所述协议共享模块获取到所述发送数据对应的第一数据连接信息，并根据所述第一数据连接信息构建发送报文，发出所述发送报文；所述接收通道通过访问所述协议共享模块获取到所述接收数据对应的第二数据连接信息，并根据所述第二数据连接信息对所述接收数据拆包处理，将拆包处理后的接收数据传输给所述主机。